REGULACIÓ
DE L´EXPRESSIÓ GÈNICA
PROCARIOTES
La regulació de
l´activitat de molts enzims segueixen mecanismes alostèrics, hi ha altres
maneres que no varien la seva velocitat, sino la seva expressió dins la
cèl·lula. A la zona del promotor on s´enganxa la RNA polimerasa, tenen una
seqüència determinada:
Si aquestes
seqüències són les òptimes, el gen s´expressarà molt bé (gens de biens
metabòliques, que s´utilitzen molt frequent (gens constitutius)).
Altres gens
tenen seqüències que l´aparten de l´estàndard amb el que la síntesi del mRNA,
moltes vegades no es realitza, són gens que es necessiten en poques quantitats
a la cèl·lula (la RNA polimerasa passa aquestes sequüències per alt).
Hi ha gens que
tenen promotors regulables: hi ha diferents maneres de regular-ho:
-s32: reconeix
promotors de bactèries que han patit un xoc tèrmic (augment de la temperatura),
de manera que s´expressen proteïnes que normalment no ho farien per a
defensar-se d´aquest estrés (a 42º C). Aquests promotors no són els estàndards.
Els gens que tenen promotors estàndard, en aquest cas, no l´expressen.
Operó Lactosa
Hi ha gens que
poden ser regulats depenent de la presència d´un metabolit. Les bactèries quan
creixen a la glucosa, hi ha uns gens que no expressen. Ex: b-galactosidasa (agafa la lactosa i la trenca en glucosa + galactosa).
Si la bactèria té glucosa al medi, no necessita hidrolitzar la lactosa i no té
necessitat de sintetitzar un enzim.
Si una bactèria
perd glucosa i s´afegeix galactosa, necessita la b-galactosidasa
per aconseguir glucosa. Tenen 104 molècules de b-galactosidasa.
L´activitat
d´un enzim es regula a través de l´expressivitat d´un gen. Hi ha 3 enzims més
que també augmenten paral·lelament la galactosil-permeasa, que es troben a la
membrana de les bactèries i li permeten entrar galactosa.
La
tiogalactosidtransacetilasa també és induïda
de la mateixa manera. El seu mRNA serà el mateix pels tres. Seria
polisintrònic.
Es van trobar
mutacions on els 3 gens no estaven regulats. Van deduir que hi havia altra
proteïna repressora que induïa l´expressió dels tres gens. Quan el gen està
mutat, la proteïna no seria funcional i no es produirien aquests enzims.
La seqüència
dels tres ezims tenia al principi una seqüència promotora i després,
l´operador, la proteïna repressora s´unia a la seqüència de bases
característiques de l´operador.
L´inhibidor
s´uneix a la zona operador i reprimirà l´expressió dels 3 gens. Si es posa
lactosa, la lactosa s´uneix a la proteïna repressora i provoca un canvi
conformacional que disminueix l´afinitat pel DNA i la proteïna es desenganxa.
L´expressió de
la proteïna es regula perquè la freqüència de síntesi d´inductor és molt baixa
i sempre hi ha molts pocs dins la cèl·lula i es regula la seva formació.
La lactosa no
s´uneix directament al repressor, sino que ho fa l´alolactosa. La b-galactosidasa també pot convertir una molècula de lactosa en
alolactosa de tant en tant.
L´alolactosa
indueix la síntesi. L´IPTG funciona a nivell de laboratori. Fa que es
desenganxi el repressor.
El repressor és
la mateixa proteïna de 37 KD que també té 4 subunitats amb un lloc on es pot
unir l´alolactosa. També té llocs per reconéixer seqüències amb simetria
binària, que sol ser on s´enganxen.
L´operó lactosa
es refereix al mRNA que codifica pels 3 enzims més l´operador i el promotor.
La RNA
polimerasa, quan hi ha el repressor unit a l´operó, s´enganxa a on es troba el
promotor amb més força. Així es pot començar la síntesi sense pèrdua de temps
en el moment que marxi el repressor.
La regulació en
trans consisteix en afegir un plàsmid que sintetitzi una proteïna que es fixa a
l´operador del DNA i l´inhibeix. Es dóna a un lloc que afecta l´expressió d´una
altra proteïna molt lluny.
