Regulação gênica procariotos e eucariotos

Prévia do material em texto

Regulação gênica em bactérias
Pontos Principais:
· Genes bacterianos são frequentemente encontrados em operons. Os genes de um operon são transcritos em grupo e possuem um promotor único.
· Cada operon contém sequências de DNA reguladoras, as quais atuam como sítios de ligação de proteínas reguladoras que promovem ou inibem a transcrição.
· Proteínas reguladoras muitas vezes ligam-se a pequenas moléculas, as quais podem tornar a proteína ativa ou inativa, alterando sua capacidade de se ligar a DNA.
· Alguns operons são induzíveis, que significa que podem ser ativados na presença de uma pequena molécula em particular. Outros são repressíveis, que significa que são ativos por padrão, mas podem ser desativados por uma pequena molécula.
Como a expressão gênica é regulada?
 Existem muitas formas de regulação gênica, isto é, mecanismos para controlar quais genes serão expressos e em que níveis. No entanto, muito da regulação gênica acontece durante a transcrição.
 As bactérias têm moléculas reguladoras específicas que controlam se um gene determinado será transcrito em RNAm. Muitas vezes, essas moléculas atuam se ligando ao DNA próximo do gene e promovendo ou bloqueando a enzima da transcrição, RNA polimerase. 
Em bactérias, muitas vezes os genes são encontrados em operons
 Em bactérias, genes relacionados são frequentemente encontrados agrupados no cromossomo, do qual podem ser transcritos por um promotor (sítio de ligação da RNA polimerase) como uma unidade. Esse conjunto de genes sob o controle de um único promotor é conhecido como operon. Operons são comuns em bactérias, mas são raros em eucariontes como os seres humanos.
 Em geral, um operon contém genes que atuam em um mesmo processo. Por exemplo, um operon bem-estudado, chamado operon lac contém genes que codificam proteínas envolvidas na absorção e no metabolismo de um açúcar em particular, a lactose. Os operons permitem que a célula expresse, com eficiência, conjuntos de genes cujos produtos são requeridos simultaneamente.
[Todos os genes bacterianos encontram-se em operons?]
Não, nem todos. Alguns genes nas bactérias são transcritos individualmente. Esses genes transcritos individualmente possuem seus próprios promotores e sequências de DNA reguladoras. 
Anatomia de um operon
 Os operons não são compostos somente por sequências de genes codificadoras. Em vez disso, eles também têm sequências de DNA reguladoras que controlam a transcrição do operon. Tipicamente, essas sequências são sítios de ligação para proteínas reguladoras, que controlam o quanto o operon é transcrito. O promotor, ou sítio de ligação da RNA polimerase, é um exemplo de uma sequência reguladora de DNA.
 A maioria do operons apresenta outras sequências de DNA reguladoras além do promotor. Essas sequências são sítios de ligação de proteínas reguladoras que "ativam" ou "desativam" a expressão do operon.
· Algumas proteínas reguladoras são repressoras que se ligam a segmentos do DNA chamados operadores. Quando ligado a seu operador, o repressor reduz a transcrição (por exemplo, impedindo a RNA polimerase de avançar sobre o DNA).
· Algumas proteínas reguladoras são ativadoras. Quando um ativador se liga a seu sítio de ligação, ele aumenta a transcrição do operon (por exemplo, ajudando a RNA polimerase a se ligar ao promotor).
De onde vêm as proteínas reguladoras? Assim como qualquer outra proteína produzida no organismo, elas são codificadas em genes presentes no genoma bacteriano. Os genes que codificam proteínas reguladoras são, algumas vezes, chamados de genes reguladores.
[Os genes reguladores são encontrados no próprio operon que regulam?]
Como regra geral, não se encontram. Eles são tipicamente codificados em outro lugar do genoma e expressos sob o controle de seus próprios promotores e sequências reguladoras. Uma vez que o gene foi expresso para formar a proteína, essa proteína vaga pela célula e pode se ligar ao DNA do operon-alvo.
 No entanto, certamente é possível que um gene regulador se encontre no próprio operon que seu produto proteína regula. Quando um produto de um gene regulador controla a expressão do próprio gene, há o potencial para a formação de um ciclo de retroalimentação positiva ou negativa.
 Por exemplo, se uma proteína ativadora aumenta sua própria expressão, forma-se um 
ciclo de retroalimentação positiva, levando à produção de quantidades progressivamente maiores.
 Muitas proteínas reguladoras podem ser "ativadas" ou "inativadas" por pequenas moléculas específicas. A pequena molécula se liga a proteína, alterando sua conformação e sua capacidade de se ligar a DNA. Por exemplo, um ativador pode se tornar ativo (capaz de se ligar a DNA) somente quando está ligado a uma determinada molécula.
Operons podem ser induzíveis ou repressíveis
 Alguns operons estão geralmente inativados, mas podem ser ativados por uma pequena molécula. Essa molécula é chamada de indutor, e do operon é dito ser induzível.
· Por exemplo, o operon lac é um operon induzível que codifica enzimas para o metabolismo do açúcar lactose. Ele é ativado somente na presença do açúcar lactose (e outros açúcares, preferidos, estão ausentes). O indutor nesse caso é a alolactose, uma forma modificada de lactose.
 Outros operons estão geralmente ativados, mas podem ser inativados por uma pequena molécula. A molécula é chamada de co-repressor, e do operon é dito ser repressível.
