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• Liz Espinoza Zambrano

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Tabla de contenido INTRODUCCION ............................................................................................................................. 4 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNETICA EN BACTERIAS........................................................... 5 INVESTIGADORES DEL OPERON .................................................................................................... 5 OPERONES ..................................................................................................................................... 5 COMPONENTES PRINCIPALES DE UN OPERON ............................................................................. 6 SISTEMA INDUCIBLE Y REPRIMIBLE ............................................................................................... 6 CONTROL POSITIVO Y CONTROL NEGATIVO ................................................................................. 7 OPERON LAC.................................................................................................................................. 7 OPERON LAC: SISTEMA INDUCIBLE CON CONTROL NEGATIVO .................................................... 8 OPERON LAC: SISTEMA INDUCIBLE CON CONTROL POSITIVO ...................................................... 8 Glucosa presente, lactosa ausente: .............................................................................................. 9 Glucosa ausente, lactosa presente: .............................................................................................. 9 CONCLUSION: .............................................................................................................................. 10 BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................................. 10

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INTRODUCCION Para entender la secuencia y estructura del Operón Lac, debemos tener en cuenta que la información contenida en los genes, se transcribe a ARN y el ARNm se traduce a proteínas, de manera que la información contenida en los genes se convierta en proteínas. Sin embargo, aún no hemos visto de qué manera la célula regula su funcionamiento, es decir, ¿Cómo decide la célula que proteínas necesita producir en cada momento y qué cantidad de proteína es necesario sintetizar? En este informe explicaremos el concepto de regulación de la expresión en bacterias tomando como ejemplo a la bacteria Escherichia coli y definiendo ¿Que es un Operón? Y ¿Cómo actúa el Operón Lac?

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REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNETICA EN BACTERIAS En las bacterias, a pesar de ser organismos unicelulares, también es necesario regular la expresión de los genes adaptándola a las necesidades ambientales. Es un principio de economía celular el que la expresión de los genes esté regulada según las circunstancias celulares. Un buen ejemplo de esta situación en bacterias es la regulación de las enzimas implicadas en el metabolismo de los azúcares. Las bacterias pueden emplear para obtener energía distintas fuentes de carbono, como la glucosa, lactosa, galactosa, maltosa, ramnosa y xilosa. Existen enzimas capaces de introducir cada uno de estos azúcares en la bacteria y enzimas capaces de romperlos para obtener energía. Lógicamente, sería un despilfarro energético producir simultáneamente todos los enzimas necesarios para metabolizar los diferentes azúcares mencionados. Por consiguiente, sería mucho más económico para la célula producir solamente las enzimas necesarias en cada momento, es decir, si en el medio en el que vive la bacteria la principal fuente de carbono es la lactosa, solamente se expresarían los genes necesarios para metabolizar la lactosa, mientras que los otros genes no se expresarían. Por tanto, es esencial que exista un mecanismo de regulación de la expresión génica, de manera que los genes se expresen cuando sea necesario. INVESTIGADORES DEL OPERON Jacob, Monod y colaboradores analizaron el sistema de la lactosa en E. coli, de manera que los resultados de sus estudios permitieron establecer el modelo genético del Operón que permite comprender como tiene lugar la regulación de la expresión génica en bacterias. Jacob y Monod recibieron en 1965 el Premio Nobel pos estas investigaciones.

Francois Jacob

Jacques Monod

OPERONES Un Operón es grupo de genes estructurales cuya expresión está regulada por los mismos elementos de control (promotor y operador) y genes reguladores. Los genes estructurales contienen instrucciones necesarias para codificar un polipeptido (moléculas que forman la proteína). Los operones bacterianos suelen contener varios genes estructurales. En E. coli se identificaron setenta y cinco operones diferentes que controlan 250 genes estructurales.

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COMPONENTES PRINCIPALES DE UN OPERON PROMOTOR (P): Se trata de un elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la ARN polimerasa para comenzar la transcripción. Se encuentra inmediatamente antes de los genes estructurales. La ARN polimerasa es la responsable de ir uniendo ribonucleotidos a la cadena de ARN que se está formando El objetivo de la Transcripción es producir una copia del ARN de la secuencia de ADN de un gen. En caso de los genes codificantes (genes estructurales), la copia de ARN o trascrito, contiene la información necesaria para generar un polipéptido. OPERADOR (O): Se trata de otro elemento de control que es una región del ADN con una secuencia que es reconocida por la proteína reguladora. El operador se sitúa entre la región promotora y los genes estructurales. GEN REGULADOR (i): Secuencia de ADN que codifica para la proteína reguladora o represora, que se va a unir al operador. Un gen regulador puede producir un ARNm que codifica un represor de proteína, esta se puede combinar con el inductor si es que está presente. PROTEÍNA REGULADORA: Proteína codificada por el gen regulador. Esta proteína se une a la región del operador siempre y cuando no haya un inductor. INDUCTOR: Sustrato o compuesto cuya presencia induce la expresión de los genes.

Elementos de control Elementos que intervienen en la regulación de la Moléculas difusibles expresión génica en bacterias. Elementos Genes Estructurales del Operón. Gen regulador

Promotor Operador Proteínas reguladoras Efectores Inductores Codifican para polipéptidos Codifica para proteína reguladora

SISTEMA INDUCIBLE Y REPRIMIBLE SISTEMA INDUCIBLE: Es cuando el sustrato de una vía metabólica actúa como un inductor. Este se une a la proteína reguladora o represora impidiendo su unión al operador de modo que se hará posible la transcripción.

