Regulación de la expresión genética

En procariontes: el operón:
Las células procariotas pueden regular de varias formas la cantidad de proteínas que van a ser sintetizadas. Se considera que la expresión génica está regulada principalmente a nivel de la transcripción.
En bacterias, los genes que codifican para la síntesis de enzimas que participan en unavía metabólica, se agrupan en el cromosoma en un complejo denominada operón. Los genes del operón actúan como unidades coordinadas mediante un mecanismo de control.
Un operan consta de:
Genes estructurales: son genes que codifican para las enzimas de la vía metabólica. Funcionan coordinadamente y regulan su transcripción o la de algunos genes.
Promotor: secuencia del ADN en donde se une a la ARN polimerasa para iniciar la transcripción.
Operador: secuencia de nucleótidos que se interpone entre el promotor y los genes estructurales, donde se inserta una proteína reguladora denominada proteína represora. Esta es codificada por el gen regulador que se encuentra localizado en una región diferente del cromosoma bacteriano, se encuentra aguas arriba del sitio operador.

Se puede encontrar:
Operón “lac ó lactosa”: genes estructurales (z, y, a), las enzimas que intervienen en la degradación de la lactosa son: permeasa, la beta galactosidasa y la transacetilasa. La transcripción de los genes anteriormente mencionados, da origen a una molécula de ARNm que codifica para las 3 enzimas mencionadas participando en una misma vía metabólica.
En ausencia de lactosa el represor (este se sintetiza de forma activa) se enlaza al operador impidiendo a la ARN polimerasa insertarse en el sitio promotor, generando la interrupción de la transcripción.
En presencia de lactosa, este disacárido se une a la proteína represora incapacitándola, y produciendo la transcripción.
Este operón se dice que es inducible.
Otra condición que necesita: es que la concentración de glucosa sea baja, por lo que la concentración de AMPc es mayor y este asu vez tiene que estar unido a una proteína fijadora de AMPc, llamada CAP (proteína activadora de catabolitos). Lo que hace es aumentar la afinidad de la región promotora para la ARN polimerasa, lo que estimula la transcripción del operón.
En conclusión para que se exprese el operón lac se necesita de dos condiciones: que haya lactosa y que la concentración intracelular de glucosa sea baja. Este me da tres proteínas, sus enzimas participan en una vía catabólica.

Operón triptófano: es un operón reprimible. Consta de cinco genes estructurales que codifican para las enzimas involucradas en la biosíntesis del aminoácido triptófano. Estos son TE, TO, TC, TB, TA. Estos se agrupan en una unidad de transcripción con un solo promotor y operador. Cada uno sintetiza una proteína.
En ausencia de triptófano, la ARN polimerasa se une al promotor y transcribe. Esto ocurre ya que el represor inactivo no logra unirse por sí solo al operador.
En presencia de triptófano, el aminoácido (co-represor) se une a la proteína represora constituyendo el complejo represor/co-represor. Este complejo hace que no ocurra la transcripción.
De esta forma se ahorra energía, ya que solo se sintetiza triptófano cuando es necesario.
Sus enzimas participan en una vía anabólica.

Regulación en eucariotas:
Mecanismos de control a nivel transcripcional:
Factores de transcripción y la expresión genética: se requiere de:
secuencia promotora o promotor: secuencias de nucleótidos necesarias para la fijación de la ARN polimerasa.
Secuencias reguladoras:
intensificadoras (enhacers): estimula la transcripción, se va a unir a proteínas (factoresespecíficos).
Silenciadoras (silencers): inhiben la transcripción, interactuando con el factor basal.
Cada gen tiene una combinación particular de intensificadores y silenciadores. La unión de los factores al sitio promotor provoca un cambio conformacional que pliega el ADN entre la secuencia reguladora y promotora, formando un asa estimulando así la transcripción.

Factores basales de transcripción: complejo proteico que interacciona con el sitio promotor.
Factores específicos de transcripción: complejo de proteínas reguladoras que pueden ser activadoras (interacciona con las secuencias intensificadoras del gen) o represoras (interactuan con las secuencias silenciadoras del gen).
Estructura de la cromatina y la expresión genética: existen 2 tipos de cromatina: la eucromatina que esta activa mas desplegada y la heterocromatina esta inactiva, mas condensada. La transcripción solo ocurre cuando el ADN está desplegado. Por lo tanto las regiones de cromatina condensada y dispersa varía según el tipo celular. Regula lo que se expresa y lo que no se expresa.
Grado de metilación y la expresión genética: en algunos la presencia de grupos metilo en el gen afecta su expresión.

Mecanismos de control a nivel procesamiento del ARNm:
Empalme o Splicing alternativo: en algunos casos un mismo gen produce una proteína en un tejido y un tipo distinto de producto proteico en otro tejido.
Consiste en unir covalentemente diferentes combinaciones de exones del pre-ARNm, obteniendo 2 ARNm maduros con diferente información. O eliminando un exón como si fuera un intrón obteniendo así diferentes proteínas. El splicing alternativo es unamodificación post- transcripcional que permite regular la expresión de un gen produciendo formas alternativas de ARNm maduro.

Mecanismos de control a nivel de la traducción:
Proteína ferritina: esta captura átomos de hierro del medio intracelular ya que en estado libre es toxico para la celula.
La traducción del ARNm para la ferritina es regulada por una proteína represora, la aconitasa, esta depende de la concentración de hierro libre en el citosol.
La aconitasa cuando esta y la concentración de hierro es baja, no se puede realizar la traducción, está a su vez se encuentra unida a una secuencia nucleotídica especifica en el ARNm, llamada ERH (elemento de respuesta al hierro). En cambio cuando la concentración de hierro es alta, se asocia con la aconitasa cambiando la forma y perdiendo la afinidad con ERH, continuando con la traducción.
Control de estabilidad del ARNm: el acortamiento gradual de la cadena de adenina por acción de las nucleasas, reduce en algunos casos la vida media del ARNm.

Mecanismos de control después de la traducción:
Dos factores importantes en la vida media de una proteína citosólica:
Su correcto plegamiento: de esto se encargan las chaperonas de corregir el plegamiento de la proteína.
Secuencia aminoacídica de su extremo aminoterminal: existen secuencias aminoacídicas estabilizadoras que aseguran la vida media y otras desestabilizadoras, favoreciendo la marcación de las proteínas generando su degradación.
Si una proteína no puede corregir su mal plegamiento o se ha desestabilizado pasa por un proceso denominado ubiquitinización, de esto se encarga la ubiquitina, se une a la proteínadañada para que sea degradada por enzimas llamadas proteasas, con gasto de energía.