· Por exemplo, o operon trp é um operon repressível que codifica enzimas para a síntese do aminoácido triptofano. Esse operon é expresso por padrão, mas pode ser reprimido quando altos níveis de triptofanos estão presentes. O co-repressor nesse caso é o triptofano.
 Esses exemplos ilustram um ponto importante: que a regulação gênica permite que bactérias respondam a mudanças no meio através da alteração da expressão gênica (assim modificando o conjunto de proteínas presentes na célula).
Alguns genes e operons são expressos o tempo todo
 Muitos genes desempenham funções especializadas e são expressos somente sobre condições determinadas, como descrito acima. No entanto, também existem genes cujos produtos são constantemente requeridos pela célula para manter funções essenciais. Esses genes constitutivos são expressos constantemente sob condições normais de crescimento ("constitutivamente ativados"). Genes constitutivos possuem promotores e outras sequências de DNA reguladoras que asseguram a expressão constante.
O operon lac
Pontos Principais:
· O operon lac da E. coli contém genes envolvidos no metabolismo da lactose. Ele é expresso somente quando a lactose está presente e a glicose ausente.
· Dois reguladores "ligam" e "desligam" o operon em resposta aos níveis de lactose e glicose: o repressor lac e a proteína ativadora de catabólito (CAP).
· O repressor lac atua como um detector de lactose. Ele normalmente bloqueia a transcrição do operon, mas para de atuar como repressor quando a lactose está presente. O repressor lac detecta a lactose indiretamente, através do isômero alolactose.
· A proteína ativadora de catabólito (CAP) atua como um detector de glicose. Ela ativa a transcrição do operon, mas somente quando os níveis de glicose estão baixos. A CAP detecta a glicose indiretamente, através da molécula "com fome de sinalizar" AMPc (AMP cíclico).
Introdução
 O operon lac é um operon, ou grupo de genes com um único promotor (transcrito na forma de um único RNAm). Os genes do operon codificam proteínas que permitem que as bactérias utilizem a lactose como fonte de energia.
O que faz o operon lac ser ativado?
 Bactérias E. coli podem quebrar a lactose, mas esse não é o combustível favorito delas. Se houver glicose disponível, elas provavelmente vão preferi-la. A glicose requer menos etapas e menos energia para ser quebrada do que a lactose. No entanto, se a lactose for o único açúcar disponível, as E. coli seguem em frentee a utilizam como fonte de energia.
 Para utilizar a lactose, a bactéria precisa expressar o operon lac, o qual codifica as enzimas-chave para a absorção e metabolismo da lactose. De maneira a ser mais eficiente possível, as E. coli devem expressar o operon lac somente se duas condições forem atendidas:
· A lactose está disponível, e
· A glicose não está disponível
Como os níveis de lactose e glicose são detectados, e como alterações nos níveis afetam a transcrição do operon lac? Duas proteínas reguladoras estão envolvidas:
· Uma, o repressor lac atua como um sensor de lactose.
· A outra, a proteína ativadora de catabólito (CAP), atua como um sensor de glicose. Essas proteínas se ligam ao DNA do operon lac e regulam sua transcrição com base nos níveis de lactose e glicose. 
Estrutura do operon lac
 O operon lac contém três genes: lacZ, lacY e lacA. Esses genes são transcritos como um único RNAm, sob o controle de um promotor.
 Os genes do operon lac são específicos para proteínas que ajudam a célula a utilizar a lactose. O lacZ codifica uma enzima que quebra a lactose em monossacarídeos (açúcar simples) que podem alimentar a glicólise. Similarmente, lacY codifica um transportador de membrana que ajuda a trazer a lactose para dentro da célula. 
 O gene lacZ codifica uma enzima chamada β-galactosidase, que é responsável por quebrar a lactose (um dissacarídeo) em glicose e galactose prontamente utilizáveis (monossacarídeos).
 O gene lacY codifica uma proteína de membrana chamada lactose permease, que funciona como uma "bomba" transmembrana que permite que a célula importe a lactose.
 O gene lacA codifica uma enzima conhecida como transacetilase que liga um grupo químico em particular a moléculas-alvo. 
 Além dos três genes, o operon lac também contém um conjunto de sequências de DNA reguladoras. Essas são regiões do DNA às quais proteínas reguladoras podem se ligar, para controlar a transcrição do operon.
· O promotor é o sítio de ligação da RNA polimerase, a enzima que realiza a transcrição.
· O operador é um sítio de regulação negativa ao qual se liga a proteína repressora lac. O operador se sobrepõe ao promotor, e quando o repressor lac está ligado, a RNA polimerase não consegue se ligar ao promotor e dar início à transcrição.
· O sítio de ligação CAP é um sítio de regulação positiva no qual se liga a proteína ativadora de catabólitos (CAP). Quando a CAP está ligada a esse sítio, ela favorece a transcrição ajudando a RNA polimerase a se ligar ao promotor.
O repressor lac
 O repressor lac é uma proteína que reprime (inibe) a transcrição do operon lac. Ela faz isso através da ligação com o operador, o qual se sobrepõe parcialmente ao promotor. Quando ligado, o repressor lac impede que a RNA polimerase faça a transcrição do operon. 
[De onde vem o repressor lac?]
O gene que codifica o repressor lac se chama lacI, e está sob o controle de seu próprio promotor. O gene lacI localiza-se próximo ao operon lac , mas não está contido nele e é expresso separadamente. O lacI é continuamente transcrito, portanto, a proteína resultante – o repressor lac – está sempre presente.
