Regulación de la actividad del gen

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Tema 2-5. Regulación de la actividad del gen
Objetivos Específicos:
-Describir los diferentes mecanismos de regulación de
la actividad del gen en organismos procariotas y
eucariotas, estableciendo diferencias entre ellos.
Genes de expresión 
continua
Genes de expresión 
intermitente 
En ciertas fases 
del ciclo de la vida
Por estimulación 
del ambiente
ADN
Regulación de la expresión génica
Genes constitutivos: Se expresan al mismo nivel
independientemente de las condiciones ambientales
Genes regulados: Se expresan a distintos niveles (o no
se expresan) dependiendo de las condiciones
Objetivos de la Regulación
- Armonía estructural
- Equilibrio celular
- Eficiencia energética
- Adaptación Procariotas
- Diferenciación Eucariotas pluricelulares
¿ Qué es la regulación de la 
expresión génica ?
Es el fenómeno en el
cual ciertos genes
regulan la capacidad de
un organismo para
sintetizar una
determinada proteína.
¿Donde puede ocurrir 
la regulación? 
Niveles de Regulación 
Desenrrollamiento 
del ADN
Inicio de la 
transcripción
Inicio de la 
traducción
Procesamiento 
del ARNm 
nuclear*
Transporte 
del ARNm*
Localización y 
transporte de la 
proteína
Procesamiento de 
la cadena 
polipéptidica
Regulación en Procariotas
Los que controlan
la actividad de las
enzimas sin alterar
su producción
1. Inhibición por el producto final
2. Activación enzimática
3. Degradación enzimática
Los que controlan
la transcripción y
traducción
1. Regulación en la transcripción 
2. Regulación en el transporte de ARNm
3. Regulación en la traducción
sistemas positivos
sistemas negativos
Negativo
Inducible: En ausencia 
del inductor el represor 
se activa Bloqueo de la 
expresión de 
las enzimasReprimible: En presencia 
del correpresor el 
represor se activa
Reprimible: En ausencia 
del correpresor, el activador 
se activa
Positivo
Inducible: En presencia 
del inductor, el activador 
se activa
Hay la 
expresión de 
las enzimas
M.A.A.C.
1. Regulación en la Transcripción
Procariotas
Control Negativo Inducible
Procariotas
Años 50 F. Jacob y J. Monod propusieron el modelo del operón
1966 W. Gilbert y B. Müller-Hill aislaron el represor
Procariotas
Control Negativo Inducible
Procariotas
Presencia del Inductor
Regulación de la transcripción
• Control negativo inducible
OPERON lac (E. coli)
Gen regulador (I) : produce la proteína represora la cual se une al
operador impidiendo la transcripción.
Operador (O): Secuencia de ADN a la cual se une la proteína
represora
Promotor (P): Secuencia de ADN a la cual se une la ADN polimerasa
para iniciar la transcripción de los 3 genes
estructurales
Genes estrucurales (Z, Y, A): el gen Z produce la B-galactosidasa, el
gen Y la permeasa y el gen A la
transacetilasa.
Lactosa (inductor): su presencia activa la transcripción de los 3
genes estructurales ya que se una a la proteína
represora (I) desactivándola.
Regulación de la transcripción
• Control negativo inducible
OPERON Lac
Mutaciones
I - : produce un represor inactivo que no se puede unir al 
operador
Is: afecta la región de unión de la proteína represora al 
inductor por lo que no se pueden unir.
Oc: no permite la unión de la proteína represora 
Z-, Y-, A-: genes que no pueden producir las enzimas 
respectivas. 
