Biologia Molecular III

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BIOLOGIA 
MOLECULAR
Biologia Molecular – Parte III
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Biologia Molecular - Parte III
BIOLOGIA MOLECULAR
Pollyana Lyra
Sumário
Biologia Molecular – Parte III ..................................................................................................................................3
Código Genético e Biossíntese de Proteínas – Controle da Expressão Gênica em 
Procariotos e Eucariotos .............................................................................................................................................3
Padrões de Expressão Gênica ................................................................................................................................13
Processamento de RNA .............................................................................................................................................14
RNAs Não Codificantes ..............................................................................................................................................15
Transposons .....................................................................................................................................................................19
Questões de Concurso ................................................................................................................................................21
Gabarito ..............................................................................................................................................................................26
Gabarito Comentado ...................................................................................................................................................27
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BIOLOGIA MOLECULAR – PARTE III
Hoje iniciaremos nossa terceira aula, tratando, agora, do estudo sobre a regulação da 
expressão gênica. Nas aulas anteriores, estudamos a estrutura e função dos ácidos nucléicos e 
os mecanismos de reparo do DNA. Vimos também como a informação genética é precisamente 
transmitida às gerações futuras por meio da replicação, transcrição e tradução em proteínas. 
Nesta aula, vamos compreender como a células regulam os níveis de expressão dos genes 
para gerar células diferenciadas e especializadas dentro de um mesmo organismo.
Vamos mergulhar fundo neste assunto. Preparado(a)? Bons estudos!
Código genétiCo e Biossíntese de Proteínas – Controle da exPressão 
gêniCa em ProCariotos e euCariotos
À medida em que os organismos multicelulares se desenvolvem, tipos celulares 
diferenciados, como músculos, células nervosas e células sanguíneas, começam a surgir. Essa 
diferenciação celular surge porque as células produzem e acumulam conjuntos diferentes de 
moléculas de RNA e proteínas, sendo, por isso, capazes de expressar diferentes genes.
De forma geral, as células selecionam os genes que serão expressos sem alterar a sequência 
nucleotídica do DNA.
Como podemos saber que isso realmente acontece?
Imaginemos que se o DNA fosse irreversivelmente alterado durante o desenvolvimento, os 
cromossomos de uma célula diferenciada seriam então incapazes de guiar o desenvolvimento 
de um organismo completo.
Portanto, as células de um organismo diferem não porque elas contêm genes diferentes, 
mas sim porque elas os expressam de forma diferenciada.
Muitas proteínas são comuns a todas as células existentes em um organismo multicelular. 
Essas proteínas são conhecidas como proteínas housekeeping por serem universais; os genes 
por elas codificados são chamados genes housekeeping.
Uma célula diferenciada típica de mamífero sintetiza cerca de 10.000 proteínas diferentes 
de um repertório de aproximadamente 6.000 genes. É a expressão de diferentes genes em 
cada tipo celular que promove a grande variação no tamanho, na forma, no comportamento e 
na função de diversas células diferenciadas.
Então como ocorre o controle da expressão gênica?
Uma célula é capaz de controlar as proteínas que faz basicamente de quatro maneiras:
1. Controlando quando e com que frequência um certo gene é transcrito;
2. Controlando como o transcrito primário sofre o splicing ou é processado;
3. Selecionando quais mRNA são traduzidos pelos ribossomos;
4. Ativando ou inativando seletivamente proteínas depois de terem sido sintetizadas.
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O controle da expressão gênica desempenha um papel fundamental em uma ampla 
variedade de processos biológicos centrais, que vão desde o desenvolvimento do organismo e 
diferenciação celular até respostas ao estresse celular, homeostase e imunidade.
Muito progresso foi feito nos últimos 20 anos na caracterização dos mecanismos 
moleculares da transcrição, do papel da cromatina e suas modificações e da função de 
potenciadores e RNAs não codificantes.
O controle da expressão gênica ocorre quase sempre na fase inicial da transcrição. Os 
promotores de genes procarióticos e eucarióticos incluem um sítio de iniciação no qual a 
transcrição começa e uma sequência de aproximadamente 50 nucleotídeos que se estendem 
acima do sítio de iniciação. Essa região contém sítios que são necessários para que a RNA 
polimerase se ligue ao promotor. Além do promotor, quase todos os genes possuem sequências 
regulatórias de DNA necessárias para ligar ou desligar o gene.
As sequências regulatórias do DNA funcionam de forma independente. Para que sejam 
eficazes, elas devem ser reconhecidas por proteínas chamadas proteínas regulatórias do 
gene, que se ligam ao DNA. Essa combinação entre a sequência de DNA e suas proteínas 
regulatórias associadas atua como comutador para controlar a transcrição.
As proteínas regulatórias reconhecem uma sequência específica do DNA, pois a superfície 
da proteína se ajusta fortemente às características especiais da superfície da dupla hélice em 
uma determinada região gênica. Na maioria das vezes, a proteína se insere na fenda maior 
da dupla hélice do DNA e faz uma série de contatos moleculares com os pares de bases. A 
proteína forma pontes de hidrogênio, ligações iônicas e interações hidrofóbicas com as bordas 
das bases, sem romper as ligações que mantêm os pares de bases unidos.
As interações proteína-DNA estão entre as ligações moleculares mais fortes e específicas. 
Geralmente, as proteínas ligadoras de DNA se ligam aos pares (dímeros) à dupla hélice. A 
dimerização praticamente duplica a superfície de contato com o DNA, aumentando, assim, a 
força e a especificidade da interação entre a proteína e o DNA.
Agora que entendemos sobre como proteínas específicas atuam para promover a ativação 
ou repressão da expressão gênica, vejamos alguns exemplos de regulação da expressão dos 
genes que ocorrem em bactérias e seus vírus.
Escherichia coli regula a expressão de muitos de seus genes de acordo com a disponibilidade 
de fontes nutricionais no ambiente.
Cinco genes de E. coli codificam enzimas da rota metabólica que produz o aminoácido 
triptofano, e estes genes encontram-se arranjados em um único grupamento cromossômico. 
Eles são transcritos a partir de um único promotor, comouma longa molécula de mRNA, que 
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será traduzido nas cinco proteínas. Os genes assim organizados e transcritos como uma 
única molécula de mRNA são chamados de operons. Eles são comuns em bactérias, mas 
praticamente não existem em eucariotos, nos quais os genes são regulados individualmente. 
Quando o triptofano está presente no meio e entra na célula bacteriana, as enzimas já não são 
necessárias e sua produção é paralisada.
Dentro do promotor, existe uma sequência curta de DNA de cerca de 15 nucleotídeos, 
reconhecida por uma molécula regulatória. Quando a proteína se liga a essa sequência de 
nucleotídeos (operador), ela bloqueia o acesso da RNA polimerase ao promotor, impedindo 
a transcrição do operon e a produção das enzimas que sintetizam o triptofano. A proteína 
regulatória desse gene é conhecida como repressor de triptofano, que pode se ligar ao DNA 
somente se houver várias moléculas do aminoácido triptofano.
O repressor de triptofano é uma proteína alostérica, ou seja, a ligação do triptofano causa 
uma discreta alteração na estrutura tridimensional da proteína, de forma que o aminoácido 
possa se ligar ao operador no DNA. Quando o nível de triptofano livre torna-se baixo na célula, 
o repressor não se liga ao triptofano e consequentemente ao DNA, assim o operon triptofano 
é transcrito. O repressor serve para ligar e desligar a produção de um conjunto de enzimas 
biossintéticas, de acordo com a disponibilidade do produto final da rota que as enzimas 
catalisam.
O gene que codifica a proteína repressora do triptofano é continuamente transcrito em um 
nível basal, de forma que uma pequena quantidade da proteína está sempre sendo fabricada. 
Este tipo de expressão não-regulada chama-se expressão gênica constitutiva.
O repressor do triptofano é uma proteína repressora que serve para desligar os genes. 
Outras proteínas bacterianas regulatórias atuam de forma oposta, ativando genes. Essas pro-
teínas ativadoras atuam sobre promotores, que são levemente funcionais na ligação à RNA-po-
limerase por si mesmas, podendo ser pouco reconhecidas pela RNA-polimerase. Apesar disso, 
esses promotores que funcionam de forma mais leve podem se tornar totalmente funcionais 
por meio de proteínas que se ligam a um sítio próximo ao DNA e fazem contato com a RNA-po-
limerase, ajudando a iniciar a transcrição.
