Expressão Gênica

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UMA VISÃO GERAL DAS CÉLULAS
Origem e evolução das células :: 
As células são divididas em 2 tipos principais: 
Procarióticas (bactérias) não apresentam envelope nuclear, geralmente são menores e mais simples, seus genomas são mais simples, não possuem núcleo e não apresentam organelas citoplasmáticas ou citoesqueleto.
Eucarióticas que possuem um núcleo, no qual o material genético está separado do citoplasma.
Todas as células atuais descendem de um ancestral primordial comum.
QUADRO PAGINA 4 ^^
A primeira célula ::
	Supõe-se que, quando a vida se originou, a atmosfera da Terra tivesse pouco ou nenhum oxigênio livre e, em vez disso, consistisse principalmente em CO2 e N2 e quantidades menores de gases como H2, H2S e CO. Tal atmosfera fornece condições redutoras nas quais moléculas orgânicas, dada uma fonte de energia como a luz solar ou descargas elétricas, podem ser formadas espontaneamente. A formação espontânea de moléculas orgânicas foi demonstrada através de um experimento de Stanley Miller que mostrou que a descarga de faíscas elétricas em uma mistura de H2, CH4 e NH3, na presença de água, levava à formação de uma grande variedade de moléculas orgânicas, inclusive vários aminoácidos.
	A próxima etapa na evolução foi a formação de macromoléculas. Sob as prováveis condições pré-bióticas, os blocos monoméricos formam, por polimerização espontânea, as macromoléculas. A característica essencial da macromolécula a partir da qual a vida evoluiu deve ter sido a capacidade de auto-replicação. Somente uma macromolécula capaz de controlar a síntese de novas cópias de si própria poderia ser capaz de reprodução e posterior evolução.
	Somente a macromolécula de ácidos nucléicos são capazes de controlar sua auto-replicação, eles podem servir de molde para sua prórpia auto replicação. Eles podem servir de molde para sua própria síntese como resultado do pareamento específico de bases entre nucleotídeos complementares. A etapa fundamental para o entendimento da evolução molecular foi descobrir que o o RNA é capaz de catalisar várias reações químicas incluindo a polimerização de nucleotídeos,e após estudos mais avançados ampliaram as atividade catalíticas do RNA incluindo a descrição de moléculas de RNA que controlam a síntese de uma nova fita de RNA a partir de um RNA-molde. 
	O RNA é assim tanto capaz de servir como molde quanto capaz de catalisar sua própia replicação. Em geral é aceuto que o RNA tenha sido o sistema genético inicial, e supõe-se que a fase inicial da evolução química tenha sido baseada nas moléculas de RNA auto-replicativas – um período da evolução conhecido como mundo de RNA. Então, interações ordenadas entre RNA e aminoácidos evoluíram para o código genético atual, e o DNA finalmente substituiu o RNA como material genético.
 	A primeira célula originou-se da inclusão de RNAs auto-replicativos em uma membrana composta por fosfolipídeos. A característica-chave dos fosfolipídeos que formam as membranas é que eles são moléculas anfipáticas, ou seja um porção da molécula é solúvel em água é insolúvel.Quando colocados na água os fosfolipídeos se agregam espontaneamente em uma bicamada, esta forma uma barreira estável separando o interior de uma célula do meio externo.
	A inclusão do RNA auto-replicativo e de moléculas associadas em uma membrana de fosfolipídeos poderia tê-los mantido como uma unidade capaz de auto-replicação e posterior evolução.A síntese de proteína controlada por RNA já poderia ter sido desenvolvida neste tempo, no qual a primeira célula poderia ser constituída de um RNA auto-replicativo e das proteínas por ele codificadas.
A evolução do metabolismo ::
	Em razão de as células terem originado-se em um mar de moléculas orgânicas, elas eram capazes de obter alimento e energia diretamente do ambiente. Essa situação é autolimitante, e por isso as células precisam desenvolver sues próprios mecanismos para geração de energia e síntese de moléculas necessárias para sua replicação. 
	Presume-se que o mecanismo usado pelas células para a geraçã de ATP evoluiu em três etapas, correspondentes á evolução da glicólise, fotossíntese e metabolismo oxidativo. O desenvolvimento dessa vias metabólicas mudou a atmosfera da Terra, dessa forma alterando o futuro curso da evolução.
	Na atmosfera anaeróbica da Terra primitiva as primeiras reações de geração de energia envolviam a quebra de moléculas orgânicas na ausência de oxigênio. Essas reações eram provavelmente reações semelhantes à glicólise atual. A glicólise forneceu o mecanismo pelo qual a energia de moléculas orgânicas pré-formadas poderia ser convertida em ATP, o qual podia então ser usado como fonte de energia para direcionar outras reações metabólicas.
