Biología Celular Y Molecular

Universidad politécnica de Quintana Roo.

[REGULACIÓN DEL INICIO DE LA TRANSCRIPCIÓN.]

PROCESAMIENTO DEL RNA, TRANSPORTE NUCLEAR Y CONTROL POSTRANSCRIPCIONAL.

Bilogía celular y molecular.

SECCIÓN 1

10. REGULACIÓN DEL INICIO DE LA TRANSCRIPCIÓN.

CONTENIDO:

10.1. Control de los genes bacterianos: EL MODELO DE JACOB-MONOD.

10.2. Iniciación de la transcripción bacteriana.

10.3. Control de los genes eucariontes: Propósito y principios generales.

10.4. Secuencias reguladoras en los genes eucariontes codificadores de proteína.

10.5. Activadores y represores e la transcripción eucariontes.

10.6. Complejo de iniciación de la transcripción de la RNA polimerasa II.

10.7. Mecanismos moleculares del control de la transcripción en los eucariontes.

10.8. Otros sistemas de transcripción.

SECCIÓN 2

11. PROCESAMIENTO DEL RNA, TRANSPORTE NUCLEAR Y CONTROL POSTRANSCRIPCIONAL.

CONTENIDO:

11.1. Terminación de la transcripción.

11.2. Procesamiento del mRNA eucarionte.

11.3. Regulación del procesamiento del mRNA.

11.4. Transporte mediado por señales a través de los complejos de poros nucleares.

11.5. Otros mecanismos de control postrancripcional.

11.6. Procesamiento del rRNA y del tRNA.

10. REGULACIÓN DEL INICIO DE LA TRANSCRIPCIÓN.

Las acciones y propiedades de cada tipo de celular están determinadas por las proteínas que contiene. El cambio en los organismos unicelulares responde a cambios en su medio ambiente, debido a los factores determinantes, la concentración de mRNA correspondiente a cada proteína, la frecuencia con que éste se traduce y la estabilidad de la proteína misma.

Expresión génica, es todo el proceso por el cual la información codificada en un gen particular se descodifica para producir una proteína en particular.´

Para la síntesis de mRNA se necesita que una RNA polimerasa inicie la transcripción, polimerice trifosfatos de ribonucleósidos complementarios de la cadena codificadora del DNA y luego termine la transcripción. En los procariontes, los ribosomas y los factores que inician la transcripción acceden de inmediato al RNA de formación reciente, que actúa como mRNA sin modificación adicional. En los eucariontes, el RNA de transcripción inicial es procesado mediante la adición de una cola de poli (A) y el empalme, que extrae los intrones no codificadores y produce así un mRNA funcional. Luego el mRNA es transportado desde un sitio de síntesis, en el núcleo, hasta el citoplasma, donde se lleva a cabo la traducción.

10.1. CONTRO DE LOS GENES BACTERIANOS: EL MODELO DE JACOB-MONOD.

En la bacteria el control génico sirve principalmente para permitir que una sola célula se ajuste a cambios en su medio nutricional, de modo que puedan optimizar su crecimiento y división.

Las enzimas codificadas en el operón lac pueden ser inducidas y reprimidas.

E. coli puede utilizar glucosa u otros sacáridos, como la lactosa, como única fuente de carbono y energía. Cuando se cultivan células de E. coli en medios con glucosa, la actividad de la enzimas necesarias para metabolizar el disacárido lactosa es muy escasa. Cuando se cambian las células a un medio con lactosa pero sin glucosa, la actividad de las enzimas metabolizadoras de lactosa aumenta. El aumento en la actividad de estas enzimas es el resultado de la síntesis de nuevas moléculas enzimáticas, un fenómeno denominado inducción. Las enzimas inducidas en presencia de lactosa son codificadas por el operón lac, que incluye dos genes (Z e Y), necesarios para el metabolismo de la lactosa, y un tercer gen (A).

1.1.- El operón lac comprende tres genes.

El gen lacY codifica la lactosa permeasa, que ocupa todo el espesor de la membrana plasmática de E. coli y usa la energía disponible del gradiente electroquímico a través de la membrana para bombear lactosa hacia el interior de la célula. El gen lacZ codifica β-galactosidasa, que escinde el disacárido lactosa en los monosacáridos glucosa y galactosidasa; estos carbohidratos son metabolizados adicionalmente por la acción de enzimas codificados por otros operones. El gen lacA codifica tiogalactósido transacetilaza, enzima cuya función aún no se conoce bien.

La síntesis de las tres enzimas codificadas por el operón lac se induce con rapidez cuando las células de E. coli se colocan en un medio con lactosa como única fuente de carbono y se reprime cuando las células se transfieren a un medio sin lactosa.