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Figura 1: modelo de um operon e sua relação com os genes estruturais e regulatórios. Fonte: traduzida de Biology Libre texts.
Figura 2: o Operon Trp. Os cinco genes estruturais necessários para sintetizar o triptofano em E. coli estão 
localizados próximos um do outro no operon trp. Quando o triptofano está ausente, a proteína repressora não 
se liga ao operador e os genes são transcritos. Quando o triptofano é abundante, o triptofano se liga à proteína 
repressora na sequência do operador. Isso bloqueia fisicamente a RNA polimerase de transcrever os genes da 
biossíntese do triptofano. Fonte: traduzida de Pearson Education, Inc. 2014.
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Outro exemplo de operon encontrado em bactérias é o operon lactose (operon lac). O operon 
lac é um exemplo de um operon induzível que também está sujeito a ativação na ausência 
de glicose. O operon lac codifica três genes estruturais: lacZ, lacY e lacA, necessários para 
adquirir e processar o dissacarídeo lactose do ambiente.
O gene lacZ codifica a enzima β-galactosidase (β-gal) responsável pela hidrólise da lactose 
em açúcares simples glicose e galactose.
O operon lac contém mais dois genes além de lacZ. O gene lacY codifica uma permease 
que aumenta a absorção de lactose na célula e lacA codifica uma enzima Galactosídeo 
Acetiltransferase (GAT). A função exata do GAT durante o metabolismo da lactose não foi 
elucidada de forma conclusiva, mas acredita-se que a acetilação desempenhe um papel no 
transporte dos açúcares modificados.
Para que o operon lac seja expresso, a lactose deve estar presente. Isso faz sentido para 
a célula porque seria um desperdício energético criar as enzimas para processar a lactose se 
ela não estivesse disponível.
Na ausência de lactose, o gene lacI é expresso constitutivamente, expressando a proteína 
repressora lac. O repressor lac liga-se a uma região operadora do operon lac e impede 
fisicamente a RNA polimerase de transcrever os genes estruturais. No entanto, quando a 
lactose está presente dentro da célula, é convertida em alolactose. A alolactose serve como 
uma molécula indutora, ligando-se ao repressor e alterando sua forma para que não seja mais 
capaz de se ligar ao operador. A remoção do repressor na presença de lactose permite que 
a RNA polimerase se mova através da região do operador e inicie a transcrição dos genes 
estruturais lac.
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Figura 3: atividade Biológica do Operon lac. (A) Representação esquemática do operon lac em E. coli. O operon 
lac tem três genes estruturais, lacZ, lacY e lacA que codificam para β-galactosidase, permease e galactosídeo 
acetiltransferase, respectivamente. As sequências do promotor (p) e do operador (o) que controlam a expressão 
do operon são mostradas. A montante do operon lac está o gene repressor lac, lacI, controlado pelo promotor 
lacI (p). (B) Mostra a inibição do repressor lac da expressão do gene do operon lac na ausência de lactose. O 
repressor lac liga-se à sequência operadora do operon e impede que a enzima RNA polimerase que está ligada 
ao promotor (p) inicie a transcrição. (C) Na presença de lactose, parte da lactose é convertida em alolactose, que 
se liga e inibe a atividade do repressor lac. O complexo lac repressor-alolactose não consegue se ligar à região 
operadora do operon, liberando a RNA polimerase e causando o início da transcrição. A expressão dos genes 
do operon lac permite a quebra e utilização da lactose como fonte de alimento dentro do organismo. Fonte: 
modificada e traduzida de Esmaeili, A., et. al. (2015) BMC Bioinformatics 16:311.
Enquanto as bactérias contêm um único tipo de RNA-polimerase, as células eucarióticas 
possuem três, são elas: RNA-polimerase I, RNA-polimerase II e RNA-polimerase III. Essas 
polimerases são responsáveis pela transcrição de diferentes genes. As RNA-polimerases I 
e III transcrevem os genes que codificam o tRNA, rRNA e os pequenos RNAs que possuem 
função estrutural.A RNA-polimerase II transcreve a maioria dos genes eucarióticos, incluindo 
os codificadores de proteínas.
As RNA-polimerases eucarióticas requerem o auxílio de um grande conjunto de proteínas 
chamadas fatores gerais de transcrição, que devem unir-se ao promotor com a polimerase 
antes do início da transcrição.
As proteínas regulatórias dos genes (repressores e ativadores) podem influenciar o início 
da transcrição mesmo quando estão ligadas às sequências de DNA localizadas a milhares de 
nucleotídeos do promotor. Esta característica possibilita que um único promotor seja controlado 
por um número quase ilimitado de sequências regulatórias ao longo de toda a molécula de 
DNA. Nas bactérias, os genes são frequentemente controlados por uma sequência regulatória 
única localizada próxima ao promotor.
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O início da transcrição eucariótica depende da compactação do DNA nos nucleossomos e 
das formas mais compactas da estrutura da cromatina.
Sabe-se que a RNA-polimerase II á incapaz de iniciar a transcrição por si mesma, por isso os 
fatores de transcrição auxiliam nesse processo, posicionando a RNA-polimerase II corretamente 
no promotor para separar as duas fitas do DNA, permitindo assim que a transcrição se inicie. 
Esses fatores também auxiliam na liberação da RNA-polimerase do promotor tão logo a 
transcrição tenha sido iniciada.
O processo se inicia com a ligação do fator geral de transcrição (TFIID) a uma sequência curta 
da fita dupla de DNA com nucleotídeos compostos por timina e adenina, por isso é conhecida 
como sequência TATA ou TATA box. Após se ligar ao DNA, o TFIID causa uma distorção no 
DNA que serve como sinalização para a montagem de outras proteínas do promotor. Uma vez 
que o primeiro fator de transcrição esteja ligado ao sítio específico no DNA, outros fatores são 
montados junto com a RNA-polimerase II para formar um complexo de iniciação da transcrição.
Figura 4: Complexo de iniciação da transcrição TATA Box em células eucarióticas. TBP: proteína de ligação ao 
TATA Box. Fonte: traduzida de Wikipedia.
Após a ligação da RNA-polimerase II à região promotora do gene no complexo de iniciação 
da transcrição, o complexo formado pelos fatores de transcrição é liberado e a polimerase 
começa a transcrever o RNA. O primeiro passo para a liberação desse complexo é a adição de 
grupos fosfato à RNA-polimerase, que é feita pelo fator geral de transcrição, que, por sua vez, 
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contém uma enzima com atividade proteíno-quinase como uma das suas subunidades. Esta 
fosforilação provavelmente ajuda a polimerase a liberar os fatores de transcrição e dar início 
ao processo transcricional. Os fatores gerais de transcrição são enfim liberados e se tornam 
disponíveis para outro ciclo de transcrição com uma nova molécula de RNA-polimerase.
Os sítios do DNA aos quais os ativadores eucarióticos se ligam foram chamados de 
enhancers ou potenciadores, uma vez que sua presença aumentava a velocidade da transcrição.
O DNA entre o enhancer e o promotor faz uma alça para permitir que as proteínas ativadoras 
ligadas ao enhancer entrem em contato com a RNA-polimerase ou com um dos fatores gerais 
de transcrição ligados ao promotor. Assim, o DNA atua como uma “corda”, fazendo com que a 
proteína ligada ao enhancer, mesmo a uma distância de milhares de nucleotídeos, interaja com 
o complexo de proteínas ligadas ao promotor.
Em eucariotos, proteínas regulatórias de genes ligadas a sequências regulatórias distantes 
podem aumentar ou diminuir a atividade da RNA-polimerase ligada ao promotor. Uma das 
formas através da qual elas possibilitam isso é influenciando diretamente na montagem do 
complexo de iniciação da transcrição. Ativadores facilitam a montagem do complexo enquanto 
os repressores impedem a sua montagem correta.
As proteínas eucarióticas regulatórias ligam-se a sequências regulatórias no DNA, que são 
semelhantes aos operadores e às sequências de ligação de ativadores de bactérias, mas estão 
geralmente localizadas há consideráveis distâncias do promotor.
Mas como a compactação do DNA em eucariotos afetaria o início da transcrição? Como 
as proteínas regulatórias, os fatores gerais de transcrição e a própria RNA-polimerase 
conseguiriam ter acesso ao DNA, se ele se encontra num estado compactado nos 
nucleossomos?
A presença dos nucleossomos, geralmente, não é por si só suficiente para bloquear o estágio 
de alongamento da transcrição, pois a RNA-polimerase pode prosseguir pelo nucleossomo 
com apenas uma ruptura temporária de sua estrutura. No entanto, os nucleossomos podem 
inibir a iniciação da transcrição se eles estiverem posicionados sobre um promotor, impedindo 
que os fatores gerais de transcrição e a RNA-polimerase se unam ao DNA.