1.Regulación de la transcripción
• (Mutación I - )
Hay 
trascripción
1.Regulación de la transcripción
• (Mutación I s )
Con inductor
S
S
inductor
Procariotas
Síntesis de enzimas en el Operón Lac en 
estirpes haploides con diferentes tipos de 
mutaciones
- Galactosidasa (Z) Permeasa (Y)
Estirpe Genotipo No 
Inducida
Inducida No 
Inducida
Inducida Claves
1 I+Z+Y+ - + - +
2 I-Z+Y+ Se produce un 
represor inactivo
3 IsZ+Y+ Is elimina la 
respuesta al inductor
4 O+Z+Y+ - + - +
5 OcZ+Y+ El operador esta 
alterado
Signo + = presencia de la enzima
Signo - = ausencia de la enzima
Procariotas
Alteraciones del operón
Procariotas
Alteraciones del operón
Procariotas
Síntesis de enzimas en el Operón Lac en 
estirpes diploides con diferentes tipos de 
mutaciones
- Galactosidasa (Z) Permeasa (Y)
Estirpe Genotipo No 
Inducida
Inducida No 
Inducida
Inducida Claves
1 I+Z-Y+/F’I-Z+Y+ - + - + I+ domina a 
I-
2 I-Z-Y+/F’I+Z+Y-
3 IsZ+Y+/F’I+Z+Y+ Is domina a 
I+
4 O+Z+Y+/F’O+Z-Y+ Z+ domina a 
Z-
5 O+Z-Y-/F’OcZ+Y- Oc actúa en 
cis
Signo + = presencia de la enzima
Signo - = ausencia de la enzima
Regulación de la transcripción
• Control negativo inducible
OPERON lac
¿Por qué es negativo? Debido a que la unión de la
proteína represora al operador inhibe la
transcripción de los genes estructurales
¿Por qué es inducible? Por que debe estar presente
el inductor para activar el sistema y poder
realizarse la transcripción de los genes
estructurales
• Control negativo reprimible
• Control negativo reprimible
Control Positivo Inducible del Operón Lac
(Represión Catabólica)
b) Glucosa presente (poco AMPc); lactosa presente
c) No hay glucosa (mucho AMPc); lactosa presente
a) Glucosa presente (poco AMPc); no hay lactosa; no hay ARNm lac
Procariotas
Regulación de la transcripción
• Control negativo
• Inducible
• Reprimible
• Control Positivo
• Inducible
• Reprimible
Operón Lac
Operón Lac
Operón Triptófano
Procariotas
3. Degradación enzimática
1. Inhibición del producto final:
El producto final de la 
vía biosintética, inhibe 
la actividad de la 
primera enzima del 
proceso
Ejemplo: Histidina 
inhibe la enzima 
pirofosforilasa
Otros mecanismos de regulación
2. Activación enzimática Modificaciones postraduccionales 
Regulación en 
Eucariotas
1. En el ADN
2. Transcripción 
3. Post-transcripción
4. Traducción 
5. Post-traducción
A corto plazo:
6. Determinación 
celular
7. Diferenciación 
celular
A largo plazo:
Regulación en Eucariotas
Regulación a 
Largo Plazo 
1. Determinación celular
2. Diferenciación celular 
Regulación a 
Corto Plazo
1. Regulación en el ADN
2. Regulación de la transcripción
3. Regulación del procesamiento del ARNm
4. Regulación de la traducción
5. Controles postraduccionales
a. Moléculas o mecanismos 
reguladores (regulación 
cis y en trans)
b. Hormonas
c. Herencia epigenética
a. Conformación Física de la 
Cromatina
b. Sec. Moderadamente Repetitivas 
de ADN
1. Regulación en el ADN
• Conformación y estructura del ADN
• Compactación diferencial de la 
cromatina 
• Heterocromatina
• Eucromatina
Células 
diferenciadas poseen 
más cromatina 
condensada que las 
indiferenciadas 
1.Regulación en el ADN
• Eucromatina: regiones del genoma disponibles
para la transcripción.
• Heterocromatina: regiones del genoma
inaccesibles para la transcripción.
Existen dos tipos:
- Facultativa: zonas del cromosomas que se
pueden descompactar en algunas células del
organismo
- Constitutiva: partes del cromosoma que son
heterocromáticos en todas las células de la
misma especie
1.Regulación en el ADN
La función de las 
Histonas es 
bloquear la 
expresión génica
• Las acetilación de histonas.- Son
modificaciones covalentes frecuentes en
los procesos de descompactación de la
cromatina
1. Regulación en el ADN
Eucariotas
Proteínas no histónicas:
- Capacidad de asociarse a la cromatina
- Existen muchos tipos
- Varían en la distribución en los tejidos
- Están presentes en las distintas fases del ciclo y diferenciación 
- Se asocian a complejos hormona-receptor
Proteínas histónicas:
- Tienen poca variación en cuanto a composición y distribución en los 
tejidos
- Función: bloquear la expresión génica
b. Secuencias moderadamente repetitivas de ADN
-R. Britten y E. Davidson: secuencias situadas entre genes 
estructurales 
- Yamamoto y Alberts: modelo hormona-receptor unidos a estas secuencias 
2.Regulación de la transcripción
• Secuencias de ADN y Moléculas reguladoras (regulación 
en cis y en trans)
• CIS
• Promotor mínimo
• Secuencias proximales
• Intensificador
• Silenciador
• TRANS
• Activadores• Represores
• Factores transcripcionales basales (TFII)
• Factores transcripcionales histoespecíficos
• Proteínas de unión al ADN
2. Regulación de la Transcripción
Controles Cis: Elemento controlador que es parte de la
cadena donde se localiza el gen a regular. Existe varios tipos:
3. Intensificadores: Secuencias que aumentan la tasa de transcripción
Clave: unirse a los ACTIVADORES
4. Silenciadores: Secuencias que inhiben a los activadores y reducen 
la transcripción.
