8 Regulação da Expressão Gênica

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Regulação da Expressão Gênica
Prof. Eldo Campos
O que é?
Os mecanismos que regulam o processo 
de transcrição do DNA para sintetizar RNA, 
e, posteriormente, a tradução desses para 
gerar proteínas, são conhecidos como a 
regulação da expressão gênica.
Por que é necessária?
Somente uma fração dos genes é expressa na 
célula em um dado momento. 
A quantidade dos produtos gênicos varia. 
A necessidade de alguns produtos gênicos 
muda com o tempo. 
A síntese protéica tem alto custo energético. 
Para a síntese de uma proteína com ~300aa: 
1.350 moléculas de ATP 
1.650 átomos de C 
 540 átomos de N
Regulação da Expressão 
Gênica
• A expressão gênica pode ser regulada, 
teoricamente, em todos os passos desde o DNA 
até a síntese protéica.
Possíveis pontos de controle da expressão 
gênica em eucariotos
Elementos importantes
Genes essenciais – seus produtos são 
necessários em qualquer condição 
Gene com expressão constitutiva – genes 
expressos de forma constante 
Genes com expressão regulada – seus 
produtos aumentam ou diminuem em resposta a 
sinais moleculares 
Genes reprimíveis – seus produtos diminuem em 
resposta a um sinal molecular 
Genes induzíveis – seus produtos aumentam sob 
certas circunstâncias moleculares
A transcrição é mediada e regulada 
por interação DNA-proteína.
Ligação da RNA pol. ao 
promotor
Seqüência consenso para vários promotores de E. 
coli
Sequência consenso 
para genes heat-shock 
em E. coli
Fatores σ alternativos de E. coli
Fator 
associado
Fator 
associado
GeneGene Função e características relevantesFunção e características relevantes
!70!70 rpoDrpoD Reconhecimento de promotores canônicos de expressão regular. 
Reconhecimento de promotores canônicos de 
expressão regular. 
!32!32 rpoHrpoH Reconhecimento de promotores de genes ligados ao choque térmico (heat-shock).
Reconhecimento de promotores de genes 
ligados ao choque térmico (heat-shock).
!28!28 rpoFrpoF Reconhecimento de promotores de genes flagelares e de quimiotaxia.
Reconhecimento de promotores de genes 
flagelares e de quimiotaxia.
!54!54 rpoNrpoN Reconhecimento de promotores de genes ligados ao metabolismo de nitrogênio.
Reconhecimento de promotores de genes 
ligados ao metabolismo de nitrogênio.
!20!20 rpoErpoE Reconhecimento de promotores de genes ligados ao choque térmico (heat-shock) 
extremo.
Reconhecimento de promotores de genes 
ligados ao choque térmico (heat-shock) 
extremo.
Proteínas que regulam a iniciação da 
transcrição através da RNA polimerase
Fatores de especificidade – altera a 
especificidade da RNA pol. pelo promotor 
(fator σ) 
Repressores – impedem o acesso da RNA 
pol. ao promotor 
Ativadores – potencializam a interação 
entre a RNA pol. e o promotor
• A expressão gênica é controlada por proteínas 
reguladoras.
Proteínas 
Reguladoras
Expressão
 
 gênica
Ativadores Expressão positiva
Repressores Expressão Negativa
Regulação da transcrição gênica
Ligação entre proteína e DNA
Proteínas regulatórias geralmente se ligam a 
seqüência específicas do DNA. 
As proteínas regulatórias possuem domínios 
de ligação ao DNA, que incluem um ou mais 
motivos estruturais.
Motivos de ligação ao DNA em 
proteínas regulatórias
Hélice-volta-hélice (helix-turn-helix) 
Em laranja e vermelho
Cinza – repressor lac 
Azul – DNA
Vermelho – Grupos que 
interagem por pontes de H 
La ran ja – Grupos que 
interagem por interação 
hidrofóbica
Motivos de ligação ao DNA em 
proteínas regulatórias
Dedo de zinco (zinc finger)
Três dedos de 
zinco ligados 
ao DNA
Comum em proteínas 
eucarióticas 
Poucos exemplos em 
procariotos.