Uma vez que os nucleossomos são dispostos ao longo do DNA, a intervalos regulares, com 
pouca especificidade, é possível que ocorram sobre regiões promotoras. Estes nucleossomos 
são deslocados quando a transcrição gênica é ativada.
Os nucleossomos formados sobre sequências regulatórias do DNA podem também 
interferir na expressão dos genes bloqueando a ligação de proteínas regulatórias.
A célula possui diversas estratégias para garantir que a iniciação da transcrição possa ser 
realizada no DNA que está enovelado nos nucleossomos, embora se saiba que as formas mais 
compactas da cromatina sejam resistentes à iniciação da transcrição.
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Pelo fato de as proteínas regulatórias poderem controlar a transcrição do DNA, mesmo 
há muitos nucleotídeos de distância do promotor, as sequências de DNA que controlam a 
expressão gênica podem se espalhar por longos segmentos da molécula de DNA. A maior 
parte das proteínas regulatórias trabalha como um conjunto integrado de proteínas, todas 
necessárias para expressar o gene na célula correta, em resposta a condições específicas, no 
momento correto e a um nível adequado.
O termo controle combinatorial refere-se ao modo como os grupos de proteínas trabalham 
juntos para determinar a expressão de um gene específico. A maioria dos genes eucarióticos 
possui regiões de controle contendo numerosos sítios para proteínas regulatórias de genes 
que atuam tanto positiva quanto negativamente.
A forma que as bactérias possuem de coordenar a expressão de um conjunto de genes 
diferentes é agrupando-os em um operon sob o controle de um promotor único.
Em eucariotos, este controle se dá através de um conjunto de proteínas regulatórias que 
controlam cada um de seus genes, pois elas ligam e desligam rapidamente grupos inteiros de 
genes. Embora o controle da expressão gênica em eucariotos seja combinatorial, o efeito de uma 
única proteína regulatória pode ser crucial para ligar ou desligar qualquer gene simplesmentecompletando a combinação necessária para ativar ou reprimir o gene a ser controlado.
Se um número de genes diferentes contém sítios regulatórios para a mesma proteína 
regulatória, esta poderá ser utilizada para regular a expressão de todos os genes ao mesmo 
tempo. Dessa maneira, uma única proteína regulatória pode controlar a expressão de muitos 
genes diferentes.
A capacidade de ligar e desligar muitos genes diferentes usando apenas uma proteína 
é um dos mecanismos pelo qual as células eucarióticas se diferenciam em diversos tipos 
celulares durante o desenvolvimento embrionário. Estudos com células musculares que se 
diferenciavam em cultura identificaram proteínas regulatórias chave, expressas apenas nas 
células potencialmente musculares, que coordenam a expressão gênica e são fundamentais 
para a diferenciação da célula muscular. Essas proteínas regulatórias ativam a transcrição dos 
genes que codificam proteínas musculares específicas se ligando a sítios presentes em todas 
as regiões regulatórias.
Embora todas as células devam ser capazes de ligar e desligar os seus genes, os organismos 
multicelulares requerem mecanismos especiais de controle gênico para gerar e manter seus 
tipos diferenciados de células. As mudanças de expressão gênica que dão origem a uma célula 
diferenciada devem ser transmitidas para as células-filhas nas divisões subsequentes.
Um destes mecanismos é conhecido como retroalimentação positiva, onde uma proteína 
regulatória chave ativa a transcrição de seu próprio gene, além de outros genes específicos 
da célula. Outra forma de manter o tipo celular diferenciado é por propagação fiel de uma 
estrutura condensada de cromatina de uma célula parental para a célula-filha, mesmo com a 
intervenção da replicação do DNA.
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Embora o controle combinatorial seja regra para genes eucarióticos, uma única proteína 
regulatória pode ser decisiva em ligar ou desligar todo um conjunto de genes, até mesmo 
convertendo um tipo celular em outro. A ação de uma única proteína regulatória pode ligar uma 
cascata de proteínas regulatórias cujas ações resultam na formação de um grupo organizado 
de muitos tipos celulares diferentes, com funções altamente especializadas.
Um programa de transcrição pode ser definido como um conjunto de genes funcionalmente 
relacionados e corregulados, análogos aos operons bacterianos. Os programas de transcrição 
individuais diferem na cinética de sua indução e podem ser regulados independentemente um 
do outro por uma combinação dedicada de fatores de transcrição. Programas de transcrição 
induzíveis em um tipo celular podem ser constitutivamente expressos em outro tipo de célula 
(ou outro tecido). Da mesma forma, um determinado programa de transcrição pode ser 
induzível ou constitutivo no mesmo tipo de célula dependendo dos tecidos onde reside. Isso 
pode complicar as distinções entre “ativação celular” versus “diferenciação” e entre “tipos de 
células” versus “estado celular”, especialmente quando alguns dos produtos gênicos desses 
programas de transcrição são usados como marcadores fenotípicos para definir diferentes 
tipos de células e subtipos específicos de tecidos.
Os fatores de transcrição de ligação ao DNA (TFs) são os principais reguladores de 
expressão gênica. Os fatores de transcrição podem ser agrupados em quatro tipos: fatores de 
transcrição de Classe A, B, C e D.
• Fatores de transcrição de classe A: esses fatores de transcrição tendem a operar em 
“promotores abertos” (ou seja, promotores com sítios de ligação de fatores de transcrição 
não ocluídos por nucleossomos), que são acessíveis na maioria dos tipos de células. 
Em vertebrados, esses promotores geralmente possuem alto teor de CG e são referidos 
como promotores da “ilha CpG”.
• Fatores de transcrição de classe B: são fatores de transcrição dependentes de sinal que 
também são amplamente expressos, mas, ao contrário dos fatores de transcrição Classe 
A, eles estão presentes em células não estimuladas, ou seja, são inativos. A ativação do 
fator de transcrição Classe-B é regulada por sinais específicos. Após a ativação, esses 
fatores de transcrição rapidamente ativam ou reprimem seus genes-alvo. Os fatores de 
transcrição classe B são chamados de “genes de resposta primária”, pois sua indução 
transcricional não requer nova síntese de proteínas porque os fatores de Classe B são 
pré-fabricados.
• Fatores de transcrição de classe C: os fatores de Classe C não são pré-fabricados. Sua 
expressão deve ser induzida por fatores de Classe-B e, portanto, são genes de resposta 
primária. Os genes alvo dos fatores de Classe-C são chamados de “genes de resposta 
secundária” porque a indução transcricional desses genes-alvo depende da síntese de 
nova proteína (que é necessária para fazer fatores de Classe-C). Os fatores de classe C 
podem ser divididos em três subclasses: C1, C2 e C3.
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− Os fatores de classe C1 são induzidos transcricionalmente na maioria dos tipos de 
células por uma ampla gama de sinais e eles tendem a regular uma variedade de 
genes-alvo, funcionando como amplificadores de programas de transcrição.
− Os fatores de classe C2 são induzidos transcricionalmente por sinais específicos 
e regulam a expressão de um grupo menor de genes especializados em uma 
determinada função.
− Os fatores de classe C3 são induzidos transcricionalmente apenas em células 
específicas, onde regulam a expressão indutível de programas genéticos exclusivos 
para esses tipos de células.
Assim, os fatores de classe-C1 estão mais comprometidos com a amplitude da resposta 
transcricional e os fatores de classe C2 e C3 com a especificidade. Estes fatores podem 
trabalhar em combinações para controlar tanto a magnitude quanto a especificidade da 
resposta transcricional. Além disso, fatores de Classe-C geralmente cooperam com fatores de 
Classe-B no controle da expressão gênica induzível específica do tipo de célula.
• Fatores de transcrição de classe D: os fatores de Classe-D são fatores restritos à 
linhagem que controlam a diferenciação e expressão de genes específicos do tipo de 
célula. Eles atuam em promotores e potencializadores específicos, tornando seus genes-
alvo associados constitutivamente ativos em tipos celulares específicos. Eles podem 
também tornar os potenciadores (enhancers) específicos do tipo de célula acessíveis a 
fatores de Classe-B e Classe-C, tornando-os indutíveis em um tipo de célula específico.