 Quando a lactose não está disponível, o repressor lac se liga firmemente ao operador, evitando a transcrição pela RNA polimerase. No entanto, quando a lactose está presente, o repressor lac perde sua capacidade de se ligar ao DNA. Ele se desliga do operador, abrindo o caminho para a RNA polimerase fazer a transcrição do operon.
 Essa mudança no repressor lac é causada pela pequena molécula alolactose, um isômero (versão rearranjada) da lactose. Quando a lactose está disponível, algumas de suas moléculas serão convertidas em alolactose dentro da célula. A alolactose se liga ao repressor lac alterando-lhe a conformação para que não possa mais ficar ligado ao DNA.
 A alolactose é um exemplo de indutor, uma pequena molécula que ativa a expressão de um gene ou operon. O operon lac é considerado um operon induzido, pois geralmente está inativo (reprimido), mas pode ser ativado na presença do indutor alolactose.
Proteína ativadora de catabólitos (CAP)
 Quando a lactose está presente, o repressor lac perde a capacidade de ligar-se ao DNA. Isso abre caminho para a RNA polimerase ligar-se ao promotor e transcrever o operon lac. Parece que chegamos ao fim da história, certo?
 Não é bem assim... Como podemos constatar, a RNA polimerase sozinha não se liga muito bem ao promotor do operon lac. Até consegue fazer algumas transcrições, mas não vai fazer muito ao menos que tenha a ajuda extra da proteína ativadora de catabólitos (CAP). A CAP se liga à região do DNA que precede o promotor do operon lac e auxilia na ligação da RNA polimerase ao promotor, conduzindo altos níveis de transcrição.
[De onde vem a CAP?]
Assim como o repressor lac, a CAP é codificada por um gene regulador encontrado no cromossomo da bactéria. O gene para a CAP não faz parte (e nem se localiza próximo) do operon lac. O gene da CAP é constitutivamente, ou constantemente, expresso. Isso significa que a proteína CAP está sempre disponível na célula para ligar-se ao AMPc e "reportar" os níveis de glicose ao operon lac e a outros genes e operons.
 A CAP nem sempre está ativa (capaz de se ligar ao DNA). Ao contrário, ela é regulada por uma pequena molécula chamada AMP cíclico (AMPc). O AMPc é um sinalizador produzido pela E. coli quando os níveis de glicose estão baixos. O AMPc se liga a CAP, mudando sua conformação e tornando-a capaz de se ligar ao DNA e promover a transcrição. Sem o AMPc, a CAP não consegue se ligar ao DNA, portanto fica inativa.
[Como o AMPc é produzido e como ele reporta os níveis de glicose?]
Quando a glicose é transportada para dentro da célula, o processo de transporte inibe a síntese de AMPc. Logo, quando há muita glicose disponível e entrando na célula, não se pode produzir muito AMPc. No entanto, se há pouca ou nenhuma glicose disponível para ser transportada para dentro da célula, então a síntese do AMPc não mais estará inibida e haverá um aumento nos níveis de AMPc.
 A CAP somente está ativa quando os níveis de glicose estão baixos (níveis de AMPc estão altos). Logo, o operon lac só pode ser transcrito em altos níveis quando a glicose está ausente. Essa estratégia garante que a bactéria somente ative o operon lac e comece a utilizar a lactose depois que tenha utilizado toda a fonte de energia preferida (glicose).
Afinal, quando o operon lac realmente é ativado?
O operon lac será expresso em altos níveis somente se duas condições forem atendidas:
· A glicose deve estar indisponível: quando a glicose está indisponível, o AMPc se liga a CAP, tornando-a capaz de se ligar ao DNA. A CAP ligada auxilia a RNA polimerase a ligar-se ao promotor do operon lac.
· A lactose deve estar disponível: se a lactose está disponível, o repressor lac vai se soltar do operador (pela ligação da alolactose). Isso permite que a RNA polimerase percorra o DNA e transcreva o operon.
 Estes dois eventos combinados – a ligação do ativador e a liberação do repressor – permite que a RNA polimerase se ligue fortemente ao promotor, abrindo um caminho livre para a transcrição. Isso leva a intensa transcrição do operon lac e a produção das enzimas necessárias à utilização da lactose.
RESUMINDO OPERON LAC
· Glicose presente, lactose ausente: Não ocorre transcrição do operon lac. Isso porque o repressor lac permanece ligado ao operador, impedindo a transcrição pela RNA polimerase. Além disso, os níveis de AMPc estão baixos em função dos níveis altos de glicose, portanto a CAP está inativa e não é capaz de se ligar ao DNA.
· Glicose presente, lactose presente: ocorre um nível baixo de transcrição do operon lac. O repressor lac é liberado do operador porque o indutor (alolactose) está presente. No entanto, os níveis de AMPc estão baixos, pois há glicose presente. Logo, a CAP se mantéminativa e não é capaz de se ligar ao DNA, portanto a transcrição acontece em um nível baixo, fraco.
· Glicose ausente, lactose ausente: Não ocorre transcrição do operon lac. Os níveis de AMPc estão altos, pois a glicose está ausente. No entanto, o repressor lac também estará ligado ao operador (em razão da ausência de alolactose), atuando como uma barreira à RNA polimerase e impedindo a transcrição.
