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16.3: Regulación genética en procariotas - Biología

16.3: Regulación genética en procariotas - Biología



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Muchos genes procariotas se organizan en operones, genes enlazados transcritos en un solo ARNm que codifica dos o más proteínas. La regulación de la actividad de un operón (en lugar de múltiples genes únicos que codifican proteínas individuales) permite una mejor coordinación de la síntesis de varias proteínas a la vez. En E. coli, el regulado operón lac codifica tres enzimas involucradas en el metabolismo de lactosa (un nutriente alternativo a la glucosa). La regulación de un operón (o de un solo gen para el caso) puede ser por represión o por inducción. Cuando un pequeño metabolito en una célula se une a un regulador represor o inductor proteína, la proteína sufre un cambio alostérico que le permite unirse a una secuencia de ADN reguladora ..., o separarse del ADN. Veremos ejemplos de dicha regulación en el laca y trp operones. La regulación del gen del operón Lac es un ejemplo de represión genética al igual que inducción. La regulación del operón trp (triptófano) es por represión genética. En ambos operones, los cambios en los niveles de metabolitos intracelulares reflejan el estado metabólico de la célula y provocan cambios apropiados en la transcripción de genes. Veremos la regulación de ambos operones.

El ARNm transcrito del operón lac se traduce simultáneamente en esas tres enzimas, como se muestra a continuación.

A. Mecanismos de control del operón Lac

En el tracto digestivo animal (incluido el nuestro), los genes del E. coli operón lac regular el uso de lactosa como nutriente alternativo a la glucosa. ¡Piense en queso en lugar de chocolate! El operón consta de genes lacZ, lacY y lacA que se denominaron genes estructurales. Por definición, los genes estructurales codifican proteínas que participan en la estructura celular y la función metabólica. Como ya se señaló, el operón lac se transcribe en un ARNm que codifica las proteínas Z, Y y A.

Echemos un vistazo más de cerca a la estructura del operón lac y la función de las proteínas Y, Z y A (abajo).

El gen lacZ codifica β-galactosidasa, la enzima que descompone la lactosa (un disacárido) en galactosa y glucosa. El gen lacY codifica lactosa permear, una proteína de membrana que facilita la entrada de lactosa en las células. El papel del gen lacA (un transacetilasa) en el metabolismo energético de la lactosa no se comprende bien. los Yo genero a la izquierda del gen lac Z hay un gen regulador (para distinguirlo de los genes estructurales). Los genes reguladores codifican proteínas que interactúan con secuencias de ADN reguladoras asociadas con un gen para controlar la transcripción. los operador La secuencia que separa los genes I y Z es una secuencia de ADN reguladora de la transcripción.

los E. coli El operón lac suele ser silencioso (reprimido) porque estas células prefieren la glucosa como fuente de energía y carbono. En presencia de suficiente glucosa, un proteína represora (el producto del gen I) está ligado al operador, bloqueando la transcripción del operón lac. Incluso si la lactosa está disponible, las células no la utilizarán como fuente alternativa de energía y carbono cuando los niveles de glucosa sean adecuados. Sin embargo, cuando los niveles de glucosa caen, el operón lac está activo y los tres productos enzimáticos se traducen. Veremos cómo la limitación de los niveles de glucosa induce la transcripción máxima del operón lac por ambos desrepresión y directo inducción, lo que conduce a la máxima transcripción de los genes lac solo cuando es necesario (es decir, en presencia de lactosa y ausencia de glucosa). Veamos algunos de los experimentos clásicos que llevaron a nuestra comprensión de la regulación del gen de E. coli en general, y del operón lac en particular.

A finales de la década de 1950 y principios de la de 1960, Francois Jacob y Jacques Monod estaban estudiando el uso de diferentes azúcares como fuentes de carbono por E. coli. Ellos conocían ese tipo salvaje E. coli haría no producen las proteínas ( beta ) - galactosidasa, ( beta ) - galactósido permeasa o ( beta ) - galactósido transacetilasa cuando se cultivan en glucosa. ¡Por supuesto, también sabían que las células cambiarían a lactosa para el crecimiento y la reproducción si se les privaba de glucosa! Luego buscaron y aislaron diferentes mutantes de E. coli que no podían crecer con lactosa, incluso cuando no había glucosa en el medio de crecimiento. Estos son algunos de los mutantes que estudiaron:

  1. Un mutante no pudo producir la enzima ( beta ) galactosidasa activa, pero produjo permeasa.
  2. Un mutante no pudo producir permeasa activa pero produjo cantidades normales de ( beta ) - galactosidasa.
  3. Otro mutante no pudo producir transacetilasa ..., pero aún podía metabolizar la lactosa en ausencia de glucosa. De ahí la incertidumbre de su papel en el metabolismo de la lactosa.
  4. Curiosamente, ¡una cepa mutante no pudo producir ninguna de las tres enzimas!

Dado que los mutantes dobles son muy raros y los mutantes triples aún más raros, Jacob y Monod infirieron que la activación de los tres genes en presencia de lactosa se controlaba conjuntamente de alguna manera. De hecho, fue este descubrimiento el que definió al operón como un conjunto de genes transcritos como un solo ARNm, cuya expresión podría, por tanto, coordinarse eficazmente. Posteriormente caracterizaron la proteína represora producida por el gen lacI. Jacob, Monod y Andre Lwoff compartieron el Premio Nobel de Medicina en 1965 por su trabajo sobre la regulación de genes bacterianos. Ahora sabemos que negativo y positivo regulación de la operón lac (descritas a continuación) dependen de dos proteínas reguladoras que juntas controlan la tasa de metabolismo de la lactosa.

1. Regulación negativa del operón Lac por lactosa

Consulte la ilustración siguiente para identificar a los jugadores en la desrepresión del operón lac.

El producto de la proteína represora del gen I siempre se produce y está presente en E. coli células. ¡La expresión genética no está regulada! En ausencia de lactosa en el medio de crecimiento, la proteína represora se une fuertemente al ADN operador. Tiempo Polimerasa de ARN está unido al promotor y listo para transcribir el operón, la presencia del represor unido a la secuencia del operador cerca del gen Z bloquea físicamente su movimiento hacia adelante. En estas condiciones, se realiza poca o ninguna transcripción. Si las células se cultivan en presencia de lactosa, la lactosa que ingresa a las células se convierte en alolactosa. La alolactosa se une al represor que se encuentra en el ADN del operador para formar un complejo de 2 partes, como se muestra a continuación.

