Regulacion de la expresion genica resumen

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Regulación de la expresión génica 
La diferenciación celular ocurre en el desarrollo y depende de cambios en la expresión génica. 
Los diferentes tipos celulares sintetizan: 
• Proteínas constitutivas: Son comunes a todas las células de los organismos 
pluricelulares, y esenciales para la vida de las células. Por ejemplo: proteínas histonas, 
DNA y RNA polimerasas, enzimas de la glucólisis, proteínas del citoesqueleto. 
• Proteínas específicas: Son las responsables de las características de cada tipo celular y 
sus funciones particulares. Por ejemplo: Hemoglobina en los precursores de glóbulos 
rojos, insulina en las células β del páncreas. 
Esta expresión génica se modifica durante el desarrollo embrionario, en respuesta a señales 
extracelulares como hormonas o cambios ambientales o en condiciones patológicas como el 
cáncer. 
Niveles de control de la expresión génica 
 
¿De que modo se determinan que genes se van a transcribir? Mediante secuencias reguladoras 
en los genes codificantes de proteínas, a las que se unen específicamente proteínas de 
regulación génica, conocidas como factores de transcripción. 
Los factores de transcripción pueden ser 
activadores o represores según activen o 
inhiban genes, y son capaces de “leer” 
secuencias de DNA mediante motivos en 
su estructura llamados hélice de 
reconocimiento ó hélice de lectura de 
secuencia, que poseen la capacidad de 
unirse al DNA por los surcos menor y 
principalmente, mayor por 
complementariedad molecular. 
Las proteínas de regulación génica 
pueden reconocer los apareamientos de 
las bases sin necesidad de abrir la doble 
hélice. (solo a nivel del surco mayor) 
La estructura de un factor de transcripción activador consta de dominio de unión al DNA y uno 
o varios dominios de activación, que se unen a otras proteínas, que en su conjunto se llamarán 
coactivadoras. 
 
 
 
 
Acá se observa como 
distintos factores de 
transcripción poseen un 
dominio de unión al 
DNA y uno o más 
dominios de activación, 
generalmente unidos 
por dominios flexibles. 
Para los factores de transcripción represores tienen también un dominio de unión al DNA y uno 
o mas dominios de represión, que se unen a otras proteínas, que en su conjunto se llaman 
corepresoras. 
 
Estas proteínas de regulación génica pueden presentar distintos motivos estructurales 
característicos: 
 
Formado por 3 hélices α separadas 
entre sí por bucles. La hélice 3 se 
conecta con el DNA. Se encuentran 
como dímeros y funcionan 
generalmente en el desarrollo. 
Una hélice α y una hoja β con la capacidad de unir 
un ion zinc por int. no covalentes. Este motivo se 
encuentra repetido en tándem y se localiza por ej 
en las prot. receptoras intracelulares o el 
activador del gen del RNAr eucariota. 
2 proteínas α hélice con una 
secuencia rica en aa hidrofóbicos 
que forman el dominio de 
dimerización constituyendo la 
“cremallera”. La región sin unirse 
interacciona con el DNA 
 
 
 