	A seguinte etapa teria sido o desenvolvimento da fotossíntese, que permitiu às células captar energia da luz solar e forneceu a independência da utilização de moléculas orgânicas pré-formadas. A primeira bactéria fotossintética provavelmente utilzava H2S para converter em CO2 em moléculas orgânicas. O uso de H2O como doador de elétrons e hidrogênio para a conversão de CO2 em componentes orgânicos evoluiu mais tarde e teve a importante consequência de mudar a atmosfera da Terra. O uso de H2O nas reações de fotossíntese origina como produto secundário o O2 livre; esse mecanismo foi o responsável por tornar o O2 abundante na atmosfera terrestre.
	A liberação de O2 mudou o ambiente no qual as células estavam em desenvoilvimento e presume-se que tenha levado ao desenvolvimento do metabolismo oxidativo. O O2 é uma molécula altamente reativa, e o metabolismo oxidativo, usando esta reatividade, forneceu um mecanismo para a geração de energia a partir de moléculas orgânicas que é muito mais eficiente que a glicólise anaeróbica. A hidrólise completa da glicose rende energia equivalente a 36-38 ATPs em contraste as 2 formadas pela glicose anaeróbica.
PROCARIOTOS ATUAIS E CÉLUAS EUCARIÓTICAS
Procariotos atuais ::
	Os procariotos atuais são divididos em 2 grupos : arqueobactérias e eubactérias – que divergem precocemente na evolução. Algumas arqueobactérias vivem em ambientes extremos. As eubactérias incluem as formas comuns de bactérias atuais – um grande grupo de organismos que vive em uma ampla variedade de ambientes, incluindo solo, água e outrso organismos.
	Muitas células bacterianas são esféricas, em forma de bastonete ou espirais. O conteúdo de DNA varia entre 0.6 milhão e 5 milhões de pares de bases. As cianobactérias são os maiores complexos procariotos, bactéroas que se desenvolveram a fotossíntese.
	A estrutura de uma célula procariótica típica é ilustrada pela Escherichia coli, uma bactéria comum. A E. coli é um bastonete, é circundada por uma parede celular rígida composta por polissacarídeos e peptídeos. Dentro da parede celular está a membrana plasmática, que é uma bicamada fosfolipídica com proteínas associadas. A parede celular é porosa e facilmente penetrada por uma variedade de moléculas, a membrana plasmática fornece a separação funcional entre o interior da célula e o ambiente externo. O DNA da E. coli é uma molécula circular única no nucleóide, o qua, em contraste com o núcleo dos eucariotos, não é circundado por uma membrana que o separa do citoplasma. O citoplasma contém aproximadamente 30.000 ribossomos que contribuem para sua aparência granular.
 
Células eucarióticas ::
	Todas as células eucarióticas são circundadas pela membrana plasmática e contêm ribossomos. Células eucarióticas são muito complexas e apresentam um núcleo, organelas citoplasmáticas e um citoesqueleto. A maior organela das células eucarióticas é o núcleo. O núcleo possui a informação genética da célula, que nos eucariotos é organizada como uma molécula de DNA linear, ao invés de circular. O núcleo é o local de replicação do DNA e da síntese do RNA; a tradução do RNA em proteínas ocorre em ribossomos no citoplasma. 
	Células eucarióticas apresentam no citoplasma uma variedade de organelas circundadas por membranas. Essa organelas formam compartimentos nos quais se localizam as diferentes atividadesmetsbólicas. Em geral as células eucarióticas são muito maiores que as procarióticas. A compartimentalização causada pelas organelas citoplasmáticas é que permite o funcionamento eficiente das células eucarióticas. Duas dessas organelas, as mitocôndrias e os cloroplastos, exercem papel fundamental no metabolismo energético. As mitocôndrias que são encontrados em quase todas as células eucarióticas, são os locais do metabolismo oxidativo e são responsáveis pela geração de ATP derivado da quebra de moléculas orgânicas. O scloroplastos são os locais da fotossíntese e são encontrados somente nas células vegetais.
	Os lisossomos e os peroxissomos fornecem compartimentos metabólicos especializados para a digestão de macromoléculas e a estocagem de produtos de excreção e nutrientes. O retículo endoplasmático e o complexo de Golgi, são dedicadas especificamente para a organização e o transporte de proteínas destinadas à secreção, à incorporação à membrana plasmática e à incorporação aos lisossomos. O retículo endoplasmático funciona não somente no processamento e transporte de proteínas, mas também na síntese de lipídeos. As proteínas são transportadas em pequenas vesículas a partir do retículo endoplasmático para o complexo de Golgi, onde são processadas e organizadas para o transporte ao destino final. O complexo de Golgi serve como local da síntese de alguns polissacarídeos que formam a parede celular.