· Glicose ausente, lactose presente: Ocorre intensa transcrição do operon lac. O repressor lac se solta do operador, pois o indutor está presente (alolactose). Os níveis de AMPc estão altos, já que não há glicose. Portanto, a CAP está ativa e se liga ao DNA. A CAP auxilia a RNA polimerase a se ligar ao promotor, permitindo altos níveis de transcrição.
Operon trp
Pontos Principais:
· O operon trp, encontrado nas bactérias E. coli é um grupo de genes que codifica as enzimas biossintéticas do aminoácido triptofano.
· O operon trp se expressa (torna-se "ativo") quando os níveis de triptofano estão baixos e é reprimido (torna-se "inativo") quando os níveis estão altos.
· O operon trp é regulado pelo repressor trp. Quando ligado ao triptofano, o repressor trp bloqueia a expressão do operon.
· A biossíntese do triptofano também é regulada pela atenuação (mecanismo baseado no acoplamento entre transcrição e tradução).
O que é operon trp ?
Bactérias tais como a Escherichia coli (um habitante amigável de nosso intestino) precisam de aminoácidos para sobreviverem—pois, assim como nós, precisam produzir proteínas. Um dos aminoácidos que elas precisam é o triptofano.
Se o triptofano estiver disponível no meio, a E. coli vai usá-lo para formar proteínas. No entanto, a E. coli também pode produzir seu próprio triptofano usando enzimas que são codificadas por cinco genes. Esses cinco genes estão localizados próximos uns aos outros e são chamados de operon trp.
 Se o triptofano estiver presente no meio, então as bactérias E. coli não precisam sintetizá-lo, portanto a transcrição dos genes do operon trp fica "inativa". Por outro lado, quando a disponibilidade de triptofano é baixa, o operon é "ativado", os genes são transcritos, as enzimas biossintéticas são produzidas, e mais triptofano é formado.
Estrutura do operon trp
 O operon trp possui cinco genes que codificam as enzimas necessárias para a biossíntese do triptofano, juntamente com um promotor (sítio de ligação da RNA polimerase) e um operador (sítio de ligação de uma proteína repressora). Os genes do operon trp são transcritos em um único RNAm.
 Diagrama do operon trp. Primeiramente, vizualizamos uma bactéria E. coli com seu cromossomo circular. Ampliando uma pequena porção do cromossomo, observamos que é o DNA do operon trp.
 Da esquerda para a direita, o operon contém o promotor (onde a RNA polimerase se liga), e na extremidade direita do promotor, um operador (onde o repressor se liga). Existem algumas sequências reguladoras adicionais que não foram destacadas nesse diagrama, e em seguida as cinco sequências codificadoras: trpE, trpD, trpC, trpB, e trpA.
 O operon é transcrito para produzir uma única molécula de RNAm que contém as sequências codificadoras de todos os cinco genes.
 As sequências codificadoras no RNAm são traduzidas separadamente, cada uma produzindo uma proteína. Essas proteínas são as enzimas (ou sub-unidades de enzimas) necessárias para a síntese do triptofano.
"Ativando" e "desativando" o operon
O que faz o operador? Esse segmento de DNA é reconhecido por uma proteína reguladora chamada de repressor trp . Quando o repressor se liga ao DNA do operador, ele impede que o operon seja transcrito ao se colocar fisicamente no caminho da RNA polimerase, a enzima da transcrição.
[De onde vem o repressor trp?]
A proteína do repressor trp é codificada por um gene chamado trpR. Esse gene não faz parte do operon trp e está localizado em outro lugar no cromossomo bacteriano, onde tem seu próprio promotor e suas sequências reguladoras.
 O repressor trp nem sempre se liga ao DNA. Na verdade, ele se liga e bloqueia a transcrição somente quando o triptofano está presente. Neste caso o triptofano se liga às moléculas do repressor alterando-lhes a forma para torná-las ativas. Quando uma pequena molécula como o triptofano é capaz de ativar o repressor, ela é chamada de correpressor.
 Triptofano alto: O triptofano se liga ao repressor trp e altera sua conformação, convertendo-o ao estado ativo (ligado ao DNA). O repressor trp com o triptofano se liga ao operador, bloqueando a RNA polimerase de se ligar ao promotor e impedindo a transcrição do operon.
 Por outro lado, quando há pouco triptofano na célula, o repressor trp fica inativo (porque não há triptofano disponível para se ligar e ativá-lo). Não ocorre a ligação com o DNA nem o bloqueio da transcrição, permitindo que o operon trp seja transcrito pela RNA polimerase.
 Triptofano baixo: o repressor trp não está ligado ao triptofano (já que não há triptofano) e, portanto, se mantém no estado inativo (não se liga ao DNA do operador). Isso permite que a RNA polimerase se ligue ao promotor e transcreva o operon.
 Neste sistema, o repressor trp atua como um sensor e um interruptor. Ele detecta se o triptofano já está presente em níveis elevados, e se sim, alterna o operon para a posição "desligada", impedindo que enzimas biossintéticas sejam produzidas desnecessariamente.
Outra regulação do operon trp : atenuação
 Assim como a regulação pelo repressor trp, a atenuação é um mecanismo para redução da expressão dos genes do operon trp quando os níveis de triptofano estão altos. No entanto, em vez de bloquear a iniciação da transcrição, a atenuação impede o término da transcrição.
