El material gentico determina y controla las caractersticas estructurales y metablicas de todos los seres vivos.Se transmite de una generacin a otra.DNA

El cromosoma procariota es un filamento simple, continuo (circular) de ADN de cadena doble, con una anchura de 2 nanmetros. En Escherichia coli contiene 4,7 millones de pares de bases y cuando se extiende completamente alcanza una longitud de 1 milmetro. Una clula de E. coli mide menos de 2 micrmetros, por lo que el cromosoma es una 500 veces mayor que la misma clula. Dentro de la clula, el cromosoma se halla plegado formando una masa irregular llamada nucleoide.

Molculas de DNA circular tambin seencuentran en las mitocondrias denumerosas clulas eucariontes y enlos cloroplastos de las plantas.

En eucariontes el material gentico consiste enmolculas lineales de DNA no ramificadas,de diferente longitud pudiendo llegar a serextremadamente largas (megabases) las que seencuentran unidas a un grupo de protenas bsicasllamadas histonas. Este complejo formado por elDNA y las protenas recibe el nombre de cromatina.

La informacin que contiene el DNA de todos losseres vivos se encuentra almacenada en unidadesestructurales que se conocen con el nombre deGenes.

fragmento de DNA que contiene la informacin quecodifica para la sntesis de una cadena polipeptdicao RNA funcional (tRNA, rRNA, mRNA).

La organizacin de los genes en el DNA presentabastantes diferencias en procariontes y eucariontes.Ejemplo: serie de enzimas que sintetizan el aminocido triptfano

BacteriasLevaduras Codificadas en secuenciascontinuas Genes ubicados en cromosomas distintosBajo una misma reginreguladora Region reguladora en cada cromosoma

En el ADN procarionte los genes que codificanprotenas relacionadas funcionalmente seencuentran agrupados en regiones que funcionancomo una unidad que se transcribe desde un sitionico y genera un ARNm codificante de numerosasprotenas.

Cada seccin del ARN mensajero representa unaunidad (gen) que instruye al aparato de sntesis deprotena para la construccin de una protenaparticular. Este arreglo de genes en serie,funcionalmente relacionados, se llama opern,porque acta como una unidad con un solo sitio deinicio de la transcripcin para varios genes.

Es un segmento continuo del cromosoma deE. coli, que contiene 5 genes, los cualescodifican las enzimas necesarias para lasdistintas etapas de la sntesis de triptfano.

El opern entero es transcrito desde un sitio delADN y origina un largo y continuo ARNm.

La traduccin de este ARNm empieza en cinco sitiosdistintos de inicio, uno para cada enzima distintacodificada en este ARNm.

El orden de los genes en el ADN bacterianocorresponde al orden de las enzimas que catalizan lasdistintas etapas de sntesis del triptfano

E. coli crece en el medio cuando hay glucosa. Perosino la hay y si hay lactosa, crece con lactosa.

Jacob y Monod comprobaron que cuando en el mediohaba lactosa aumentaba la concentracinintracelular de beta-galactosidasa, adems seproducan dos protenas: permeasa que introduce lalactosa en el interior de la bacteria y la transacetilasa.

Beta galactosidasa

Lactosa galactosa + glucosa.

Un gen regulador: El gen regulador codifica una protenareguladora, llamada represor.

Por ejemplo, el represor lac, codificado por elgen lac I, es la protena reguladora del opern lac.

Un operador.El operador es la regin de DNA en el opern ala que se une la protena reguladora.

Un promotor.El promotor es la secuencia de DNA en elopern reconocida por la RNA polimerasa.El lugar de iniciacin para la sntesis del RNAest situado inmediatamente tras el promotor.

Genes estructurales.El opern contiene uno o ms genes que codificanenzimas inducibles. El opern lactosa codifica lasenzimas necesarias para el metabolismo de lalactosa, incluyendo -galactosidasa, -galactsidapermeasa y - galactsido transacetilasa.

Z: beta-galactosidasa Y: permeasa A: transacetilasa

Existen algunos mutantes de E. coli que son incapaces de regular la produccin de enzimas y producen, por ejemplo, beta-galactosidasas incluso en ausencia de lactosa, o enzimas para sintetizar triptfano incluso cuando hay triptfano. Qu desventaja tienes estos especmenes comparndolos con normales?

Cul es el beneficio que se puede obtener deconocer la funcin especifica de los operones, sobretodo en el rea biotecnolgica medica?

Segn tus conocimientos previos, Cul es la principal diferencia entre el control gnico en procariontes y eucariontes?

