12.1: Introducción

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Las células regulan su metabolismo de varias maneras. Ya tenemos que las enzimas reguladas alostéricamente monitorean los niveles celulares de metabolitos. Recordemos que los intermedios glicolíticos suben y bajan en las células en función de las necesidades de energía celular, uniéndose o disociándose de sitios alostéricos. Las enzimas alostéricas responden a la interacción con efectores alostéricos con un aumento o disminución de la actividad catalítica.

Las células también pueden controlar los niveles absolutos de enzimas y otras proteínas activando y apagando genes, típicamente controlando la transcripción. La regulación de la transcripción generalmente comienza con la señalización ambiental extracelular. Las señales son sustancias químicas en el aire, en el agua, o en el caso de organismos multicelulares, en sangre, linfa u otros fluidos extracelulares. Los genes bacterianos y protistas a menudo responden a toxinas ambientales o a niveles de nutrientes fluctuantes. Las moléculas señal familiares en organismos superiores incluyen hormonas liberadas en el momento apropiado en un programa de desarrollo secuencial de expresión génica, o en respuesta a los niveles de nutrientes en los fluidos corporales.

Algunas moléculas señal entran en las células uniéndose a receptores intracelulares específicos para transmitir sus instrucciones. Otros se unen a receptores de superficie celular que transducen su 'información' en señales moleculares intracelulares. Cuando la señalización conduce a la regulación génica, las células que responden finalmente producen factores de transcripción. Estos a su vez reconocen y se unen a secuencias de ADN reguladoras específicas asociadas con los genes que controlan. Las secuencias de ADN que se unen a factores de transcripción son relativamente cortas. Pueden estar proximales (cerca) del sitio de inicio de la transcripción de un gen, y/o en el caso de eucariotas, distales a (lejos de) él. Veremos que la unión de algunas secuencias reguladoras de ADN son potenciadores, activando o aumentando la transcripción génica. Otros son silenciadores, regulando a la baja o suprimiendo la transcripción de un gen. Finalmente, las secuencias reguladoras de ADN se esconden detrás de un matorral de proteínas de cromatina en eucariotas. Cuando los patrones de expresión génica en las células cambian durante el desarrollo, la cromatina se reorganiza, las células se diferencian y se forman nuevos tejidos y órganos. Para ello, deben recordarse en sus descendientes nuevos patrones de expresión génica y configuración de cromatina en una célula. CMB3e 257

En este capítulo, analizamos el camino desde el reconocimiento celular de una molécula señal hasta la interacción de proteínas reguladoras con ADN tanto en células procariotas como eucariotas. También consideramos cómo las células eucariotas recuerdan instrucciones que alteran la configuración de la cromatina y los patrones de expresión génica, temas en el campo de la epigenética.

Objetivos de aprendizaje

Cuando hayas dominado la información de este capítulo, deberías poder:

Comparar y contrastar factores de transcripción y los llamados elementos cis-acting.
Discutir el papel de la flexión del ADN en la regulación de la expresión génica.
Explicar los beneficios de organizar los genes bacterianos en operones y por qué algunos genes bacterianos no forman parte de los operones
Comparar y contrastar la regulación de los operones lac y trp en E. coli.
Definir y describir genes reguladores y genes estructurales en E. coli.
Discutir por qué se sospechó un cuarto gen en la regulación del operón lac.
Distinguir entre represión génica y des-represión y entre regulación génica positiva y negativa, usando ejemplos. Por ejemplo, explique cómo es posible tener represión por regulación positiva.
Dibujar y etiquetar todas las regiones funcionales de genes procariotas y eucariotas.
Comparar y contrastar diferentes mecanismos de regulación génica en células eucariotas.
Describir el complejo de iniciación de la transcripción de un gen regulado en eucariotas.
Definir y articular diferencias entre la expresión génica y la regulación de la transcripción.
Definir un gen
Distinguir entre los papeles de los potenciadores y otros elementos que actúan en la regulación de la transcripción.
Comparar y contrastar el genoma y el epigenoma.