El represor alterado alostéricamente se disocia del operador y la ARN polimerasa puede transcribir el laca genes del operón como se ilustra a continuación

2. Regulación positiva del operón Lac; Inducción por activación de catabolitos

El segundo mecanismo de control que regula la expresión del operón lac está mediado por CAP (cAMP unido proteína activadora de catabolitos o proteína receptora de AMPc). Cuando hay glucosa disponible, los niveles celulares de AMPc son bajos en las células y el CAP está en una conformación inactiva. Por otro lado, si los niveles de glucosa son bajos, los niveles de AMPc aumentan y se unen al CAP, activándolo. Si los niveles de lactosa también son bajos, la CAP unida a cAMP no tendrá ningún efecto. Si la lactosa está presente y los niveles de glucosa son bajos, entonces la alolactosa se une al represor lac provocando que se disocie de la región operadora. En estas condiciones, la CAP unida a cAMP puede unirse al operador en lugar de la proteína represora. En este caso, en lugar de bloquear la ARN polimerasa, el CAP unido a Camp activado induce una transcripción del operón lac aún más eficiente. El resultado es la síntesis de niveles más altos de enzimas lac que facilitan el uso celular eficiente de la lactosa como alternativa a la glucosa como fuente de energía. Máximo activación del operón lac en alta lactosa y baja glucosa se muestra a continuación.

CAP unido a cAMP es un inductor de transcripción. Lo hace forzando al ADN en la región promotor-operador a doblarse. Y dado que al doblar la doble hélice se aflojan los enlaces H, resulta más fácil para la ARN polimerasa encontrar y unir el promotor en la cadena de ADN que se va a transcribir ... y que comience la transcripción. A continuación se ilustra la flexión del ADN inducida por AMPc-CAP.

3. Regulación de Lac Operon por exclusión de inductores y operadores múltiples

En los últimos años, se han descubierto capas adicionales de regulación del operón lac. En un caso, la capacidad de laca permease para transportar lactosa a través de la membrana celular está regulado. En otro, se ha descubierto que secuencias operadoras adicionales interactúan con un represor multimérico para controlar la expresión del gen lac.

A) Regulación del uso de lactosa por exclusión de inductores

Cuando los niveles de glucosa son altos (incluso en presencia de lactosa), el fosfato se consume para fosforilar los intermedios glucolíticos, manteniendo bajos los niveles de fosfato citoplasmático. En estas condiciones, EIIAGlc no fosforilado se une al permeasa de lactosa enzima en la membrana celular, evitando que lleve lactosa a la célula.

El papel del EIIA fosforilado y no fosforiladoGlc en la regulación del operón lac se muestran a continuación.

Los altos niveles de glucosa bloquean la entrada de lactosa en las células, evitando eficazmente la formación de alolactosa y la desrepresión del operón lac. La exclusión del inductor es, por tanto, una forma lógica para que las células manejen una gran cantidad de glucosa, esté o no presente lactosa. Por otro lado, si los niveles de glucosa son bajos en el medio de crecimiento, las concentraciones de fosfato en las células aumentan lo suficiente como para que una quinasa específica fosforile el EIIAGlc. El EIIAGlc fosforilado luego sufre un cambio alostérico y se disocia de la lactosa permeasa, haciéndola activa para que pueda entrar más lactosa en la célula. En otras palabras, el inductor no está "excluido" en estas condiciones.

La quinasa que fosforila EIIAGlc es parte de un fosfoenolpiruvato (PEP) - fosfotransferasa dependiente cascada del sistema (PTS). Cuando los niveles de glucosa extracelular son bajos, la célula activa el sistema PTS en un esfuerzo por llevar la glucosa que hay alrededor a la célula. Pero la última enzima en la cascada de fosforilación de PTS es la quinasa que fosforila EIIAGlc. EIIA fosforiladoGlc se disocia de la lactosa permeasa, reactivándola, llevando la lactosa disponible a la célula desde el medio.

B) Estructura de la proteína represora y secuencias de operadores adicionales

El represor lac es un tetrámero de subunidades idénticas (abajo).

Cada subunidad contiene un hélice-vuelta-hélice motivo capaz de unirse al ADN. Sin embargo, la secuencia de ADN del operador aguas abajo del promotor en el operón consta de un par de repeticiones invertidas espaciados de tal manera que solo pueden interactuar dos de las subunidades represoras, dejando la función de las otras dos subunidades desconocidas ... es decir, ¡hasta hace poco!

Recientemente se caracterizaron dos regiones operadoras más en el operón lac. Uno, llamado O2, está dentro del gen lac z sí mismo y el otro, llamado O3, se encuentra cerca del final de, pero dentro del lac yo gene. Aparte de su ubicación inusual dentro de los genes reales, estos operadores, que interactúan con las dos subunidades represoras restantes, pasaron desapercibidos al principio porque las mutaciones en la región O2 o O3 individualmente no contribuyen sustancialmente al efecto de la lactosa en la desrepresión del operón lac. Solo la mutación de ambas regiones al mismo tiempo da como resultado una reducción sustancial en la unión del represor al operón.

B. Mecanismo de control del operón triptófano

Si hay suficiente triptófano (trp) está disponible, la vía de síntesis de triptófano se puede inhibir de dos formas. Primero, recuerde cómo la inhibición por retroalimentación por exceso de trp puede inhibir alostéricamente la vía de síntesis de trp. Se produce una respuesta rápida cuando el triptófano está presente en exceso, lo que resulta en una inhibición por retroalimentación rápida al bloquear la primera de las cinco enzimas en la vía de síntesis de trp. los operón trp codifica polipéptidos que componen dos de estas enzimas.

