por expresión génica nos referimos a la transcripción de un gen en ARNm y su posterior traducción en proteína. La expresión génica se controla principalmente a nivel de transcripción, en gran parte como resultado de la Unión de proteínas a sitios específicos en el ADN. En 1965 Francois Jacob, Jacques Monod y Andre Lwoff compartieron el Premio Nobel de Medicina por su trabajo apoyando la idea de que el control de los niveles enzimáticos en las células está regulado por la transcripción del ADN., ocurre a través de la regulación de la transcripción, que puede ser inducida o reprimida. Estos investigadores propusieron que la producción de la enzima es controlada por un «operón», que consiste en una serie de genes relacionados en el cromosoma que consiste en un operador, un promotor, un gen regulador y genes estructurales.

  • Los genes estructurales contienen el código de los productos proteicos que se van a producir. La regulación de la producción de proteínas se logra en gran medida modulando el acceso de la ARN polimerasa al gen estructural que se transcribe.,
  • El gen promotor no codifica nada; es simplemente una secuencia de ADN que es el sitio de unión inicial para la ARN polimerasa.
  • El gen del operador también no codifica; es solo una secuencia de ADN que es el sitio de unión para el represor.
  • El gen Regulador codifica para la síntesis de una molécula represora que se une al operador y bloquea la ARN polimerasa de la transcripción de los genes estructurales.

el gen del operador es la secuencia de ADN no transcribible que es el sitio de unión represor., También hay un gen regulador, que codifica para la síntesis de una molécula represora que se une al operador

  • Ejemplo de transcripción Inducible: la bacteria E. coli tiene tres genes que codifican enzimas que le permiten dividir y metabolizar la lactosa (un azúcar en la leche). El promotor es el sitio en el ADN donde la ARN polimerasa se une para iniciar la transcripción. Sin embargo, las enzimas suelen estar presentes en concentraciones muy bajas, porque su transcripción es inhibida por una proteína represora producida por un gen Regulador (ver la parte superior de la figura a continuación)., La proteína represora se une al sitio del operador e inhibe la transcripción. Sin embargo, si la lactosa está presente en el ambiente, puede unirse a la proteína represora e inactivarla, eliminando efectivamente el bloqueo y permitiendo la transcripción del ARN mensajero necesario para la síntesis de estos genes (parte inferior de la figura a continuación).

  • Ejemplo de transcripción Represible: E. coli necesita el aminoácido triptófano, y el ADN en E. coli también tiene genes para sintetizarlo., Estos genes generalmente se transcriben continuamente ya que la bacteria necesita triptófano. Sin embargo, si las concentraciones de triptófano son altas, la transcripción se reprime (se apaga) al unirse a una proteína represora y activarla como se ilustra a continuación.

Control de la Expresión Génica en Eucariotas

las células Eucariotas tienen mecanismos similares para el control de la expresión génica, pero son más complejos., Considere, por ejemplo, que las células procariotas de una especie dada son todas iguales, pero la mayoría de los eucariotas son organismos multicelulares con muchos tipos de células, por lo que el control de la expresión génica es mucho más complicado. No es sorprendente que la expresión génica en las células eucariotas esté controlada por una serie de procesos complejos que se resumen en la siguiente lista.

  • después de la fertilización, las células en el embrión en desarrollo se especializan cada vez más, en gran medida al activar algunos genes y desactivar muchos otros., Algunas células del páncreas, por ejemplo, están especializadas en sintetizar y secretar enzimas digestivas, mientras que otras células pancreáticas (células β en los islotes de Langerhans) están especializadas en sintetizar y secretar insulina. Cada tipo de célula tiene un patrón particular de genes expresados. Esta diferenciación en células especializadas se produce en gran medida como resultado de desactivar la expresión de la mayoría de los genes en la célula; las células maduras solo pueden usar el 3-5% de los genes presentes en el núcleo de la célula.,
  • La expresión génica en eucariotas también puede ser regulada a través de alteraciones en el embalaje del ADN, que modula el acceso de las enzimas de transcripción de la célula (por ejemplo, ARN polimerasa) al ADN. La siguiente ilustración muestra que los cromosomas tienen una estructura compleja. La hélice del ADN se envuelve alrededor de proteínas especiales llamadas histonas, y esto se envuelve en fibras helicoidales apretadas. Estas fibras son entonces en bucle y plegadas en estructuras cada vez más compactas, que, cuando están completamente enrolladas y condensadas, dan a los cromosomas su aspecto característico en metafase.,