Mecanismos de controle da 
iniciação da transcrição
Utilização da lactose
Uma bactéria, como E. coli, pode utilizar a 
lactose como fonte de carbono e energia 
para o seu crescimento.
Transportador de lactose
Lactose permease de E. coli
Transportador 
simporte
Utilização da lactose no 
metabolismo
Stryer, p. 
459.
A galactose 1-fosfato é convertida a 
glicose 6-fosfato através de uma série de 
reações.
Detecção da atividade de β-
galactosidase
A adição de lactose a uma cultura de E. coli faz com que a 
produção de β-galactosidase aumente.
Operon da lactose (lac)
Proteínas sintetizadas pelo operon lac: 
1. β-galactosidase (gene z) – enzima que cataliza a hidrólise da lactose em 
galactose e glicose; 
2. galactosídeo permease (gene y) – transporte de lactose através da 
membrana celular da bactéria; 
3. tiogalactosídeo transacetilase (gene a) – parece ter um papel na 
eliminação de compostos que também podem ser transportados pela permease.
 p = promotor 
gene i = codifica o repressor 
 o = operador
Stryer, 5a. ed. p. 893.
Regulação negativa do operon 
lac
Estrutura do repressor lac
Estrutura do repressor lac
Sítio de ligação ao DNA
Repressor lac ligado ao DNA
volta formada no 
DNA
Regulação da Expressão do 
Operon lac
Lactose ausente 
1. Repressor lac ligado ao DNA 
2. Transcrição reprimida
Lactose presente 
1. Alolactose ligada ao repressor lac 
2. Repressor lac desligado do DNA 
3. Transcrição ocorre
Glicose ou Lactose?
CAP (proteína ativadora do catabolismo)
Estrutura da proteína CAP
DNA
Duas subunidadescAMP
PDB 1cgp
PDB 1iw7
RNA 
polimera
se
CAP
DNA
Contato entre o DNA 
e a C A P, f e i t o 
a t ravés de duas 
a r g i n i n a s e u m 
g l u t a m a t o n a 
proteína.
O operon triptofano (trp)
A bactéria E. coli é capaz de sintetizar os 20 
aminoácidos necessários à síntese de 
proteínas. 
Os genes necessários à síntese de um dado 
aminoácido são geralmente agrupados em 
um operon. 
O operon trp de E. coli inclui cinco genes 
para as enzimas necessárias à conversão do 
corismato ao triptofano.
Regulação do operon trp por 
atenuação
A proteína repressora trp
DNA
Dímero 
As cadeias estão 
em azul e cinza
triptofano
Seqüência responsável pelo 
mecanismo de atenuação
Formam uma estrutura em 
grampo por pareamento de 
bases que age como um 
terminador de transcrição
O pareamento de bases NÃO 
permite a formação do 
atenuador e a transcrição 
continua
Peptídeo líder 
Determina se haverá 
pareamento de bases 
entre as regiões 2 e 3 
ou 3 e 4
Atenuação em alta concentração de 
Trp
Transcrição em baixa concentração 
de Trp
Regulação da expressão gênica em 
eucariotos
Remodelamento da cromatina
Região N-terminal
Co-ativador
Ativador
Co-repressor
Repressor
Histonas acetiladas:
Cromatina ativa
Histonas desacetiladas:
Cromatina inativa
Grupo 
Acetil
(Ac)
Lisina
Região N-terminal
Co-ativador
Ativador
Co-repressor
Repressor
Histonas acetiladas:
Cromatina ativa
Histonas desacetiladas:
Cromatina inativa
Grupo 
Acetil
(Ac)
Lisina
Acetilação das histonas pelas histonas transacetilases (HAT) 
Fatores de remodelamento da cromatina (SWI/SNF) estimulam a 
ligação de fatores de transcrição
A acetilação diminui a afinidade 
do nucleossomo pelo DNA e 
impede ou promove a interação 
de proteínas envolvidas na 
regulação.
Um código de histona
Fatores específicos