Resumen final Biología Molecular

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Parte 4 Regulación genética 
Capítulo 24: El Operón 
• La regulación de la expresión génica puede ser positiva, donde un factor regulador debe unirse al ADN 
para facilitar la unión de la ARN polimerasa y el inicio de la transcripción; o negativo, donde cuando una 
proteína represora se une al ADN, se bloquea la unión de la ARN polimerasa. 
• Un inductor, que a menudo es un sustrato (o una molécula estrechamente relacionada) del producto 
proteico, puede estar involucrado en el control de la actividad de una proteína represora o activadora. 
• Un correpresor, que a menudo es un producto final de la vía enzimática, puede estar involucrado en 
el control de una proteína represora o activadora. 
• En las bacterias, los genes que codifican proteínas implicadas en la misma vía a menudo se transcriben 
en ARNm policistrónicos, que incluyen regiones codificantes para más de un gen; esta unidad se 
llama operón. 
• El ejemplo clásico de un operón es el operón lac, donde un represor se une a un operador cerca del 
promotor para bloquear la expresión. 
• La adición de un inductor como la alolactosa, que se une al represor para alterar su conformación, 
provoca que el represor se disocie del operador para permitir la unión de la ARN polimerasa . 
o Incluso en ausencia de inductor, el operón se expresa a un nivel basal muy bajo. 
• Las mutaciones en el operador dan como resultado la expresión constitutiva del operón, mientras que 
las mutaciones en los genes estructurales o en el represor actúan en trans y, por lo general, pueden 
complementarse mediante la adición de un gen de tipo salvaje. 
• El represor lac funciona como un tetrámero y puede unirse al sitio del operador y al inductor, así como 
a otros monómeros para formar el tetrámero. 
o Cuando una subunidad de un tetrámero está defectuosa, el represor pierde función. 
o Cada dímero de un represor puede unirse a un operador, por lo que un tetrámero puede unirse a 
dos operadores al mismo tiempo . 
• Cuando dos operadores lac adyacentes están ligados, el operón se reprime. 
• Cuando se inducen, los cambios en la conformación hacen que el represor pierda afinidad por el 
operador y se mueva a sitios de baja afinidad en el ADN en lugar de disociarse por completo. 
• El operón lac también está controlado por una regulación positiva que implica la activación de la 
proteína CRP por el AMP cíclico, que se produce cuando la glucosa se vuelve limitante. 
o CRP también controla otros operones involucrados en el metabolismo del azúcar. 
o La CRP se une a un sitio objetivo, induce una gran curva en el ADN e interactúa directamente con la 
ARN polimerasa para facilitar la unión al promotor. 
 
• A menudo, un producto del operón está involucrado en la regulación de su propia expresión, lo que se 
denomina autorregulación. 
o Un ejemplo clásico de autorregulación es el represor del operón trp , implicado en la biosíntesis del 
triptófano . 
• Las proteínas represoras pueden regular la traducción uniéndose a un sitio en el ADN para prevenir 
la unión del ribosoma a un codón de iniciación en un ARNm, lo que también puede lograrse mediante 
cambios en la estructura secundaria del ARNm o por diferencias en el uso de codones. 
• La respuesta estricta en las bacterias se induce cuando los niveles de aminoácidos caen y ya no 
pueden soportar la traducción. Los niveles de rRNA y tRNA también caen debido a la expresión de genes 
alterados controlado por ppGpp y pppGpp , que se unen a y la actividad enzimática alter. 
• La traducción de un operón de proteína r puede controlarse mediante un producto del operón que se 
une a un sitio en el ARNm policistrónico. 
• Los virus bacterianos, o bacteriófagos, suelen provocar la lisis del hospedador. 
• La infección implica la inyección del genoma del fago en el hospedador bacteriano y la expresión 
del gen del fago . 
o La infección ocurre en dos etapas: un período temprano, antes de la replicación del genoma del fago , 
y un período tardío, después del inicio de la replicación, cuando se expresan los genomas del fago, 
las proteínas de la cubierta y las enzimas líticas. 
o Los genes tempranos son expresados por la ARN polimerasa del hospedador, mientras que los genes 
tardíos requieren reguladores, expresados como productos génicos tempranos, que modulan la 
iniciación de los promotores del gen tardío del fago o provocan la lectura de los terminadores de la 
transcripción (antiterminación). 
• La expresión de genes de fagos puede ser por una ARN polimerasa codificada por fagos o 
por factores sigma alternativos que interactúan con la ARN polimerasa del huésped para reconocer 
genes de fagos. 
• Los genes de los fagos se expresan en una cascada que conduce a la lisis de la célula y la liberación de 
nuevas partículas de fagos . 
• Los genes con funciones relacionadas suelen agruparse en el genoma del fago. 
• Algunos bacteriófagos pueden experimentar una vía alternativa tras la infección de un huésped. 
o El ejemplo clásico es el fago lambda, que puede sufrir vías líticas o lisogénicas tras la infección. 
 
