REGULACION GENICA INGENIERIA GENETICApptx

Clase de Biología Molecular

1. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA

2. MISMO ADN, CÉLULAS DISTINTAS La gran mayoría de las células que componen tu cuerpo contienen el mismo ADN. Esto incluye a células tan distintas como las neuronas, células musculares o linfocitos. ¿Cómo es posible que sean tan distintas si todas tienen los mismos genes? La respuesta a esta pregunta puede explicarse desde el hecho que, a pesar de estar presentes en el genoma, no todos los genes se expresan, o su expresión es regulada por diferentes actores moleculares. Por lo tanto, si comparamos los patrones de expresión de genes de una célula neuronal con los de una célula muscular ¡observaremos que son muy distintos!

3. GENES ENCENDIDOS Y APAGADOS En otras palabras, los genes de las neuronas que están “encendidos” no son los mismos que en las células musculares. Cuando hablamos de genes “encendidos” significa que, a partir de ese gen, se está transcribiendo ARN mensajero (ARNm) que a su vez llevará el mensaje hasta los ribosomas para la síntesis de la proteína correspondiente. Por el contrario, cuando un gen está “apagado” el significado puede ser un poco más complejo, ya que existen distintos niveles de control de la expresión génica. Sin embargo, todos convergen en que la proteína no cumplirá su determinada función o simplemente no se sintetizará .

4. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN PROCARIONTES El ADN bacteriano con frecuencia está organizado en paquetes llamados operones , en los cuales los genes para funciones relacionadas se encuentran unos cerca de otros. Un operón consta de 4 partes Un regulador Un promotor Un operador Genes estructurales

5. Regulador Promotor Operador Genes estructurales Gen que codifica la síntesis de una proteína represora Gen que la ARN polimerasa reconoce para iniciar la transcripción Gen donde se enlaza la proteína represora Genes que codifican las proteínas que se requieren

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7. 9 ¿Cómo dos tipos de célula pueden ser tan distintas si tienen el mismo ADN? La respuesta a esta pregunta puede explicarse desde el hecho que, a pesar de estar presentes en el genoma, no todos los genes se expresan, o su expresión es regulada por diferentes actores moleculares.

8. 10 CONTROLES DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIONTES Durante el flujo de información génica en eucariontes, existen varios puntos donde se pueden “apagar” o “encender” los genes, dependiendo de las “necesidades” de la célula .

9. 11 CONTROL PRETRANSCRIPCIONAL Está estrechamente ligada al grado de compactación de la cromatina y a la disponibilidad de genes para transcribir. Cuando la cromatina se compacta en una región donde se encuentra un gen, la interacción con la maquinaria transcripcional no es posible, por lo que se reprime su expresión. Cuando la cromatina se relaja, la maquinaria transcripcional puede acceder al ADN y transcribir el gen.

10. 12 CONTROL PRETRANSCRIPCIONAL Acetilación de Histonas La acetilación produce que la afinidad de las proteínas histonas por el ADN disminuya, generando un estado de condensación más laxo o relajado, permitiendo la transcripción de genes .

11. 13 CONTROL PRETRANSCRIPCIONAL Metilación del ADN La metilación del ADN se produce en las citocinas. El resultado de la metilación es el bloqueo de la interacción entre la maquinaria transcripcional y el gen que debe ser transcrito, por lo que se “apaga” (o reprime) la expresión del gen.

12. 14 CONTROL TRANSCRIPCIONAL Aquí la expresión de un gen es controlada durante el inicio de la transcripción . Fundamentalmente, la regulación está mediada por proteínas que se unen a secuencias reguladoras específicas y modulan la actividad de la ARN polimerasa. Aquellos factores de transcripción que activan o promueven la transcripción son reguladores positivos o activadores .

13. 15 CONTROL TRANSCRIPCIONAL Un represor puede estorbar a los factores generales de la transcripción o a la ARN polimerasa de manera que no puedan unirse al promotor e iniciar la transcripción, o también pueden impedir la liberación de la ARN polimerasa del complejo.