Enzima 1 es un multimérico proteína, hecha de polipéptidos codificados por la trp5 y trp4 genes. Los productos de los genes trp1 y trp2 componen Enzima 3. Si los niveles de triptófano celular disminuyen porque el aminoácido se consume rápidamente (por ejemplo, debido a la demanda de proteínas durante el crecimiento rápido), las células de E. coli continuarán sintetizando el aminoácido, como se ilustra a continuación.

Por otro lado, si el consumo de triptófano disminuye, el triptófano se acumula en el citoplasma. El exceso de triptófano se unirá al represor trp. El represor unido a trp luego se une al operador trp, bloqueando la ARN polimerasa para que no transcriba el operón. La represión del operón trp por trp se muestra a continuación.

En este escenario, el triptófano es un co-represor. La función de un correpresor es unirse a una proteína represora y cambiar su conformación para que pueda unirse al operador.


16.2 Regulación de genes procarióticos

El ADN de los procariotas está organizado en un cromosoma circular superenrollado en la región nucleoide del citoplasma celular. Las proteínas que se necesitan para una función específica, o que están involucradas en la misma vía bioquímica, se codifican juntas en bloques llamados operones. Por ejemplo, todos los genes necesarios para utilizar la lactosa como fuente de energía están codificados uno al lado del otro en la lactosa (o laca) operón.

En las células procariotas, existen tres tipos de moléculas reguladoras que pueden afectar la expresión de los operones: represores, activadores e inductores. Los represores son proteínas que suprimen la transcripción de un gen en respuesta a un estímulo externo, mientras que los activadores son proteínas que aumentan la transcripción de un gen en respuesta a un estímulo externo. Finalmente, los inductores son moléculas pequeñas que activan o reprimen la transcripción según las necesidades de la célula y la disponibilidad de sustrato.


Regulación de genes procarióticos

El ADN de los procariotas está organizado en un cromosoma circular, superenrollado dentro de la región nucleoide del citoplasma celular. Las proteínas que son necesarias para una función específica, o que están involucradas en la misma vía bioquímica, se codifican juntas en bloques llamados operones. Por ejemplo, todos los genes necesarios para utilizar la lactosa como fuente de energía están codificados uno al lado del otro en la lactosa (o laca) operón, y se transcribe en un solo ARNm.

En las células procariotas, existen tres tipos de moléculas reguladoras que pueden afectar la expresión de los operones: represores, activadores e inductores. Los represores y activadores son proteínas producidas en la célula. Tanto los represores como los activadores regulan la expresión génica uniéndose a sitios específicos de ADN. adyacente a los genes que controlan. En general, los activadores se unen al sitio del promotor, mientras que los represores se unen a las regiones operadoras.. Represores prevenir la transcripción de un gen en respuesta a un estímulo externo, mientras que activadores aumentar la transcripción de un gen en respuesta a un estímulo externo. Los inductores son pequeñas moléculas que pueden ser producidas por la célula o que se encuentran en el entorno celular. Los inductores activan o reprimen la transcripción según las necesidades de la célula y la disponibilidad de sustrato.


Regulación postranscripcional

Una vez que se transcribe un gen eucariota, debe procesarse mediante la eliminación de los intrones. En genes más grandes con muchos exones, se pueden producir varias versiones diferentes de la secuencia codificante de la proteína mediante empalme alternativo, la selección de diferentes conjuntos de exones para formar el ARNm. Además, el mRNA está protegido de la degradación en el citoplasma mediante la adición de nucleótidos en los extremos 5 & # 8242 y 3 & # 8242 del mRNA. En el extremo 5 & # 8242 hay una tapa de metil-guanosina, que ayuda a identificar el ARNm del ribosoma. En el extremo 3 & # 8242 hay una cadena de nucleótidos de adenina, la cola poli-A, que ayuda a estabilizar el ARNm a medida que se mueve hacia el ribosoma.

A continuación, la traducción del ARNm puede potenciarse o reprimirse mediante proteínas que se unen a las regiones 5 & # 8242 y 3 & # 8242 no traducidas del ARNm. Estas proteínas pueden modificarse ellas mismas en respuesta a varios factores en el entorno celular. Además de estas proteínas reguladoras, los ARN reguladores pueden unirse a un ARNm para controlar su traducción.

Después de la traducción, la proteína puede modificarse más. En muchos casos, se elimina la metionina iniciadora, el aminoácido codificado por el codón de inicio AUG. Algunas proteínas, como la tripsina y otras enzimas digestivas, se sintetizan como una proteína precursora inactiva que debe activarse eliminando parte de la proteína. La proteína precursora de la insulina es una proteína más grande cortada en varios trozos, dos de los cuales luego se unen como cadenas A y B de la insulina activa. Las cadenas alfa y beta de la proteína hemoglobina son el producto de dos genes diferentes.

Generalmente, los reguladores transcripcionales seleccionan qué genes se transcriben en una célula determinada, mientras que los factores postranscripcionales entran en juego para determinar si se produce o no el producto proteico codificado.

los siguiente lección está en la producción de hormonas.


17.1.1 Expresión génica procariota frente a eucariota

Dado que los organismos procariotas son organismos unicelulares que carecen de núcleo celular, su ADN flota libremente en el citoplasma de la célula. Cuando se necesita una proteína en particular, el gen que la codifica se transcribe en ARNm, que se traduce simultáneamente en proteína. Cuando la proteína ya no es necesaria, la transcripción se detiene. Como resultado, el método principal para controlar la cantidad de cada proteína que se expresa en una célula procariota es la regulación de la transcripción.

Las células eucariotas, por el contrario, tienen orgánulos intracelulares que aumentan su complejidad. En las células eucariotas, el ADN está contenido dentro del núcleo de la célula, donde se transcribe en ARNm. El ARNm recién sintetizado se modifica y transporta fuera del núcleo al citoplasma, donde los ribosomas traducen el ARNm en proteína. Los procesos de transcripción y traducción están físicamente separados por la membrana nuclear. La transcripción ocurre solo dentro del núcleo y la traducción ocurre solo en el citoplasma. La regulación de la expresión génica en eucariotas puede ocurrir en todas las etapas del proceso (Figura 17.2).

Figura 17.2 La transcripción y traducción procarióticas ocurren simultáneamente en el citoplasma y la regulación ocurre al nivel de la transcripción. En eucariotas, la transcripción y la traducción están físicamente separadas y la expresión génica está regulada en muchos niveles diferentes.

