Regulaci贸n en la expresi贸n del ADN

Aunque el material gen茅tico de cada c茅lula de un organismo es el mismo, la acumulaci贸n de RNAm no es la misma en todos los tejidos, sino que los genes se expresan de diferente manera en tiempo y lugares diferentes. Expresar genes es un proceso costoso, por lo que es necesario que esto ocurra 煤nicamente cuando es necesario. Existe una regulaci贸n temporal y espacial, la cual responde a diferentes se帽ales como la luz, hormonas, etc. que permiten la expresi贸n en un momento y lugar determinado.

ADN y biologia

Existen principalmente dos tipos de regulaci贸n, las cuales tienen una serie de ventajas y desventajas. La regulaci贸n transcripcional se caracteriza por un mayor ahorro de recursos, ya que al evitar que se realice la transcripci贸n, no se gastan recursos en crear el RNAm. Aunque esto implica que tiene un mayor tiempo de respuesta, ya que cuando sea necesario un gen tendr谩n que llevarse a cabo todos los pasos.

Por otro lado, la regulaci贸n post-traduccional se caracteriza por ser m谩s costosa, ya que se sintetiza la prote铆na, con los gastos que eso implica, aunque esto implica un tiempo de respuesta mucho menor, ya que 煤nicamente tendr铆a que activarse dicha prote铆na para que est茅 disponible.

La regulaci贸n de un gen no se da 煤nicamente a un nivel, sino que se da en mayor o menor medida a todos los niveles dependiendo del gen. Los genes se pueden clasificar de dos maneras, seg煤n su expresi贸n y seg煤n su funci贸n. Seg煤n su expresi贸n, los genes pueden ser constitutivos (se expresan siempre, y sirven para comparar) y regulados (que se expresan bajo determinadas se帽ales). Pero tambi茅n pueden ser, seg煤n su funci贸n, genes reguladores (que regulan a otros genes) o genes estructurales (cuya expresi贸n da lugar a una prote铆na con una funci贸n estructural).

– Mol茅culas reguladoras

Proceden de genes reguladores y se encargan de regular a los genes regulados. No son siempre prote铆nas, sino que tambi茅n puede ser RNA. A nivel transcripcional se puede dar una regulaci贸n de la estructura de la cromatina (mayor o menor plegamiento), aunque tambi茅n se puede dar por prote铆nas reguladoras.

+ Prote铆nas reguladoras

Son prote铆nas capaces de unirse al DNA y, seg煤n su forma, se clasifican como alfa-h茅lices, dedos de zinc y cremalleras de leucina. Estas prote铆nas reguladoras son las encargadas de la regulaci贸n de los genes en numerosas especies diferentes.

Por ejemplo, en los a帽os 60 se realiz贸 un descubrimiento que determinaba la regulaci贸n de la utilizaci贸n de lactosa en bacterias, siendo un sistema inducible. Se vio que, en estas bacterias, al a帽adir lactosa al medio, la actividad de la Beta-Galactosidasa aumentaba mucho.

La actividad de la Beta-Galactosidasa y la utilizaci贸n de la lactosa est谩 determinada en un oper贸n, el oper贸n Lac, el cual est谩 compuesto por un promotor, un operador y una serie de genes estructurales. Un operador es la zona donde se une la prote铆na reguladora (LacI).

Este sistema, en presencia de lactosa, esta se une a LacI, impidiendo que este pueda unirse al operador y permitiendo que se exprese la prote铆na. Aunque el operador este unido, existe una expresi贸n basal que permite la expresi贸n de la permeasa, lo que permite que entre la lactosa y pueda activar la expresi贸n completa del oper贸n.

LacI funciona como un d铆mero que, al unirse, distorsiona el DNA e impide a la polimerasa que se una. Al unirse la lactosa a LacI, este cambia de conformaci贸n y disminuye su afinidad por el operador. En este tipo de operones, los elementos m谩s importantes son la prote铆na reguladora y el operador, ya que son los que determinan la expresi贸n y una mutaci贸n en estos cambia totalmente el fenotipo.

+ Tipos de elementos reguladores

. Elementos en CIS

Son secuencias de nucle贸tidos no codificantes cercanas o no a los genes regulados, que intervienen en la regulaci贸n y que deben estar en la misma mol茅cula. Los operadores, los activadores, etc. son elementos cis.

. Elementos en TRANS

Son secuencias de nucle贸tidos codificantes que intervienen en la regulaci贸n y que pueden localizarse en otra mol茅cula. Los genes reguladores y los RNA reguladores son elementos trans.