La mutació en
cis són zones que són reconegudes pel repressor. No es pot arreglar. Si es
donen a zones reguladores al mateix cromosoma:
Si hi ha
lactosa i glucosa al medi, al mateix temps, a la bactèria no l´interessa
sintetitzar aquests metabolits. Per a que la RNA polimerasa pugui actuar
eficientment, necessita que hi hagi al RNA la proteïna CAP (proteïna activada
per catabolit). S´uneix per darrera de la RNApolimerasa i fa que s´uneixi més
freqüentment i amb més eficiència.
La seva unió
està regulada per l´AMPcíclic al DNA. Quan la concentració de glucosa és
elevada la concentració d´AMP cíclic és molt baixa. Quan la concentració de
glucosa és baixa, la concentració d´AMP cíclic és molt elevada.
Quan només hi
ha glucosa, el repressor està unit a l´operador. La RNA polimerasa està unida
abans i com la concentració d´AMP cíclic és baixa, la proteïna CAP està al
citosol.
Si hi ha
lactosa: el repressor està unit a l´alolactosa i units a l´operador. Al
repressor hi ha la RNA polimerasa i, com la concentració d´AMP cíclic és molt
elevada, la proteïna CAP hi està unida al darrera de la RNA polimerasa i
s´unirà i funcionarà.
Quan hi ha
glucosa ilactosa: el repressor està unit a l´alolactosa . Com hi ha glucosa,
l´AMP cíclic és molt baix i el CAP està
lliure al citosol i no hi ha síntesi.
L´operó lactosa
també serveix per altres glúcids de la cèl·lula. Ex: glucosa, lactosa,
aribinosa. Cada sucre té el seu repressor propi i, a més, estan regulats per la
proteïna CAP (lactosa, aribinosa).
Si s´acaba la
glucosa, l´AMP cíclic és molt elevat i s´afegeix el CAP, per poder-se unir la
RNA polimerasa i que es pugui sintetitzar.
El reguló és el
conjunt de gens regulats que produeixen la hidròlisi dels sucres.
Operó triptòfan
L´operó
triptòfan és un fragment del DNA on hi ha codificats els enzims que intervenen
a la síntesi del Triptòfan. Hi ha 5 enzims que es troben junts al mateix mRNA
polistròmic.
Quan hi ha
triptòfan no interessa que es sintetitzin aquests enzims, El triptòfan actúa
com a repressor. Hi ha altra proteïna repressora sintetitzada a altre lloc del
DNA que no es fixaria al DNA. Només s´uneix quan hi ha triptòfan.
El complexe
triptòfan-repressor s´uneix i bloqueja la síntesi d´aquests gens. Es diu que el
triptòfan és un corepressor (model de
regulació negativa). A diferència del que passava amb el repressor lactosa.
La unió del
repressor i operador impedeix la unió de la RNA polimerasa. Aquesta regulació
serveix quan la concentració de triptòfan és molt elevada (evita la síntesi) o
quan no hi ha triptòfan (on es farà la síntesi). Hi ha un mecanisme complex de
control que és l´atenuació.
La síntesi de
DNA finalitza de forma diferent
(depenent de r o independent de r). Hi ha DNAs
que al final de l´extrem 3´ feien i provoquen que la RNA
polimerasa es desenganxi del DNA.
El mecanisme
d´atenuació es pot donar perquè a
procariotes, la síntesi de DNA i proteïnes és al mateix temps. Als DNA hi ha
unes seqüències guies entre l´operador i el primer gen.
Es
sintetitzaria un mRNA amb 162 nucleòtids, al principi, que seria la seqüència
guia. Dins de la seqüència líder hi ha 4 zones:
1. Zona que
codifica un pèptid molt curt (14 aminoàcids). Aquest pèptid té 2 triptòfans i
serveix com a sensor de triptòfan al medi.
Darrera de la seqüència 4 hi ha uracils. Es pot aparellar la
seqüència 2 amb la 3 ó la 3 amb la 4. L´aparellament 3-4 és pràcticament
idèntic a la finalització dels RNA. Només es farien els 2 primers fragments.
Si hi ha
aparellament entre 2 i 3, només sintetitzaria el primer fragment.