Source: http://www.78stepshealth.us/plasma-membrane/eukaryotic-chromosomes.html

  • Similar a los operones descritos anteriormente para prokaryotes, los eucariotas también usan proteínas reguladoras para controlar la transcripción, pero cada gen eucariota tiene su propio conjunto de controles. Además, hay muchas más proteínas reguladoras en los eucariotas y las interacciones son mucho más complejas.,
  • en eucariotas la transcripción tiene lugar dentro del núcleo unido a la membrana, y la transcripción inicial se modifica antes de ser transportada desde el núcleo al citoplasma para su traducción en el ribosoma s. La transcripción inicial en eucariotas tiene segmentos codificantes (exones) alternando con segmentos no codificantes (intrones)., Antes de que el ARNm salga del núcleo, los intrones se eliminan de la transcripción mediante un proceso llamado empalme de ARN (ver gráfico & video a continuación), y se agregan nucleótidos adicionales a los extremos de la transcripción; estas «tapas» y «colas» no codificantes protegen el ARNm del ataque de las enzimas celulares y ayudan en el reconocimiento por los ribosomas.,

Fuente: http://unmug.com/category/biology/organisation-control-of-genome/

  • la Variación en la longevidad de arnm proporciona otra oportunidad para el control de la expresión génica. El ARNm procariótico es de muy corta duración, pero las transcripciones eucarióticas pueden durar horas, o a veces incluso semanas (por ejemplo, ARNm para la hemoglobina en los glóbulos rojos de las aves).,
  • El proceso de traducción ofrece oportunidades adicionales para la regulación por muchas proteínas. Por ejemplo, la traducción del ARNm de hemoglobina se inhibe a menos que el hemo que contiene hierro esté presente en la célula.
  • También hay oportunidades para los controles» post-translacionales » de la expresión génica en eucariotas. Algunos polipéptidos (proteínas) traducidos son cortados por enzimas en productos finales activos más pequeños. como se ilustra en la siguiente figura que representa el procesamiento post-traslacional de la hormona insulina., La insulina se traduce inicialmente como un precursor grande e inactivo; una secuencia de señal se elimina de la cabeza del precursor, y una gran porción central (la cadena C) se corta, dejando dos cadenas peptídicas más pequeñas que luego se unen entre sí por puentes de disulfuro.La forma final más pequeña es la forma activa de la insulina.

Fuente: http://www.nbs.csudh.edu/chemistry/faculty/nsturm/CHE450/19_InsulinGlucagon.htm

  • la expresión de Genes también pueden ser modificados por la descomposición de las proteínas que se producen., Por ejemplo, algunas de las enzimas involucradas en el metabolismo celular se descomponen poco después de que se producen; esto proporciona un mecanismo para responder rápidamente a las demandas metabólicas cambiantes.
  • La expresión génica también puede ser influenciada por señales de otras células. Hay muchos ejemplos en los que una molécula de señal (por ejemplo, una hormona) de una célula se une a una proteína receptora en una célula diana e inicia una secuencia de cambios bioquímicos (una vía de transducción de señales) que resultan en cambios dentro de la célula diana., Estos cambios pueden incluir un aumento o disminución de la transcripción como se ilustra en la siguiente figura.

  • El sistema de interferencia de ARN (Arni) es otro mecanismo por el cual las células controlan la expresión génica al apagar la traducción del ARNm. RNAi también se puede utilizar para detener la traducción de proteínas virales cuando una célula está infectada por un virus. El sistema de Arni también tiene el potencial de ser explotado terapéuticamente.,

RNAi

algunos virus de ARN invadirán las células e introducirán ARN de doble cadena que utilizará la maquinaria de las células para hacer nuevas copias de ARN viral y proteínas virales. El sistema de interferencia de ARN de la célula (Arni) puede evitar que el ARN viral se replique. Primero, una enzima apodada «Dicer» corta cualquier ARN de doble cadena que encuentre en pedazos que tienen aproximadamente 22 nucleótidos de largo. A continuación, los complejos de proteínas llamados RISC (complejo Silenciador inducido por ARN) se unen a los fragmentos de ARN de doble cadena, lo enrolla y luego libera una de las hebras, mientras retiene la otra., El complejo RISC-ARN se unirá a cualquier otro ARN viral con secuencias de nucleótidos que coincidan con las del ARN unido al complejo. Esta unión bloquea la traducción de las proteínas virales al menos parcialmente, si no completamente. El sistema RNAi podría ser utilizado para desarrollar tratamientos para genes defectuosos que causan enfermedades. El tratamiento implicaría hacer un ARN de doble cadena del gen enfermo e introducirlo en las células para silenciar la expresión de ese gen., Para una explicación ilustrada del Arni, vea el breve módulo de Flash interactivo En http://www.pbs.org/wgbh/nova/body/rnai-explained.html

el sistema de interferencia de ARN también se explica más completamente en el siguiente video de Nature Video.

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