Algunas de las diferencias en la regulación de la expresión génica entre procariotas y eucariotas se resumen en Cuadro 17.1.

Tabla 17.1 Diferencias en la regulación de genes procariotas y eucariotas.

Procariota organismos

Organismos eucariotas

El ADN se encuentra en el citoplasma.

La transcripción y la traducción ocurren casi simultáneamente

La transcripción ocurre en el núcleo antes de la traducción, que ocurre en el citoplasma.

La expresión génica está regulada principalmente a nivel transcripcional.

La expresión génica está regulada en muchos niveles: epigenético, transcripcional, transporte nuclear, postranscripcional, traduccional y postraduccional.


Descripción del curso

El curso de Biología AP cubre temas que normalmente se encuentran en un curso de biología universitario de primer año y avanza en la comprensión del estudiante de los conceptos que normalmente se cubren en biología de la escuela secundaria. Proporciona una preparación sólida para el examen de Biología AP.

Los temas principales del curso incluyen:

  • bioquímica
  • transferencia de energía
  • estructura celular y especialización
  • Metabolismo celular
  • mitosis y meiosis
  • genética
  • ecología
  • evolución

Se enfatiza la diversidad de organismos, desde microorganismos hasta plantas y animales y la continuidad de la vida a través de la genética y el desarrollo. Instructores altamente calificados guían a los estudiantes a través de conferencias, lecturas, animaciones, ejercicios de laboratorio y otros recursos en línea. El conocimiento de los estudiantes se evalúa a través de tareas y exámenes. Este curso incluye un componente de laboratorio diseñado para cumplir con los estándares de College Board y ha sido revisado y aprobado por College Board. Este curso no tiene reuniones de clase sincrónicas, pero los estudiantes pueden programar reuniones virtuales individuales directamente con el instructor para responder preguntas o inquietudes.

En este curso pueden estar presentes videos de YouTube u otros proveedores web. Las recomendaciones de video o los enlaces proporcionados al final de los videos son generados por el proveedor de host de video y no son recomendaciones de CTY.


Pasos de expresión genética

Los pasos de expresión génica, como ya se mencionó, se pueden encontrar con más detalle en la página de síntesis de proteínas. Cualquier gen que codifique una secuencia de aminoácidos que produzca una cadena polipeptídica o una proteína se denomina gen estructural.

La siguiente imagen muestra una rueda de codones. Los codones del ARN mensajero se componen de una combinación de tres de las siguientes nucleobases:

Un amplio conjunto de combinaciones proporciona códigos para uno o más aminoácidos, así como para las señales de inicio y parada implementadas durante el proceso de traducción. Por ejemplo, AAA & # 8211 partiendo del centro de la rueda de codones y moviéndose hacia afuera & # 8211 codifica para el aminoácido lisina (Lys).

Los genes estructurales tienen varios componentes:

  • Sitio de inicio: la primera parte de un gen que le dice al ARN mensajero cuándo y dónde comenzar el proceso de transcripción.
  • Promotor: no es parte de la transcripción del ARNm, sino una parte que ayuda a su formación.
  • Potenciadores: catalizadores que aceleran la tasa de transcripción.
  • Silenciadores: desaceleradores de la tasa de transcripción. Algunas proteínas se producen en determinados momentos, como durante la pubertad o el desarrollo fetal, las secuencias silenciadoras impiden la producción de estas proteínas cuando no son necesarias.
  • Exones: la parte del gen que codifica las secuencias de aminoácidos.
  • Intrones: partes no codificantes del gen que no son transcritas por el ARN mensajero, pero que se cortan antes de que el ARNm abandone el núcleo. Un intrón es una parte reguladora y protectora de un gen estructural.

La expresión génica es específica de la transcripción y traducción de secuencias de genes de ADN en eucariotas y procariotas. Mientras que la expresión de genes eucariotas ocurre dentro y fuera del núcleo celular en dos etapas distintas, la expresión de genes procariotas ocurre casi simultáneamente en el ADN que flota libremente dentro del citoplasma celular.

Los siguientes cuatro pasos de transcripción describen procesos eucariotas.

  • Iniciación: una doble hebra de ADN se divide para que una enzima (ARN polimerasa) pueda reconocer el sitio de inicio y adherirse al promotor.
  • Alargamiento: la ARN polimerasa se mueve a lo largo de la hebra abierta de ADN para producir una hebra creciente de pre-ARNm.
  • Terminación: la hebra terminada de pre-ARNm se desprende del ADN.
  • Procesamiento: los intrones se empalman (mediante espliceosomas) y los exones se unen para producir ARNm maduro que codifica una sola proteína.

La traducción es el paso que sigue a la transcripción y también se compone de cuatro pasos de expresión génica con nombres similares:

  • Iniciación: la hebra de ARNm abandona el núcleo celular y se une a un ribosoma. Los ribosomas se pueden comparar con las máquinas de la línea de ensamblaje en una fábrica que producen el producto final: proteínas o cadenas polipeptídicas. Una primera molécula de ARN de transferencia se une al ribosoma en forma de codón de inicio. Cada ARN de transferencia (ARNt) lleva un solo aminoácido que encaja de acuerdo con cada codón de ARNm. Un codón de inicio lleva el aminoácido metionina.
  • Alargamiento: más moléculas de ARNt llevan aminoácidos específicos a la sección apropiada de ARNm. Este ARNm atraviesa el ribosoma como una cinta a través de una vieja máquina de escribir. Los aminoácidos están unidos entre sí por una enzima llamada peptidil transferasa.
  • Terminación: después de alcanzar una señal de parada llamada codón de parada, finaliza la fase de traducción.
  • Procesamiento posterior a la traducción: la proteína o polipéptido terminado se usa dentro de la célula o se envía fuera de la célula para llevar a cabo su función requerida.


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Biología para cursos AP

¿En qué nivel (s) se produce el control de la expresión génica en las células eucariotas?
una. solo el nivel transcripcional
B. niveles epigenéticos y transcripcionales
C. niveles epigenéticos y transcripcionales y traslacionales
D. Niveles epigenéticos y transcripcionales, traslacionales y postraduccionales.