• La lisogénesis implica la integración del genoma del fago en el cromosoma del huésped, 
donde permanece estable de generación en generación hasta que algún evento (como el daño por rayos 
ultravioleta) induce su escisión del cromosoma cuando luego puede pasar por la vía lítica. 
• El fago lambda tiene dos genes tempranos inmediatos, N y cro , que son necesarios para ambas vías. 
o N es un antiterminador que permite la lectura de la transcripción en genes tempranos retardados. 
o Para la vía lítica, esto permite la expresión de Q, otra proteína antiterminación, que permite la 
transcripción de los genes tardíos, la lisis del hospedador y la liberación de nuevas partículas de fagos . 
• Para que ocurra la lisogenia, deben expresarse los genes tempranos retardados cII y cIII y las proteínas 
para la integración en el genoma del hospedador, que a su vez activan la expresión de la proteína 
represora cI del promotor PRE. 
o Una vez que cI se expresa en cantidades suficientes, se une a los operadores OR y OL de manera 
cooperativa para desactivar la expresión de todos los genes del fago que no sean los suyos. 
o La unión a estos operadores por cI activa un segundo promotor para la expresión de cI , PRM, 
y luego cI autorregula sus propios niveles para mantener la lisogenia. 
• El represor lambda y sus operadores definen la región de inmunidad del fago. Un fago 
lisogénico confiere inmunidad a una infección adicional por cualquier otro fago con la misma región de 
inmunidad. 
• El represor cI es un dímero con dominios de dimerización y unión al ADN y se une al ADN con 
un motivo hélice-vuelta-hélice. 
o Cuando el represor cI se escinde bajo ciertas condiciones, este control se pierde, lo que lleva a 
la expresión de N y cro y la progresión hacia los genes tempranos retardados nuevamente. 
o Esto puede conducir a la escisión del profago y la progresión hacia la vía lítica. 
• El sitio de unión al ADN del represor incluye dos regiones α-helicoidales cortas que encajan en 
las sucesivas vueltas del surco principal del ADN. 
• La unión del represor a un operador aumenta la afinidad por la unión de un segundo dímero represor 
al operador adyacente. 
• El represor lambda mantiene un circuito autorregulador en el que la región de unión al ADN 
del represor en OR2 contacta con la ARN polimerasa y estabiliza su unión a PRM. La unión del represor a 
los operadores bloquea simultáneamente la entrada al ciclo lítico y promueve su propia síntesis. 
o Las interacciones cooperativas de los dímeros represores aumentan la sensibilidad de la 
regulación. Esto disminuye la cantidad de represor necesaria para bloquear el ciclo lítico, y también la 
cantidad de represor que debe eliminarse para inducir el fago. 
• El establecimiento de lisogenia por cII y cIII implica la activación de PRE mediante la unión de cII a este 
pobre promotor, que no se unirá eficazmente a la ARN polimerasa sin cII . 
• Laproteína cII en sí misma es muy inestable y susceptible a la escisión proteolítica, y cIII se une 
a cII para estabilizarla y prevenir su degradación. 
• Cuando las células infectadas crecen en condiciones óptimas, la vía lítica se ve favorecida porque estas 
células tienen altos niveles de proteasas que probablemente escinden el cII , mientras que las 
peores condiciones favorecen la lisogenia. 
o La proteína cro es un represor de los operadores OR y OL y cuando está presente bloquea la expresión 
de mantenimiento de cI , favoreciendo así la vía lítica. 
o El factor decisivo a la infección es si el cII proteína causa suficiente síntesis de la cI represor para anular 
la acción del cro proteína. 
Capítulo 26: Regulación de la transcripción eucariota 
• La mayor parte del control de la expresión génica eucariota se produce en el nivel de inicio de la 
transcripción. 