Padrões de exPressão gêniCa
Em organismos multicelulares, padrões básicos de expressão gênica podem ser definidos 
com base nos seguintes critérios: primeiro, a expressão gênica pode ser constitutiva ou 
indutível; segundo, a expressão gênica pode ser onipresente ou específica do tipo de célula. 
Isso resulta em quatro categorias de genes, definidas por seu padrão de expressão: genes 
constitutivos ubíquos (UCG), genes induzíveis ubíquos (UIG), genes constitutivos específicos 
do tipo de célula (SCG) e genes induzíveis constitutivos específicos do tipo de célula (SIG).
1. UCGs são, principalmente, genes de manutenção que controlam funções celulares que 
operam na maioria das células. A expressãoconstitutiva desses genes é regulada por fatores 
de transcrição de Classe-A.
2. UIGs são genes que são induzidos rapidamente sob demanda na maioria dos tipos de 
células. Normalmente, UIGs são genes de resposta primária. A expressão de UIGs é induzida 
por fatores de transcrição de Classe-B.
UIGs incluem genes induzidos por estresse e inflamação, bem como genes envolvidos 
na adaptação metabólica ao seu microambiente. Um subconjunto de UIGs são fatores de 
transcrição de Classe-C, que, por sua vez, controlam a expressão dos genes de resposta.
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3. SCGs são expressos constitutivamente, mas apenas em células específicas (por exemplo, 
genes específicos de neurônios ou músculos). Seu padrão de expressão é estabelecido e 
mantido por fatores de transcrição de classe D durante a diferenciação das linhagens celulares. 
Esses fatores de transcrição ativam potenciadores de SCGs específicos do tipo celular.
4. SIGs são genes que são indutíveis, mas apenas em certos tipos de células. Sua expressão 
induzível é regulada por um efeito combinado de fatores de Classe-D (para controlar o tipo de 
especificidade da célula) e fatores de Classe-B e Classe-C (para controlar a indutibilidade). 
Dependendo se o fator de transcrição indutível é Classe-B ou Classe-C, os SIGs podem ser 
genes de resposta primária ou secundária.
Essas quatro categorias de genes são versões idealizadas de uma realidade mais sutil 
porque as características usadas para defini-los são relativas, um gene que é constitutivamente 
expresso ainda pode ser expresso em diferentes níveis em diferentes tipos de células e 
condições.
Alguns genes podem ser expressos de forma ampla (ou seja, na maioria dos tipos de 
células), mas não de forma onipresente (por exemplo, alguns tipos de células especializadas 
podem não expressá-los).
Existe também uma hierarquia de especificidade do tipo de célula: por exemplo, a expressão 
do gene pode ser restrita a todos os linfócitos, ou apenas aos linfócitos T, ou apenas a vários 
subconjuntos de linfócitos T. Ainda assim, o ‘‘constitutivo” versus ‘indutível” e “onipresente” 
versus “específico” definem, sem dúvida, os padrões mais básicos de expressão gênica com 
as classes funcionais correspondentes de fatores de transcrição. Muitas variações dessa 
estrutura simples podem realmente ser compreendidas como combinações das quatro 
estratégias básicas de controle da expressão. Além disso, essa classificação simples fornece 
uma perspectiva natural sobre a evolução da regulação gênica e a evolução dos tipos de células.
ProCessamento de rna
Como vimos anteriormente, a regulação da expressão gênica é fundamental para coordenar 
a síntese, montagem e localização de estruturas macromoleculares das células.
Isso ocorre através de um programa de várias etapas que é altamente interconectado e 
regulado em diversos níveis. Ele começa no núcleo, onde os fatores de transcrição se ligam 
a sequências de DNA próximas aos genes que regulam e recrutam RNA polimerases para a 
síntese de RNA.
Assim que os precursores de RNA são formados, eles são cobertos por uma série de 
proteínas formando complexos ribonucleoproteicos.
Proteínas de ligação ao RNA mensageiro (mRBPs) se associam com precursores de mRNA 
nascentes e mediam diversas reações de processamento de RNA, incluindo 5’-end capping, 
splicing, edição, clivagem 3’-end e poliadenilação.
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Os trancritos são posteriormente exportados através de poros nucleares para o citoplasma 
onde podem sofrer marcações de localização para regiões subcelulares por complexos 
constituídos por proteínas e proteínas de ligação ao RNA (RBPs) ou pela partícula de 
reconhecimento de sinal.
Os trancritos se unem aos fatores de tradução e ribossomos para a síntese de proteínas, 
que é controlada por mecanismos globais ou específicos de transcrição. Finalmente, mRNAs 
sofrem degradação mediada por exonucleases por diversas vias de decaimento.
O destino e a localização das proteínas podem ser, ainda, controlados através da 
modificação de aminoácidos específicos, clivagem por proteases específicas e degradação 
através do proteassoma.
Técnicas modernas de microarranjos de DNA têm sido usadas para estudar programas 
de transcrição comparando os níveis de RNA em estado estacionário entre diversos tipos de 
células em diferentes estágios, e pelo mapeamento de sítios de ligação de proteínas associadas 
ao DNA por meio de imunoprecipitação da cromatina (os chamados ensaios ChIPCHIP).
A integração desses dados permitiu a descrição de reguladores transcricionais complexos, 
envolvendo grandes conjuntos de genes que controlam respostas fisiológicas.
Considerando o grande número de moléculas de mRNA na célula, é razoável supor que 
a localização, atividade e destino desses RNAs não é deixado ao acaso, mas são altamente 
coordenados e regulados por um sistema elaborado chamado sistema regulatório pós-
transcricional.
Este sistema pode ser controlado pelas centenas de RBPs e RNAs não codificantes (como, por 
exemplo, microRNAs) que são codificados em genomas eucarióticos, possivelmente definindo 
destinos específicos de cada RNA pela ligação combinatória de grupos distintos de RBPs.
Adiante veremos com mais detalhes os princípios dos sistemas regulatórios pós-
transcricionais, considerando a localização, tradução
e decaimento de mRNAs em eucariotos, bem como a caracterização deRBPs e a identificação 
sistemática de seus RNAs alvos.
rnas não CodifiCantes
Como vimos nas aulas anteriores, o dogma central da biologia molecular que diz que a 
informação flui do DNA ao RNA e do RNA à proteína ganhou novas dimensões. Estudos recentes 
mostraram que a maior parte do genoma humano é transcrito, embora grande parte dele não 
codifique proteínas. Isso implica que os transcritos não codificantes ou RNAs não codificantes 
(ncRNAs) sejam as formas funcionais finais dessa parte da informação genética e as proteínas 
não são as únicas moléculas existentes na célula, como se pensava anteriormente.
O vasto e desconhecido repertório de RNAs funcionais produzidos na célula, possibilitaram 
uma mudança de paradigma na compreensão do dogma central. Esta constatação abriu novas 
considerações evolutivas sobre a origem deste RNAs, se são provindos de um RNA primitivo 
ou se eles são partes importantes de processos celulares ainda não elucidados.
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Existe uma grande variedade destes ncRNAs ocupando a maior parte do genoma. Estudos 
recentes têm indicado que essa transcrição de todo o genoma muitas vezes faz com que RNAs 
reguladores contribuam através de diversos mecanismos para a expressão e regulação gênica.
Esses RNAs reguladores se dividem em duas categorias principais com base em seus 
tamanhos médios:os pequenos RNAs não codificantes (sncRNAs) e os longos RNAs não 
codificantes (lncRNAs).
Os sncRNAs constituem microRNAs (miRNAs), pequenos RNAs interferentes (siRNAs), 
PIWI RNAs de interação (piRNAs), RNAs Alu etc.
Os sncRNAs são conhecidos, principalmente, por reprimir os genes de expressão, exceto 
em alguns casos em que o dsRNA ativa genes por um processo denominado ativação de 
RNA. A outra classe abundante de ncRNAs – os lncRNAs – possui aproximadamente 200 
nucleotídeos de comprimento. Curiosamente, esses se assemelham a mRNAs em muitas das 
suas características. Por exemplo, eles são transcritos pela RNA polimerase II, sofrem splicing 
e são poliadenilados na extremidade 3’.
Funcionalmente, os lncRNAs podem ser classificados em três grandes grupos: estrutural, 
repressivo e ativador. Os lncRNAs podem desempenhar papéis estruturais fornecendo um 
suporte para a formação da matriz nuclear.
LncRNAs repressivos exercem suas ações de muitas formas, como o recrutamento de 
complexos repressivos nos loci alvo, causando interferência transcricional, modificando 
alostericamente proteínas de ligação ao RNA, inibindo a transcrição ou impedindo a formação 
do complexo de iniciação da transcrição nos locais alvo. No nível de tradução, os lncRNAs 
também podem degradar mRNAs e prevenir a síntese de proteínas.