En las bacterias, a pesar de ser organismos unicelulares, tambin es necesario regular la expresin de los genes adaptndola a las necesidades ambientales.Economa celular en la expresin de genesObtencin de energa de distintas fuentes

La regulacin de la produccin de protenas(sntesis) considerando el proceso ensu conjunto, puede llevarse a cabo en las tres etapas del dogma.En el proceso influyen protenas reguladoras que pueden actuar como controles negativos (inhibiendo) o controles positivos (estimulando la transcripcin)

Necesidades bsicas para el mantenimiento normal deuna clula implica la expresin continua de genes, conel fin de sintetizar protenas necesarias(metabolismo). Su regulacin conlleva que se estnexpresando siempre, codificando para sistemasenzimticos que funcionan continuamente.

Genes que se expresan solamente en determinadassituaciones y que, por consiguiente, codifican paraenzimas que solamente se necesitan en momentosconcretos, codifican para sistemas enzimticosadaptativos, por su caracterstica de expresarsesegn las condiciones del medio.

Sistemas inducibles: cuando el sustrato sobre el que va actuar la enzima provoca la sntesis del enzima. Al efecto del sustrato se le denomina induccin positiva.Ej. Lactosa Inductor

Sistemas represibles: cuando el producto final de la reaccin que cataliza la enzima impide la sntesis de la misma. Este fenmeno recibe el nombre de induccin negativa

Ej. Triptfano Correpresor

Las cepas normales de E. coli son inducibles, de manera que en ausencia del inductor (la lactosa), la protena represora producto del gen I se encuentra unida a la regin operadora e impide la unin de la ARN-polimerasa a la regin promotora y, como consecuencia, no se transcriben los genes estructurales.

En presencia del inductor (la lactosa), este se une a la protena reguladora que cambia su conformacin y se suelta de la regin operadora dejando acceso libre a la ARN-polimerasa para que se una a la regin promotora y se transcriban los genes estructurales. Por consiguiente, la presencia del inductor hace que se expresen los genes estructurales del opern, necesarios para metabolizar la lactosa.

Los tres genes estructurales del opern lactosa se transcriben juntos en un mismo ARNm, es decir que los ARN mensajeros de bacterias suelen ser policistrnicos, polignicos o multignicos.

Genes estructurales: cinco genes en el siguiente orden trpE-trpD-trpC-trpB-trpA. Las enzimas codificadas por estos cinco genes estructurales actan en la ruta metablica de sntesis del triptfano en el mismo orden en el que se encuentran los genes en el cromosoma.Elementos de control: promotor (P) y operador (O). Gen regulador (trpR): codifica para la protena reguladora. Este gen se encuentra en otra regin del cromosoma bacteriano aunque no muy lejos del opern.Correpresor: triptfano.

En ausencia de triptfano, o cuando hay muy poco, la protena reguladora producto del gen trpR no es capaz de unirse al operador de forma que la ARN-polimerasa puede unirse a la regin promtora y se transcriben los genes del opern triptfano.

En presencia de triptfano, el triptfano se une a la protena reguladora o represora cambiando su conformacin, de manera que ahora SI puede unirse a la regin operadora y como consecuencia la ARN-polimerasa no puede unirse a la regin promotora y no se transcriben los genes estructurales del opern trp.

Por tanto, la diferencia esencial entre el opern lac (inducible) y el opern trp (represible), es que en este ltimo el represor del triptfano solamente es capaz de unirse al operador cuando previamente est unido al trp.

En bacterias, el control gnico lepermite a una clula ajustarse acambios de su medio ambientenutricional.En organismos eucariontesmulticelulares, en cambio, el controlde la actividad gnica esta relacionadocon un programa gentico, quedepende del desarrollo embriolgico yde la diferenciacin de distintos tejidos.

Una clula eucariota regula las protenas que sintetiza;Regula el momento y la frecuencia con que un determinado gen es transcrito (control transcripcional); Controla el procesamiento del ARNm transcrito (control de procesamiento de ARNm); Regula las molculas de ARNm que son exportadas del ncleo al citoplasma (control de transporte del ARNm);

Regula los ARNm que son traducidos por los ribosomas en el citoplasma (control de traduccin); Controla la vida media del ARNm (control de degradacin del ARNm) Regula la activacin e inactivacin de protenas (control de la actividad de las protenas).

De todas estas etapas de regulacin, la primeraes la que resulta ms econmica para la clula. Latranscripcin en los eucariotas difiere de la delos procariotas en varios aspectos.

Separacin fsica entre la transcripcin y la traduccin (ncleo---citoplasma)El cromosoma eucarionte difiere en muchos aspectos del cromosoma procarionteAn siendo la transcripcin el principal punto de regulacin, al igual que en procariontes, la expresin de los genes suele estar sometida tambin a distintos tipos de control post- transcripcional

Mientras que las clulas procariotas transcriben casi todos sus genes, las clulas eucariotas eligen qu genes transcribir, dependiendo de seales intra y extra celulares, adems de las relaciones que se sostienes con otros tipos celulares.

