REGULACION DE LA EXPRESION GENICA

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REGULACION DE LA EXPRESION GENICA 
 
 
 
Los mecanismos de regulación génica determinan que genes se van a expresar (es decir, activar), y 
que genes no se van a expresar (es decir, no se activaran) 
• En un individuo pluricelular, todas las células tienen la misma información genética (ya que 
todas provienen de una única célula común), pero no todas utilizan la misma información. 
• Por ejemplo: tanto las células del páncreas como las neuronas tienen la información (genes) 
para fabricar insulina, pero solo las células del páncreas van a usar esa información. Las 
neuronas también la tienen, pero no la usan, ya que no fabrican insulina. 
• Entonces, decimos que las neuronas tienen genes para fabricar insulina, pero esos genes no 
se traducirán a proteínas 
• En determinadas células del páncreas, el gen para fabricar insulina se expresa 
• En las neuronas, el gen para fabricar insulina NO se expresa. 
Si prestamos atención, en el primer resumen (el de seres vivos), mencionamos que los seres vivos 
sufren diferenciación… ¿Qué significa esto? Que en un principio, todos fuimos una única célula, 
llamada cigoto. Esta célula comienza a dividirse, sus células hijas también, y así sucesivamente. A 
medida que ocurren esas divisiones, cada una de las nuevas células comienzan a fabricar 
diferentes proteínas, porque los genes se expresan de distinta forma en las diferentes células. Así, 
una célula se convierte en glóbulo rojo, otra en neurona, otra en miocito, otra en célula de la piel, 
etc. (es decir, llega un punto en el cual tenemos células totalmente distintas en estructura y 
función). El proceso por el cual las células se tornan diferentes (o bien se especializan en distintas 
funciones) se denomina “DIFERENCIACION CELULAR”. 
• El control de la expresión génica puede darse a distintos niveles 
REGULACION EN PROCARIOTAS 
En bacterias, los genes que codifican para la síntesis de enzimas que participan en una vía 
metabólica, se agrupan en el cromosoma en un complejo llamado OPERON. Todos los genes de 
este operon actúan de forma coordinada. 
 
 
Partes del operon 
o Genes estructurales: codifican para las enzimas de la vía metabólica. Se sitúan próximos 
entre sí, de forma tal que son transcriptos en una sola molécula de ARNm policistronico. 
Cuando este se traduce, se obtienen las diferentes enzimas de la vía metabólica 
o Promotor: es la secuencia de nucleótidos del ADN en donde se une la ARN polimerasa para 
iniciar la transcripción 
o Operador: secuencia de nucleótidos que se interpone entre el promotor y los genes 
estructurales, en donde se inserta una proteína reguladora llamada “proteína represora” 
 
La proteína represora es codificada por el gen regulador, localizado en una región distinta del 
cromosoma bacteriano, rio arriba del sitio operador. 
 
EJEMPLO: OPERON LACTOSA 
El operon lac es un conjunto de genes que intervienen en la utilización de la lactosa, por parte de 
la bacteria, como fuente de energía. 
Las bacterias utilizan la GLUCOSA como fuente de energía. También pueden usar lactosa, pero solo 
la usaran si no hay glucosa disponible. Entonces, si no hay glucosa y hay lactosa, recién allí se 
expresaran los genes para poder utilizar lactosa como fuente de energía; si hay glucosa, no se 
expresaran. 
 ¿Qué ocurre si no hay lactosa? La proteína represora se une al operador, y así, la ARN 
polimerasa tendría bloqueado el paso. Los genes para usar lactosa no se transcriben. 
 ¿Qué ocurre si hay lactosa? La lactosa se une a la proteína represora. Así, la proteína 
represora no se va a unir al operador. Por ende, la ARN polimerasa ya no tendrá el paso 
bloqueado, y los genes para usar lactosa se van a transcribir. 
 ¿Qué ocurre si no hay glucosa? La ARN polimerasa sola no se une bien al promotor. Para 
unirse, necesita la “ayuda” de un complejo formado por una proteína “CAP” y un “AMP 
cíclico”. La formación de este complejo depende de la ausencia de glucosa. Cuando no hay 
glucosa, aumentan los niveles de AMP cíclico y el complejo se forma. Cuando hay glucosa, 
no se forma ese complejo, y la ARN polimerasa no podrá unirse bien al promotor. 
Entonces… ¿Qué condiciones necesito para que los genes que permiten usar lactosa se 
transcriban? 
 