Les estructures
aparellades entre 2 i 3 es donarien en concentracions de triptòfan bastant baixes.
A concentracions de triptòfan elevades, es donarien unions 3-4 per finalitzar
la síntesi de mRNA. A mida que es baixa la concentració de triptòfan, es donen
amb més freqüències la síntesi de mRNA.
La unió entre 3
i 4, i, 2 i 3 es forma perquè el ribosoma, quan les concentracions de triptòfan
són molt elevades, hi ha un moment que al lloc A es col·loca el codó del
triptòfan (a dins la cèlm la concentració de triptòfan unit al tRNA serà molt
alta) i el pèptid es sintetitzarà. Quan el ribosoma comença a moure´s a la zona
2, la RNA polimerasa està formant i només es poden aparellar entre 3 i 4.
Si hi ha molt
poc triptòfan al medi, quan a dins la cèl·lula la concentració de tRNA unit a
triptòfan és molt baixa, al ribosoma no hi ha tRNA i es queda buit. La síntesi
de proteïnes queda aturada fins que entri el pèptid. S´aparella 2 i 3 i no
trenca l a unió entre ribosoma i RNA i pot continuar la síntesi del 4. Com més
baixes són les concentracions de triptòfan al medi, més trigarà en unir-se el
triptòfan i no es donarà la síntesi completa.
Hi ha altres
operons amb el mecanisme bastant semblant.
Operó
Threonina/Isoleucina
Hi ha 16
aminoàcids (8 Threonines i 4 Isoleucines). A la Phenilalanina, ni ha un pèptid
amb 15 aminoàcids i 7 Phenilalanines. A la histidina hi ha un pèptid amb 7
Histidines contínues. Només es pot regular pel mecanisme de regulació.
EUCARIOTES
La regulació a
eucariotes és bastant diferent perquè el DNA està molt més estructurat. A les
zones de DNA on s´està transcribint els gens, l´estructura del DNA sembla que
es perd.
Quan es possen
hormones, algunes zones dels cromosomes es desestructuren. També es veu que les
histones són fosforilades o metilades o acetilades.
A zones de DNA
on s´esta transcribint la hormona H1 és menor per a que la RNA
polimerasa pugui passar.
A eucariotes,
la regulació és possitiva. Necessita unes proteïnes (factors de transcripció)
per poder-se activar. Generalment, a eucariotes, els gens no s´expressen i la
unió de certes proteïnes a determinats gens fa que s´expressi.
Hi ha 3 zones
característiques als gens:
-Zona TATA BOX a -25.
-GC BOX entre -40 i -110.
-CCAAT BOX entre -40 i -110.
Aquestes zones
són zones reconegudes pels factors de transcripció. A la zona TATA BPX es
coneix la maquinària de transcripció basal de la TATA BOX (proteïnes que
s´uneixen per a que funcioni la TATA BOX).
El factor de
transcripció IID reconeix la TATA BOX. És el primer factor que s´uneix al DNA.
El factor IIA s´uneix darrera del IID. Després s´uneix el IIB per davant del
IID. Aleshores es pot unir la RNA polimerasa a la zona comprenent IID i IIB.
Després es
col·loca el TFIIe davant de la RNA polimerasa.
Poden haver
altres factors que milloresn la transcripció d´aquest gen.
Hi ha
seqüències més apartades que poden ser reconegudes per hormones que activen la
maquinària basal de transcripció. Són els enhancers.
Al mRNA actúa
el TFII.
El TFIII actúa
amb la RNA polimerasa III.
A les zones
riques en GC s´uneix un factor de transcripció (SEMPRE1).
A les zones
riques en TTAAC s´afegeix el CTF1.
Així , el RNA
es replega per la interacció.
Els factors que
responen com a hormones són:
-Glucocorticoids.
-Estrògens.
-Tiroxina.
-Àcid retinoic (actúa al desenvolupament
embrionari).
Els receptors
per aquestes hormones tenen dos dominis:
-Fixació del DNA.
-Fixació de l´hormona.
Aquests
receptors poden ser:
-Al citoplasma i quan s´uneixen les
hormones entren al nucli.
-Al nucli i quan s´uneixen les hormones,
s´uneixen al DNA.