	As células eucarióticas têm outro nível de organização interna: o citoesqueleto uma rede de filamentos protéicos que se estende por todo o citoplasma. Ele fornece a estrutura da célula, determinando o formato celular e gerando a organização do citoplasma. Além disso, o citoesqueleto é responsável pelos movimentos da célula inteira, pelo transporte intracelular e pelo posicionamento das organelas e outras estruturas, incluindo o movimento dos cromossomos durante a divisão celular. 
	Estudos das sequências de DNA indicam que as arqueobactérias e eubactérias são tão diferentes entre si quanto dos eucariotos atuais.Portanto, um evento muito precoce na evolução parece ter sido a divergência dos 3 grupos de descendentes a partir de um ancestral comum, originando as atuias arqueobactérias, as eubactérias e os eucariotos.
	Uma etapa crítica na evolução das células eucarióticas foi a aquisição das organelas subcelulares circundadas por membranas, permitindo o desenvolvimento das características complexas dessas células. Supõe-se que estas organelas foram adquiridas como o resultado de uma associação de células procarióticas com eucariotos ancestrais.
	A hipótese de que células eucarióticas evoluíram a partir de uma associação de simbiose com procariotos – endossimbiose – é bem sustentada pelos estudos de mitocôndrias e cloroplastos, os quais supõe-se terem evoluído a partir de bactérias que viviam em células maiores. Ambos mitocôndrias e cloroplastos, são similares às bactérias em tamanho, e como bactérias, reproduzem-se por divisão binária. E o mais importante é que AMBOS possuem seu próprio DNA. Os DNAs de mitocôndrias e cloroplastos são repicados cada vez que a organela se divide, e os genes que eles codificam são transcritos dentro da organela e traduzidos no ribossomo da organela. A mitocôndria e o cloroplasto contêm seus próprios sistemas genéticos, que são diferentes do usado no genoma nuclear da célula. Além disso o ribossomo e o RNA ribossomal dessas organelas são mais proximamente relacionados com os de bactérias do que com os codificados pelo genoma nuclear dos eucariotos.
	Supõe-se que através da endossimbiose a mitocondria evoluiu de bactérias aeróbicas e o cloroplasto, de bactérias fotossintéticas, como cianobactérias. A aquisição de bactérias aeróbicas poderia ter fornecido a uma célula anaeróbica a capacidade de realizar reações de metabolismo oxidativo. A aquisição de bactérias fotossintéticas poderia ter fornecido a independência nutricional proporcionada pela habilidade de efetuar a fotossíntese. Ao longo do tempo, a maioria dios genes originalmentew presentes nas bactérias foi, aparentemente, incorporada no genoma nuclear da célula, e somente poucos componentes da mitocôndria e do cloroplasto ainda sçao codificados pelos genomas das organelas.
O desenvolvimento dos organismos multicelulares ::
	Os organismos multicelulares evoluíram a partir de eucariotos unicelulares. Alguns eucariotos unicelulares formam agregados multicelulares que parecem representar uma transição evolutiva entre células individuais e organismos multicelulares. O aumento da especialização celular direcionou a transição de agregados coloniais para verdadeiros organismos multicelulares. A contínua especialização celular e a divisão de tarefas entre as cálulas que compõem as plantas e os animais atuais, incluindo os seres humanos.
A ORGANIZAÇÃO DOS GENOMAS CELULARES
A complexidade dos Genomas de eucariotos ::
	Os genomas da maioria dos eucariotos são maiores e mais complexos do que os genomas dos procariotos. É esperado mesmo que se encontre um maior número de genes em organismos mais complexos. Entretanto, o tamanho de muitos eucariotos não parece estar relacionado à complexidade genética. Por exemplo a quantidade de DNA no lírio é mais de 10 vezes maior do que no genoma humano, ainda que o lírio não seja 10 vezes mais complexo que o organismo humano.
	Este paradoxo foi resolvido pela descoberta de que o genoma da maioria das células eucarióticas contém não somente genes funcionais, mas também uma grande quantidade de sequências que não codificam proteínas. Portanto, grande parte da complexidade dos genomas eucariotos é devida à abundância dos vários tipos de sequencias não-codificadoras, as quais são responsáveis pela maioria do DNA das células dos eucariotos superiores.
Íntrons e éxons ::
	Um gene pode ser definido como um segmento de DNA que é expresso para produzir um produto funcional, o qual pode ser um RNA ou um polipeptídeo. Parte do DNA não-codificador dos eucariotos é responsável pelas longas sequencias de DNA que se situam entre genes (sequências espaçadoras). Grandes quantidades de DNA não-codificador também são encontradas dentro da maioria dos genes eucarióticos. Tais genes têm a estrutura dividida, nas quais segmentos se sequencia codificadora (denominadas éxons) são separados por sequencias não-codificadoras (íntrons). O gene inteiro é transcrito para produzir uma longa molécula de RNA e os íntrons são, então, removidos pelo splicing, de modo que somente os éxons são incluídos no mRNA. Apesar da maioria dos íntrons não terem função conhecida, eles são responsáveis por uma fração substancial do DNA nos genomas dos eucariotos superiores.
