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Expresión de Genes

Si todas las células de un organismo contienen el mismo genoma, ¿ cómo y por qué las células de la piel son diferentes de las células del cerebro o de las células del hígado?

+Expresión Génica

n  Diferentes tipos de células tienen diferentes propiedades y llevan a cabo diferentes funciones por que las células pueden regular o controlar los genes que expresan.

n  Señales específicas son necesarias para activación de proteínas. Estas pueden ser ambientales o químicas.

n  ¿Como pueden los genes activarse y desactivarse en respuestas a señales? n  Regulación Génica- Es el proceso en el que los genes se activan.

n  Regulación Transcripcional- Mecanismo en donde se controla la cantidad de mRNA transcrito de un gen en particular como forma de activar y desactivar genes.

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+Regulación transcripcional de la expresión génica

n  Promotores se encuentran upstream o corriente arriba de las secuencias génicas, lo que significa que se encuentran en el extremo 5’ de un gen. En procariotas y eucariotas, los genes no utilizan todos las misma secuencias promotoras

n  En eucariotas, secuencias promotoras frecuentes incluyen la caja TATA (TATAAAA), situada alrededor de 30 nucleótidos (-30) upstream del punto de inicio de un gen y la caja CAAT (GGCCAATCT) situada alrededor de 80 nucleótidos (-80)upstream de un gen.

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n  Factores de transcripción del DNA son proteínas de unión que pueden ligarse a los promotores e interactuar con la RNA polimerasa para estimular la transcripción de un gen.

n  Hay factores de transcripción habituales y hay factores de transcripción específicos que sólo interactúan con ciertos promotores. La transcripción de algunos genes depende de la unión de factores de transcripción específicos.

n  Muchos genes que están estrictamente regulados por las células también contienen secuencias reguladoras llamadas potenciadoras.

n  Las secuencias potenciadores se encuentran normalmente alrededor de 50 o más pares de bases upstream del promotor, pero tambien pueden estar downstream de un gen.

n  Las secuencias potenciadoras se unen a proteínas reguladoras, conocidas como activadoras.

n  Las moléculas activadoras interactúan con los factores de transcripción y con la RNA polimerasa formando un complejo que estimula la transcripción de un gen.

n  Las células utilizan gran variedad de moléculas activadoras diferentes.

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n  Algunas moléculas activadoras pueden ser hormonas. n  Ej. Testosterona (esteroide masculino)

n  Estrógeno (esteroide femenino)

Importante: Los activadores actúan sólo en los genes que contienen secuencias potenciadoras a las que se puedan unir.

n  Mediante los activadores y potenciadores, las células pueden utilizar el control de la transcripción para regular la expresión génica y controlar la actividad celular.

n  Algunos genes contienen secuencias represoras que pueden disminuir la transcripción.

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n  Debido a que células diferentes producen factores de transcripción y moléculas activadoras distintas los genes se pueden activar en algunos tejidos y en otros no.

n  La expresión génica específica de tejidos y células es una forma en que las células controlan las proteínas que expresan, a pesar de contener todas las células del cuerpo el mismo genoma. Estos importantes mecanismos de control explican en parte por qué las celulas diferentes tienen funciones diferentes.

+Operones

n  Las bacterias usan operones para regular la expresión génica.

n  Los operones son agrupaciones de varios genes relacionados, situados juntos y controlados por un promotor único.

n  Los genes de un operón pueden ser regulados en respuestas a cambios dentro de la célula, y muchos genes que controlan el metabolismo de nutrientes se organizan en operones.

+Operón de lactosa

+Ejemplo clásico de regulación génica

n  Operón lac n  Consta de tres genes:

n  lacZ- codifica para la enzima B-galactosidasa (degradacción)

n  lacY- codifica la enzima permeasa (transporte)

n  lacA-codifica la enzima acetilasa (protección contra tóxicos)

n  Juntas estas tres enzimas son necesarias para el transporte y distribucción de lactosa en la célula bacteriana.