Cada tipo celular eucariota expresa slo una fraccin de los genes que tiene, esta fraccin compromete alrededor del 20% de ellos. Es decir, slo el 20% de los genes se transcribir en ARN y luego se traducir en protenas.

Secuencias promotoras o promotor constituidas por: TATA BOX, CAAT BOX, GC BOX.Secuencias potenciadoras o enhancers.Secuencia TACExonesIntronesSecuencia de acoplamiento para la cola de poli A.Codn TTA que indica el final de la traduccin.

Promotor: secuencias que sirven de reconocimiento para los distintos tipos de ARN polimerasa existentes en eucariontes. Contienen varias regiones diferenciadas:

TATA box (Caja TATA) : secuencia de 7 nucletidos (TATAAAA) ubicada a 30 pares de bases antes del inicio de la transcripcin.CAAT box, (Caja CAT): secuencia GGC CAAATC ubicada a 90 pares de bases del inicio de la transcripcin a la cual se unen los factores de la transcripcin.GC box. (Caja rica en GC):secuencia ubicada a 110 pares de bases antes del inicio de la transcripcin. Se asocia tambin a la unin de factores de la transcripcin.

Secuencias potenciadoras o enhancers: regiones del DNA que aumentan la eficiencia del promotor cuando se unen a ellas factores de transcripcin que las activan. Su localizacin es variable.

Exones. Corresponde a las secuencias codificantes.

Intrones. Corresponde a las secuencias no codificantes

Secuencia trailer (acoplamiento para la cola de poli A): corresponde a la secuencia AATAAAAA la cual es necesaria para el agregado de la cola de poli A en el extremo 3 del transcrito.

Secuencia TAC que en el ARNm corresponde a la secuencia que seala el inicio de la traduccin Cul es la secuencia de inicio en el ARNm?

Codn TTA que seala el final de la traduccin.

Componentes del gen eucarionte

Se requiere una variedad de protenas en la regulacin de la expresin gnica. Para poder iniciar la transcripcin, la ARN polimerasa requiere que un grupo de factores generales de transcripcin (protenas) , se ensamblen en la regin promotora del gen. Esto permite la unin de la ARN polimerasa y la posterior transcripcin. Algunas de estas protenas tienden a activar el gen y otras a desactivarlo.

Por medio de la regulacin del inicio de la transcripcinse puede elegir qu genes encender (activar) oapagar (inhibir) en un momento determinado.Hay regiones de ADN que estn siempre apagadas y cuyos genes no se transcriben nunca.Uso de secuencias reguladoras que permiten la unin de factores de transcripcin, que se unen a regiones cercanas al promotor, facilitando o impidiendo la transcripcin.

Un casquete de metil-guanina (CAP) al extremo 5 de la molcula.

Una cola de poli-A al extremo 3 al terminar la transcripcin.

Se produce remocin de intrones y unin de exones en el ARNm antes de dejar el ncleo.

Este proceso es conocido como empalme o "splicing"( Del ingls corte y empalme. )

Proceso muy exacto, donde los intrones son cortados del ARNm inmaduro por un sistema especfico que reconocen secuencias cortas dentro del intrn y que se encuentra cerca de los lmites con exones.

Estas secuencias son llamadas "sitio dador"

El corte y empalme esta catalizado por una estructura pequea, compuesta por ribonucleoprotenas llamadas spliceosoma, la que reconoce las secuencias en los intrones y su posterior fijacin. Luego hay una secuencia de pasos que determinan el ligado de los exones

Spliceosoma

En algunas casos se incluyen ribonucleotidos en regiones especificas, los que genera un corrimiento de la lectura sintetizando protenas diferentes.El ARNm procesado correctamentese transporta hacia el citoplasma a travs de los poros de la carioteca

Una vez sintetizadas, las protenas pueden sermodificadas mediante la unin de distintasmolculas (grupos fosfato, adenilatos, azcares)Estos agregados permiten regular la accin proteicamuy rpido porque no dependen del proceso desntesis.Estas modificaciones generalmente le otorgan lafuncionalidad a la protenas (hormona, enzima)

Resumen

De los tres niveles de regulacin, uno de los mejor conocidos actualmente es la regulacin durante la transcripcin. Aunque la regulacin de la transcripcin en eucariontes es ms compleja que en bacterias, muchos de sus aspectos son similares. Por tanto, comenzaremos por el estudio de la regulacin de la transcripcin en bacterias.*El Opern lactosa, es un sistema inducible, el inductor es la lactosa que estimula la transcripcin de los genes estructurales.*