• El genoma se divide en dominios por elementos de contorno (aislantes), que pueden bloquear 
la propagación de modificaciones de cromatina de un dominio a otro. 
• La regulación involucra tanto a los activadores como a los represores de la expresión génica. 
• Los activadores controlan la frecuencia de transcripción e interactúan con los factores de transcripción 
basales mediante interacciones proteína-proteína. 
o Los activadores tienen dominios de activación y unión al ADN independientes. 
o Algunos activadores se unen específicamente al ADN y algunos se unen tanto al ADN como a 
otras proteínas. 
o Los coactivadores se unen a proteínas que se unen al promotor o elementos de respuesta y, por 
tanto, afectan indirectamente a la transcripción. 
• La función del dominio de unión al ADN es llevar el dominio de activación de la transcripción a 
las proximidades del promotor. 
o El dominio de unión al ADN determina la especificidad del promotor o potenciador diana y es 
responsable de localizar un dominio de activación de la transcripción en las proximidades del aparato 
basal. 
• Las proteínas de unión al ADN tienen varios tipos de dominios de unión al ADN, que incluyen dedos de 
zinc, receptores de esteroides , dominios homeodominios, dominios de hélice-bucle-hélice y cremalleras 
de leucina. 
o Los dedos de zinc consisten en un asa que sobresale de un sitio de unión de zinc y generalmente 
están presentes como múltiples dedos que se unen al ADN a lo largo de los surcos principales 
adyacentes. 
o Los receptores de esteroides son activadores de dímeros que tienen dominios separados de unión al 
ADN y al ligando, siendo el dominio de unión al ADN típicamente un dedo de zinc. 
o Se requiere la unión del ligando a la proteína para que la proteína se una al sitio del ADN. 
o Los homeodominios se pueden encontrar en activadores o represores de la transcripción y se unen a 
los surcos mayor y menor del ADN. 
o Las proteínas helix-loop-helix contienen hélices que son responsables de la formación de dímeros. 
o Las cremalleras de leucina son anfipáticas y contienen una región básica que une el ADN y una región 
hidrófoba involucrada en la dimerización. 
• La estructura de la cromatina es muy estable pero puede existir en estados alternativos. 
o La remodelación de la cromatina se produce por complejos que requieren energía para alterar la 
estructura local de la cromatina para facilitar la expresión génica. 
o Los complejos de remodelación se reclutan para los promotores de genes mediante activadores 
específicos de secuencia. 
o Los complejos de remodelación pueden alterar, deslizar o desplazar nucleosomas. 
o La activación de la transcripción a menudo implica el desplazamiento del nucleosoma en el promotor. 
• Las histonas pueden modificarse mediante metilación, acetilación o fosforilación. 
o La acetilación de histonas está asociada con la activación de la expresión génica y con la replicación 
del ADN , mientras que la desacetilación de histonas tiene una forma más condensada que se 
bloquea en estos procesos. 
o En muchos casos, las histonas acetilasas se asocian con activadores de la transcripción en un complejo. 
o Las desacetilasas pueden estar asociadas con represores de la expresión génica en otros complejos. 
• Tanto el ADN como las histonas pueden estar metilados, lo que está asociado con la cromatina 
inactiva, incluida la heterocromatina. 
• Para que se active un promotor, el complejo remodelador puede reclutar un complejo acetilante 
para crear un complejo de estado activado. 
o La metilación de histonas también puede reclutar complejos modificadores de cromatina involucrados 
en la activación del promotor. 
• La fosforilación también puede afectar la estructura de la cromatina. 
• Las proteínas que modifican la cromatina comparten motivos comunes. 
 