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SISTEMA REPRIMIBLE: El producto de una vía metabólica va a actuar como un correpresor (compuesto que impide la síntesis del enzima). Este correpresor va a interactuar con la proteína reguladora para promover su unión al operador de modo que no ocurra la transcripción.

CONTROL POSITIVO Y CONTROL NEGATIVO CONTROL POSITIVO EN EL SISTEMA INDUCIBLE: Es cuando el sustrato activa a un activador CONTROL NEGATIVO EN EL SISTEMA INDUCBLE: Es cuando el sustrato inactiva a un represor. CONTROL POSITIVO EN EL SISTEMA REPRIMIBLE: Es cuando el producto de una vía metabólica inactiva a un activador. CONTROL NEGATIVO EN EL SISTEMA REPRIMIBLE: Es cuando el productor de una vía metabólica active a un represor. OPERON LAC Es un claro ejemplo de Sistema Inducible bajo el control Negativo, de manera que la proteína reguladora, producto del gen regulador ‘‘i’’ es un represor que impide la expresión de los genes estructurales si es que está en AUSENCIA DE INDUCTOR. Pero si hay un INDUCTOR seria la ALOLACTOSA, que se produce a partir de la Lactosa a través de una reacción secundaria catalizada por la propia B – galactosidasa. El Operón Lac también está bajo control positivo, ya que existe otra proteína que estimula la transcripción de los genes estructurales. Los genes estructurales del operón lactosa son los siguientes: El gen z+: codifica para la b-galactosidasa que cataliza la hidrolisis de la lactosa en glucosa más galactosa. El gen y+: codifica para la galactósido permeasa que transporta b-galactósidos al interior de la célula bacteriana. El gen a+: codifica para la tiogalactósido transacetilasa.

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OPERON LAC: SISTEMA INDUCIBLE CON CONTROL NEGATIVO En ausencia de inductor: Es cuando no hay lactosa o alolactosa de por medio. El Gen ‘‘i’’ produce la proteína represora y este se une a la secuencia del operador. La presencia de esta proteína en el operador va a impedir el acceso a la ARN Polimerasa para que esta sea capaz de leer la secuencia de los genes estructurales. Por lo tanto no habrá transcripción ya que el ARNm no se generará de modo que no se podrá traducir las proteínas. En presencia de inductor: Es cuando hay alolactosa de por medio. El gen regulador produce el ARNm y esta produce un represor de proteína, pero este se combina con el inductor (alolactosa) cambiando su conformación e impidiendo que se una al operador, de este modo la secuencia estará libre para que el ARN polimerasa sea capaz de leer la secuencia de los genes estructurales, permitiendo la transcripción y luego tenga lugar la traducción de los productos de los genes estructurales.

OPERON LAC: SISTEMA INDUCIBLE CON CONTROL POSITIVO El Operón Lactosa cuando está bajo el control negativo, está ejercido por la proteína represora, mientras que, cuando está bajo control positivo, está ejecutado por una proteína activadora por catabolitos (CAP) también llamada proteína activadora del AMP cíclico (CRP) Este tipo de Operón Lac está estrechamente relacionado con la represión catabólica o represión por catabolito. Esto se da cuando hay una alta concentración de glucosa en el medio. Este sistema está relacionado con los niveles de AMP cíclico, este activa a una proteína que se llama CRP, la cual

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induce la transcripción de operones cuyos genes codifican para proteínas involucradas en el catabolismo de fuentes de energía distintas a la de la glucosa. En este caso: - Cuando los niveles de glucosa son bajos, los niveles de AMPc son elevados, por lo que la proteína CRP está activa y se transcriba el Operón Lac. - Cuando hay una alta concentración de glucosa de por medio, la concentración de AMPc será baja, entonces la proteína CRP será inactiva y no se transcribirá el Operón Lac, puesto que no hace falta ya que el microorganismo utilizara directamente la energía de la glucosa. Glucosa presente, lactosa ausente: No ocurre la transcripción del operón lac. Eso es porque el represor lac permanece unido al operador y previene la transcripción por la ARN polimerasa. Además, los niveles de AMPc son bajos porque los niveles de glucosa son altos, así que CAP está inactiva y no puede unirse al ADN. Glucosa ausente, lactosa presente: Ocurre una fuerte transcripción del operón lac. El represor lac es liberado del operador porque el inductor (alolactosa) está presente. Los niveles de AMPc son altos porque no hay glucosa, así que CAP está activa y unida al ADN. CAP ayuda a que la ARN polimerasa se una al promotor, lo que permite altos niveles de transcripción.

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CONCLUSION: Concluimos que la célula necesita regular la expresién de sus genes para que produsca las proteínas necesarias y no haya un desgaste innecesario en todo el campo genetico. Por lo tanto la funcion del Operón Lac es la de asegurar la presencia de enzimas implicadas en la degradación de la lactosa cuando ésta está presente en el medio.

BIBLIOGRAFIA Khan Academy. (2017). Khan Academy. [online] Available at: https://es.khanacademy.org/science/biology/gene-regulation/gene-regulation-inbacteria/a/the-lac-operon [Accessed 9 Nov. 2017]. Ucm.es. (2017). Citar un sitio web - Cite This For Me. [online] Available at: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/23Regulación%20de%20la%20expresión%20génica%20en%20procariontes.pdf [Accessed 9 Nov. 2017]. Biorom.uma.es. (2017). Operon Lac. [online] Available at: http://www.biorom.uma.es/contenido/av_bma/apuntes/T10/opeLac.html [Accessed 9 Nov. 2017].

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