 
▪ NO DEBE HABER GLUCOSA: la ARN polimerasa tiene que poder unirse al promotor. Para que 
se cumpla esa condición, no debe haber glucosa 
▪ DEBE HABER LACTOSA: si hay lactosa, el operador estará libre para que la ARN polimerasa 
pueda desplazarse por el ADN. La lactosa, por lo tanto, es un inductor del operón 
El operon lac es un ejemplo de operon inducible, es decir, que en presencia de una sustancia 
específica (en este caso, la lactosa), induce la transcripción de los genes estructurales. 
EJEMPLO 2: OPERON TRIPTOFANO 
Es un operon reprimible. 
o En ausencia de triptófano, la ARN polimerasa se une al promotor y transcribe los genes 
estructurales. 
o En presencia de triptófano en el medio circundante, este aminoácido (que funciona como 
molécula co-represora) se une a la proteína represora cnstituyendo el complejo represor/co-
represor. Este complejo reconoce a la zona operadora a la que se fija, impidiendo que la 
ARN polimerasa pueda transcribir los genes estructurales. 
Entonces… 
 En ausencia de triptófano: se sigue transcribiendo 
 En presencia de triptófano: se detiene la síntesis (el mismo es su propio represor) 
Así, la bacteria ahorra energía, sintetizando triptófano solo cuando esta sustancia (esencial en su 
crecimiento) está ausente en el medio circundante. 
COMPARACION ENTRE OPERON LAC Y OPERON TRIPTOFANO 
 
REGULACION EN EUCARIOTAS 
Cada etapa en el flujo de información “ADN----ARN----PROTEINAS” puede ser regulada. 
Si bien los mecanismos más importantes de control son los que actúan a nivel transcripcional, 
debemos decir que existen también regulaciones en otros puntos. 
 
 
Regulación: puede ocurrir a distintos niveles, como: 
1) NIVEL TRANSCRIPCIONAL: 
 
a) FACTORES DE TRANSCRIPCION 
Para la transcripción de un gen eucariota necesito: 
▪ Promotor: secuencias de nucleótidos necesarias para la fijación de la ARN polimerasa 
▪ Secuencias reguladoras: existen dos tipos: 
o Intensificadoras: estimulan la transcripción 
o Silenciadoras: inhiben la transcripción 
▪ Factores basales de transcripción: complejo proteico que interacciona con el sitio promotor. 
Esenciales para la transcripción, pero no pueden aumentar o disminuir su ritmo. De esto se 
encargan los… 
▪ Factores específicos de transcripción: complejo de proteínas reguladoras (que pueden ser 
activadoras o represoras) 
▪ Proteínas activadoras: interaccionan con las secuencias intensificadoras del gen 
▪ Proteínas represoras: interactúan con las secuencias silenciadoras del gen 
 
La unión de los factores al sitio promotor provoca un cambio conformacional que pliega al ADN 
entre las secuencias reguladoras y promotora. Este plegamiento permite contactar a los factores 
específicos, unidos a las regiones reguladoras, con una o más proteínas blanco asociadas al 
complejo de transcripción basal. Cuando esto pasa, se estimula la transcripción por parte de la 
ARN polimerasa. 
b) ESTRUCTURA DE LA CROMATINA 
En cada tipo celular solo se expresan determinados conjuntos de genes, mientras el resto del 
genoma se mantiene “silencioso”. El grado de compactación de la cromatina desempeña un papel 
importante en la expresión génica. 
Dos tipos de cromatina: 
▪ Eucromatina: más laxa, desplegada, transcripcionalmente activa 
▪ Heterocromatina: más condensada, transcripcionalmente inactiva 
 
La transcripción solo ocurre cuando el ADN está desplegado. 
 
