7.18D: Represión de Vías Anabólicas

La represión de las vías anabólicas se regula alterando las tasas de transcripción.

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

Diferenciar entre sistemas inducibles y reprimibles en la regulación génica

Claves para llevar

Puntos Clave

• La regulación de la transcripción controla cuándo ocurre la transcripción y cuánto ARN se crea.
• La regulación génica es controlada por un sistema inducible o un sistema reprimible.
• En los procariotas, la regulación de la transcripción es necesaria para que la célula se adapte rápidamente al entorno exterior en constante cambio.

Términos Clave

• vías anabólicas: El anabolismo describe el conjunto de vías metabólicas que construyen moléculas a partir de unidades más pequeñas.
• transcripción: La síntesis de ARN bajo la dirección del ADN.
• gen: Una unidad de herencia; un segmento de ADN o ARN que se transmite de una generación a otra. Lleva información genética como la secuencia de aminoácidos para una proteína.

La represión de las vías anabólicas se regula alterando las tasas de transcripción. La regulación transcripcional es el cambio en los niveles de expresión génica al alterar las tasas de transcripción.

La regulación de la transcripción controla cuándo ocurre la transcripción y cuánto ARN se crea. La transcripción de un gen por ARN polimerasa puede regularse por al menos cinco mecanismos:

• Los factores de especificidad alteran la especificidad de la ARN polimerasa para un promotor o conjunto de promotores dado, lo que hace que sea más o menos probable que se una a ellos (es decir, factores sigma utilizados en la transcripción procariota).
• Los represores se unen a secuencias no codificantes en la cadena de ADN que están cerca o se superponen a la región promotora, impidiendo el progreso de la ARN polimerasa a lo largo de la cadena, impidiendo así la expresión del gen.
• Los factores generales de transcripción posicionan a la ARN polimerasa al inicio de una secuencia codificante de proteína y luego liberan la polimerasa para transcribir el ARNm.
• Los activadores potencian la interacción entre la ARN polimerasa y un promotor particular, fomentando la expresión del gen. Los activadores hacen esto aumentando la atracción de la ARN polimerasa por el promotor, a través de interacciones con subunidades de la ARN polimerasa o indirectamente cambiando la estructura del ADN.
• Los potenciadores son sitios en la hélice de ADN a los que se unen activadores con el fin de hacer un bucle al ADN llevando un promotor específico al complejo de iniciación.

Proteína reguladora es un término usado en genética para describir una proteína involucrada en la regulación de la expresión génica. Dichas proteínas suelen estar unidas a un sitio de unión al ADN que a veces se localiza cerca del promotor, aunque no siempre es así. Los sitios de secuencias de ADN donde las proteínas reguladoras se unen se denominan secuencias potenciadoras. Las proteínas reguladoras a menudo son necesarias para unirse a un sitio de unión regulador para activar un gen (activador) o para apagar un gen (represor). Generalmente, a medida que el organismo se vuelve más sofisticado, su regulación de proteínas celulares se vuelve más complicada y, de hecho, algunos genes humanos pueden ser controlados por muchos activadores y represores que trabajan juntos.

En los procariotas, la regulación de la transcripción es necesaria para que la célula se adapte rápidamente al entorno exterior en constante cambio. La presencia o la cantidad y tipo de nutrientes determina qué genes se expresan; para ello, los genes deben ser regulados de alguna manera. En procariotas, los represores se unen a regiones llamadas operadores que generalmente se localizan aguas abajo y cerca del promotor (normalmente parte del transcrito). Los activadores se unen a la porción aguas arriba del promotor, tal como la región CAP (completamente aguas arriba del transcrito). Una combinación de activadores, represores y raramente potenciadores (en procariotas) determina si un gen es transcrito.

La regulación génica se puede resumir como la respuesta de los genes: sistemas inducibles o sistemas reprimibles. Un sistema inducible está apagado a menos que exista la presencia de alguna molécula (llamada inductor) que permita la expresión génica. Se dice que la molécula “induce la expresión”. La manera en que esto sucede depende de los mecanismos de control así como de las diferencias entre células procariotas y eucariotas. Un sistema reprimible está activado excepto en presencia de alguna molécula (llamada corepresora) que suprime la expresión génica. Se dice que la molécula “reprime la expresión”. la manera en que esto sucede depende de los mecanismos de control así como de las diferencias entre células procariotas y eucariotas.

Por ejemplo, cuando las bacterias E. coli son sometidas a estrés térmico, la subunidad σ32 de su ARN polimerasa cambia de tal manera que la enzima se une a un conjunto especializado de promotores que preceden a genes para proteínas de respuesta al choque térmico.

Otro ejemplo es cuando una célula contiene una cantidad excedente del aminoácido triptófano, el ácido se une a una proteína represora especializada (represor triptófano). La unión cambia la conformidad estructural del represor de tal manera que se une a la región operadora para el operón que sintetiza triptófano, impidiendo su expresión y suspendiendo así la producción. Esta es una forma de retroalimentación negativa.

Figura: Proteína Represora Trp: Aquí hay un diagrama de la proteína represora Trp.

En bacterias, la proteína represora lac bloquea la síntesis de enzimas que digieren la lactosa cuando no hay lactosa de la que alimentarse. Cuando la lactosa está presente, se une al represor, provocando que se desprenda de la cadena de ADN.

Figura: Estructura cristalina anotada de LacI dimérico: Estructura cristalina anotada de lacI dimérico. Dos monómeros (de cuatro en total) cooperan para unirse a cada secuencia operadora de ADN. Los monómeros (rojo y azul) contienen unión al ADN y dominios centrales (marcados) que están conectados por un enlazador (marcado). No se muestra la hélice de tetramerización C-terminal. El represor se muestra en complejo con ADN operador (oro) y ONPF (verde), un ligando anti-inductor (es decir, un estabilizador de la unión al ADN).