Al actuar como dímeros, los factores de transcripción adquieren más posibilidades 
combinatorias, como homodímeros ó heterodímeros, que permiten la regulación de más sitios. 
La presencia de un factor inhibidor aumenta la complejidad: este tiene la capacidad de unirse a 
una proteína de regulación génica e inhibirla. 
Dos factores de transcripción no relacionados que se unen a sitios de DNA diferentes cercanos 
entre sí fortalecen su unión al DNA cuando interaccionan entre sí, permitiendo la transcripción 
de los genes, lo que por separado no sucede. 
Utiliza bucles para reconocer al DNA Utiliza laminas β para reconocer al DNA 
Secuencias reguladoras en los genes codificantes de proteínas 
El promotor es una secuencia de DNA que se encuentra en los genes especificando a donde se 
debe unir la RNA polimerasa para que se inicie el proceso de transcripción. En procariontes, los 
promotores están entre la posición 35 y 10 corriente arriba del sitio de inicio y son ricas en 
adenina y timina. Para los eucariontes hay diversos tipos de promotores y puede haber varios 
en un gen, entre los mas conocidos esta la caja TATA (8 pb ricos en A-T), característica de 
procesos transcripcionales muy activos y en posición 35 a 25 corriente arriba del inicio de la 
transcripción. También se conoce el iniciador; una secuencia en eucariontes que esta 
degenerada y se encuentra alrededor del sitio +1, es un promotor característico de genes de 
transcripción rápida. Por último, otro ejemplo de promotor eucarionte son las islas CG o CpG, 
secuencias ricas en C-G que se extiende entre 20 a 50 nucleótidos y se encuentra dentro de las 
100 pb en dirección 5’ con respecto al sitio de inicio, estos promotores son característicos de 
genes de transcripción lenta, que transcriben proteínas de mantenimiento celular y se 
caracterizan por ser pobres en nucleosomas. 
 
En procariontes además del promotor se encuentran secuencias reguladoras como el operador 
o sitio operador, que son sitios de unión para represores, y sitios de union para activadores. 
Para los eucariontes hay mas tipos de secuencias reguladoras: 
➢ Amplificadores, aumentadores, potenciadores o enhancers (~50-200 pb): representan 
sitios de unión para factores activadores, y controlan la transcripción a larga distancia. 
Pueden estar en dirección 5’ con respecto a un promotor, dentro de un intrón o exón ó 
en dirección 3’ del exón final de un gen, ó también en regiones 3’ y 5’ UTR (regiones del 
mRNA que no se traducen en proteínas). 
➢ Elementos proximales del promotor (~6-10 pb): Están cerca del promotor y funcionan 
como elementos de anclaje de aumentadores distantes. 
➢ Silenciadores: Actúan reprimiendo ó silenciando la transcripción de un gen, mediante 
la unión de factores de transcripción represores ó previniendo la unión de factores de 
transcripción activadores a sus elementos reguladores. 
➢ Barrera: Evitan que la heterocromatina se expanda a un gen que debe ser expresado. 
➢ Aislante: Secuencias que impiden que las proteínas reguladoras de genes afecten a los 
genes inadecuados. 
Estas evitan 
que las 
regiones de 
control de un 
gen interfieran 
con las de otro 
gen vecino 
¿Cómo funciona el control de la expresión génica? 
Tener en cuenta que la iniciación de la transcripción es el principal mecanismo para controlar la 
producción de una proteína codificada en una célula. 
Procariontes Eucariontes 
Los genes son regulados de 
manera coordinada 
Cada gen se regula 
individualmente 
Los genes son regulados por proteínas represoras y 
activadoras 
La transcripción y la 
traducción son simultáneas 
ya que no hay núcleo 
Hay mas niveles de control, 
transcripcionales, 
postranscripcionales y 
postraduccionales 
 
En procariontes, la expresión génica está regulada según cambios en los medios nutricional y 
físico. Las proteínas que intervienen en una misma vía metabólica en bacterias están 
coordinadas en una misma vía denominada operón. 
Operón triptofano de Escherichia coli 
Codifica las enzimas que participan en la biosíntesis del triptófano. Estos genes se activan 
cuando hay baja concentración de triptófano, ya que la proteína represora adquiere una 
configuración inactiva y no se puede unir al operador, permitiendo así la actividad de la RNA 
polimerasa que transcribe al mRNA. 
 
codifica para 
Reguladas por 
Este tipo de control, es un control negativo, porque cuando la proteína represora esta activa, los 
genes están inactivos, y entonces la proteína reguladora del triptofano es un represor 
transcripcional. 
Un control positivo sería aquel en el cual la proteína unida permite la transcripción: 
Operón lactosa 
Este operón controla la producción de lactasa (la enzima que degrada la lactosa para utilizarlo 
como fuente de energía). Aunque si hay glucosa, se utiliza esta para obtener la energía 
preferentemente. El activador transcripcional es CAP y el represor, Represor Lac. 
En presencia de glucosa,esta será 
degradada preferentemente y CAP 
no se unirá a su sitio de unión. 
En ausencia de lactosa, un represor 
se une al operador 
Cuando la lactosa esta presente, su 
hidrólisis produce que el represor 
se inactive y la transcripción se 
facilite 
Además el operón lactosa contiene sitios operadores auxiliares, así el represor se puede unir 
simultáneamente a dos operadores. 
Esta estrategia también se puede utilizar para la activación genica a distancia en procariontes: 
 
