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Manual de Estudo Dirigido em Biologia Molecular- Prof ª Cristiane Alves da Fonseca do Espírito Santo 
 
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REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA 
 
 Componente crítico na regulação do metabolismo celular e na orquestração e manutenção das 
diferenças estruturais e funcionais que existem nas células em desenvolvimento. 
Dado ao alto custo da síntese de proteínas, a regulação da exp. gênica é essencial p/ a célula 
fazer o melhor uso da energia disponível. 
 
Há pelo menos 7 pontos potenciais onde a quantidade de proteína pode ser regulada: 
 A síntese do transcrito primário do RNA. 
 O processamento pós-transcrição do mRNA. 
 A degradação do mRNA. 
 A síntese proteíca (tradução). 
 Modificações pós-tradução das proteínas. 
 Degradação das proteínas. 
 Endereçamento e transporte das proteínas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*A conc. De uma dada proteína é controlada por mecanismos reguladores em qualquer um ou 
todos esses pontos. 
 
 Principal regulação: iniciação da transcrição (melhor documentada e a mais comum). 
 
*As proteínas podem ser divididas em 2 grandes grupos quanto a sua forma de 
expressão: 
 
1. Proteínas constitutivas são aquelas cuja quantidade na célula não é influenciada por 
mudanças ambientais (nutricionais, temperatura etc.). São sintetizadas constantemente e em 
grandes quantidades. 
 
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*A expressão invariável de um gene é chamada expressão de um gene constitutivo. 
 
2. Proteínas induzidas são aquelas cuja expressão varia de acordo com as condições da 
célula. Os genes que codificam estas proteínas são chamados genes regulados e incluem 
todos aqueles que são sensíveis a mudanças ambientais. 
 
*produtos gênicos onde os níveis celulares aumentam ou diminuem em resposta a sinais 
moleculares  expressão gênica regulada. 
 
Bactérias: controle da exp. gênica serve p/ que a célula se ajuste a uma nova condição 
ambiental. 
 
*Princípios básicos da regulação gênica em procariotos: 
 
1. Esses organismos necessitam ter mecanismos rápidos e eficientes de adaptação a mudanças 
no ambiente. 
2. Produtos gênicos que funcionam em conjunto, normalmente tem regulação da expressão 
semelhante, ou estão organizados em operons. 
3. A transcrição da maioria dos genes esta em um estado “bloqueado”, pela ligação de proteínas 
inibidoras. 
4. A dissociação dessas depende de um indutor, normalmente uma molécula pequena, que 
“sinaliza” a mudança ambienta. 
 
Organização das unidades transcricionais 
 
Operon é uma unidade de expressão gênica, incluindo genes estruturais e elementos que 
controlam sua expressão. É constituído por um grupo de genes ordenados lado a lado que 
codificam enzimas que trabalham numa via metabólica integrada, controlada por um único 
promotor. Um gene regulador ajuda a controlar a transcrição de genes estruturais do operon. É 
composto por 3 elementos principais: 
 
1. Promotor ou região promotora: onde vai haver a ligação da RNA pol. 
 
 
 
 
 
2. Operador: região do DNA em que vai haver a ligação de proteínas regulatórias. O operador 
localiza-se ao lado dos genes estruturais que são por eles controlados. 
3. Genes estruturais: genes da proteína que será expressa. 
 
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*Observem que o operador pode ficar com parte dentro do promotor ou completamente 
inserido no promotor. 
 
 
 
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*Tipos de Regulação: padrões comuns de regulação da iniciação da transcrição. 
 
1- Regulação negativa: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2- Regulação positiva: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-A maioria dos genes procarióticos são regulados em unidades chamadas operons. Exemplos: 
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1- Operon Lac: o metabolismo da lactose na E.coli 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como o operon Lac está organizado? 
 
 
 
 
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O operon lac no estado reprimido. O gene I codifica o represor Lac. Os genes lac Z, Y e A 
codificam a -galactosidade, a galactosídeo permease e a transacetilase, respectivamente. P é o 
promotor para os genes lac e P1 é o promotor para o gene I, O1 é o operador principal para o 
operonlac; O2 e O3 são sítios operadores secundários chamados pseudo-operadores. 
 
Relações entre a seqüência do operador lac e o promotor lac: 
 
 
 
 
 
 
 
 
O operon lac está sujeito a regulação positiva: 
 
 
-Ativação da transcrição do operon lac pela CRP (cAMP receptor protein) ou CAP 
(catabolite gene activator protein): 
 
 
 
 
 
 
 
 
-Sequência do promotor lac comparada com a seqüência consenso do promotor: 
 
 
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Outros fatores, além da lactose, afetam a expressão dos genes lac, como a disponibilidade 
da glicose. 
 