 
¿Qué queremos decir con esto? Que las regiones de cromatina condensada y dispersa varían según 
el tipo celular, reflejando la síntesis de proteínas diferentes por los distintos tipos celulares. Por 
ejemplo, el gen para síntesis de insulina estaría en estado heterocromatico en laneurona (por 
ende, no disponible para su expresión), y en estado eucromatico en la célula del páncreas 
(disponible para su expresión) 
C) GRADO DE METILACION 
La mayoría de los genes que no se expresan están metilados. En las células que si utilizan esos 
genes, disminuyen los niveles de metilación, y así esos genes se pueden expresar. 
¿Qué es “metilación”? Agregar grupos metilos (CH3) a “algo”, en este caso, a un gen. Al metilarlo, 
afectamos la expresión de dicho gen. 
2) NIVEL: PROCESAMIENTO DEL ARNm 
En este caso, las regulaciones se producen a nivel del Splicing, o “corte y empalme” 
El mecanismo por el cual, a partir de un mismo gen, pueden obtenerse dos proteínas relacionadas 
se llama “corte y empalme alternativo”. Consiste en unir diferentes combinaciones de exones, 
obteniéndose así dos ARNm maduros con distinta información, por ende, las proteínas que se 
codifiquen a partir de ellos, diferirán en uno o más trapos de su secuencia de aminoácidos. 
 
3) NIVEL: TRADUCCION 
Existen muchos ejemplos de regulación de la expresión génica a nivel de la traducción. 
Explicaremos uno de ellos: modificación de la tasa de traducción del ARNm que codifica para la 
proteína transferrina (proteína encargada de captar Hierro del medio intracelular, ya que en 
estado libre, el hierro es toxico para la célula). 
La traducción del ARNm para la ferritina es regulada por una proteína represora. 
 
 
▪ Cuando la concentración intracelular de hierro es baja, la proteína represora se une a 
una secuencia específica del ARNm, bloqueando la traducción. 
▪ Cuando aumenta la concentración intracelular de hierro, este se asocia a la proteína 
represora. Así, esta cambia su conformación y pierde afinidad por la secuencia 
específica del ARNm a la cual se unía y bloqueaba. Así, el ARNm se libera, retomando 
la traducción, es decir, la síntesis de proteína ferritina. 
4) NIVEL: LUEGO DE LA TRADUCCION 
La vida media de una proteína en el citosol depende de: 
• Su correcto plegamiento 
• Secuencia de aminoácidos de su extremo aminoterminal 
 
o Desde el momento en que la proteína sale del ribosoma, se unen a ella proteínas 
denominadas chaperonas, encargadas de su correcto plegamiento. 
o En cuanto al extremo aminoterminal, existen secuencias aminoacidicas estabilizadoras (que 
asegurarían una vida media prolongada), y otras desestabilizadoras, que hacen que las 
proteínas se marquen en ese extremo. Esa marca conduce a su posterior degradación. 
 
o Si la proteína adquiere un plegamiento anómalo, o se desnaturaliza, o su extremo 
aminoterminal es desestabilizante, pasa a un proceso de “ubiquitinizacion”, que consiste en 
la adición de varias moléculas de ubiquitina. En otras palabras, la ubiquitina funcionaria a 
modo de “etiqueta” (una etiqueta que indica que esa célula debe ser destruida) 
o La proteína ubiquitinizada será captada por un complejo enzimático, denominado 
“proteasoma”, constituido por muchas proteasas (enzimas que degradan proteínas), que 
delimitan una cámara central. 
o Al ser reconocida por la partícula regulatoria del proteasoma, la proteína marcada va a 
perder su plegamiento (gracias a ATPasas, con gasto de energía) 
o Ahora, la proteína desenrollada se translocara a la cámara central, donde será degradada 
por las proteasas