Las mutaciones de LacI ocasionan la expresión constitutiva del operón lac.

Los mutantes constitutivos no se reprimen en el operón lac en medios carentes de lactosa y en cambio se expresan de manera continua.

Jacob y Manod dedujeron que estos mutantes constitutivos probablemente tuvieron un defecto en una proteína que en los casos normales reprime la expresión del operón lac ante la ausencia de la lactosa. De ahí que llamaron represor lac a la proteína codificada por el gen lacI y plantearan que esta se unía a un sitio en el genoma de E. coli en donde se inicia la transcripción del operón lac, con lo cual se bloquea la transcripción. La hipótesis de cuando hay lactosa en la célula esta se une al represor lac, lo cual disminuye su afinidad por su sitio de unión en el DNA. Como consecuencia, el represor se desprende del DNA y se inicia la transcripción del operón lac, lo que conduce a la síntesis de β-galactosidasa, lactosa permeasa y tiogalactósido transacetilaza.

2.2.-Modelo de Jacob-Monod de la regulación de la transcripción. 

El aislamiento de mutantes constitutivos del operador y mutantes del promotor sustenta el modelo de Jacob-Monod.

El modelo propuesto por Jacob y Monod pronosticaba que una secuencia de DNA específica, cercana al sitio de inicio de la transcripción del operón lac, es un sitio de unión para el represor lac.

La mayoría de las mutaciones que impiden la expresión de la β-galactosidasa en las células expuestas a un inductor con el IPTG se ubica en el propio gen de lacZ. Pero una clase infrecuente de mutaciones se ubica entre lacI y el operador, en una región denominada promotor (P). Las células portadoras de estas mutaciones tampoco pueden inducir la expresión de los genes lacY y lacA; o sea que estas mutaciones impiden la expresión de todo el operón lac. Estas mutaciones del promotor bloquean la iniciación de la transcripción por la RNA polimerasa; en consecuencia, no se sintetiza mRNA de lac y por tanto, tampoco proteínas de lac, aun cuando el represor se une al IPTG y se desprende del operador.

La regulación del operón lac depende de secuencias de DNA de acción cis y de proteínas de acción trans.

Las mutaciones de acción cis están en secuencias de DNA que funcionan como sitios de unión para proteínas que controlan la expresión de los genes cercanos. Por ejemplo, las mutaciones O^c de acción cis impiden la fijación del represor lac al operador. De modo similar, las mutaciones en el promotor lac son de acción cis, dado que alteran el sitio de unión para la RNA polimerasa. Cuando la RNA polimerasa no puede iniciar la transcripción del operón lac, ninguno de los genes del operón puede expresarse, lo cual es independiente de la función del represor. Por lo general los genes de acción trans que regulan la expresión génica en otras moléculas de DNA codifican productos difusibles. En la mayoría de los casos estos son proteínas, pero algunas veces las moléculas de RNA pueden actuar en trans para regular la expresión génica.

Experimentos bioquímicos confirman que la inducción del operón lac conduce a un aumento en la síntesis del mRNA de lac.

El modelo de Jacob y Monod, postula que la adición de un inductor produce un aumento en la transcripción de este operón. Este pronóstico fue examinado de manera directa donde se midió la velocidad de síntesis de mRNA de lac en células de E. Coli cultivadas inicialmente en medios con glucosa y después tras la adición de IPTG.

10.2. INICIACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN BACTERIANA.

De acuerdo con el modelo de Jacob y Monod, proteínas reguladoras (represores y activadores) y la RNA polimerasa de E. coli actúan juntas para regular la iniciación de la transcripción a la altura de los promotores bacterianos.

Cuando una proteína esta unida a una región del DNA, protege la secuencia de DNA de la digestión por la DNasa. Este fenómeno es la base de una poderosa técnica, llamada de la huellas con DNasa I, (en ingles: DNase I footprinting). La región protegida por la proteína unida aparece como un espacio o brecha “la huella” en la colección de bandas que resultan de la digestión en ausencia de la proteína.

El ensayo de desviación de la movilidad electroforética; también conocido como análisis de retraso en gel, este es mas útil que el método de las “huellas” para el análisis cuantitativo de las reacciones de unión entre DNA y proteínas. La unión de una proteína por lo general reduce la movilidad de un fragmento de DNA, lo que ocasiona una desviación o un cambio en la ubicación de la banda del fragmento detectada por la autorradiografía. Una ventaja del EMSA sobre la técnica de las “huellas” es que la unión se puede detectar cuando se ha fijado solo una pequeña fracción del fragmento de DNA marcado.

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