Genética para dummies : Capítulo 4 – Regulación de la expresión de un gen a nivel transcripcional.

Bienvenidos de nuevo, queridos lectores de este blog. Agradezco la buena acogida que están teniendo las últimas entradas y lo cierto es que incluso yo mismo, leyendo entradas pasadas, noto la mejoría en la calidad de las entradas. Todo debido a la práctica y sin duda a la lectura de blogs de muy alta calidad. Hoy me apetece proseguir con esta saga principalmente dirigida a estudiantes, la de genética para dummies (que no para tontos, solo novatos). En la última entrega de esta serie os comenté acerca de lo que es un gen y como funciona, pues bien, hoy vamos a hablar de una forma simple de cómo se regula la expresión de un gen, su activación o su inhibición.

Capítulos previos de “Genética para dummies”

Capítulo 1
Capítulo 2 – Nucleótidos
Capítulo 3 – Gen

Toca recordar que dijimos que un gen es un segmento de ADN, que contiene todos los elementos para su transcripción y posterior traducción de manera regulada, y cuya traducción genera una macromolécula con una función celular concreta. Más bien un gen es una secuencia o segmento de ADN necesario para la síntesis de ARN funcional. Algunos tipos de ARN no codifican proteínas, de lo que se ocupan los ARN de correos, los ARN mensajeros.

Las diferentes etapas de control en la expresión de un gen. Hoy solo hablaremos del 1, a nivel transcripcional.

Las diferentes etapas de control en la expresión de un gen. Hoy solo hablaremos del 1, a nivel transcripcional.

Hoy solo vamos a hablar de la regulación a nivel transcripcional, ya que hay muchos pasos de regulación y no es viable abarcarlos todos en una entrada.

¿De manera regulada? ¿Y de qué manera se regula señor ScyKness?

Imaginemos una cadena larga de ADN que contiene un gen con su montón de letras. Pues bien, la cosa es tan simple (en biología nada es simple, pero para entendernos, ya tu sabes…) como dividir esa larga cadena en partes. Concretamente en 4 partes. Tenemos en primer lugar, si vemos la cadena de izquierda a derecha, es decir, de 3´ a 5’, la región reguladora. Seguidamente tenemos la región del promotor. Tras el promotor tenemos la región del operador (no es de Jazztel ni de ONO podéis relajaros, que os he causado un microinfarto) y por último la región de genes estructurales (no tiene por qué ser solo uno) o cistrones (cistrón es la suma de exón e intrón, conceptos que vimos en el capítulo 3). La suma de todas las partes es conocida como operón.

Como ya sabéis lo mucho que me gustan las curiosidades, debo decir que la región reguladora en eucariotas no tiene por qué estar justo antes de la zona promotora y puede estar adelante o atrás hasta 50.000 pares de bases alejada. En bacterias es posible pero muy poco común. La clave está en que el ADN no se encuentra estirado totalmente como ya sabéis, sino que se encuentra enrollado de forma masiva, lo que puede hacer que algo que linealmente se encuentra muy lejos, al enrollarse quede muy próximo. Se sabe que dos regiones alejadas 500 pares de bases están en la mejor distancia para que se forme un bucle y contacten.

Imagen1

  • La región reguladora puede llamarse gen regulador porque sintetiza una proteína reguladora. Una proteína destinada a regular la actividad de algún gen. La proteína reguladora, que puede ser inhibidora o activadora, se une a la región del operador y modula la actividad de la ARN polimerasa II, la enzima que lee el ADN, el gen, y que forma el ARN.
  • La región del promotor es el lugar donde se une la ARN polimerasa II y se empieza la actividad de sintetizar el ARN en lo que se conoce como transcripción. Por ello, si en el operador que viene después hay una proteína reguladora represora, puede impedir el avance de la ARN polimerasa. La ARN polimerasa II no puede unirse directamente al promotor y depende de la unión de diversos factores de transcripción, proceso que resumiremos más adelante.
  • La región del operador puede entenderse como un interruptor, regula el acceso de la ARN polimerasa II hacia los genes estructurales, los genes cuyo ARN mensajero darán lugar a una proteínadestinada a realizar una función celular, que también puede ser la de regular otros genes, o no. Puede bloquearle o facilitarle el movimiento a la ARN polimerasa II.

Ejemplo. Operón lac en Escherichia coli.