	Experimentos revelaram que os mRNAs do adenovírus não hibridizavam somente com uma única região do DNA viral. Em vez disso, uma única molécula de mRNA hibridizava com várias regiões separadas do genoma viral. Portanto, o mRNA do adenovírus não corresponde a um transcrito ininterrupto de DNA-molde; mais exatamente, o mRNA é formado de vários blocos distintos de sequencias que se originam de diferentes partes do DNA viral. Subsequentemente, demonstrou-se que isso ocorria divido ao splicing do RNA.
	Logo após a descoberta dos íntrons em adenovírus, foram feitas observações similares em genes clonados de células eucarióticas. A análise por microscopia de híbridos RNA-DNA e o posterior sequenciamento dos nucleotideos dos clones genômicos de DNAs e cDNAs indicaram que a região codificadora do gene de β-globina do camundongo era interrompida por dois íntrons, os quais eram removidos do mRNA por splicing. A estrututa íntron-éxon de diversos genes eucarióticos é bastante complicada, e a quantidade de DNA nas sequencias dos íntrons é, geralmente, maior do que a dos éxons.
	Mais de 90% do gene humano é composto por íntrons.Os íntrons estão presentes na maioria dos genes de eucariotos complexos, embora eles não sejam universais., Os íntrons não são encontrados na maioria dos genes de eucariotos inferiores, tais como as leveduras. Os íntrons estão presentes em uns poucos genes deprocariotos. Portanto, a presença ou a usência de íntrons não é uma distinção absoluta entre genes procarióticos e eucarióticos, embora os íntrons sejam muito mais predominantes em eucariotos superiores, onde são responsáveis por uma parte substancial do DNA genômico total.
	A maioria dos íntrons não especifica a síntese de um produto celular, embora se tenha constatado que alguns poucos codificam RNAs funcionais ou proteínas. Os íntrons desempenham um papel importante no controle da expressão gênica. A presença dos íntrons permite que os éxons de um gene sejam reunidos em combinações diferentes, resultando na síntese de proteínas diferentes a partir de um mesmo gene. Esse processo, chamado de splicing alternativo ocorre frequentemente nos genes de eucariotos complexos.
	Os íntrons também desempenham um papel importante na evolução, facilitando a recombinação entre as regiões codificadoras de proteínas(éxons) de diferentes genes – um processo conhecido como embaralhamento de éxons. Os éxons frequentemente codifcam domínios protéicos com funções diferentes, de modo que a recombinação entre íntrons de diferentes genes resultaria em novos genes com novas combinações de sequencias codificadoras de proteínas. Os estudos de sequenciamento de DNA demonstraram que alguns genes são quimeras de éxons derivados de vários outros genes, fornecendo evidência direta de que novos genes podem ser formados mediante recombinação entre sequencias de íntrons.
	Quanto sua origem evolutiva, uma possibilidade é que íntrons estivessem presentes na evolução, antes da divergência entre as células procarióticas e eucarióticas. Os íntrons desempenharam um importante papel na reunião inicial das sequências codificadoras de proteínas nas células ancestrais das células atuais. Subsequentemente, os íntrons foram perdidos pela maioria dos genes dos procariotos inferiores, em resposta à seleção evolutiva para uma replicação rápida, a qual levou a uma economia no genoma destes organismos. Entretanto, uma vez que a divisão rápida não é vantajosa para os eucariotos superiores, os íntrons são mantidos em seus genomas. De maneira alternativa, os íntrons podem ter surgido em um estágio posterior da evolução, como resultado da inserção de sequências de DNA dentro dos genes, os quais já estavam formados como sequências contínuas codificadoras de proteínas.
Sequências de DNA repetitivas ::
	Os íntrons contribuem substancialmente para o amplo tamanho dos genomas eucarióticos superiores. Nos humanos os íntros são 25% do DNA genômico total. Contudo, uma parcela ainda maior dos genomas eucarióticos complexos consiste em sequências repetitivas de DNA não codificador. As fitas desnaturadas de DNA hibridizam uma à outra(reassociam), reestruturando as moléculas com fitas duplas. Uma vez que a reassociação é uma reação bimolecular, a taxa de reassociação depende da concentração das fitas de DNA. Quando fragmentos de DNA de E. coli eram desnaturados e a hibridização era propiciada, a taxa de reassociação era a mesma para todo o DNA, conforme era esperado, considerando que cada sequência de DNA estivesse representada uma única vez por genoma.A reassociação dos fragmentos de DNA, extraídos de células de mamíferos, mostrou um padrão muito diferente. 50% do DNA dos mamíferos são compostos por sequências altamente repetitivas. Uma classe( denominada repetições de sequencias simples) consiste em arranjos em série de até milhares de cópias de sequências curtas.