Capítulo 27.28: Los efectos epigenéticos se heredan 
 
• La modificación del ácido nucleico después de que se ha replicado puede producir efectos 
epigenéticos. 
• La herencia epigenética ocurre cuando se heredan diferentes fenotipos sin ningún cambio en la 
secuencia del ADN. 
o Esto puede ser causado por la modificación covalente del ADN, como la metilación, o por estructuras 
proteicas que se ensamblan en el ADN o agregados de proteínas que controlan la conformación de 
nuevas subunidades. 
• La formación de heterocromatina comienza en una secuencia específica y luego se propaga a lo largo 
de la fibra de cromatina, inactivando genes dentro de la región. 
o La propagación de la heterocromatina varía, lo que conduce a una variedad en la inactivación de 
genes. 
o Esta modificación puede localizarse en regiones específicas de la cromatina, afectando solo a ciertos 
genes. 
• Las proteínas histonas pueden modificarse e interactuar con otras proteínas para facilitar la formación 
de heterocromatina . 
• Las proteínas del grupo Polycomb perpetúan un estado de represión a través de múltiples ciclos 
celulares. 
• Las proteínas del grupo Trithorax tienen el efecto opuesto y funcionan para mantener los genes 
en estado activo . 
• Hay dos cromosomas X en los animales y uno se inactiva al azar durante la embriogénesis, de modo 
que solo hay un conjunto de genes codificados en X. 
• Las condensinas hacen que la cromatina se enrolle más estrechamente al introducir 
superenrollamientos positivos en el ADN y son responsables de condensar los cromosomas en la mitosis. 
• En eucariotas, la citosina de un doblete de CpG a menudo está metilada y, después de la replicación, la 
nueva hebra es metilada por una metilasa de mantenimiento. 
o Esta metilación es responsable de la impronta; los alelos paterno y materno de un gen pueden tener 
diferentes patrones de metilación en la fertilización. 
o La metilación se asocia con mayor frecuencia con la inactivación de genes, por lo que para que un gen 
se active debe estar sin metilar. 
o La impresión sugiere el patrón de metilación específico de una región del genoma, y los genes 
impresos se controlan mediante la metilación de los sitios de acción cis. 
• Los efectos epigenéticos pueden heredarse debido a la perpetuación del patrón de metilación del 
ADN. 
• En la levadura, la proteína Sup35 normalmente funciona como factor de terminación de la traducción. 
o Sin embargo, también puede existir en una forma agregada alternativa que no afecta la 
traducción pero hace que la proteína recién sintetizada adquiera la estructura inactiva (un prión). 
o Los acompañantes afectan la conversión entre las dos formas. 
• En los animales, los priones se han asociado con enfermedades como la tembladera y el kuru. 
o En la tembladera, están presentes dos formas de la proteína responsable: una forma no infecciosa de 
tipo salvaje ( PrPC ) que es susceptible a las proteasas y una forma que causa enfermedades ( PrPSc ) 
que es resistente a las proteasas. 
o La forma patógena de la proteína se autoperpetúa en ausencia de ácido nucleico , que es la definición 
de prión. 
 
Capítulo 29.30: ARN regulador 
 
• El ARN puede actuar como regulador formando regiones de estructura secundaria (intra o 
intermolecular)que cambian las propiedades de una secuencia objetivo. 
• Un riboswitch, que puede ser una ribozima, es un dominio de ARN que contiene una secuencia que 
puede cambiar en la estructura secundaria para controlar su actividad. 
• Los ARN no codificantes se pueden usar para regular la expresión génica formando una región dúplex 
con un ARN diana que puede bloquear el inicio de la traducción, provocar la terminación de la 
transcripción o crear una diana para una endonucleasa. 
• La interferencia transcripcional ocurre cuando una transcripción superpuesta en la misma hebra o en 
la opuesta impide la transcripción de otro gen. Este es un mecanismo importante 
de regulación transcripcional . 
• Los RNA reguladores bacterianos se denominan sRNA, que pueden ser reguladores generales que 
afectan a muchos genes diana o específicos de una sola transcripción. 
• Los genomas de animales y plantas codifican muchos microARN cortos (~ 22 bases) que pueden 
emparejarse con los ARNm diana para regular la expresión. 
o piRNAs regulan la expresión génica en células germinales. 
o Los ARNip se producen durante una infección viral y son complementarios a los virus y elementos 
transponibles. 
o Se pueden utilizar tanto piRNA como siRNA para controlar la expresión de elementos transponibles . 
o Los microARN regulan la expresión génica mediante el apareamiento de bases con secuencias 
complementarias en los ARNm diana. 
o Los microARN también pueden promover la formación de heterocromatina. 
• La interferencia de ARN desencadena la degradación o inhibición de la traducción de ARNm 
complementarios a miARN o ARNip. También puede conducir a la activación del ARNm.