– Tipos de control de la expresi贸n

Existen numerosas formas de controlar la expresi贸n de los genes a lo largo y ancho de todas las especies, aunque la gran mayor铆a de ellas pueden clasificarse en dos grupos en funci贸n de su respuesta frente a la presencia de la prote铆na reguladora y el efector. As铆, podemos encontrar:

. Control negativo. Cuando la prote铆na reguladora est谩 unida al operador no hay transcripci贸n.

. Control positivo. Cuando la prote铆na reguladora est谩 unida al operador s铆 hay transcripci贸n.

. Sistema reprimible. La presencia del efector detiene la transcripci贸n.

. Sistema inducible. La presencia del efector enciende la transcripci贸n.

Combinando estos cuatro tipos seg煤n la respuesta del sistema a la presencia de la prote铆na reguladora y del efector, encontramos los sistemas reprimibles negativos o positivos y los sistemas inducibles, positivos o negativos.

Pero adem谩s, la expresi贸n de un oper贸n puede estar regulada por varios mecanismos. Por ejemplo, en el oper贸n Lac, la presencia de glucosa evita que se exprese la Beta-Galactosidasa. Es una nueva prote铆na reguladora capaz de unirse al operador.

Este sistema no est谩 regulado directamente por la glucosa, sino por el AMPc, el cual es un medidor de la energ铆a de la c茅lula. A mayor cantidad de AMPc, menor energ铆a posee la c茅lula. De esta manera, cuando la glucosa est谩 baja (o el AMPc es alto) existe una prote铆na reguladora CAP que se une a este AMPc y forma un complejo que se une al operador (por un sitio diferente de LacI), lo que permite la transcripci贸n y la expresi贸n de la Beta-Galactosidasa.

Por otro lado, cuando la glucosa es alta (o el AMPc es bajo) no se forma este complejo con el CAP, por lo que no se une al operador y no se 鈥減otencia鈥 la expresi贸n. Este sistema act煤a en sinton铆a con el de la lactosa, amplificando o reprimiendo a煤n m谩s la respuesta de 茅ste.

– Transcripci贸n en eucariotas

En eucariotas esta regulaci贸n es mucho m谩s compleja. Las RNA polimerasas eucariotas no saben d贸nde se inicia la traducci贸n, por lo que existen prote铆nas que hacen de intermediario y que son conocidas como factores de transcripci贸n.

La RNA polimerasa II se encarga de transcribir el RNAm, mientras que son los factores de transcripci贸n (TF2) quienes reconocen la caja TATA y se van uniendo hasta que atraen a la RNA polimerasa II.

Los promotores eucari贸ticos, adem谩s de la caja TATA, tienen otros elementos espec铆ficos de los promotores (a veces 煤nicos) a los cuales se unen prote铆nas reguladoras espec铆ficas (algunas que reprimen y otras que activan). Se unen entonces prote铆nas capaces de atraer a la RNA polimerasa II y otras que regulan la velocidad de la transcripci贸n. Esto permite una regulaci贸n mucho m谩s precisa de la transcripci贸n.

– Regulaci贸n traduccional

En los extremos 5鈥 existe una secuencia complementaria a la subunidad peque帽a del ribosoma, lo que permite que este se una y atraiga a la subunidad grande. Una manera de regular esta uni贸n es impedir que el ribosoma reconozca la estructura del extremo 5鈥.

Esto se puede hacer mediante prote铆nas de diferente naturaleza que son capaces de unirse al ARNm y que modifican la expresi贸n de este en funci贸n de las se帽ales que se reciben del medio. Este mecanismo se puede imitar de forma sint茅tica, a帽adiendo prote铆nas cuya estructura les permita unirse al ARNm deseado y se inhiba su expresi贸n.

– Regulaci贸n post-traduccional

La regulaci贸n post-transcripcional consiste en la modificaci贸n de la prote铆na obtenida de un gen una vez se ha sintetizado. La regulaci贸n post-transcripcional incrementa enormemente la diversidad de las prote铆nas, ya que existen m谩s de 200 tipos de modificaciones posttraduccionales (fosforilaci贸n, acetilaci贸n, metilaci贸n, etc.) que modifican las prote铆nas. Algunas son reversibles y otras, irreversibles.

Permiten una respuesta r谩pida frente a cambios ambientales ya que, en muchos casos, las prote铆nas sin modificar no son activas, por lo que quedan en una reserva a la espera de una se帽al que desencadene su modificaci贸n y, por lo tanto, su activaci贸n.

Un ejemplo se da en la determinaci贸n del sexo en Drosophila, donde la presencia de una modificaci贸n concreta en la prote铆na Sxl permite su explising alternativo, lo que permite la diferenciaci贸n de 茅ste individuo en hembra.

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Art铆culo redactado por Pablo Rodr铆guez Ort铆z, Graduado en Biolog铆a por la Universidad de M谩laga.

Source: www.infobiologia.net

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