 Quando os níveis de triptofano estão elevados, a atenuação faz com que a RNA polimerase pare prematuramente a transcrição do operon trp. Apenas um curto RNAm é fabricado, um que não codifica enzimas da biossíntese do triptofano. A atenuação funciona através de um mecanismo que depende de acoplamento transcrição-tradução (tradução de um RNAm que ainda está em processo de transcrição). 
Fatores de transcrição
Pontos Principais:
· Fatores de transcrição são proteínas que ajudam a transformar genes específicos em "ligados" ou "desligados" através da conexão a um DNA próximo.
· Fatores de transcrição que são ativadores impulsionam a transcrição de um gene. Os repressores reduzem a transcrição.
· Grupos de fatores de transcrição ligando locais chamados intensificadores e silenciadores podem ativar ou desativar um gene em partes específicas do corpo.
· Fatores de transcrição permitem que as células executem operações lógicas e combinem diferentes fontes de informação para "decidir" se expressam um gene.
Introdução
Você tem algum fator de transcrição em seu corpo? Espera-se que sim, caso contrário você teria dificuldade em manter suas células funcionando!
Fatores de transcrição são proteínas que regulam a transcrição dos genes—isto é, sua cópia em RNA, a caminho de fazer uma proteína.
 O corpo humano contém muitos fatores de transcrição. Assim como o corpo de uma ave, árvore ou fungo! Fatores de transcrição ajudam a garantir que os genes corretos sejam expressos nas células certas do corpo, na hora certa.
Transcrição: O ponto de controle fundamental
 Transcrição é o processo em que a sequência de DNA de um gene é copiada (transcrita) em uma molécula de RNA. A transcrição é o passo chave no uso da informação de um gene para fazer uma proteína. Se você ainda não estiver familiarizado com estas ideias, você pode assistir o vídeo dogma central para uma introdução consistente do Sal.
 Expressão do Gene é quando um gene no DNA é "ativado," ou seja, usado para fazer a proteína especifica. Nem todos os genes em seu corpo estão ativados ao mesmo tempo, ou nas mesmas células ou partes do corpo.
 Para muitos genes, a transcriçãoé o ponto de controle da chave liga/desliga:
· Se um gene não é transcrito em uma célula, ele não pode ser usado para fazer uma proteína naquela célula.
· Se um gene é transcrito, provavelmente ele será usado (expresso) para fazer uma proteína. Em geral, quanto mais um gene for transcrito, mais proteína será produzida. 
 Vários fatores controlam o quanto um gene é transcrito. Por exemplo, a firmeza com que o DNA do gene está enrolado em torno de suas proteínas de suporte para formar a cromatina pode afetar a disponibilidade de um gene para a transcrição.
 As proteínas chamadas de fatores de transcrição, no entanto desempenham, particularmente, um papel central na regulação da transcrição. Essas importantes proteínas ajudam a determinar quais genes estão ativos em cada célula do seu corpo.
 Fatores de transcrição
 O que tem que acontecer para um gene ser transcrito? A enzima RNA polimerase, que faz uma nova molécula de RNA a partir de um modelo de DNA, precisa se unir ao DNA do gene. Ela adere a um local chamado promotor.
 Nas bactérias, a RNA polimerase se une diretamente ao DNA do promotor. Você pode ver como esse processo funciona e como ele pode ser regulado pelos fatores de transcrição, nos vídeos lac operon and trp operon.
 Em seres humanos e em outros eucariontes, há uma etapa a mais. A RNA polimerase pode aderir ao promotor, apenas com o auxílio de proteínas chamadas de fatores de transcrição basais (gerais). Elas são parte do kit básico de transcrição da célula, necessário para a transcrição de qualquer gene.
 A RNA polimerase liga-se a um promotor com o auxílio de um conjunto de proteínas chamado de fatores de transcrição geral.
 No entanto, muitos fatores de transcrição (incluindo alguns dos mais legais!) não são do tipo genérico. Em vez disso, há uma grande classe de fatores de transcrição que controlam a expressão específica de genes individuais. Por exemplo, um fator de transcrição pode ativar apenas um conjunto de genes necessários em certos neurônios.
Como os fatores de transcrição funcionam?
Um fator de transcrição típico se une ao DNA de uma certa sequência alvo. Uma vez unido, o fator de transcrição torna tanto mais difícil ou mais fácil para a RNA polimerase unir-se ao promotor do gene.
Ativadores
 Alguns fatores de transcrição ativam a transcrição. Por exemplo, eles podem ajudar os fatores de transcrição gerais ou a RNA polimerase a ligar-se ao promotor, como mostrado no diagrama abaixo.
Diagrama de um ativador anexado a uma sequência específica de DNA que é o seu local de ligação. A outra extremidade do ativador transcricional (aquele não vinculado ao DNA) interage com fatores de transcrição geral, ajudando a fatores de transcrição geral e montar o conjunto da polimerase tat o promotor próximo.
Repressores
 Outros fatores de transcrição reprimem a transcrição. Essa repressão pode funcionar de várias maneiras. Por exemplo, um repressor pode atrapalhar os fatores de transcrição basal ou a RNA polimerase, impedindo assim sua ligação com o promotor ou o início da transcrição.
Diagrama de um repressor ligado a uma sequência específica de DNA que é seu lugar de ligação. Quando ligado a este local, o repressor bloqueia a formação do complexo de iniciação da transcrição no promotor de um gene próximo.
