8. Regulación de la Expresión Genética
La transmisión de la información genética (transcripción), posibilita la formación de proteínas, cuyas funciones van a caracterizar la actividad y morfología de las células; pero la regulación de los tipos y cantidades de proteínas presentes en cada momento constituye un tema de tanta relevancia como el propio hecho de la síntesis. Las células son estructuras muy organizadas cuyas moléculas se ordenan de forma rigurosa.
En un organismo no se necesitan todos los productos génicos de forma simultánea, ni a los
mismos niveles, con lo cual el sistema de regulación va a servir para ajustar el uso del depósito de información de los ácidos nucleicos a los requerimientos de cada célula o de cada organismo.
A la regulación de la síntesis de las macromoléculas se la denomina regulación de la expresión genética o génica.
En las bacterias, los sistemas
de regulación de expresión de los genes son relativamente sencillos, porque la
regulación se limita casi exclusivamente a un control de la transcripción,
traduciéndose todo mensaje transcrito inmediatamente en proteínas. El objetivo
de la regulación de genes se convierte en el ajuste de la maquinaria enzimática
de la célula al ambiente nutricional y físico inmediato con el fin de permitir
el crecimiento y la división de la célula bacteriana. La regulación de la expresión génica es
garantizar que el gen correcto se active en la célula
correcta en el momento correcto.
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 este 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.
La regulación de la producción de proteínas
(síntesis de proteínas) considerando el proceso en su conjunto, puede llevarse a
cabo en tres niveles:
-
Replicación
-
Transcripción
-
Traducción.
De los tres niveles de regulación, uno de los
mejor conocidos actualmente es la regulación durante la transcripción. Aunque la
regulación de la transcripción en eucariontes es más compleja que en bacterias,
muchos de sus aspectos son similares.
8.1 Niveles de Regulación de la Expresión Genética
La secuencia completa de los genomas revela que el cuándo o el dónde serán efectuadas las capacidades metabólicas de un organismo, no necesariamente está indicado en las secuencias de los genes.
Se han utilizado diferentes tipos de
acercamientos para tratar de dilucidar la actividad transcripcional de ciertos
genes en tipos celulares específicos, y en diferentes estados de desarrollo.
Esta información provee de un panorama general de los factores que controlan el
metabolismo, por ejemplo, la patogenicidad bacteriana o bien la susceptibilidad
de los organismos a diversas enfermedades.
La ruta en las que una secuencia
genética se transforma en un producto funcional, ofrece de múltiples puntos de
regulación. Aún así, en los procariontes, los niveles de regulación de la
expresión genética se llevan a cabo enteramente al nivel de la transcripción.
Lo anterior se debe posiblemente, a que los ARNm
procariontes, poseen vidas medias de únicamente minutos, de ahí que el control
transcripcional sea innecesario. A continuación se mencionan algunos ejemplos de
control transcripcional en procariontes.
A nivel de la regulación en la expresión de los genes, La
estrategia procariota pretende alcanzar las máximas tasas de
proliferación cuando el entorno se lo permita. En cambio, la estrategia
eucariota ha de ser distinta puesto que en los organismos
pluricelulares donde el medio intercelular es relativamente constante, el
control génico está al servicio de la especialización
celular. Así, nos encontramos con genes que no responden a cambios
fisiológicos y otros que sufren un fuerte control como consecuencia del
desarrollo, de la organización de células en tejidos, y de los tejidos en
organismos completos.
La genómica parece indicar que
- el número
de genes no varía mucho entre las especies: los vertebrados tienen
como mucho el doble de genes que los invertebrados;
- el
número de genes no sirve para explicar la diversidad evoultiva por
mutación o duplicación génica;
- la
variabilidad de los genes se debe a la duplicación de genes en vez de la
creación de genes nuevos.
- la
complejidad evolutiva se correlaciona con el aumento de genes reguladores:
en las levaduras hay un gen regulador por cada 20 funcionales, pero en
humanos hay más de 3 000 reguladores para unos 30 000 genes .
8.2 Regulación de la Transcripcion en organismos procariotas
Entre los organismos procariotas como las bacterias cuyo genoma es muy pequeño los genes se organizan en forma de operones.Varios genes involucrados en la misma ruta metabólica se transcriben juntos y son controlados por el mismo promotor y la regulación del mismo.
Terminologia:
Cambios en la
estructura del DNA
Metilación:
La metilación provoca un cambio
de estructura en el apareamiento entre las bases nitrogenadas que puede alterar
su reconocimiento por algunas proteínas. El más conocido es el de la metilasa
dam que reconoce la secuencia GATC y metila la A.
La mayor parte de los genes cuya
exprexión se ve reprimida por la metilación son genes cuya expresión sólo se
necesita durante la replicación (único momento en el que una cadena del DNA
está transitoriamente hemimetilado), permaneciendo reprimidos el resto del
ciclo celular.
Los genes mioC y dnaA de E. coli
implicados en el inicio de la replicación del DNA son de los pocos que se
activan con la metilación, puesto que si el DNA está totalmente metilado, es
señal de que se pueden expresar para iniciar otro ciclo replicativo.
Superenrollamiento
Para mantener una situación
homeostática en la célula en relación al número de superenrollamientos es
necesario mantener con una regulación contraria los genes topA (codifica la
topoisomerasa I) y gyrA y gyrB (determinan las dos subunidades de la
DNA-topoisomerasa II). No se conoce el mecanismo molecular que controla esta
regulación. Sí se sabe que mutantes en las topoisomerasas disminuyen la tasa
general de transcripción.
Cambios en la
interacción entre el DNA y la RNA-polimerasa
Lo
provocan aquellos cambios que, sin alterar ni la estructura del DNA ni la de la
RNA-polimerasa, sí que afectan la interacción entre ambas. Es necesaria la
comparecencia de una tercera molécula, habitualmente una proteína aunque a veces
puede ser RNA.
Muy bueno tu Blog te felicito!!!
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