14. 16 CONTROL TRANSCRIPCIONAL Los enhancer son amplificadores, potenciadores o activadores de la expresión génica. Pueden localizarse a grandes distancias del gen, ¡hasta a 50.000 pb de distancia! río arriba o río abajo del gen (incluso en los intrones). El ADN no es una molécula estática, es más, puede doblarse o torcerse, así las proteínas unidas a los enhancers interactúan con las proteínas unidas a los promotores , activando la transcripción.

15. 17 CONTROL TRANSCRIPCIONAL Otra forma de regulación génica transcripcional es el splicing alternativo , el cual permite formar dos (o más) moléculas de ARNm a partir de un pre-ARNm.

16. CONTROL TRANSCRIPCIONAL Una vez que interactúa el miARN y el ARNm pueden ocurrir dos posibilidades: 1. Si el miARN y su objetivo se emparejan perfectamente, una enzima en el complejo miARN-proteína cortará el ARNm por la mitad, lo que conduce a su degradación. 2. En el caso de que el miARN y su ARNm objetivo tengan alguna incompatibilidad a nivel de secuencia (no hibridan perfectamente), el complejo miARN-proteína puede unirse al ARNm y evitar su traducción . Los miARN ( microARN ) en el organismo pueden reducir la síntesis de una proteína específica

17. 19 CONTROL TRADUCCIONAL Para que la traducción comience, la proteína llamada factor de iniciación eucariota 2 (eIF-2) debe unirse a la subunidad pequeña del ribosoma. Existe un mecanismo por el cual la proteína eIF-2 puede activarse o desactivarse, por lo tanto, se puede “encender” o “apagar” la traducción. Este mecanismo es la fosforilación de la proteína.

18. 20 CONTROL POSTRADUCCIONAL El efecto de la fosforilación varía de proteína en proteína, algunas pueden activarse por la fosforilación, mientras que otras se inactivan. Incluso, en algunas proteínas puede promover un cambio de “comportamiento” que les permite interactuar con una molécula diferente o dirigirse hacia otros sitios en la célula. Las quinasas son un grupo de enzimas capaces de catalizar una reacción química de fosforilación, es decir, mediante el uso de una molécula de ATP, pueden transferir un grupo fosfato a una molécula. En cambio, las fosfatasas catalizan la remoción del grupo fosfato. En el control postraduccional, la adición o remoción de ciertas etiquetas químicas puede regular la actividad de una proteína (activándola ) o bien, pueden conducir a su degradación (donde se reciclará la proteína).

19. CONTROL POSTRADUCCIONAL La ubiquitina es un péptido pequeño de unos 76 aminoácidos, el cual es altamente conservado en eucariontes. Participa en las modificaciones postraduccionales de manera reversible. Las proteínas que son marcadas con esta etiqueta química son llevadas al proteosoma , un complejo proteico bastante grande que está presente en todas las células eucariontes, funciona como un centro de reciclaje de proteínas, ya que allí las proteínas son degradadas hasta obtener sus partes fundamentales (como los aminoácidos), las cuales serán reutilizadas para sintetizar nuevas proteínas.

20. La ingeniería genética

21. La ingeniería genética puede definirse como un conjunto de técnicas, que permiten manipular el genoma de un ser vivo, es decir: Eliminar genes Añadir genes Modificar la expresión de los genes La ingeniería genética incluye un conjunto de técnicas biotecnológicas, entre las que destacan: La tecnología del ADN recombinante : Con la que es posible aislar y manipular un fragmento de ADN de un organismo para introducirlo en otro. La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) : Con la que se consigue aumentar el número de copias de un fragmento determinado de ADN (con una mínima cantidad de muestra de ADN, se puede conseguir toda la que se necesite para determinado estudio.