A maioria dos RNAs reguladores descobertos até agora eram de natureza repressiva. 
Recentemente foi descoberto que os lncRNAs também ativam a expressão gênica.
A atividade transcricional de um gene depende se a cromatina está ou não acessível à 
transcrição. Um gene inativo está bem empacotado na cromatina e possui marcas repressivas 
(histonas repressivas). Para ativar o gene, essas marcas precisam ser substituídas por marcas 
ativadoras (histonas ativadoras) e a acessibilidade da cromatina deve ser aumentada. Todo 
esse processo de remodelação da cromatina é realizado por modificadores de cromatina em 
conjunto com remodeladores de cromatina. As marcas ativadoras são lidas pelo grupo de 
proteínas tritórax (TrxG) e a cromatina torna-se acessível para a transcrição.
Essas observações fornecem um novo mecanismo de como o lncRNA pode ativar genes de 
forma eficiente e específica por sua capacidade de ligar reguladores epigenéticos do genoma e 
por sua proximidade aos loci alvo. Eles também trazem a vantagem da atuação do RNA como 
regulador e como ele pode exercer seu efeito sobre genes específicos sem a necessidade de 
serem traduzidos.
Podemos classificar amplamente os lncRNAs naqueles que atuam em cis, influenciando 
a expressão e/ou estado de cromatina de genes próximos e aqueles que executam uma série 
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de funções em toda a célula em trans. Para lncRNAs de ação cis, é particularmente desafiador 
distinguir as funções da própria molécula de RNA do DNA do qual ela é transcrita. Pode-se 
vislumbrar pelo menos três mecanismos potenciais pelos quais um locus de lncRNA pode 
regular localmente a cromatina ou a expressão gênica:
1. o próprio transcrito de lncRNA regula a expressão de genes vizinhos por meio de sua 
capacidade de recrutar fatores reguladores para o locus e/ou modular sua função;
2. o processo de transcrição e/ou splicing do lncRNA confere uma funcionalidade de 
regulação gênica independente da sequência do transcrito do RNA; ou
3. a regulação em cis depende apenas de elementos de DNA dentro do promotor de lncRNA 
ou locus gênico e é completamente independente do RNA codificado ou de sua produção.
Além daqueles que regulam a expressão gênica e os estados da cromatina em cis, há um 
número crescente de exemplos de lncRNAs que saem do sítio de transcrição e operam em 
trans. Esses lncRNAs podem ser categorizados em pelo menos três subgrupos principais:
1. lncRNAs que regulam os estados da cromatina e a expressão gênica em regiões distantes 
de seu sítio de transcrição;
2. lncRNAs que influenciam a estrutura e organização nuclear; e
3. lncRNAs que interagem e regulam o comportamento de proteínas e/ou outras 
moléculas de RNA.
Os mRNAs são carreados ao citoplasma, onde sofrem tradução. lincRNAs, em contraste, 
localizam-se mais frequentemente no núcleo do que no citoplasma, como demonstrado por 
hibridização in situ fluorescente.
Os lncRNAs são sintetizados com menos e degradados com mais eficiência e sofrem 
splicing mais lento do que os mRNAs. Os lincRNAs foram distribuídos uniformemente em 
classes funcionais de RNA amplamente definidas, sugerindo que nem a posição genômica nem 
o perfil metabólico estão globalmente correlacionados com a classificação funcional do RNA.
A RNA polimerase II (Pol II) transcreve aproximadamente 15.000 pré-mRNAs no genoma, 
que sofrem splicing 5’ capping, clivagem 3’ e poli-adenilação.
Os lincRNAs compartilham esses recursos de processamento, mas enquanto os mRNAs 
sofrem mais splicing e são poliadenilados de forma co-transcricional robusta, os lincRNAs são 
mais frequentemente clivados co-transcricionalmente e terminados prematuramente.
Isso sugere que, enquanto Pol II faz uma pausa ineficiente nos promotores de lincRNA, 
ela pausa em todas as unidades de transcrição de lincRNA, resultando em terminação de 
transcrição mais frequente do que o observado em genes codificadores de proteínas.
A maioria dos promotores eucarióticos são divergentes (bidirecionais) e podem gerar 
transcritos (mRNA) em ambos os sentidos e direções anti-sense.
Os promotores bidirecionais dão origem ao enriquecimento assimétrico nas poliadenilações 
locais (PASs) no transcrito de lincRNA anti-sense e ao enriquecimento em sítios de ligação 
U1 na transcrição sense de mRNA, uma assimetria que favorece a transcrição, terminação e 
poliadenilação prematura de lincRNAs anti-sense, além do alongamento e splicing eficientes 
dos mRNAs.
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A maioria dos lincRNAs transcritos divergentemente são emendados em seus tecidos 
de expressão máxima, mas sua expressão não é altamente correlacionada com a de genes 
codificadores vizinhos, já que metade dos lincRNAs divergentes específicos do tecido são 
emparelhados com genes codificantes vizinhos expressos de forma ubíqua, essa descoberta 
implica que o processamento do lincRNA não influencia ou reflete a expressão gênica de 
sítios próximos.
Enquanto os mRNAs citoplasmáticos são frequentemente estáveis, o grau de estabilidade 
dos lincRNAs é menor.
Os lncRNAs associados a ribossomos têm uma longa estrutura pseudo-5’-UTR cap e 
ausência de sequências repetitivas.
Em geral, os mRNAs citoplasmáticos são degradados por três mecanismos principais: 3’ 
desadenilação; 5’ decapagem seguido por decaimento 5’-para-3’ mediado por exonuclease; e 
clivagem por endoribonuclease.
LincRNAs são degradados por esses mecanismos, mas também por mecanismos 
independentes, como direcionamento ao exossoma nuclear. Muitos lincRNAs traduzidos 
sofrem terminação precoce da tradução e podem sofrer decaimento mediado por nonsense. 
LincRNAs também podem sofrer desestabilização independente de tradução, por exemplo, por 
microRNAs e por proteínas de ligação ao RNA.
É possível que lincRNAs parcialmente transcritos e mal processados por splicing, sejam 
degradados pelo exossomonuclear, enquanto aqueles processados como mRNAs escapem 
desse destino, permanecendo estáveis no citoplasma.
LincRNAs podem induzir estados estáveis e repressivos da cromatina – isto é, aumentando 
ou reprimindo a ativação transcricional. Eles podem regular localmente a estrutura da cromatina 
em cis, bem como a arquitetura nuclear intercromossômica em trans.
As interações de cromatina com lincRNA mediadas por cis incluem looping de cromatina e 
ativação da transcrição ou repressão de genes alvo. As interações da cromatina com lincRNA 
mediadas por trans são amplas e incluem regulação de genes de codificação co-expressos 
por looping cromossômico ou por complexos modificadores de cromatina de ligação direta a 
fatores de transcrição. Os lincRNAs são regulados por mecanismos cis e trans.
O exemplo mais famoso e bem estabelecido de um lncRNA de ação cis é o transcrito 
específico inativo Xist. Durante o desenvolvimento embrionário inicial em mamíferos fêmeas, 
um dos dois cromossomos X é silenciado transcricionalmente para compensação de dosagem. 
Este processo crítico depende da transcrição de Xist de apenas um cromossomo X, que mais 
tarde se tornará o X inativo (Xi). Após sua indução, o Xist se espalha por todo o Xi e inicia uma 
série de eventos que resultam na relocalização do cromossomo na periferia nuclear, deposição 
de marcas repressivas de cromatina e eventual silenciamento transcricional de quase todo o 
cromossomo.
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Entre os primeiros lncRNAs relatados que regulam a expressão gênica em trans está o 
RNA intergênico anti-sense HOX HOTAIR, um transcrito de mamífero processado por splicing e 
poliadenilado de aproximadamente 2,2 kb, que é expresso a partir do locus HOXC. Os fatores 
de transcrição HOX produzidos a partir de quatro agrupamentos de genes HOX (HOXA, HOXB, 
HOXC e HOXD) são reguladores de desenvolvimento altamente conservados. Enquanto os 
RNAs não codificantes regulam a expressão do gene Hox em cis em Drosophila, Rinn et al. 
fez a surpreendente descoberta de que o HOTAIR é necessário para manter as marcas de 
cromatina repressivas no locus HOXD. Um estudo posterior usando isolamento de cromatina 
por purificação de RNA (ChIRP), uma técnica para mapear interações lncRNA-cromatina em 
todo o genoma, detectou um sítio de ligação HOTAIR dentro do cluster HOXD. A depleção de 
HOTAIR com siRNAs resultou na ativação transcricional de genes HOXD com uma diminuição 
associada na marca repressiva de cromatina H3K27me3.
transPosons
Os transposons são elementos genéticos móveis que fizeram uma grande contribuição 
para a evolução do genoma de uma maneira amplamente específica para cada espécie.