	DNAs satélites, essas sequencias são repetidas milhões de vezes no genoma, sendo responsáveis por aproximadamente 10% da quantidade de DNA na maioria dos eucariotos superiores. As sequencias simples de DNA não são transcritas e não carregam informação genética funcional. Entretanto, algumas podem desempenhar papéis importantes na estrutura cromossômica.
	Outras sequências de DNA repetitivas estão espalahadas no DNA genômico, em vez de estarem agrupadas em repetições em série. As 2 classes mais prevalentes dessas sequências são chamadas de SINEs( elementos dispersos curtos) e LINEs (elementos dispersos longos). Os SINEs são trasncritos no RNA mas não codificam proteínas e sua função é desconhecida. Os LINEs são transcritos e pelo menos alguns codificam proteínas, porém, da mesma forma que os SINEs, não têm função conhecida na fisiologia celular.
	Os SINEs e os LINEs são retrotransportadores, significando que sua transposição é mediada por transcrição reversa. Uma cópia de RNA de um SINE ou de um LINE é convertida em DNA pela transcriptase reversa, no interior da célula, e a nova cópia de DNA é integrada a um novo sítio do genoma.
	Uma outra classe de sequencias repetitivas dispersas que se assemelham ao retrovírus são chamadas de Elementos semelhantes a retrovírus, também se move ao longo do genoma por transcrição reversa. Em contraste uma outra classe de elementos repetitivos dispersos( transposons de DNA) move-se por todo o genoma por ser copiada e reinserida como seuquências de DNA, em vez de mover-se por transcrição reversa.
	Assim quase a metade do genoma humano se constitui de elementos repetitivos dispersos que se replicam e moveram ao longo do genoma por meio de intermediários de RNA ou DNA. Algumas dessas sequencias podem auxiliar na regulação da expressão gênica, mas em sua maioria não parecem fazer uma contribuição útil para a célula.Estes teriam sido escolhidos por sua capacidade de replicar-se dentro do genoma e não por oferecer uma vantagem seletiva ao seu hospedeiro. No entanto, em alguns casos, os elementos transponíveis desempenharam papéis evolutivos importantes, por estimularem os rearranjos gênicos e contribuírem para a geração de diversidade genética.
EXPRESSÃO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA
Transcrição em procariotos ::
	O mRNA foi descoberto inicialmente em E. coli que foi também o primeiro organismo do qual foi purificada e estudada a RNA polimerase.
A RNA polimerase e a transcrição ::
	A principal enzima responsável pela síntese do RNA é a RNA polimerase, que catalisa a polimerização de ribonucleosídeos(NTPs), direcionada por um molde de DNA. A RNA polimerase catalisa o crescimento de cadeias de RNA sempre na direção 5’ para 3’. A RNA polimerase não reuqer a presença de um primer pré formado para iniciar a síntese do RNA. A transcrição é iniciada de novo em locais específicos localizados no começo dos genes. O processo de iniciação é particularmente importante porque representa um passo essencial no qual a transcrição é regulada. 
	A RNA polimerase é uma enzima complexa composta de múltiplas cadeias polipeptídicas. A enzima bacteriana completa consiste em 5 tipos de subunidades, chamados de α, β, β’ e σ. A subunidade σ está ligada fracamente e pode ser separada das outras subunidades gerando um núcleo que consiste em duas subunidades α, uma β, uma β’ e uma ω. A subunidade σ é a responsável pela identificação dos sítios corretos de iniciação da transcrição.
	A sequência de DNA na qual a RNA polimerase se liga para iniciar a transacrição de um gene é chamada de promotor. A região anterior ao sítio de iniciação da transcrição continha dois grupos de sequencias que eram similares em diversos genes. Essas sequências comuns compreendem seia nucleotídeos cada e estão localizadas a aproximadamente 10 e 35 nucleotídeos antes do local do início da transcrição. Estas regiões são chamadas de -10 e -35, denotando sua posição relativa ao ponto de iniciação da transcrição, o qual é definido como a posição + 1. A subunidade σ liga-se especificamente a sequências presentes tanto na região promotora -35 quanto na região -10. Na uasência de σ, a RNA polimerase liga-se inespecificamente e como baixa afinidade ao DNA.O papel de σ é o de direcionar a polimerase aos promotores pela ligação específica às sequências de -35 e -10, levando à iniciação da transcrição no começo do gene. A ligação inicial entre a polimerase e o promotor é referida como complexo promotor fechado, uma vez que o DNA não está desenrolado. A polimerase desenrola 14 bases de DNA de -12 a +2, para formar o complexo promotoraberto, no qual DNA de fita simples está disponível como molde para transcrição. Apoós a adição dos 10 primeiros nucleotídeos, aproximadamente, σ é liberado da polimerase, a qual deixa o promotor e se move ao longo do molde de DNA para continuar o alongamento da cadeia nascente de RNA.