Problema 2

¿Qué ilustran las figuras X e Y del gráfico?
una. Transcripción y traducción en una célula eucariota (figura X) y una célula procariota (figura Y).
B. Transcripción y traducción en una célula procariota (figura X) y una célula eucariota (figura Y).
C. Transcripción en una célula eucariota (figura X) y traducción en una célula procariota (figura Y).
D. Transcripción en una célula procariota (figura X) y traducción en una célula eucariota (figura Y)

Problema 3

Si no hay glucosa pero hay lactosa, el operón lac será:
una. activado
B. reprimido
C. parcialmente activado
D. mutado

Problema 4

¿Qué pasaría si la secuencia del operador del operón lac contuviera una mutación que impidiera que la proteína represora se uniera al operador?
una. En presencia de lactosa, el operón lac no se transcribirá.
B. En ausencia de lactosa, se transcribirá el operón lac.
C. El complejo cAMP-CAP no aumentará la síntesis de ARN.
D. La ARN polimerasa no se unirá al promotor.

Problema 5

¿Qué pasaría si la secuencia del operador del operón trp contuviera una mutación que impidiera que la proteína represora se uniera al operador?
una. En ausencia de triptófano, los genes trpA-E no se transcribirán.
B. En ausencia de triptófano, solo se transcribirán los genes trpE y trpD.
C. En presencia de triptófano, se transcribirán los genes trpA-E.
D. En presencia de triptófano, el gen trpE no se transcribirá.

Problema 6

¿Qué son las modificaciones epigenéticas?
una. la adición de cambios reversibles a las proteínas histonas y al ADN
B. la eliminación de nucleosomas del ADN
C. la adición de más nucleosomas al ADN
D. mutación de la secuencia de ADN

Problema 7

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la regulación epigenética es falsa?
una. La carga de la proteína histona se vuelve más positiva cuando se agregan grupos acetilo.
B. Las moléculas de ADN se modifican dentro de las islas CpG.
C. La metilación del ADN y las histonas hace que los nucleosomas se empaqueten muy juntos.
D. La acetilación de histonas da como resultado el empaquetamiento suelto de nucleosomas.

Problema 8

¿Cuál de las siguientes afirmaciones se aplica a los cambios epigenéticos?
una. Solo permiten la expresión genética.
B. Permiten el movimiento de histonas.
C. Cambian la secuencia de ADN.
D. Siempre son heredables.

Problema 9

¿La unión de lo que se requiere para el inicio de la transcripción?
una. una proteína
B. ADN polimerasa
C. Polimerasa de ARN
D. un factor de transcripción

Problema 10

¿Cuál sería el resultado de una mutación que impidiera la producción de proteínas de unión al ADN?

una. Disminución de la transcripción porque los factores de transcripción no se unen a los sitios de unión de la transcripción.
B. disminución de la transcripción porque los potenciadores no podrían unirse a los factores de transcripción
C. aumento de la transcripción porque los represores no podrían unirse a las regiones promotoras
D. aumento de la transcripción porque la ARN polimerasa podría aumentar la unión a las regiones promotoras

Problema 11

¿Qué resultará de la unión de un factor de transcripción a una región potenciadora?
una. disminución de la transcripción de un gen adyacente
B. aumento de la transcripción de un gen distante
C. alteración de la traducción de un gen adyacente
D. inicio del reclutamiento de la ARN polimerasa

Problema 12

¿Cuáles de los siguientes están involucrados en el control postranscripcional?
una. control del empalme de ARN
B. ubiquitinación
C. escisión proteolítica
D. fosforilación

Problema 13

Se cree que el gen A está asociado con el daltonismo. Se aísla la proteína correspondiente al gen A. El análisis de la proteína recuperada muestra que en realidad hay dos proteínas diferentes que difieren en el peso molecular que corresponden al gen A. ¿Cuál es una razón por la que puede haber dos proteínas correspondientes al gen?
una. Una proteína tenía una tapa de 5 'y una cola poli-A en su ARNm, y la otra proteína no.
B. Una proteína tenía una UTR de 5 'y una UTR de 3' en su ARN, y la otra proteína no.
C. El gen se empalmó alternativamente.
D. El gen produjo moléculas de ARNm con diferente estabilidad.

Problema 14

La unión de una proteína de unión a ARN cambiará la estabilidad de la molécula de ARN ¿de qué manera?
una. incrementar
B. disminución
C. ni aumentar ni disminuir
D. ya sea aumentar o disminuir

Problema 15

Una mutación en la 5'UTR que evita que las proteínas se unan a la región hará lo siguiente:
una. aumentar o disminuir la estabilidad de la molécula de ARN
B. prevenir la traducción de la molécula de ARN
C. prevenir el empalme de la molécula de ARN
D. aumentar o disminuir la longitud de la cola poli-A

Problema 16

¿Cuáles de las siguientes opciones pueden afectar las modificaciones postraduccionales de las proteínas?
una. empalme de ARNm
B. 5'capping
C. Poliadenilación
D. modificaciones químicas

Problema 17

Se encuentra una mutación en eIF-2 que altera el inicio de la traducción. La mutación podría afectar a todas menos una de las siguientes funciones de eIF-2. ¿Cuál no se vería afectado?
una. La mutación evita que eIF-2 se una al ARN.
B. La mutación evita que eIF-2 sea fosforilado.
C. La mutación evita que eIF-2 se una a GTP.
D. La mutación evita que eIF-2 se una a la subunidad ribosómica 40S

Problema 18

¿Qué hace la adición de un grupo de ubiquitina a una proteína?
una. aumenta la estabilidad de la proteína
B. disminuye la traducción de la proteína
C. aumenta la traducción de la proteína
D. marca la proteína para su degradación

Problema 19

¿Cómo se llaman los genes que causan cáncer?
una. genes de transformación
B. genes supresores de tumores
C. oncogenes
D. protooncogenes