Locais de ligação
 Os locais de ligação para os fatores de transcrição estão geralmente próximos ao gene promotor. No entanto, eles também podem ser encontrados em outras partes do DNA, as vezes bem longe do promotor e ainda assim, afetarem a transcrição do gene.
Partes de uma proteína ativadora: o domínio de ligação do DNA (que prende o local de reconhecimento no DNA) e o domínio de ativação, que é a "extremidade funcional" do ativador que promove efetivamente a transcrição, por exemplo, facilitando a formação do complexo de iniciação da transcrição.
 A flexibilidade do DNA é que permite aos fatores de transcrição funcionarem em locais de ligação distantes. As alças do DNA, como as de espaguete cozido, trazem locais de ligação e fatores de transcrição para perto dos fatores de transcrição genéricos ou proteínas "mediadoras" 
No desenho acima, um fator de transcrição ligado a um local distante ajuda a RNA polimerase a unir-se ao promotor e a iniciar a transcrição.
Como isso difere de E. coli?
Até agora, os fatores de transcrição dos seres humanos e outros eucariontes não parecem muito diferentes dos fatores de transcrição vistos em bactérias. Eles ligam o DNA e facilitam ou dificultam o trabalho da RNA polimerase—como a proteína repressora lac de E. coli
Em geral este é um bom resultado. As proteínas que controlam a transcrição tendem a agir de maneiras semelhantes, quer estejam em suas próprias células ou nas bactérias que vivem em seu nariz. As principais diferenças são mecânicas—como a distância até os locais reguladores, se os fatores de transcrição basal são necessários, etc.
Mas há também algumas diferenças significativas na forma como os fatores de transcrição são usados nos seres humanos. Os humanos e outros eucariotas são seres complexos: são formados por trilhões de células organizadas em tecidos e estruturas corpóreas únicas. Cada célula do corpo deve obedecer a seu próprio "programa" de expressão genética.
Transformando genes em partes específicas do corpo
Alguns genes precisam ser expressos em mais de uma parte do corpo ou tipo de célula. Por exemplo, supondo que um gene precise ser acionado em sua coluna vertebral, crânio e pontas dos dedos, mas não no restante do corpo. Como os fatores de transcrição podem fazer esse padrão acontecer?
Um gene com esse tipo de padrão pode ter vários potenciadores (conjunto de locais de ligação distantes para os ativadores) ou silenciadores (o mesmo, mas para os repressores). Cada potenciador ou silenciador pode ativar ou reprimir o gene em determinado tipo de célula ou parte do corpo, ligando os fatores de transcrição que são produzidos naquela parte do 
Exemple: Rato modular
Como exemplo, consideremos um gene encontrado no rato, chamado Tbx4. Esse gene é importante para o desenvolvimento de muitas partes diferentes do corpo do rato, incluindo os vasos sanguíneos e pernas traseiras^33cubed.
Durante o desenvolvimento, vários potenciadores bem definidos dirigem a expressão de Tbx4 em diferentes partes do embrião do rato. O diagrama abaixo mostra alguns dos potenciadores do Tbx4, cada um rotulado com a parte do corpo onde ele produz a expressão.
Evolução do desenvolvimento
 Potenciadores como aquele do gene Tbx4 são chamados potenciadores tecido-específicos: eles controlam a expressão do gene em uma determinada parte do corpo. As mutações dos potenciadores e silenciadores tecido-específicos podem desempenhar um papel chave na evolução da forma do corpo
Como isso funcionária? Suponha que uma mutação ou alteração no DNA tenha ocorrido na sequência de codificação do gene Tbx4. A mutação iria desativar o gene em todo o corpo e um rato sem uma cópia normal provavelmente iria morrer. Mas a mutação num potenciador poderia mudar apenas um pouco a expressão do gene, levando a uma nova característica (p.e. perna curta) sem matar o rato.
Fatores de transcrição e "lógica" celular
 As células são lógicas? Não da mesma forma que nosso cérebro maravilhoso. Mas as células podem detectar informações e combiná-las para determinar a resposta correta—de forma muito parecida com a que sua calculadora detecta o acionamento de suas teclas e produz uma resposta.
Pode-se ver um exemplo dessa "lógica molecular" quando se considera como os fatores de transcrição regulam os genes. Muitos genes são controlados por diferentes fatores de transcrição, com uma combinação específica necessária para acionar o gene; e isto é particularmente verdade para os eucariontes e as vezes é chamado de regulação combinatória. ^ {5,6}5,por exemplo, um gene pode ser expresso apenas se os ativadores A e B estiverem presentes e se o repressor C estiver ausente.Neste diagrama, um gene tem três locais de ligação. Um é para um ativador em forma de círculo, outro é um ativador em forma de estrela e o terceiro é para um repressor no formato de um sinal PARE (octogonal). Esse gene é expresso somente se ambos os ativadores estiverem presentes e o repressor, ausente.
· Cenário 1: Ambos os ativadores estão presentes, o repressor está ausente. Neste caso, ocorre a transcrição.
· Cenário 2: Apenas um ativador está presente. Pouca ou nenhuma transcrição ocorre.
· Cenário 3: Ambos os ativadores estão presentes, mas o repressor também está presente. Não ocorre nenhuma transcrição.