	Durante o alongamento, a polimerase permanece associada com o seu molde enquanto continua a síntese de mRNAs. À medida que se move, a polimerase desenrola o DNA-molde à sua frente e o enrola novamente após sua passagem, mantendo uma região desenrolada de aproximadamente 15 pares de bases na região da transcrição. As subunidades β e β’ formam uma estrutura parecida com a garra de um caranguejo que segura o molde de DNA. Um canal inteiro entre as subunidades β e β’ acomoda aproximadamente 20 pares de base de DNA e contém o sítio ativo da polimerase.
	A síntese do RNA prossegue até que a polimerase encontre um sinal de terminação, ponto no qual a transcrição pára, o RNA é liberado da polimerase e a enzima se dissocia do molde de DNA. O tipo mais simples e comum de sinal de terminação consiste em uma região repetida e invertida, simétrica, rica em GC, seguidad e quatro ou mais resíduos de A. A transcrição dessa região resulta na formação de um segmento de RNA capaz de formar uma estrutura estável semelhante a um grampo. A formação de tal estrutura autocomplementar no RNA rompe sua associação com o molde de DNA e termina com a transcrição. Uma vez que as pontes de hidrogênio entre A e U são mais fracas que aquelas entre G e C, a presença de resíduos de A após as sequencias repetidas e invertidas parece facilitar a dissociação do RNA do seu molde.
Os repressores e o controle negativo da transcrição ::
	Estudos das enzimas envolvidas no metabolismo da lactose, a qual pode ser usada como uma fonte de carbono e energia por sua clivagem em glicose e galactose. A enzima que catalisa a clivagem da lactose(β-galactosidase) e outras enzimas envolvidas no metabolismo da lactose são expressas somente quando a lactose está disponível para o uso pela bactéria. A lactose induz a síntese de enzimas envolvidas no seu próprio metabolismo da lactose envolve os produtos de dois outros genes intimamente relacionados: a lactose permease, que trasnporta a lactose para dentro da célula, e a transacetilase, cuja função seria supostamente a de inativar tiogalactosídeos tóxicos que são transportados pela permease para o interior da célula juntamente com a lactose.
	Um mapeamento genético localizou genes regulatórios mutantes em dois loci distintos, chamdos de o e i,sendo que o estava localizado imediatamente antes do gene para β-galactosidase. Mutações afetando o resultavam em expressão constituitiva, ao passo que mutantes em i eram ou constitutivos ou não sujeitos à indução.
	Estudo levaram à conclusão que o representa uma região do DNA que controla a transição de genes adjacentes, ao passo que o gene i codifica para um fator regulatório(proteína) que pode difundir pela célula e controlar genes em ambos os cromossomos.
Controle negativo do operon lac
	Os genes codificando a β-galactosidase, a permease e a transacetilase são expressos como uma única unidade, chamada de operon. A transcrição do operon é controlada por o (o operador), que está adjacente ao sítio de início da transcrição. O gene i codifica para uma proteína que regula a transcrição por ligação ao operador. O gene i é um repressor, que bloqueia a transcrição quando ligado a o. A adição de lactose leva à indução do operon porque a lactose se liga ao repressor, impedindo que o mesmo se ligue ao sítio operador no DNA. 
	Análises moleculares definiram o operador como sendo correspondente como sendo correspondente a aproximadamente 20 pares de bases de DNA, iniciando a poucas bases do sítio de iniciação da transcrição. A lactose se liga ao repressor, que, então, não mais pode ligar-se ao DNA no sítio operador.
	O principio central da regulação gênica exemplificado pelo operon da lactose é que o controle da trasncrição é mediado pela interação de proteínas regulatórias com sequências específicas do DNA. Sequências regulatórias como o operador são chamadas de elementos de controle com atuação em cis, porque elas afetam somente a expressão de genes fisicamente ligados na mesma molécula de DNA. Por outro lado, proteínas como o repressor são chamadas de genes localizados em outros cromossomos da célula. O operon lac é um exemplo de regulação negativa, uma vez que a ligação do repressor bloqueia a transcrição.
Controle positivo da transcrição ::
	O efeito da glicose na expressão dos genes que codificam as enzimas envolvidas na quebra(catabolismo) de outros açucares, os quais se constituem em fontes alternativas de carbono e energia. Desde que esteja disponível, a glicose é preferncialmente utilizada, e as enzimas envolvidas no catabolismo de fontes alternativas de energia não são expressas. Por exemplo, caso a E. coli seja multiplicada em meio contendo tanto lactose como glicose, o operon lac não é induzido e somente a glicose é usada pela bactéria. Portanto, a glicose reprime o operon lac mesmo na presença de um indutor normal(lactose).