Problema 20

Las terapias dirigidas se utilizan en pacientes con un determinado patrón de expresión génica. ¿Una terapia dirigida que previene la activación del receptor de estrógenos en el cáncer de mama sería beneficiosa para qué tipo de paciente?
una. pacientes que expresan el receptor EGFR en células normales
B. pacientes con una mutación que inactiva el receptor de estrógeno
C. pacientes con sobreexpresión de ER alfa en sus células tumorales
D. pacientes con sobreexpresión de VEGF, que ayuda en la angiogénesis tumoral

Problema 21

En un nuevo tratamiento contra el cáncer, un virus del resfriado se modifica genéticamente para que se adhiera a las células, ingrese y se replique en ellas, provocando su explosión. El virus del resfriado modificado no puede replicarse cuando la proteína p53 de tipo salvaje está presente en la célula. ¿Cómo trata este tratamiento el cáncer sin dañar las células sanas?
una. El virus modificado solo infecta y entra en las células cancerosas.
B. El virus modificado se replica en células normales y cancerosas.
C. El virus modificado solo infecta y entra en las células normales.
D. El virus modificado se replica solo en las células cancerosas.

Problema 22

¿Qué produciría un fármaco diseñado para volver a activar genes silenciados en las células cancerosas?
una. prevenir la metilación del ADN y la desacetilación de histonas
B. prevenir la metilación del ADN y la acetilación de histonas
C. prevenir la desacetilación del ADN y la metilación de histonas
D. prevenir la acetilación del ADN y la desmetilación de histonas

Problema 23

¿Cuáles son los reguladores positivos del ciclo celular que pueden causar cáncer cuando se denominan mutaciones?
una. genes de transformación
B. genes supresores de tumores
C. oncogenes
D. genes mutados

Problema 24

¿Qué distingue mejor a las células procariotas de las eucariotas?
una. Los procariotas poseen un núcleo, mientras que los eucariotas no, pero los eucariotas muestran mayor
compartimentación que permite una mayor regulación de la expresión génica.
B. Las células eucariotas contienen un núcleo, mientras que las procariotas no, y las eucariotas muestran mayor
compartimentación que permite una mayor regulación de la expresión génica.
C. Las células procariotas son menos complejas y realizan una expresión génica altamente regulada, mientras que
los eucariotas realizan una expresión génica menos regulada.
D. Las células eucariotas son más complejas y realizan una expresión génica menos regulada, mientras que
Las células procariotas realizan una expresión génica altamente regulada.

Problema 25

¿Qué afirmación es correcta con respecto a la distinción entre expresión génica procariota y eucariota?
una. Los procariotas regulan la expresión génica a nivel de transcripción, mientras que los eucariotas regulan a
múltiples niveles, incluidos epigenético, transcripcional y traduccional.
B. Los procariotas regulan la expresión génica a nivel de traducción, mientras que los eucariotas regulan a nivel de transcripción para manipular los niveles de proteínas.
C. Los procariotas regulan la expresión génica con la ayuda de represores y activadores, mientras que los eucariotas regulan la expresión degradando las transcripciones de ARNm, controlando así las proteínas.
niveles.
D. Los procariotas controlan los niveles de proteínas mediante modificaciones epigenéticas, mientras que los eucariotas controlan los niveles de proteínas regulando la velocidad de transcripción y traducción.

Problema 26

Todas las células de un organismo comparten el genoma. Sin embargo, durante el desarrollo, algunas células se convierten en
células de la piel, mientras que otras se convierten en células musculares. ¿Cómo pueden las mismas instrucciones genéticas dar como resultado dos tipos de células diferentes en el mismo organismo? Explique detalladamente su respuesta.

Problema 27

¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe la transcripción procariota del operón lac?
una. Cuando lactosa y glucosa están presentes en el medio, la transcripción del operón lac es
inducido.
B. Cuando la lactosa está presente pero la glucosa está ausente, el operón lac está reprimido.
C. La lactosa actúa como inductor del operón lac cuando no hay glucosa.
D. La lactosa actúa como inductor del operón lac cuando hay glucosa presente.

Problema 28

The lac operon consists of regulatory regions such as the promoter as well as the structural genes lacZ, lacY, and lacA, which code for proteins involved in lactose metabolism. What would be the outcome of a mutation in one of the structural genes of the lac operon?
una. Mutation in structural genes will stop transcription.
B. Mutated lacY will produce an abnormal $eta$ galactosidase protein.
C. Mutated lacA will produce a protein that will transfer an acetyl group to $eta$ galactosidase.
D. Transcription will continue but lactose will not be metabolized properly.

Problema 29

In some diseases, alteration to epigenetic modifications turns off genes that are normally expressed.
Hypothetically, how could you reverse this process to turn these genes back on?

Problema 30

Flowering Locus C (FLC) is a gene that is responsible for flowering in certain plants. FLC is expressed in new seedlings, which prevents flowering. Upon exposure to cold temperatures, FLC expression decreases and the plant flowers. FLC is regulated through epigenetic modifications. What type of epigenetic modifications are present in new seedlings and after cold exposure?
una. In new seedlings, histone acetylations are present upon cold exposure, methylation occurs.
B. In new seedlings, histone deacetylations are present upon cold exposure, methylation occurs.
C. In new seedlings, histone methylations are present upon cold exposure, acetylation occurs.
D. In new seedlings, histone methylations are present upon cold exposure, deacetylation occurs

Problema 31

A mutation within the promoter region can alter gene transcription. Describe cómo puede suceder esto.
una. Mutated promoters decrease the rate of transcription by altering the binding site for the transcription factor.
B. Mutated promoters increase the rate of transcription by altering the binding site for the transcription factor.
C. Mutated promoters alter the binding site for transcription factors to increase or decrease the
rate of transcription.
D. Mutated promoters alter the binding site for transcription factors and thereby cease transcription of the adjacent gene.

Problema 32

¿Qué podría suceder si una célula tuviera demasiado factor de transcripción activador presente?
una. The transcription rate would increase, altering cell function.
B. The transcription rate would decrease, inhibiting cell functions.
C. The transcription rate decreases due to clogging of the transcription factors.
D. The transcription rate increases due to clogging of the transcription factors.