 O uso de múltiplos fatores de transcrição para regular um gene significa que diferentes fontes de informação podem ser integradas em um único resultado. Por exemplo, imaginando que:
· O Ativador A está presente apenas nas células da pele
· o Ativador B está ativo apenas nas células receptoras dos sinais "divida agora!" (fatores de crescimento) das vizinhas
· o Repressor C é produzido quando as células de DNA estão danificadas
 Neste caso, o gene seria "ativado" apenas nas células da pele que estivessem recebendo sinais de divisão e tivessem DNA íntegro, saudável. Esse padrão de regulação pode fazer sentido para o gene envolvido na divisão celular das células da pele. Na verdade, a perda de proteínas semelhantes ao repressor C pode levar ao câncer.
 A regulação combinatória na vida real pode ser um pouco mais complicada que isto. Por exemplo, muitos fatores de transcrição diferentes podem estar envolvidos ou o mais importante, pode ser a quantidade exata de moléculas de um dado fator de transcrição, ligadas ao DNA.
Visão geral: Regulação gênica em eucariontes
Pontos Principais:
· Regulação gênica é o processo de controlar quais genes no DNA da célula são expressos (usados para produzir um produto funcional como uma proteína).
· Diferentes células em um organismo multicelular podem expressar conjuntos de genes muito diferentes, apesar de possuírem o mesmo DNA.
· O conjunto de genes expressos em uma célula determina o grupo de proteínas e RNAs funcionais que ela possui, conferindo-lhe suas características únicas.
· Em eucariontes, como os humanos, a expressão gênica envolve várias etapas e a regulação de genes pode acontecer em qualquer uma delas. Contudo, muitos genes são regulados primariamente no momento da transcrição.
Introdução
Seu incrível corpo possui centenas de tipos de células diferentes, desde células imunológicas e epiteliais até os neurônios. Quase todas as suas células possuem o mesmo conjunto de instruções do DNA – então, por que elas parecem ser tão direfentes e possuem funções distintas? Resposta: a regulação de genes destas células também é diferente!
A regulação gênica faz com que as células sejam diferentes
 Regulação gênica é como a célula controla quais genes, entre os inúmeros genes presentes em seu genoma, são "ativados" (expressos). Graças à regulação gênica, cada tipo de célula em seu corpo possui um conjunto diferente de genes ativados - apesar do fato de que quase todas as células do nosso corpo possuem exatamente o mesmo DNA. Esses diferentes padrões de expressão gênica permitem que seus vários tipos celulares possuam conjuntos diferentes de proteínas, tornando cada célula exclusivamente especializada em fazer seu trabalho.
 Por exemplo, uma das funções do fígado é remover substâncias tóxicas como o álcool da corrente sanguínea. Para isso, as células hepáticas expressam genes que codificam subunidades (Pedaços) de uma enzima chamada álcool desidrogenase. Essa enzima decompõe o álcool em uma molécula não tóxica. Os neurônios do cérebro de uma pessoa não removem toxinas do corpo, então eles mantêm esses genes silenciados ou "desligados". Da mesma forma, as células hepáticas não enviam sinais utilizando neurotransmissores, então elas mantêm os genes que codificam neurotransmissores silenciados.
Painel esquerdo: célula hepática. A célula hepática contém proteínas álcool desidrogenase. Se olharmos no núcleo, veremos que o gene álcool desidrogenase se expressa para produzir RNA, mas o gene neurotransmissor não. O RNA é processado e traduzido, por isso as proteínas álcool desidrogenase são encontradas na célula.
Painel direito: neurônio. O neurônio contém proteínas neurotransmissoras. Se olharmos no núcleo, veremos que o gene álcool desidrogenase não se expressa para produzir RNA, mas o gene neurotransmissor sim. O RNA é processado e traduzido, por isso as proteínas neurotransmissoras são encontradas na célula.
Existem muitos outros genes que são expressos de forma diferente entre células hepáticas e neurônios (Ou quaisquer dois tipos celulares em um organismo multicelular como você).
Como as células "decidem" quais genes ligar?
Essa é uma pergunta difícil! Muitos fatores podem afetar quais genes uma célula expressa. Diferentes tipos de células expressam diferentes conjuntos de genes, como vimos acima. Contudo, duas células diferentes de um mesmo tipo também podem ter padrões de expressão gênica distintos, dependendo do seu ambiente e estado interno.
De forma geral, pode-se dizer que o padrão de expressão gênica é determinado tanto pelas informações internas quanto externas à célula.
· Exemplos de informação de dentro da célula: as proteínas que herdou de sua célula mãe, danos no seu DNA e quanto ATP possui.
· Exemplos de informações de fora da célula: sinais químicos de outras células, sinais mecânicos da matriz extracelular e os níveis de nutrientes.
 Como esses sinais ajudam a célula a "decidir" quais genes expressar? Células não tomam decisões no sentido que você ou eu tomamos. Ao invés disso, elas possuem vias moleculares que convertem informação – como a ligação de um sinal químico ao seu receptor – em uma mudança da expressão gênica.
 Como exemplo, vamos considerar como células respondem à fatores de crescimento. O fator de crescimento é um sinal químico proveniente de células vizinhas que instrui a célula alvo a crescer e dividir. Poderíamos dizer que a célula nota o fator de crescimento e decide dividir-se, mas como esses processos realmente acontecem?
Fatores de crescimento se ligam aos seus receptores na superfície celular e ativam uma via de sinalização dentro da célula. A via de sinalização ativa a transcrição de fatores no núcleo, os quais se ligam ao DNA perto de genes que promovem a divisão e o crescimento, fazendo com que sejam transcritos para RNA. O RNA é processado e exportado do núcleo, sendo então traduzido para formar proteínas que dirigem a divisão e o crescimento.
