REGULACIÓN DEL METABOLISMO R EGULACIÓN G ENÉTICA DEL O PERÓN LAC Bioquímica Experimental.
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REGULACIÓN DEL METABOLISMO
REGULACIÓN GENÉTICA DEL OPERÓN LAC
Bioquímica Experimental
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Regulación de la expresión génica
Proceso mediante el cual se induce o reprime la expresión de genes en periodos de tiempo y condiciones diferentes.
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Regulación de la expresión génica
Expresión
Génica
Genes constitutivos: Se expresan a un nivel constante.
Genes regulables: Genes inducibles o reprimibles, en respuesta a condiciones ambientales
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¿A qué nivel se regula la expresión génica?
Uno de los niveles de regulación más común, es a nivel transcripcional. Reprimir o inducir la expresión del mRNA.
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¿Por qué se regula la expresión de genes?
1. Expresar solo aquellos genes que son necesarios.2. Reprimir genes cuyos productos interfieran con otros
procesos que se están llevando a cabo en la célula al mismo tiempo.
3. Regular procesos de desarrollo.
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¿Por qué se regula la
expresión de genes?
Disponibilidad de nutrientes
¿Los sintetiza o los toma del medio?
Gasto de energía y de recursos celulares.
SINTETIZAR SOLO LO NECESARIO CUANDO SEA
NECESARIO
¡Gasto de ATP!
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Metabolismo de
Carbohidratos
• Fuente de energía y estructura.
• Glucosa, lactosa, galactosa, xilosa; diferentes proteínas para internalizarlos y metabolizarlos.
• Inducir o reprimir genes según las condiciones ambientales.
Metabolismo
Gal Lac Glu
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OperonesPermiten regular de manera coordinada la expresión de genes que codifican productos que participan en una serie de procesos relacionados.
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¿Qué es un OPERÓN?
Segmento de DNA que codifica para múltiples mRNA con un promotor común adyacente y una región reguladora. Estos genes regulan su propia expresión dependiendo de la presencia o ausencia de un sustrato.
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Regulación del metabolismo de lactosa:
Componentes del operón lac
Genes estructurales: lacZ, lacY y lacA.Componentes reguladores: Promotor y Operador.Otros reguladores del operon lac: Gen lacI y Represor.
Componentes
Reguladores
Genes Estructurales
β-GalactosidasaPermeasaTransacetilasaRepresor (LacI)
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Proteína Represora: LacI
Es un homotetrámero cuya unión al operador previene que la RNA polimerasa se una al promotor y lleve a cabo la transcripción de los genes estructurales.
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Regulación del operón lac
INDUCCIÓN: Liberación de la represión de los genes estructurales INDUCTORES: Compuestos que alostéricamente inactivan a la proteína represora. Ejemplo: Alolactosa, IPTG.
¡1000 veces más!
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Jacob y Monod
Mutantes deficientes en la regulación del metabolismo de lactosa.
Utilizaron un análogo no metabolizable de la lactosa, el IPTG. Y además realizaron ensayos de complementación; con ayuda del factor F’ que acarreaba la región cromosomal lac.
IPTG
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Los genes se controlan juntos…• lacZ, lacY y lacA se controlaban de manera
coordinada y que se encontraban muy cercanos en el cromosoma.
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Evidencia genética del operador y del represor…
Mutaciones que alteraban la expresión de los genes estructurales: en el sitio regulatorio (operador lac) y en la proteína reguladora (proteína represora LacI).Mutaciones Oc; estas mutaciones hacen al operador incapaz de unirse a su represor y el operón esta siempre encendido
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Evidencia genética del operador y del represor…
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Evidencia genética del operador y del represor…
Mutaciones I-; basta una copia del gen I+ para regular ambas copias del operón en una célula parcialmente diploide.
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Evidencia genética del operador y del represor…
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Evidencia genética del alosterismo…
Mutación Is, represión de los genes estructurales aún en presencia del inductor.
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Evidencia genética del alosterismo…
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Represión catabólicaDisponibilidad de glucosa. Sino hay glucosa… ¡Gasto de energía!
La represión de la expresión de los genes necesarios para catabolizar lactosa, galactosa, arabinosa y otros carbohidratos en presencia de glucosa, se conoce como REPRESIÓN CATABÓLICA.
mRNA lac
Minutos después de la adición de IPTG
Glucosa
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↑[cAMP] y ¡Se activa el operon lac!
Represión catabólica
ACTIVADOR: Incrementa la afinidad de la RNA polimerasa por el promotor y aumenta la transcripción de los genes estructurales
↑[Glucosa] → ↓[cAMP] y viceversa.
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La disociación del represor y la activación deben actuar de manera coordinada y simultáneamente, porque:
La RNA polimerasa tiene mucha afinidad por el promotor, pero no puede unirse a él.
La RNA polimerasa puede unirse al promotor pero tiene poca afinidad por él, se disociará fácilmente.
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Para inducir al operón lac…
La inducción del operon lac requiere entonces de lactosa y de bajas concentraciones de glucosa.
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En la práctica…
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En la práctica…
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En la práctica…
ONPG (Incoloro)
D-Galactosa (Incolora)
ONP (Amarilo), 420 nm
β-Galactosidasa
125 L Na2CO3 1 M