22. La tecnología del ADN recombinante Se realiza mediante unas “herramientas moleculares”: restrictasas (enzimas de restricción) ligasas Las enzimas de restricción son capaces de "cortar" el ADN en puntos concretos (actúan como “tijeras moleculares”). Las ligasas pueden volver a pegar los extremos cortados procedentes de distintos orígenes (por ejemplo, de un virus y una célula). El resultado es un ADN recombinante . Se denomina ADN recombinante al que se ha formado al intercalar un segmento de ADN extraño en un ADN receptor . Por ejemplo, la integración de un ADN vírico en un ADN celular o la integración de un gen humano en el genoma de una bacteria. La célula que recibe el ADN recombinante se llama célula huésped o anfitriona. La célula anfitriona se multiplica y con ella el ADN recombinante con el gen integrado. Se obtiene un clon de células y con ello también un clon del mismo gen.

23. Se indica el lugar en el que corta la enzima de restricción en ambas hebras. El resultado de la actuación de la enzima de restricción es que ha quedado rota la molécula de ADN, quedando unos “ bordes pegajosos” o “cohesivos” por donde puede unirse este ADN, con otro aunque sea de una especie diferente, que haya sido cortado con la misma enzima. Cómo actúan las enzimas de restricción Cada enzima de restricción reconoce una secuencia específica de nucleótidos y corta en ese punto cada una de las dos cadenas de ADN. En el punto cortado quedan los extremos libres que se llaman extremos pegajosos o cohesivos , porque pueden unirse a otros fragmentos de ADN que hayan sido cortados por la misma enzima de restricción.

24. Acción de una enzima de restricción o restrictasa

25. En el siguiente modelo simplificado se “corta” un ADN de bacteria (en rojo) y se le “pega” un trozo de ADN humano (en amarillo) que ha sido cortado previamente con la misma enzima de restrcción

26. El ADN cortado y extraído de un organismo (que contiene uno o más genes) puede incorporarse a las células de otros organismos (vegetales, animales, bacterias...) en los que se podrá "expresar" la información de dichos genes. Por ejemplo: De manera muy simple podemos decir que "cortamos" un gen humano y se lo "pegamos" al ADN de una bacteria (plásmido), que hace así el papel de célula anfitriona. Además, al dividirse la célula anfitriona, las nuevas células formadas contienen ese gen y también sintetizan esa proteína. Se genera un grupo celular (un clon) que contiene un genoma distinto del primitivo. Se dice que se ha realizado una clonación del gen . En general:

27. El organismo obtenido por la técnica del ADN recombinante recibe el nombre de: Organismo recombinante , si es un virus o una bacteria, Organismo transgénico , si es un ser pluricelular (animal, planta, etc.). En general se llama organismos transgénicos a los que se desarrollan a partir de una célula (puede ser el cigoto) en la que se han introducido fragmentos de ADN de otro individuo que se integran en su genoma y se expresan.

28. Si es el gen que regula la fabricación de la proteína insulina, al ponérselo a una bacteria se "obliga" a ésta a que fabrique la insulina

29. La reacción es un proceso ”en cadena”, que permite copiar un número ilimitado de veces un fragmento de ADN, pudiendo generarse millones de moléculas idénticas, a partir de una molécula de ADN. Consta de tres fases que se repiten una y otra vez: Desnaturalización: la molécula de ADN que va a copiarse se calienta para que se desnaturalice (esto hace que se separen las dos hebras complementarias). Hibridación: se añaden nucleótidos, cebadores y una ADN polimerasa resistente al calor (se utiliza la ADN-polimerasa llamada Taq de una bacteria que vive en aguas termales, Thermus aquaticus , así la enzima puede trabajar a altas temperaturas). Se induce a un enfriamiento brusco de la mezcla, lo que genera la unión de los cebadores con las hebras de ADN. Replicación : el ADN se sintetiza o amplifica. Cada una de las hebras del ADN desnaturalizado es copiada por la ADN-polimerasa. Las cadenas recién formadas son separadas de nuevo por el calor y comienza otro nuevo ciclo de copias. Técnica de la PCR (reacción en cadena de la polimerasa) Estos ciclos se repiten hasta que se obtiene el número de copias deseado.