	A repressão pela glicose é mediada por um sistema positivo de controle, o qual está acoplado ao níveis de AMP cíclico (cAMP). Em bactérias , a enzima adenil ciclase, a qual converte ATP em cAMP, é regulada de tal forma que os níveis de cAMP aumentam quando os níveis de glicose diminuem. Então o cAMP se liga a uma proteína regulatória transcricional chamada de proteína ativadora de catabólito. A ligação do cAMP estimula a ligação de CAP à sua sequência-alvo no DNA, que no operon lac está situada a aproximadamente 60 bases antes do sítio de início da transcrição. Então CAP interage com a subunidade α da RNA polimerase, facilitando a ligação da polimerase ao promotor, ativando a transcrição.
Um mecanismo adicional de controle transcrião – A atenuação ::
	Tanto os mecanismos positivos quanto os negativos de controle da transcrição agem na iniciação da transcrição. Um mecanismo adicional, chamado atenuação da transcrição, regula a expressão de alguns genes pelo controle da capacidade da RNA polimerase em continuar o alongamento da cadeia de RNA além de determinados sítios.
	O caso do operon lac de E. coli, o qual codifica para 5 enzimas envolvidas na biossíntese do aminoácido triptofano: trpE, D, C, B e A.
	Estes genes somente são expressos quando o triptofano não está disponível para a célula em seu ambiente, já que se houvesse o suficiente a síntese de triptofano adicional seria desnecessária.
	A expressão dos genes é controlada em dois níveis:
O gene trpR codifica para um repressor que. Na presença de triptofano, liga-se ao operador o e bloqueia a transcrição. 
Além disso, a expressão é mediada por uma sequência atenuadora que termina prematuramente a transcrição quando estão presentes altos níveis de triptofano. Neste caso, o RNA atenuado consiste somente em uma pequena sequência líder.
As RNA polimerases eucarióticas e os fatores gerais de transcrição ::
	Existem duas diferenças entre sistemas de transcrição procarióticos e eucarióticos. Primeiro, enquanto em bactérias todos os genes são transcritos por uma única RNA polimerase, as células eucarióticas contêm múltiplas RNA polimerases diferentes que transcrevem classes distintas de genes. Segundo, em vez de se ligar diretamente às sequências promotoras, as RNA polimerases eucarióticas necessitam interagir com diferentes proteínas para, de maneira específica, iniciar a transcrição. 
As RNA polimerases eucarióticas ::
	As células eucarióticas contém 3 RNA polimerases nucleares distintas, as quais transcrevem diferentes classes de genes.
	Os genes que codificam proteínas são transcritos pela RNA polimeraseII (gerando os mRNAs), enquanto os RNAs ribossomais e os RNAs de transporte, são transcritos pelas RNA polimerases I e III. A RNA polimerase I transcreve 3 das maiores espécies de RNAs: 28S, 18S e 5,8S. A RNA polimerase III transcreve os genes para tRNAs e para a menor subunidade de RNA ribossomal(rRNA5S). Alguns dos pequenos RNAs envolvidos em splicing e transporte de proteínas são também transcritos pela RNA polimerase III, enquanto outros o são pela RNA polimerase II.
	Além disso, RNA polimerases eucarióticas são encontradas em mitocôndrias e cloroplastos, onde transcrevem especificamente DNAs dessas organelas e todas as 3 RNAs polimerases eucarióticas são enzimas complexas, contendo 8 a 14 subunidades cada.
Os fatores gerais de transcrição e a iniciação da transcrição pela RNA polimerase II ::
	Como a polimerase II é a responsável pela síntese do mRNA a partir dos genes que codificam para proteínas. Sua atividade era diferente da RNA polimerase procariótica. A RNA polimerase II é capaz de iniciar a transcrição somente se proteínas adicionais fossem acrescentadas na reação.Tais proteínas representavam fatores de iniciação estritamente necessários, sendo portanto denominados” Fatores de Transcrição”
	Diferentemente do fator de iniciação procariótico, os fatores de transcrição eucarióticos não estão associados a estrutura dapolimerase II.
5 Fatores de transcrição necessários: 
Os promotores de muitos genes transcritos pela polimerase II contém uma sequência TATAA posicionada 25 a 30 nucleotídeos antes do sítio de iniciação da transcrição. Essa sequência (TATA box) lembra a sequência -10 dos promotores procarióticos.
A primera etapa na formação do complexo de transcrição é a ligação de um fator de transcrição chamado TFIID ao TATA box.
O TFIID, por sua vez, é composto por múltiplas subunidades, incluindo a proteína de ligação ao TATA box, que se liga especificamente à sequencia TATAA, e a 10 a 12 outros polipeptídios, chamados associados a TBP.