Como ejemplo de cómo funcionan estas partes, el mecanismo más famoso posiblemente sea el de una bacteria. El de como Escherichia coli regula la expresión de genes que le permiten utilizar lactosa como fuente de energía. Funciona en base a dos proteínas reguladoras, CAP activadora y lac represora.

Este mecanismo funciona a través de una proteína reguladora positiva, CAP, que se forma por el gen regulador del operon. CAP activa a un grupo de genes que permiten a E.coli utilizar lactosa como fuente alternativa de carbono cuando no hay glucosa. ¿El mecanismo? La presencia de poca glucosa en el medio produce un aumento, tras una serie de pasos, de cAMP o AMP ciclíco. Este cAMP se une a CAP y ese es el requisito para la capacitación de CAP para unirse a la región operador de los genes que controla ese operon. Es positiva porque cuando la proteína reguladora está activa y se une al ADN, la transcripción de genes es activada.

El operónlac es controlado por un activador transcripcional (CAP) y un represor transcripcional (lac). En ausencia de lactosa en el medio, el represor transcripcional está siempre unido a la región operador, bloqueando la unión de la ARN polimerasa II al promotor. Si escasea la glucosa y hay lactosa (dos señales diferentes), al no haber glucosa aumentan los niveles de cAMP, esto activa a CAP, que se une a su región reguladora. En presencia de glucosa se aumentan los niveles de halolactosa, se une al represor y provoca en el un cambio conformacional que lo inactiva, dejando libre el operador. Si el represor no está unido pero CAP sí, la ARN polimerasa II se une con gran afinidad y se comienzan a transcribir los genes del operón. En presencia de ambas o en ausencia de glucosa con lactosa, el operón no se transcribe. Necesita las dos circunstancias.

Ejem

Ejemplo de como funciona el operon LAC, no solo funciona en base a CAP que es reguladora activadora, también en base a lac represora (o reguladora negativa)

Bueno y eso que has dicho de los factores de transcripción necesarios para que se una la ARN polimerasa II…¿Cómo funciona?

Ahora volvemos a hablar de eucariotas. En el promotor eucariota hay una secuencia especial de nucleótidos llamada “Tata box”. Esta secuencia se encuentra 25-30 nucleótidos antes de la secuencia con la que empieza la transcripción y no es la única secuencia que actúa sobre el inicio de la transcripción, pero si de las más estudiadas. El primer factor es conocido como TFIID (del inglés transcription factor) y tiene una subunidad que se le llama TBP (Tata binding protein). Este factor es el primero que se va a unir a la caja TATA y con ello al promotor. Después el TFIIA y TFIIB se ensamblan juntos y se unen al TFIID. Después, los factores TFIIE , TFFIH, TFFIF y otros (ya unidos a la ARN polimerasa II) se unen al complejo que inició TFIID. A esta estructura se le llama complejo de inicio de la transcripción.

En presencia de energía, una helicasa del factor IIH se coloca por delante de la ARN Polimerasa II y separa la cadena de ADN doble en dos cadenas de ADN simples, algo necesario para la transcripción. Una quinasa del factor TFIIH fosforila ciertas serinas del dominio CTD (cola polipeptidica N-terminal de la subunidad mayor de la ARN Polimerasa II). CTD en mamíferos es 52 veces la secuencia de aminoácidos siguiente: YSPTSPS. La fosforilación de estas serinas es el punto de salida de la ARN Polimerasa II, ya que provoca que se separe del promotor y empiece a funcionar sintetizando el ARNm.

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Y hasta aquí la entrada de hoy en este cuarto capítulo de genética para dummies, espero que sea de utilidad. Recordad que solo es la regulación de la expresión a nivel transcripcional, hay muchos más pasos de regulación. Además se ha generalizado y como siempre en ciencias, existirán excepciones.

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Acerca de Javier Fernández Díaz

Aprendiendo siempre cosas nuevas. Pasión por la ciencia.

Publicado el 26 enero, 2015 en Biología celular / molecular y etiquetado en , , , , , , . Guarda el enlace permanente. 3 comentarios.

  1. ¿Y los otros capítulos? Por fin estaba entendiendo algo en biología;_;

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  2. es absolutamente genial. Por favor sigue, somos muchos los que lo rogamos yMUCHAS GRACIAS

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  1. Pingback: Bioneuroemoción: Deformando la epigenética. | ScyKness

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