biomol, regulação expressão gênica procariotos

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BIOLOGIA MOLECULAR
REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOS
NATHALIA SIMON
● A expressão gênica de procariotos é controlada principalmente na transcrição por dois
mecanismos:
○ Mecanismos que exigem a rápida ativação e desativação da expressão gênica em
resposta a alterações ambientais (para adaptação);
○ Mecanismos denominados circuitos pré-programadas, ou cascatas de expressão
gênica (processo sequencial pré-definido)
● Genes constitutivos:
○ Genes que são constantemente expressos;
○ Condições ambientais não interferem na sua expressão;
○ Manutenção celular, síntese de proteínas essenciais, metabolismo central e
controle das capacidades do DNA (replicação, expressão, reparação)
● Genes induzíveis e repressíveis: expressão varia de acordo com as condições celulares;
● Expressão de genes induzíveis:
○ Ativação de um gene em resposta a uma substância no ambiente → indução;
○ Genes que sofrem indução são genes induzíveis e seus produtos, se forem
enzimas, são enzimas induzíveis
○ Exemplos: enzimas das vias catabólicas (lactose, galactose, arabinose);
○ A indução altera a velocidade da síntese enzimática, mas não a atividade das
moléculas já existentes;
○ Não se deve confundir a indução com a ativação da enzima
● Expressão de genes repressíveis:
○ Quando a síntese das enzimas de biossíntese do triptofano é desativada em
consequência da presença de triptofano no meio externo → repressão;
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○ Quando a expressão desse gene é ativada, diz-se que foi “desreprimido”. Essa
resposta é chamada de desrepressão;
○ Exemplo: enzimas componentes das vias anabólicas;
○ A repressão não deve ser confundida com a inibição por feedback;
● Controle positivo e negativo:
○ A regulação da expressão gênica pode ser feita tanto por mecanismos de controle
positivo quanto por mecanismos de controle negativo;
○ Interferência do produto de genes reguladores:
a. Mecanismo de controle positivo → produto do gene regulador é
necessário para ativação. Produto é chamado de ativador;
b. Mecanismo de controle negativo → produto do gene regulador é
necessário para a desativação. Produto é chamado de repressor
○ Um gene é expresso quando a RNA polimerase se liga ao promotor e sintetiza um
transcrito de RNA que contém a região codificadora do gene;
○ Sítio de ligação à proteína reguladora (RPBS): onde o produto do gene regulador
se liga, indicando se a RNA polimerase se liga ao promotor, ou não;
○ A capacidade de uma proteína regulador se ligar ao RPBS depende de moléculas
efetoras;
○ Moléculas participantes da indução são chamadas de indutoras, e as que
participam da repressão são correpressoras;
○ Modificações de conformação da estrutura das proteínas em consequência das
ligação de pequenas moléculas são conhecidas como transição alostérica;
○ Sistema indutível:
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○ Sistema repressivo:
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Óperon: unidade de expressão gênica de regulação coordenada;
○ A ligação do repressor ao operador, com desativação da transcrição dos genes
estruturais em um operon, é determinada pela presença de moléculas efetoras;
○ No caso de um operon induzível, o repressor livre se liga ao operador,
desativando a transcrição;
○ No caso de um operon repressivo, o repressor livre não se liga ao operador.