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n  El operón lac está regulado por una proteína llamada represor lac, que es codificado por un gen independiente denominado gen lacI

+MicroRNA (genes silenciadores)

n  (siRNA) RNA pequeños de interferencias descubierto en 1998. Pequeños segmento de DNA no codificante de doble cadena.

n  Fueron llamados de esta forma por que se demostró que se unían al mRNA y bloqueaban o interferian la traducción de los mRNA a los que se unía.

n  (miRNA) microRNA son una categoría de moléculas de RNA pequeñas que no codifican para proteínas.

n  Ambos tipos de RNA son moléculas reguladoras que regulan la expresión génica mediante el “silenciamiento” de la expresión génica a través del bloqueo de la traducción del mRNA o produciendo le degradación del mRNA

+RNA de interferencia (RNAi)

n  Son los mecanismos de silenciamiento génico basados en RNA.

n  La investigación de los genes humanos que son silenciados por miRNA es un área activa de investigación.

+Mutaciones

n  Es un cambio en la secuencia de nucleótidos del DNA.

n  Las mutaciones son importante para la diversidad genética.

n  También pueden ser perjudiaciales n  Gen mutado-----------Proteína alterada-------Funcional mal---------

No codifia para una proteína funcional. Causando enfermedades genéticas.

+Tipos de mutaciones

n  Las inducidas por causas ambientales. n  Productos Químicos (mutágenos) Imitan la estructura de los

nucleótidos , se pueden introducir por error en el DNA.

n  La exposición a los rayos X o a la luz UV. también puede mutar el DNA.

v  Mutaciones puntuales- Cambios de un solo nucleótido.

v  Sustituciones de pares de bases

v  Inserciones

v  Supresiones

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n  Si las mutaciones cambian la secuencia de un codón a otro codón que codifica para un aminoácido pueden ser de dos tipos: n  Mutaciones silenciosa- No tienen efecto sobre la estructura y

función de la proteína.

n  Mutaciones de sentido erróneo- Se consideran silenciosa si el nuevo aminoácido codificado no cambia estructura y función; pero si el nuevo aminoácido codificado modifica la estructura entonces su función puede cambiar de manera significativa.

n  Ej. Anemia falciforme

+¿Por qué es tan importante la estructura proteica?

n  El cambio de un sólo aminoácido en una de las cadenas que conforman la hemoglobina puede causar anemia falciforme

Normal (HbA)

valine histidine leucine proline threonine glutamate glutamate

+Anemia falciforme

n  sustitución de un aminoácido

Normal (HbA)

valine histidine leucine proline threonine glutamate glutamate

HbS

valine histidine leucine proline threonine glutamate valine

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n  Esta es una enfermedad congénita (sólo se adquiere cuando ambos padres la poseen) la cual distorsiona los eritrocitos.

n  Causa disminución en el transporte de oxígeno en la sangre.

n  Impide el bombeo normal de sangre en el cuerpo.

n  Con el tiempo, causa daño en los tejidos y órganos a través del todo el cuerpo.

Anemia Falciforme

+Mutaciones

n  Mutaciones sin sentido: Cambian el codón para un aminoácido en un codón de parada.

n  Inserciones o deleciones pueden afectar de manera drástica la proteína producida a partir de un gen mediante la creación de cambios en el marco de lectura.

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n  Las mutaciones pueden ser heredadas o adquiridas . n  Las mutaciones heredadas- Son mutaciones que pasan a la

descedencia a través de los gametos. Pueden causar defectos de nacimiento e enfermedades genéticas hereditarias.

n  Las muatciones adquiridas se producen en el genoma de las células somática y no se transmiten a la descendencia. Pueden causar anomalías en el crecimiento de la célula que conduce a la formación de tumores cancerosos, transtornos metabólicos, y otras enfermedades.