Problema 33

3. The $wnt$ transcription pathway is responsible for key changes during animal development. Based on the transcription pathway shown below. In this diagram, arrows indicate the transformation of one substance into another. Square lines, or the lines with no arrowheads, indicate inhibition of the product below the line. Based on this, how would increased $wnt$ gene expression affect the expression of Bar-1?
FIGURE 16.16

Problema 34

Describe cómo las RBP pueden evitar que los miARN degraden una molécula de ARN.
una. RBPs can bind first to the RNA, thus preventing the binding of miRNA, which degrades RNA.
B. RBPs bind the miRNA, thereby protecting the mRNA from degradation.
C. RBPs methylate miRNA to inhibit its function and thus stop mRNA degradation.
D. RBPs direct miRNA degradation with the help of a DICER protein complex.

Problema 35

¿Cómo pueden los estímulos externos alterar el control postranscripcional de la expresión génica?
una. UV rays can alter methylation and acetylation of proteins.
B. RNA binding proteins are modified through phosphorylation.
C. External stimuli can cause deacetylation and demethylation of the transcript.
D. UV rays can cause dimerization of the RNA binding proteins.

Problema 36

Protein modifications can alter gene expression in many ways. Describe how phosphorylation of proteins can alter gene expression.
una. Phosphorylation of proteins can alter translation, RNA shuttling, RNA stability or post transcriptional modification.
B. Phosphorylation of proteins can alter DNA replication, cell division, pathogen recognition
and RNA stability.
C. Phosphorylated proteins affect only translation and can cause cancer by altering the p53
función.
D. Phosphorylated proteins affect only RNA shuttling, RNA stability, and post-translational
modifications.

Problema 37

Changes in epigenetic modifications alter the accessibility and transcription of DNA. Describe como
environmental stimuli, such as ultraviolet light exposure, could modify gene expression.
una. UV rays could cause methylation and deacetylation of the genes that could alter the accessibility and transcription of DNA.
B. The UV rays could cause phosphorylation and acetylation of the DNA and histones which could alter the transcriptional capabilities of the DNA.
C. UV rays could cause methylation and phosphorylation of the DNA bases which could become dimerized rendering no accessibility of DNA.
D. The UV rays can cause methylation and acetylation of histones making the DNA more tightly packed and leading to inaccessibility.

Problema 38

New drugs are being developed that decrease DNA methylation and prevent the removal of acetyl groups from histone proteins. Explain how these drugs could affect gene expression to help kill tumor cells.
una. These drugs maintain the demethylated and the acetylated forms of the DNA to keep transcription of necessary genes “on”.
B. The demethylated and the acetylated forms of the DNA are reversed when the silenced gene is expressed.
C. The drug methylates and acetylates the silenced genes to turn them back “on”.
D. Drugs maintain DNA methylation and acetylation to silence unimportant genes in cancer cells.

Problema 39

How can understanding the gene expression pattern in a cancer cell tell you something about that specific form of cancer?
una. Understanding gene expression patterns in cancer cells will identify the faulty genes, which is helpful in providing the relevant drug treatment.
B. Understanding gene expression will help diagnose tumor cells for antigen therapy.
C. Gene profiling would identify the target genes of the cancer-causing pathogens.
D. Breast cancer patients who do not express EGFR can respond to anti-EGFR therapy.

Problema 40

Explain what personalized medicine is and how it can be used to treat cancer.
una. Personalized medicines would vary based on the type of mutations and the gene’s expression pattern.
B. The medicines are given based on the type of tumor found in the body of an individual.
C. The personalized medicines are provided based only on the symptoms of the patient.
D. The medicines tend to vary depending on the severity and the stage of the cancer.

Problema 41

Which of the following is found in both prokaryotes and eukaryotes?
una. 3’ poly-A tails
B. 5’ caps
C. promoters
D. intrones

Problema 42

The enzyme ployadenylate polymerase catalyzes the addition of adenosine monophosphate to the 3’ ends of mRNAs to form a poly-A tail. If the enzyme were blocked so that it could not function, the result would be:
una. increased mRNA stability in eukaryotes, and decreased mRNA stability in prokaryotes
B. decreased mRNA stability in eukaryotes, and no effect in prokaryotes
C. no effect in eukaryotes, and increased mRNA stability in prokaryotes
D. no effect in eukaryotes, and decreased mRNA stability in prokaryotes

Problema 43

Describe two ways in which gene regulation differs and two ways in which it is similar in prokaryotes and eukaryotes.
una. Prokaryotes show co-transcriptional translation whereas eukaryotes perform transcription prior
to translation in both cell types, regulation occurs through the binding of transcription factors, activators, and repressors.
B. Prokaryotes perform transcription prior to translation whereas eukaryotes show cotranscriptional translation (the processes occur in the same organelle).
C. Prokaryotes show co-transcriptional translation that is regulated prior to translation whereas eukaryotes perform transcription prior to translation that is regulated only at the level of transcription. In both domains, transcription factors, activators, and repressors provide regulation.
D. Prokaryotes show co-transcriptional translation that occurs in the nucleus whereas eukaryotes
show transcription prior to translation. In both cell types, regulation occurs using transcription factors, activators, and repressors.

Problem 44

Lactose digestion in $E$ . coli begins with its hydrolysis by the enzyme $eta$ -galactosidase. The gene encoding $eta$ -galactosidase, lacZ, is part of a coordinately regulated operon containing other genes required for lactose utilization. Which of the following figures correctly depicts the interactions at the $lac$ operon when lactose is not being utilized?

Problem 45

What would be the result of a mutation in the repressor protein that prevented it from binding lactose?
una. El represor se unirá a la lactosa cuando se retire del operador.
B. El represor se unirá al operador en presencia de lactosa.
C. El represor no se unirá al operador en presencia de lactosa.
D. El represor no se unirá al operador en ausencia de lactosa.

Problem 46

What type of modification might be observed in the GR gene in all newborn rats?
una. El ADN tendrá muchas moléculas de metilo.
B. El ADN tendrá muchas moléculas de acetilo.
C. El ADN tendrá pocos grupos metilo.
D. Las histonas tendrán muchos grupos acetilo.

Problem 47

What type of modification will be observed in the GR gene in the highly nurtured rats?
una. El ADN tendrá muchas moléculas de metilo.
B. El ADN tendrá muchas moléculas de acetilo.
C. El ADN tendrá pocos grupos metilo.
D. Las histonas tendrán pocos grupos acetilo.