Estes elementos transponíveis são uma fonte abundante de elementos de modulação 
transcricional, como promotores e potenciadores de genes, splicing e sítios de terminação e 
RNAs não codificantes reguladores. Além disso, os transposons impulsionaram a evolução 
dos mecanismos de defesa do hospedeiro que foram redirecionados para os mecanismos de 
regulação gênica.
É amplamente reconhecido que os transposons são uma importante fonte de atividade 
reguladora em cis de genomas de hospedeiros e o desafio é compreender até que ponto sua 
atividade afeta as funções celulares e a biologia do hospedeiro. Transposons parecem exibir 
atividade preferencial em tipos específicos de redes reguladoras de genes, como aquelas 
subjacentes ao desenvolvimento inicial, respostas a estímulos ambientais ou infecções e 
doenças como o câncer.
A ativação transcricional de transposons é pronunciada durante o desenvolvimento inicial 
e aparentemente está associada ao estado totipotente, o que levanta a possibilidade de que 
parte dessa atividade tenha sido cooptada para regular o desenvolvimento adequado. Há 
também evidências crescentes de que os transposons são uma fonte comum de elementos 
reguladores induzíveis que são ativados em resposta ao estresse ambiental ou infecção, 
sugerindo que eles possam facilitar a evolução adaptativa dessas respostas.
Outra questão-chave é a extensão em que os transposons não fixos contribuem para 
variação regulatória dos genes dentro das populações. Usando dados de linfoblastóides 
humanos e linhagens de células-tronco pluripotentes induzidas, foram encontradas evidências 
de numerosos polimorfismos de inserção de elementos transponíveis que estão ligados a 
alterações na expressão gênica. Isso sugere que os transposons são uma fonte subestimada 
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de variação regulatória e fenotípica em todos os indivíduos humanos. Finalmente, enquanto a 
maioria dos estudos analisando a atividade cis-reguladora de transposons se concentraram 
em seu potencial promotor ou atividade potencializadora, achados recentes indicaram que 
os transposons podem influenciar a regulação gênica através de uma ampla gama de outros 
mecanismos, incluindo silenciar a expressão gênica e alterar a arquitetura tridimensional 
do genoma.
Descobriu-se também que os transposons podem afetar os processos a jusante, incluindo 
splicing, terminação da transcrição e estabilidade do mRNA. Através destes eventos co e pós- 
transcricionais, os transposons podem ser usados pelo hospedeiro para controlar a diversidade 
transcricional específica do tecido e níveis de estado estacionário.
Processamento pós-transcricional de transcrições de transposons em pequenos RNAs 
também podem impactar na regulação do genoma.
Muitos eventos regulatórios mediados por transposons podem ter efeito neutro e, em 
alguns contextos, até mesmo deletério. Em particular, as alterações epigenéticas que ocorrem 
durante a tumorigênese podem desmascarar a atividade regulatória dos transposons. Estudos 
confirmaram que as isoformas de splicing derivadas de elementos transponíveis poderiam 
gerar diversidade transcricional especificamente no câncer. Como várias delas afetam genes 
associados ao câncer, esse mecanismo pode estar implicado no processo tumorigênico.
Os transposons também podem impulsionar a regulação gênica devido à sua ação 
mutagênica. As consequências potencialmente deletérias da sua mobilidade colocam pressão 
substancial para a evolução de mecanismos que garantem o silenciamento transcricional de 
transposons. Tais mecanismos podem então ser reaproveitados pelo hospedeiro para deflagrar 
outros eventos epigenéticos importantes. Por exemplo, a metilação do DNA, provavelmente 
tenha surgido para controlar a expansão dos transposons, no entanto, tornou-se uma marca 
importante para a regulação genética de mamíferos, sendo essencial em processos como o 
imprinting e inativação do cromossomo X.
Agora que terminamos nosso estudo, vamos resolver algumas questões para praticar!
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QUESTÕES DE CONCURSO
001. (CONSULPLAN/2008/CODEVASF/BIÓLOGO/PROVAI) Um fato curioso da biologia 
é a existência de uma grande variedade de tipos celulares, tecidos, órgãos, além de várias 
vias bioquímicas e fisiológicas, milhares de proteínas sendo expressas no lugar certo e no 
momento certo... O curioso poderia perguntar por que uma determinada proteína digestiva é 
expressa em células do sistema digestório e não no cérebro ou coração, por exemplo. A dúvida 
tem fundamento e razão de ser, afinal de contas, todas as células do corpo de um mesmo 
indivíduo contêm a mesma informação genética. Esta e outras dúvidas seriam respondidas 
com base em conceitos da regulação da expressão gênica. Sobre a expressão gênica, pode-se 
afirmar que:
a) Uma proteína denominada repressora, codificada por um gene regulador, possui a função 
de se ligar à região promotora do operon e, dessa forma, impede a transcrição do(s) gene(s) 
deste operon.
b) A condensação do cromossomo é uma forma de regulação da expressão gênica em 
eucariotos, sendo que, no estado de heterocromatina, os genes têm sua expressão favorecida.
c) O cromossomo procarioto possui o seu material genético organizado em éxons e íntros, 
sendo somente os primeiros traduzidos em polipeptídeos.
d) O triptofano atua como co-repressor no controle da expressão gênica de enzimas necessárias 
à sua biossíntese, ativando a molécula repressora.
e) Um operon é uma estrutura, comum aos cromossomos eucariotos, formada por três regiões 
funcionais: promotora, operadora e do(s) gene(s), contendo um ou mais genes a ser transcritos.
002. (MARINHA/2018/QUADRO TÉCNICO/PRIMEIRO TENENTE/CIÊNCIAS BIOLÓGICAS) 
As informações contidas nos genes são convertidas de modo coordenado, pela ação de 
enzimas, em moléculas de RNA e outras, resultando numa cadeia polipeptídica longa (proteína). 
Entretanto, há um complexo mecanismo do controle da expressão gênica. O modelo chamado 
Operon, responsável pela regulação da expressão gênica em organismos procarióticos, para 
repressão (I) e operação (II) da tradução, tem como sequência:
a) I. Gene regulador - repressor - bloqueio dos genes estruturais; II. Substância indutora - inibe 
e libera repressor - genes estruturais - transcrição - mRNA - tradução.
b) I. Substância indutora - gene regulador - repressor - bloqueio dos genes estruturais; II. Co-
fator - gene regulador - desrepressor - libera repressor - genes estruturais - transcrição - mRNA 
– tradução.
c) I. Gene regulador - repressor - liga ao gene operador - bloqueio do gene promotor; II. Substância 
indutora - libera repressor - gene operador livre - RNA polimerase conectado ao gene promotor 
- RNA polimerase abre gene estrutural - transcrição - mRNA - tradução.
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d) I. Gene regulador - repressor - bloqueio do gene operador; II. Substância indutora - libera 
repressor - gene operador livre - RNA polimerase conectado ao gene operador - RNA polimerase 
abre gene estrutural - transcrição - mRNA - tradução.
e) I. Substância indutora - gene regulador - repressor - bloqueio do gene operador; II. Co-fator 
- libera repressor - gene operador livre - RNA polimerase conectado ao gene operador - RNA 
polimerase abre gene estrutural - transcrição - mRNA - tradução.
003. (CESPE/UNB/SESA/ES/2013) A regulação da expressão gênica resulta em respostas 
fisiológicas bastante variadas nos diversos organismos, como o desaparecimento da cauda 
em girinos e a utilização de determinados tipos de “açúcares” (carboidratos) em bactérias. 
Acerca desse assunto, assinale a opção correta.
a) Metilações podem ocorrer tanto no DNA quanto em histonas, promovidas pela ação de 
uma mesma enzima. Em ambos os casos, o resultado é a diminuição da transcrição do gene 
localizado naquela parte do DNA.
b) A acetilação e a desacetilação de histonas são processos que influenciam no controle da 
expressão gênica. A acetilação, em geral, promove a transcrição de genes e desacetilação a inibe.
c) O sistema operon trp (triptofano) pode ser ativado em humanos por uma dieta rica em 
triptofano, como, por exemplo, o consumo da carne de peru.
d) Em bactérias, um exemplo de controle da expressão gênica é o exercido pelo operon lac, 
que é ativado quando a lactose presente no meio induz a ligação de um coativador à região 
promotora do gene da lactase.
e) A associação do DNA com proteínas chamadas histonas não exerce papel regulatório 
sobre a transcrição de genes em eucariotos, mas sim, na manutenção da integridade do 
material genético.