Somente o complexo repressor/molécula efetora tem atividade de ligação ao
operador;
● Operon da lactose:
○ Os genes estruturais no operon lac só são transcritos na presença de lactose e
ausência de glicose;
○ Gene Z (b-galactosidase), gene Y (b-galactosidase permease) e gene A
(b-galactosidase transacetilase);
○ Região reguladora: promotor + operador;
○ Sequência promotora: sítio de ligação de RNA polimerase para a formação do
mRNA. Determina o início da transcrição;
○ Gene operador: é a região na qual se liga uma proteína repressora da expressão
dos genes estruturais Z, Y e A. Quando há a ligação dessa proteína repressora no
operador, há inibição da ligação da RNA polimerase na sequência promotora;
○ Indução:
a. Presença de lactose no meio;
b. Gene repressor produz proteína repressora;
c. A região ligante da proteína repressora ao operador se modifica quando
ligada à lactose (transição alostérica);
d. Repressor não consegue se ligar ao operador;
e. RNA polimerase se liga ao promotor e transcrição acontece normalmente
○ Repressor:
a. Ausência de lactose no meio;
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b. Transição alostérica não acontece;
c. O repressor se liga ao operador, bloqueando a transcrição
○ Na presença de glicose:
a. Glicose é a preferência metabólica celular;
b. Com glicose no meio há redução dos níveis de cAMP no meio;
c. CAP não se liga eficientemente no seu sítio na região promotora;
d. Sem a ligação da CAP, a RNA polimerase dificilmente consegue se ligar à
região promotora
○ Ausência de glicose:
a. À medida que o nível de cAMP aumenta, ela se liga à CAP, causando uma
transição alostérica;
b. Complexo CAP-cAMP se liga ao sítio da CAP efetivamente, permitindo
ligação da RNA polimerase ao sítio da polimerase
○ Glicose e lactose presentes → operon desligado;
○ Glicose presente e lactose ausente → operon desligado;
○ Glicose e lactose ausentes → operon desligado;
○ Glicose ausente e lactose presente → operon ligado
● Operon do triptofano:
○ Controla a síntese das enzimas catalisadoras da biossíntese do aminoácido
triptofano;
○ 5 genes estruturais, que codificam enzimas conversoras do ácido corísmico em
triptofano;
○ Operon repressível negativo;
○ O gene trpR é o gene regulador, que codifica o repressor;
○ trpL é uma região específica líder de mRNA;
○ A região operadora “O” do operon trp situa-se na região promotora primária P1;
○ P2 é um promotor fraco e aumenta o nível basal de transcrição dos genes trpC,
trpB e trpA. Fica na porção distal de trpD;
○ Duas sequências de término da transcrição (t e t’);
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○ Níveis baixos de triptofano - Operon ligado:
a. Correpressor é o triptofano;
b. Não se liga ao repressor. Repressor inativo não se liga ao operador;
c. RNA polimerase trabalha normalmente
○ Níveis altos de triptofano - Operon desligado:
a. Correpressor é o triptofano;
b. Correpressor se liga ao repressor, formando complexo ativo que se liga ao
operador;
c. RNA polimerase não consegue se ligar ao promotor;
d. Transcrição não acontece
○ Atenuação:
a. As deleções que removem parte da região líder trpL aumentam as taxas de
expressão do operon trp. Mas não são responsáveis pela repressão do
operon;
b. Indica que a síntese das enzimas de biossíntese do triptofano é regulada
em um segundo nível por um mecanismo independente da
repressão/desrepressão;
c. Esse segundo nível de regulação é chamada de atenuação;
d. Ocorre por controle do término da transcrição em um local perto da
extremidade da sequência líder do mRNA. Esse término prematuro só
ocorre na presença de tRNAtrp com carga de triptofano;
e. Término prematuro, RNA polimerase não consegue transcrever todos os
genes;
● Embora a regulação de procariotos ocorra principalmente na transcrição, o ajuste fino
costuma ser feito na tradução;
● A eficiência de início da tradução é diferentes nos códons de iniciação ATG de diferentes
genes;
● A alteração da eficiência de movimento do ribossomo ao longo das regiões intergênicas
e um transcrito é bastante comum. A diminuição das taxas de tradução costuma ser
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causada por grampos e outras formas de estrutura secundária que impedem a migração do
ribossomo ao longo das moléculas do mRNA;
Resumo final - regulação da expressão gênica de procariotos:
● Resposta direta a variações nas condições nutricionais;
● Transcrição pode ser acoplada com a tradução
Regulação em eucariotos:
● Limitação na resposta direta às variações nas condições nutricionais;
● Transcrição ocorre em compartimento distinto da tradução, eliminando a possibilidade de
acoplamento
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