Problem 48

El nivel de transcripción de un gen se prueba creando deleciones en el gen como se muestra en la ilustración. These modified genes are tested for their level of transcription: $(++)$ normal transcription levels $(+)$ low transcription levels $(+++)$ high transcription levels. ¿Qué deleción está en un potenciador involucrado en la regulación del gen?
una. deletion 1
B. deletion 2
C. deletion 3
D. deletion 4

Problem 49

¿Qué deleción hay en un represor involucrado en la regulación del gen?
una. deletion 1
B. deletion 2
C. deletion 3
D. deletion 4

Problem 50

El diagrama proporcionado muestra diferentes regiones (1-5) de una molécula de pre-ARNm, una molécula de ARNm maduro y la proteína correspondiente al ARNm. ¿Una mutación en qué región es más probable que dañe la célula?
una. 1
B. 2
C. 3
D. 5

Problem 51

¿A qué corresponden las regiones 1 y 5?
una. exones
B. intrones
C. promoters
D. untranslated regions

Problem 52

¿Cuáles son las regiones 1 a 5 en el diagrama?
una. 1, 3 y 5 son los exones 2 y 4 son intrones.
B. 2 y 4 son exones 1, 3 y 5 son intrones.
C. 1 y 5 son los exones 2, 3 y 4 son intrones.
D. 2, 3 y 4 son los exones 1 y 5 son intrones.

Problem 53

A mutation results in the formation of the mutated maturemRNA as indicated in the diagram. Describa qué tipo de mutación ocurrió y cuál es el resultado probable de la mutación.
una. La mutación en los sitios GU-AG de los intrones produjo una proteína no funcional.
B. Una mutación de transversión en los intrones condujo a un corte y empalme alternativo, produciendo una proteína funcional.
C. Una mutación de transversión en el sitio GU-AG mutó este ARNm, produciendo una proteína no funcional.
D. Las mutaciones de transición en los intrones podrían producir una proteína funcional.

Problem 54

El diagrama ilustra el papel de p53 en respuesta a la exposición a los rayos UV. ¿Cuál sería el resultado de una mutación en el gen p53 que lo inactiva?
una. La piel se pelará en respuesta a la exposición a los rayos UV.
B. La apoptosis ocurrirá en respuesta a la exposición a los rayos UV.
C. No se producirán daños en el ADN en respuesta a la exposición a los rayos UV.
D. No se producirá descamación de la piel en respuesta a la exposición a los rayos UV.

Problem 55

Which of the following will not occur in response to UV exposure if a p53 mutation inactivates the p53
protein?
1. Damage to DNA
2. p53 activation
3. p21 activation
4. Apoptosis
una. 1, 2, and 3
B. 3 and 4
C. 3
D. 2, 3, and 4

Problem 56

¿Qué sucede cuando hay triptófano?
una. El represor se une al operador y se bloquea la síntesis de ARN.
B. La ARN polimerasa se une al operador y se bloquea la síntesis de ARN.
C. El triptófano se une al represor y prosigue la síntesis de ARN.
D. El triptófano se une a la ARN polimerasa y prosigue la síntesis de ARN.

Problem 57

¿Qué sucede en ausencia de triptófano?
una. La ARN polimerasa se une al represor
B. el represor se une al promotor
C. el represor se disocia del operador
D. La ARN polimerasa se disocia del promotor.

Problem 58

Anabaena is a simple multicellular photosynthetic cyanobacterium. In the absence of fixed nitrogen, certain newly developing cells along a filament express genes that code for nitrogen-fixing enzymes and become nonphotosynthetic heterocysts. La especialización es ventajosa porque algunas enzimas fijadoras de nitrógeno funcionan mejor en ausencia de oxígeno. Heterocysts do not carry out photosynthesis but instead provides adjacent cells with fixed nitrogen and receives fixed carbon and
reduced energy carriers in return. Como se muestra en el diagrama anterior, cuando hay poco nitrógeno fijo en el ambiente, un aumento en la concentración de iones de calcio libres y 2-oxiglutarato estimula la expresión de genes que producen dos factores de transcripción (NtcA y HetR) que promueven la expresión de genes responsables del desarrollo de heterocistos. HetR also causes production of a
signal, PatS, that prevents adjacent cells from developing as heterocysts. Según su comprensión de las formas en las que la transmisión de señales interviene en la función celular, ¿cuál de las siguientes predicciones es más coherente con la información proporcionada anteriormente?
una. In an environment with low fixed nitrogen, treating the Anabaena cells with a calciumbinding compound should prevent heterocyst differentiation.
B. A strain that overexpresses the patS gene should develop many more heterocysts in a low nitrogen environment.
C. In an environment with abundant fixed nitrogen, free calcium levels should be high in all cells,
preventing heterocysts from developing.
D. In environments with abundant fixed nitrogen, loss of the hetR gene should induce heterocyst
desarrollo.

Problem 59

Which of the following statements about Anabaena is false?
una. Decreasing the concentration of free calcium ions will prevent heterocyst development.
B. In the presence of fixed nitrogen, NtcA will not be expressed.
C. Low fixed nitrogen levels result in increased PatS levels.
D. A mutation in NtcA that makes it nonfunctional will also allow adjacent cells to develop as heterocysts.

Problem 60

The operon model describes expression in prokaryotes. Describe this model and the essential difference in the way in which expression is regulated in eukaryotes.


What is Regulation of Gene Expression?

It is the process which enables cells to control when and how to regulate gene expression. However, this regulation is quite complicated, and any sort of malfunctioning can prove to be detrimental for cells leading to the occurrence of several diseases, including cancer.

Typically, the regulation of gene expression helps to conserve space and energy. Also, through it, living organisms adapt to the changes in their surroundings.

Furthermore, it is normal for each cell to have different active genes which are responsible for facilitating distinct functions. For example, liver cells are responsible for removing toxins from the bloodstream, while the neurons are responsible for transmitting signals.


Ver el vídeo: regulación génica en procariotas- Vibrio cholera (Agosto 2022).