· A célula detecta o fator de crescimento por meio de uma ligação física entre o fator de crescimento e o receptor proteico na superfície da célula
· A ligação do fator de crescimento faz com que o receptor mude de forma, desencadeando uma série de eventos químicos na célula que ativam proteínas denominadas fatores de transcrição.
· Os fatores de transcrição ligam-se em certas sequências do DNA no núcleo e provocam a transcrição de genes relacionados com a divisão celular
· Os produtos desses genes são vários tipos de proteínas que fazem a célula se dividir (conduzir o crescimento celular e/ou mover a célula adiante no ciclo celular).
 Esse é apenas um exemplo de como uma célula pode converter uma fonte de informação em modificações na expressão gênica. Existem muitos outros, e compreender a lógica da regulação gênica é uma área de estudo em andamento na biologia.
 A sinalização de fatores de crescimento é complexa e envolve a ativação de uma variedade de objetos, incluindo os fatores de transcrição e proteínas dos fatores de não transcrição. Você pode aprender mais sobre como a sinalização de fatores de crescimento funciona no artigo transdução de sinais intracelulares.
A expressão gênica eucariótica pode ser regulada em vários estágios
 A expressão gênica eucariótica envolve muitas etapas e quase todas elas podem ser reguladas. Diferentes genes sãoregulados em diferentes pontos e não é incomum que um gene (particularmente se for um gene importante ou poderoso) seja regulado em várias etapas.
· Acessibilidade da cromatina A estrutura da cromatina (DNA e suas proteínas organizadoras) pode ser regulada. Uma cromatina mais aberta ou "relaxada" faz com que o gene esteja mais disponível para a transcrição.
· Transcrição. A transcrição é um ponto-chave de regulação para muitos genes. Conjuntos de proteínas de fator de transcrição se ligam a sequências de DNA específicas dentro ou perto de um gene, promovendo ou reprimindo sua transcrição para um RNA.
· Processamento de RNA. Splicing, capping e adição de uma cauda poli-A a uma molécula de RNA podem ser regulados, de modo que possa sair do núcleo. Diferentes RNAm podem ser feitos a partir do mesmo pré-RNAm através do splicing alternativo.
Estágios da expressão gênica eucariótica (qualquer um dos quais pode ser potencialmente regulado).
1. Estrutura da cromatina. A cromatina pode estar altamente compactada ou solta e aberta.
2. Transcrição. Um gene disponível (com cromatina suficientemente aberta) é transcrito para formar um transcrito primário.
3. Processamento e exportação. O transcrito primário é processado (sofre splicing, capping e recebe uma cauda poli-A) e exportado do núcleo.
4. Estabilidade do RNAm. No hialoplasma, o RNAm pode ficar estável por longos períodos de tempo ou pode ser rapidamente degradado (fragmentado).
5. Tradução. O RNAm pode ser traduzido mais ou menos prontamente/frequentemente por ribossomos para formar um polipeptídeo.
6. Processamento da proteína. O polipeptídio pode passar por vários tipos de processamento, incluindo clivagem proteolítica (retirada de aminoácidos) e adição de modificações químicas, tais como grupos fosfato.
 Todas essas etapas (se aplicáveis) precisam ser executadas para um dado gene para que uma proteína ativa esteja presente dentro da célula.
· Estabilidade do RNA. O tempo de vida de uma molécula de RNAm no hialoplasma afeta a quantidade de proteínas que podem ser feitas a partir dele. Pequenos RNAs reguladores denominados de RNAmis podem se ligar aos RNAm-alvos e gerar quebra dos mesmos.
· Tradução. A tradução de um RNAm pode ser aumentada ou inibida por reguladores. Por exemplo, RNAmis podem bloquear a tradução dos seus RNAm-alvos (ao invés de gerar quebra dos mesmos).
· Atividade proteica. Proteínas podem sofrer uma variedade de modificações como serem quebradas ou marcadas com grupos químicos. Essas modificações podem ser reguladas e podem afetar a atividade ou o comportamento da proteína.
 Embora todos os estágios da expressão gênica possam ser regulados, o principal ponto de controle para muitos genes é a transcrição. Estágios posteriores de regulação comumente refinam os padrões de expressão gênica "rascunhados" durante a transcrição.
Regulação gênica e diferenças entre espécies
 Diferenças na regulação gênica tornam os diferentes tipos de células em um organismo multicelular (como você) únicos em estrutura e função. Se olharmos mais de longe, a regulação gênica também pode nos ajudar a explicar algumas das diferenças na forma e função entre diferentes espécies com sequências genéticas relativamente parecidas.
 Por exemplo, humanos e chimpanzés têm genomas que são 98,8%, idênticos quanto ao DNA. As sequências codificadoras de proteínas de alguns genes são diferentes em humanos e chimpanzés, contribuindo para as diferenças entre as espécies. Contudo, pesquisadores também pensam que mudanças na regulação gênica desempenham um grande papel para fazer os humanos e chimpanzés diferentes um do outro. Por exemplo, algumas regiões de DNA que estão presentes no genoma do chimpanzé, mas ausentes no genoma humano contêm sequências conhecidas de regulação gênica que controlam quando, onde ou quão fortemente um gene é expresso.