004. (FGV/2010) A respeito da regulação da expressão gênica em eucariotos, é correto 
afirmar que:
a) a estrutura da cromatina não tem papel na regulação gênica.
b) é realizada somente pela ativação do promotor.
c) nunca é realizada pela repressão do promotor.
d) o processamento de um mesmo pré-mRNA pode levar à produção de proteínas diferentes.
e) é restrito ao processo de transcrição.
005. (FGV/2010) Os elementos controladores da expressão gênica denominados enhancers 
ou acentuadores são:
a) sequências de RNA, às quais se ligam proteínas denominadas fatores de transcrição 
formando um complexo que interage com o promotor.
b) sequências do DNA, às quais se ligam proteínas denominadas fatores de transcrição 
formando um complexo que interage com o promotor.
c) sequências do DNA independentes de fatores de transcrição que interagem com o promotor.
d) sequências de RNA independentes de fatores de transcrição que interagem com o promotor.
e) proteínas que interagem diretamente com o promotor.
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Biologia Molecular - Parte III
BIOLOGIA MOLECULAR
Pollyana Lyra
006. (CESPE/2009) Segundo Linus Pauling, entre todos os sistemas naturais, a matéria viva 
é a que, em face de grandes transformações, preserva inscrita em sua organização a maior 
quantidade de sua própria história pregressa. Essa afirmação deixa clara a importância das 
biomoléculas relacionadas à conservação e à transmissão de história pregressa. Essa afirmação 
deixa clara a importância das informações. Acerca desse assunto, julgue os itens a seguir.
Após o final do processo de síntese de proteínas no ribossomo, ainda podem ocorrer alterações 
na estrutura da proteína, denominadas modificações pós-traducionais.
007. (CEBRASPE-CESPE/PROFESSOR DE ENSINO BÁSICO, TÉCNICO E TECNOLÓGICO/
IFF/BIOLOGIA/2018) Em procariontes, a organização gênica consiste em diversas sequências 
codificadoras sob o controle de um único promotor, o que gera um mRNA policistrônico. No 
caso do operon lac:
a) os genes estruturais são responsáveis pela síntese de enzimas necessárias à captação e 
metabolização da glicose.
b) a regulação é positiva, promovida pela ligação da glicose com o promotor.
c) a ligação da glicose sobre o sítio do gene operador reprime a síntese da enzima beta-
galactosidase.
d) o efeito indutor da glicose intermedia a ligação da RNA polimerase ao sítio promotor.
e) a ligação da proteína repressora com a lactose é condição necessária à ativação da 
expressão gênica.
008. (FUNDAÇÃO OSWALDO CRUZ/CONCURSO PÚBLICO/2010/TECNOLOGISTA EM 
SAÚDE PÚBLICA) Para o início da transcrição de um gene são necessárias uma região 
promotora e uma série de proteínas auxiliares. Assinale a alternativa incorreta sobre região 
promotora e as proteínas necessárias para o início da transcriçãoem bactérias.
a) Duas regiões, denominadas região -10 e -35, estão presentes em virtualmente quase 
todos os genes.
b) Os segmentos de DNA perto do promotor servem como pontos de ligação para proteínas 
reguladoras específicas de sequência chamadas ativadores e repressores.
c) Alguns genes necessitam dos ativadores ligados ao sítio alvo no DNA para que a transcrição 
se inicie.
d) A proteína ativadora ligada ao DNA não ajuda fisicamente a RNA polimerase a se ligar ao 
promotor para início da transcrição.
e) Tipicamente a proteína repressora não permite a transcrição por um bloqueio físico da 
ligação da RNA polimerase ao promotor ou da movimentação desta ao longo do DNA.
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009. (FUNDAÇÃO OSWALDO CRUZ/CONCURSO PÚBLICO/2010/TECNOLOGISTA EM 
SAÚDE PÚBLICA) A descoberta do sistema Lac foi crucial para a melhor compreensão de 
como ocorre a regulação da transcrição gênica. Sobre o sistema Lac, assinale a alternativa 
incorreta.
a) No sistema Lac, a presença do indutor lactose faz com que as células produzam em grande 
quantidade a enzima beta- galactosidase.
b) As mutações constitutivas no operon lac levam à expressão dos genes do óperon de forma 
independente do indutor.
c) O indutor lactose pode ser substituído pelo indutor sintético isopropil-beta-D-tiogalctosidase 
(IPTG), porém o IPTG é hidrolisado pela beta-galactosidade, diminuindo sua capacidade de 
indução em períodos mais longos.
d) O gene da permease está em cis em relação ao operador.
e) O gene I é de ação em trans, o que significa que o produto gênico pode regular todos os genes 
estruturais do operon lac, estejam eles residindo em uma mesma molécula ou em moléculas 
diferentes.
010. (FUNDAÇÃO OSWALDO CRUZ/CONCURSO PÚBLICO/2010/TECNOLOGISTA EM 
SAÚDE PÚBLICA) Sobre as diferenças e as semelhanças entre a regulação transcricional em 
bactérias e eucariontes, assinale a alternativa incorreta.
a) A RNA polimerase II de eucariontes é muito maior e mais complexa que a RNA polimerase 
de procarionte.
b) Em eucariontes, existem três RNA polimerases e em procariontes apenas uma.
c) A RNA polimerase II também atua em eventos de processamento do RNA sintetizado.
d) Os RNAs transcritos de eucariontes passam por etapas complexas de processamento, entre 
elas os íntrons são removidos.
e) Tantos os transcritos de eucariontes como procariontes têm as pontas 5’ e 3’ do RNA modi-
ficadas depois da transcrição.
011. (BIOLOGIA/BIOLOGIA MOLECULAR/CENTRO DE SELEÇÃO E DE PROMOÇÃO DE 
EVENTOS/UNB/CESPE/2006) Assinale a opção correta com referência aos mecanismos de 
regulação da expressão gênica.
a) O óperon lac é controlado por regulação negativa na qual o gene lac1 sintetiza o repressor 
que se liga à sequência operadora, impedindo a transcrição.
b) Um mecanismo muito importante de controle da expressão gênica em eucariontes envolve 
a formação de grampo no RNA, o que permite que a RNA polimerase aumente sua velocidade 
de síntese de proteínas.
c) No caso do óperon de arabinose, a ligação das proteínas AraC e CAP complexada ao cAMP 
a um sítio adjacente a araI bloqueia a transcrição de araB, araA e araC.
d) O óperon trp possui 5 enzimas capazes de transformar corismato em triptofano. Graças aos 
estudos com esse óperon, foi possível a identificação de um novo mecanismo de regulação da 
expressão gênica envolvendo a estabilidade do mRNA.
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012. (UFU/PROGEP/067/2016) A descoberta dos mecanismos de regulação da expressão 
do óperon de triptofano (Trp) em Escherichia coli trouxe importantes informações para o 
entendimento da regulação da transcrição por atenuação. Em relação ao operon Trp, assinale 
a alternativa INCORRETA.
a) O mecanismo de atenuação do óperon Trp utiliza sinais codificados por sequências dentro 
de uma região líder na extremidade 5’ do RNAm.
b) Quando o triptofano está presente em quantidade abundante, o aminoácido liga-se ao 
repressor Trp, que induz à alteração.
c) conformacional, tendo como resultado o aumento da interação com o operador Trp.
d) O operon Trp codifica cinco enzimas envolvidas na biossíntese do Triptofano a partir do 
corismato.
e) A interação do repressor com o operador Trp diminui a interação da RNA-polimerase com a 
região promotora, o que possibilita o início da transcrição dos genes do óperon Trp.
013. (FUNDAÇÃO OSWALDO CRUZ/CONCURSO PÚBLICO/2010/TECNOLOGISTA EM 
SAÚDE PÚBLICA) Células procariontes e eucariontes diferem em estrutura celular, nos 
processos moleculares e, naturalmente, em conteúdo gênico. Dentre as maiores dificuldades 
em conseguir a expressão de genes eucariontes em células procariontes está o fato de que:
a) células procariontes não têm genoma isolado em núcleo celular como os eucariontes.
b) genes procariontes não têm íntrons, enquanto nos eucariontes íntros e regiões intergênicas 
são comuns no genoma.
c) genes procariontes estão alinhados em óperons, enquanto nos eucariontes cada gene 
apresenta seu promotor.
d) mecanismos de regulação da expressão são diferentes entre os dois tipos de organismos.
e) células procariontes tem tamanho muito menor do que eucariontes.