Clave: unirse a los REPRESORES
1. Promotor mínimo: sitio de unión de la 
ARN polimerasa II
2. Secuencias proximales: TATA, 
CCAAT o segmento rico de GC
Interaccionan con 
proteínas que ayudan 
a la unión de la ARN 
polimerasa al 
promotor
2.Regulación de la transcripción
• Secuencias reguladoras (regulación en cis y en trans)
CIS
•Promotor mínimo
•Secuencias proximales
•Intensificador
•Silenciador
Ubicados cerca
del sitio de 
trascripción
Ubicados lejos 
del sitio de 
trascripción
2 cis 1cis
Represores: se unen a los 
silenciadores y disminuyen 
la transcripción
4 cis
Activadores: se unen a los 
intensificadores y 
aumentan la transcripción
3 cis
2. Regulación de la Transcripción
Eucariotas
Controles Trans: Elemento controlador de naturaleza y
origen diferentes a la secuencia genética a controlar. Existe
varios tipos:
• Activador: proteínas que se unen a los
intensificadores
• Represor: proteínas que se unen a los
silenciadores
• Factores transcripcionales basales: TFII, se
une a la secuencia proximal TATA
• Factores transcripcionales histoespecíficos:
su acción está limitada en diferentes tejidos o
tipos celulares
• Proteínas de unión al ADN.
2 cis 1cis
Represores: se unen a los 
silenciadores y disminuyen 
la transcripción
4 cis
Activadores: se unen a los 
intensificadores y 
aumentan la transcripción
3 cis
Factores de transcripción 
basal: responden a señales de 
los activadores y colocan a la 
ARN polimerasa en el sitio de 
iniciación
1 trans
Coactivadores: moléculas 
adaptadoras que integran 
señales de los activadores y 
quizás de los intensificadores
2 trans
3 trans
2. Regulación de la Transcripción
Controles Trans:
Proteínas de unión al ADN 
Presentan un dominio de unión al ADN (Surco Mayor)
2. Regulación de la Transcripción
Hormonas (Control específico de tejidos)
- Sustancias endógenas que activan la transcripción.
- Se producen en un tipo celular y ejercen su función en
otro tipo de célula.
- Son transportadas a través del torrente sanguíneo, pero
interaccionan únicamente con las células que tienen sus
receptores.
Ejemplo: producción de Ovoalbúmina 
en respuesta a la estimulación de 
estrógeno
2. Regulación de la transcripción
Hormonas
2. Regulación de la Transcripción
Hormonas (Control específico de tejidos)
1. Provocando que el ADN se desacople de las histonas
permitiendo que la ARN polimerasa inicie la transcripción.
2. Actuando como inductor por inactivación de una proteína
represora.
5. Fijándose a una proteína ya unida al ADN y formando un
complejo activo que estimule la unión de la ARNpolimerasa
3. Unión directa a una secuencia de ADN, facilitando la unión de
la ARN polimerasa o de un factor de transcripción
4. Activando la proteína efectora de manera que el complejo se 
una a un sitio en el ADN y estimule la unión de la ARN 
polimerasa.
2.Regulación de la transcripción
• Herencia epigenética
- Comprenden un grupo de alteraciones heredables que
no modifican el ADN (Metilación, acetilación) Existen dos
tipos:
1. Paramutación
Gen “kit” en ratones: cola moteada
Gen B’ en el maíz
2. Impronta parental
Gen Igf2 que se expresa si se hereda del padre
Gen H19 que se expresa si se hereda de la madre
3. Procesamiento del ARNm: Variaciones en los 
trabajos de excisión y unión, conducen a diferentes 
ARNm 
Otros mecanismos de 
regulación a corto plazo
Eucariotas
4. Regulación de la Traducción:
Ocurre principalmente por:
1. Alterando la vida del ARNm
2. Controlando la iniciación de la traducción.
3. Cambiando la tasa total de traducción. 
5. Controles postraduccionales:
Formación de poliproteínas 
Otros mecanismos de regulación 
a corto plazo
Eucariotas
Diferenciación 
celular 
Regulación a Largo Plazo 
Determinación celular
Determinación celular
Determinación celular
Determinación celular
Diferenciación 
celular 
Regulación a Largo Plazo 
- Determinación: proceso mediante al cual las
células producto de las divisiones mitóticas del
cigoto se comprometen a formar tipos celulares
determinados. Ejemplo: determinación a células
mesodérmicas.
- Diferenciación: proceso que ocurre después de la
determinación transformados las células en
especializas. No implica cambios masivos y
permanentes en el ADN nuclear, sino una limitación
de la transcripción del ADN e implica cambios en el
citoplasma.
Eucariotas
Diferencias Generales de la Regulación
LejosCerca Distancia entre
genes reguladores
y promotores
Grado de 
complejidad
Objetivo de la 
Regulación 
Regulación en el 
procesamiento de 
ARNm
Presencia de 
Operones
MayorMenor
DiferenciaciónAdaptación
Si existeNo existe
NoSi 
EucariotasProcariotas