Aquests
receptors reconeixen unes seqüències que s´anomenen HRE (elementos respuestas
de hormonas). Poden ser: GRE (Glucocorticoid) i ERE (estrògen).
Quan l´hormona
s´uneix al receptor es produeix un canvi que li fa millorar la seva activitat
(transcripció). Tots els promotors tenen el receptor GRE (Element de resposta
al glucocorticoid).
De vegades, els
receptors actúen d´altre manera perquè
molts receptors ja estan units al DNA i quan s´uneixen les hormones,
comença la maquinària de transcripció. Quan no hi ha hormones, el DNA està unit
amb una histona deacetinona.
L´acetilació del
DNA fa que la unió del DNA i el nucleosoma sigui més laxa. Als receptors
d´hormones hidrofòbiques, que estan units al DNA, tenen una histona deacetilasa
que només fa que estigui més empaquetada la deacetilasa, treu acetils. Quan
l´hormona s´uneix al receptor, es desenganxa i s´uneix una histona acetilasa.
S´acetilen les histones i es desestructura el DNA per a que la RNA polimerasa
funcioni bé. Aquests receptors que han canviat la seva conformació poden unir-se a la maquinària de
transcripció.
Altres tipus
d´hormones actúen a través de receptors, que actúen a través de receptors de
membrana. Moltes d´aquetses hormones de receptors a través de membrana fan la
transcripció de gens. Aquests gens fan que la cèl·lula passi a tenir morfologia
de neurona.
Aquests factors
de transcripció, actúen a través de fosforilacions.
El receptor,
quan marxa l´hormona, la seva activitat quinasa s´activa i fosforila una
proteïna que hi ha al citosol. Aquesta proteïna és una quinasa. Aleshores passa
a ser activa.
La quinasa que
hi ha al nucli fosforila un FT (factor de transcripció) que activaria la
transcripció de gens.
Això ho fan per
portar el missatge de la membrana al nucli.
El receptor a
la membrana, quan s´uneix l´hormona, s´activa. Aquest receptor seria una
proteïna que tindria un domini a fora (s´uneix a l´hormona) i un a dins
(activitat quinasa).
L´activitat
quinasa només funciona quan es pateix un canvi conformacional i s´activa
l´activitat quinasa. Les quinases que es fosforilen van al nucli per activar un
factor de transcripció, que fa transcriure els gens.
Les proteïnes
que es fixen al DNA poden tenir un domni d´unió al DNA (sol tenir zones que
interaccionen amb els nucleòtids, solen unir-se al solc gran del DNA (els
aminoàcids que interaccionen amb el DNA solen ser: Asp, Asn, Lys, Arg, Glu) i
un domini per a l´hormona).
A procariotes,
s´ha vist que la zona que interacciona amb el DNA és l´hèlix-gir-hèlix (sol
tenir uns 20 aminoàcids i al gir una Glycina que el produeix. Només una petita
part interacciona amb el DNA (1 hèlix).
Es formen ponts
d´Hidrògen amb el DNA. Una altra estructura típica que és més freqüent a
eucariotes són els dits de Zn, que tenen uns 30 aminoàcids i la seva estructura
té 2 Cisteïnes i 2 Histidines separeades per 12 aminoàcids. Entre cada unitat
d´ella hi ha 4 aminoàcids. Aquestes estructures s´intercalen al solc gran i
reconeixen seqüències de bases. És més freqüent a eucariotes.
Les proteïnes
que s´uneixen a DNA formen dímers que actúen a través d´un domini, que són
cremalleres de Leucina. Funcionen perquè a un cantó de l´hèlix hi ha aminoàcids
hidrofílics i a l´altre aminoàcids hidrofòbics. 2 hèlix a poden fer un dímer a través d´interaccions hidrofòbiques. A aquestes
zones hidrofòbiques solen haver Leucines. Seria 1 Leucina, 7 aminoàcids, 1
Leucina, 7 aminoàcids...
Quan es forma
l´hèlix, la Leucina i els aminoàcids hidrofòbics estan cap a dins i els
aminoàcids hidrofílics cap a fora.
Aquestes
seqüències es troben als FT i formen dímers. 2 hèlix a poden
interaccionar mitjançant enllaços hidrofòbics i formar aquesta proteïna.
Inicio.
 |