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GABARITO
1. a
2. d
3. a
4. d
5. b
6. C
7. a
8. d
9. c
10. e
11. d
12. d
13. d
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GABARITO COMENTADO
001. (CONSULPLAN/2008/CODEVASF/BIÓLOGO/PROVA I) Um fato curioso da biologia 
é a existência de uma grande variedade de tipos celulares, tecidos, órgãos, além de várias 
vias bioquímicas e fisiológicas, milhares de proteínas sendo expressas no lugar certo e no 
momento certo... O curioso poderia perguntar por que uma determinada proteína digestiva é 
expressa em células do sistema digestório e não no cérebro ou coração, por exemplo. A dúvida 
tem fundamento e razão de ser, afinal de contas, todas as células do corpo de um mesmo 
indivíduo contêm a mesma informação genética. Esta e outras dúvidas seriam respondidas 
com base em conceitos da regulação da expressão gênica. Sobre a expressão gênica, pode-se 
afirmar que:
a) Uma proteína denominada repressora, codificada por um gene regulador, possui a função 
de se ligar à região promotora do operon e, dessa forma, impede a transcrição do(s) gene(s) 
deste operon.
b) A condensação do cromossomo é uma forma de regulação da expressão gênica em 
eucariotos, sendo que, no estado de heterocromatina, os genes têm sua expressão favorecida.c) O cromossomo procarioto possui o seu material genético organizado em éxons e íntros, 
sendo somente os primeiros traduzidos em polipeptídeos.
d) O triptofano atua como co-repressor no controle da expressão gênica de enzimas necessárias 
à sua biossíntese, ativando a molécula repressora.
e) Um operon é uma estrutura, comum aos cromossomos eucariotos, formada por três regiões 
funcionais: promotora, operadora e do(s) gene(s), contendo um ou mais genes a ser transcritos.
Quando o triptofano é abundante, ele se liga à proteína repressora na sequência do operador. Isso 
bloqueia fisicamente a RNA polimerase de transcrever os genes da biossíntese do triptofano. 
A eucromatina corresponde a filamentos de cromatina que estão menos condensados 
possuindo DNA ativo, ou seja, a célula é capaz de “ler” o conteúdo deste material genético. 
Apenas o cromossomo eucariótico possui íntrons e éxons. O operon é uma estrutura comum 
aos cromossomos procarióticos.
Letra a.
002. (MARINHA/2018/QUADRO TÉCNICO/PRIMEIRO TENENTE/CIÊNCIAS BIOLÓGICAS) 
As informações contidas nos genes são convertidas de modo coordenado, pela ação de 
enzimas, em moléculas de RNA e outras, resultando numa cadeia polipeptídica longa (proteína). 
Entretanto, há um complexo mecanismo do controle da expressão gênica. O modelo chamado 
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Operon, responsável pela regulação da expressão gênica em organismos procarióticos, para 
repressão (I) e operação (II) da tradução, tem como sequência:
a) I. Gene regulador - repressor - bloqueio dos genes estruturais; II. Substância indutora - inibe 
e libera repressor - genes estruturais - transcrição - mRNA - tradução.
b) I. Substância indutora - gene regulador - repressor - bloqueio dos genes estruturais; II. Co-
fator - gene regulador - desrepressor - libera repressor - genes estruturais - transcrição - mRNA 
– tradução.
c) I. Gene regulador - repressor - liga ao gene operador - bloqueio do gene promotor; II. Substância 
indutora - libera repressor - gene operador livre - RNA polimerase conectado ao gene promotor 
- RNA polimerase abre gene estrutural - transcrição - mRNA - tradução.
d) I. Gene regulador - repressor - bloqueio do gene operador; II. Substância indutora - libera 
repressor - gene operador livre - RNA polimerase conectado ao gene operador - RNA polimerase 
abre gene estrutural - transcrição - mRNA - tradução.
e) I. Substância indutora - gene regulador - repressor - bloqueio do gene operador; II. Co-fator 
- libera repressor - gene operador livre - RNA polimerase conectado ao gene operador - RNA 
polimerase abre gene estrutural - transcrição - mRNA - tradução.
Na ausência de lactose, o repressor lac liga-se à sequência operadora do operon e impede que 
a enzima RNA polimerase, que está ligada ao promotor, inicie a transcrição. Na presença de 
lactose, parte da lactose é convertida em alolactose, que se liga e inibe a atividade do repressor 
lac. O complexo lac repressor-alolactose não consegue se ligar à região operadora do operon, 
liberando a RNA polimerase e causando o início da transcrição.
Letra d.
003. (CESPE/UNB/SESA/ES/2013) A regulação da expressão gênica resulta em respostas 
fisiológicas bastante variadas nos diversos organismos, como o desaparecimento da cauda 
em girinos e a utilização de determinados tipos de “açúcares” (carboidratos) em bactérias. 
Acerca desse assunto, assinale a opção correta.
a) Metilações podem ocorrer tanto no DNA quanto em histonas, promovidas pela ação de 
uma mesma enzima. Em ambos os casos, o resultado é a diminuição da transcrição do gene 
localizado naquela parte do DNA.
b) A acetilação e a desacetilação de histonas são processos que influenciam no controle da 
expressão gênica. A acetilação, em geral, promove a transcrição de genes e desacetilação a inibe.
c) O sistema operon trp (triptofano) pode ser ativado em humanos por uma dieta rica em 
triptofano, como, por exemplo, o consumo da carne de peru.
d) Em bactérias, um exemplo de controle da expressão gênica é o exercido pelo operon lac, 
que é ativado quando a lactose presente no meio induz a ligação de um coativador à região 
promotora do gene da lactase.
e) A associação do DNA com proteínas chamadas histonas não exerce papel regulatório 
sobre a transcrição de genes em eucariotos, mas sim, na manutenção da integridade do 
material genético.
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A metilação ocorre apenas nas moléculas de DNA. O sistema operon triptofano só existe em 
procariotos. Na presença de lactose, parte da lactose é convertida em alolactose, que se liga e 
inibe a atividade do repressor lac. O complexo lac repressor-alolactose não consegue se ligar à 
região operadora do operon, liberando a RNA polimerase e causando o início da transcrição. As 
proteínas histonas também exercem papel regulatório da expressão gênica, tornando os genes 
mais ou menos acessíveis à ação da RNA-polimerase.
Letra a.
004. (FGV/2010) A respeito da regulação da expressão gênica em eucariotos, é correto 
afirmar que:
a) a estrutura da cromatina não tem papel na regulação gênica.
b) é realizada somente pela ativação do promotor.
c) nunca é realizada pela repressão do promotor.
d) o processamento de um mesmo pré-mRNA pode levar à produção de proteínas diferentes.
e) é restrito ao processo de transcrição.
A estrutura da cromatina tem papel fundamental no controle da expressão gênica, conforme 
esteja mais ou menos condensada. O controle é feito tanto pela ativação como pela repressão 
do promotor. Existem controles de expressão gênica pós-transcricionais, como processamen-
to do RNA, tais como splicing, aquisição de revestimento e adição da cauda poli-A; tradução e 
tempo de vida do RNA mensageiro (RNAm) no citosol; e modificações proteicas. Alguns genes 
podem sofrer splicing alternativo, levando à produção de diferentes moléculas maduras de 
RNAm a partir do mesmo transcrito inicial (pré mRNA).
Letra d.
005. (FGV/2010) Os elementos controladores da expressão gênica denominados enhancers 
ou acentuadores são:
a) sequências de RNA, às quais se ligam proteínas denominadas fatores de transcrição 
formando um complexo que interage com o promotor.
b) sequências do DNA, às quais se ligam proteínas denominadas fatores de transcrição 
formando um complexo que interage com o promotor.
c) sequências do DNA independentes de fatores de transcrição que interagem com o promotor.
d) sequências de RNA independentes de fatores de transcrição que interagem com o promotor.
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Os enhancers são sequências de DNA que modulam a expressão de genes na célula, favorecendo 
a produção das proteínas por eles especificadas. Eles podem estimular ou potencializar a 
transcrição de genes mesmo estando localizados