Control génico en eucariontes 
Las células eucariontes poseen un complejo mediador, que aumenta el área de contacto para 
las proteínas reguladoras. Muchas señales convergen en un único promotor y la maquinaria de 
transcripción integra estas señales. 
En este proceso es fundamental la capacidad de curvarse del DNA para acercar los factores de 
transcripción lejanos para que contacten directamente con los factores generales de la 
transcripción y la RNA polimerasa II, esto sucede mediante el complejo mediador. 
El mediador y los factores generales de la transcripción son los mismos para la transcripción de 
todos los genes a partir de RNA polimerasa II. Sin embargo, para cada gen las proteínas 
reguladoras y las posiciones de sus secuencias de unión en relación al promotor son diferentes. 
El mediador une un complejo remodelador de la cromatina y enzimas modificadoras de histonas 
para cambiar la conformación de la cromatina (enrollar o desenrrollarla). 
 
¿De que manera actúa una proteína activadora de genes? 
1. Mecanismo directo: Las proteínas activadoras atraen, ubican y modifican a los 
factores generales de la transcripción, el mediador y la RNA polimerasa II para 
iniciar la transcripción 
2. Mecanismo indirecto: Las proteínas activadoras promueven modificaciones en 
la estructura de la cromatina en la zona del promotor, así atraen a los complejos 
remodeladores de la cromatina y enzimas modificadoras de histonas que 
produciran que los nucleosomas se remodelen y se relaje la cromatina. También 
se pueden eliminar o sustituir las histonas para hacer a la cromatina mas laxa 
(eucromatina). 
Las proteínas de activación génica también se pueden unir a enzimas 
modificadoras de histonas que tienen la capacidad de unir grupos químicos que 
modifican las histonas, generando un código de histonas que favorezcan la 
eucromatina. 
 
 
Gcn4: proteína activadora 
Gcn5:proteína coactivadora 
acetila residuos específicos 
de lisina en las colas de las 
histonas, enmascarando las 
cargas + de las lisinas 
haciendo que no puedan 
interaccionar con el DNA, 
produciendo una cromatina 
mas laxa. 
 
 
 
Se favorece 
la 
transcripción 
Eje
m
p
lo
 
Las alteraciones en la estructura de la cromatina pueden revertirse o no, inclusive pueden 
heredarse. 
¿De que manera actúa una proteína represora de genes? 
 
 
(A) El mismo sitio 
de unión para las 
proteínas represoras y 
activadoras, entonces 
compiten. 
(B) La proteína 
represora se une al 
dominio de activación de 
la proteína activadora. 
(E) Ver ejemplo debajo 
 
 
(E) 
 
Ume6: proteína represora 
Sin3 y Rpd3: proteínas 
correpresoras 
 
Quita los residuos acetilo de 
las colas de las histonas 
desenmascarando las 
cargas + de las lisinas y 
permitiendo que 
interaccionen con el DNA 
formando una cromatina 
mas compacta. 
 
Las proteínas reguladoras de genes de células 
eucariotas generalmente se unen de manera 
cooperativa al DNA. Varios grupos de proteínas 
reguladoras actúan de forma conjunta 
interaccionando con el promotor. La actividad de 
estas proteínas se regula mediante: su síntesis, la 
unión a un ligando, una modificación covalente 
como la fosforilación, la adición de una segunda 
subunidad, la separación de sus proteínas 
inhibidoras, la estimulación de su entrada al 
núcleo ó la liberación desde la membrana.