Então TBP liga-se a um segundo fator de transcrição: TFIIB, formando um complexo TBP-TFIIB no sítio promotor.
TFIIB, por sua vez, serve como ponte para a RNA, polimerase, a qual liga-se ao complexo TBP-TFIIB, em associação com um terceiro fator de transcrição: TFIIF
Após a ligação da RNA polimerase II ao sítio promotor, é necessária a ligação de outros dois fatores adicionais de transcrição: TFIIE e TFIIH. Após essa ligação, a transcrição pode ser iniciada.
Pouco ainda é conhecido sobre o papel específico de cada fator de transcrição. Sabe-se, no entanto, que o fator TFHIIH é composto de várias subunidades e desempenha duas funções: a) duas das subunidades do TFIIH são helicases capazes de desenrolar o DNA junto ao sítio de iniciação e b) outra subunidade de TFIIH é uma proteína quinase, a qual fosforila a RNA polimerase II, liberando-a do sítio de iniciação e permitindo o seu deslizamento sobre o restante da fita de DNA.
Regulação da transcrição em eucariotos ::
	Embora o controle da expressão gênica seja muito mais complexo em eucariotos do que em bactérias, os mesmos princípios básicos são aplicáveis. A transcrição em células eucarióticas é controlada por proteínas que se ligam especificamente a sequencias regulatorias e modulam a atividade da RNA polimerase. O DNA eucariótico em cromatina, que limita sua disponibilidade como um molde para a transcrição.
SÍNTESE, PROCESSAMENTO E REGULAÇÃO PROTÉICA
Tradução do mRNA ::
	Todos os RNAs mensageiros são lidos na direção de 5’ para 3’, e as cadeias polipeptídicas são sintetizadas da extremidade amina para carboxila terminal. Cada aminoácido é especificado por 3 bases (um códon) no mRNA, de acordo com um código genético quase universal. Os mecanismos básicos da síntese são: a tradução é realizada entre o molde de mRNA e os aminoácidos que estão sendo incorporados na proteína. A síntese protéica envolve interações entre 3 tipos de moléculas de RNA (mRNA, tRNA e rRNA) além de várias proteínas que são necessárias para a tradução.
RNAs transportadores ::
	Cada um dos 20 aminos deve ser alinhado com o seu códon correspondente no molde de mRNA. Diferentes RNAs transportadores compartilham estruturas similares. Entretanto, eles também possuem sequências identificadoras únicas que permitem que o aminiácido correto seja ligado e alinhado com o códon apropriado no mRNA.
	Os RNAs transportadores possuem de 70 a 80 nucleotídeos, têm estrutura de um trevo. Todos os RNAs transportadores dobram-se em formas de L compactas, que são provavelmente necessárias para os RNAs transportadores encaixarem-se nos ribossomos durante o processo de tradução.
	Todos os RNAs transportadores têm sequência CCA no seu 3’ terminal e os aminoácidos são covalentemente ligados à ribose da adenosina terminal. O molde de mRNA é, então, reconhecido pela alça onde está o anticódon, localizado na outra extremidade do tRNA dobrado, que se une ao códon apropriado pelo pareamento de bases complementares.
	A incorporação dos aminoácidos corretos nas proteínas depende da ligação de cada aminoácido em um RNA transportador apropriado, bem como da especificidade do pareamento de bases do códon-anticódon. A ligação dos aminoácidos a RNAs transportadores é mediada por um grupo de enzimas chamadas de tRNA aminoacil sintetases. Cada uma dessas enzimas reconhece um único aminoácido, bem como o tRNA correto ao qual o aminoácido deve ser ligado. A reação segue em dois passos: Primeiro, o aminoácido ativado é unido ao 3’ termial do tRNA. As tRNA aminoacil sinteases devem ser enzimas altamente seletivas que reconhecem os aminoácidos individuais e as sequências de bases específicas que identificam os RNAs transportadores aceptores corretos. 
	O reconhecimento do tRNA correto pela tRNA aminoacil sintetase também é altamente seletivo, a sintetase também é altamente seletivo, a sintetase reconhece sequências de nucleotídeos específicas que identificam cada espécie de tRNA.
	Um aminoácido é alinhado ao molde de mRNA pelo pareamento de bases complementares entre o códon do mRNA e o anticódon do tRNA. Dos 64 códons possíveis, três são códons de parada que sinalizam o término da tradução, os outros 61 codificam aminoácidos. A maioria dos aminoácidos é específicada por mais de um códon. Isto resulta da ligação de um aminoácido a mais de uma espécie de tRNA. Alguns RNAs transportadores são capazes de reconhecer mais do que um códon no mRNA. Como resultado de um pareamento de bases atípico entre o anticódon do tRNA e a terceira posição de alguns códons complementares.