-Observem os efeitos combinados da glicose e da lactose na expressão do operon lac: 
 
-A transcrição ocorre apenas quando as concentrações da glicose forem baixas (de forma que os 
níveis de cAMP sejam altos e a CRP esteja ligada) e as concentrações de lactose forem altas de 
forma que o repressor lac não esteja ligado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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-A CRP e o cAMP estão envolvidos na regulação coordenada de muitos operons, principalmente 
àqueles que codificam enzimas para o metabolismo de outros açúcares secundários, como a 
galactose e a arabinose. 
 
 
Muitos genes para a biossíntese dos aminoácidos são regulados pela atenuação da 
transcrição. 
 
- Os 20 aminoácidos-padrão são requeridos em grandes quantidades para a síntese de proteínas 
e a E. coli pode sintetizar a todos. 
- Os genes das enzimas necessárias para sintetizar um certo aminoácido estão, geralmente, 
agrupadas num operon e são expressados toda vez que o suprimentos do aminoácido sejam 
inadequados para os requerimentos celulares. 
 
2- Operon triptofano: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Este operon é regulado por 2 mecanismos: repressão e por atenuação. 
 
2.1- Regulação por repressão: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.2- Por atenuação:Manual de Estudo Dirigido em Biologia Molecular- Prof ª Cristiane Alves da Fonseca do Espírito Santo 
 
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Regulação da Expressão gênica em eucariotos: 
 
- A iniciação da transcrição também é o ponto de regulação principal. 
 
- As células eucarióticas usam muitos dos mesmos esquemas regulatórios, embora a 
regulação positiva pareça ser mais comum e a transcrição seja acompanhada por grandes 
alterações na estrutura da cromatina. 
 
- Os promotores para RNA polimerase II tipicamente possuem seqüências TATA e Inr, bem 
como sítios de ligação múltiplos para os transativadores de ligação ao DNA. Estes sítios, 
algumas vezes, estão localizados a centenas ou mesmo milhares de pares de bases 
distantes da seqüência TATA (chamados seqüências ativadoras a montante na levedura e 
intensificadores nos eucariotos superiores). 
 
- Grandes complexos de proteínas são geralmente requeridos para regular a atividade 
transcricional. 
 
- Genes eucariotos não se organizam em operons, mas regulação conjunta pode ser obtida 
pela presença de mais sitios reguladores da iniciação de transcrição. 
 
- Acesso as regiões promotoras é restrito pela estrutura da cromatina, e remodelamento da 
cromatina é necessário (hetero e eucromatina) 
 
Remodelação da cromatina: 
 
1. Heterocromatina: tipicamente, 10% da cromatina esta sempre supercondensada, essas 
regiões são transcricionalmente inativas. 
 
2. Eucromatina: cromatina mais “relaxada”, transcricionalmente ativa. 
 
Cromatina é remodelada por acetilação ou movimentação dos nucleossomos 
 
A acetilação das histonas diminui a compactação da cromatina pois diminui a interação do “core 
complex” com o DNA, com isso os sítios promotores e reguladores estão mais acessíveis para a 
ligação dos fatores de transcrição. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Exercícios de Fixação: Regulação da expressão gênica (procariotos) 
 
1- Observe a estrutura do gene abaixo e explique cada um dos elementos descrito na figura. 
 
 
 
2- Quais são os pontos potenciais para a regulação de um gene? 
 
3- Em procariotos existem sistemas constitutivos como é o caso de proteínas como fatores de 
iniciação e alongamento na tradução. Alguns genes estão se expressando continuamente, 
enquanto outros sistemas (indução, repressão) funcionam apenas quando necessários. 
Por que todos os genes não podem se expressar ao mesmo tempo? 
 
4- Diferencie a regulação negativa da positiva. 
 
5- Por que quando um repressor se liga ao operador o gene fica “inativo”? 
 
6- Esquematize o operon lac com todos seus elementos principais. 
 
7- O que ocorre com o operon lac quando a E. coli está crescendo numa solução de meio de 
cultura onde a lactose está alta, a glicose baixa e cAMP elevado? 
 
8- O que ocorre com o operon lac quando a E. coli está crescendo numa solução de meio de 
cultura onde a lactose está baixa, a glicose alta e cAMP baixo? 
 
9- O efeito CRP-cAMP na transcrição do operon lac é um exemplo de regulação positiva ou 
negativa? Por quê? Como esta regulação sofre influência da glicose? 
 
10- Sabemos que um gene nunca fica 100% reprimido, e a expressão ocorre em nível basal. 
Explique o que é “vazamento” da informação genética no contexto do operon lac, por que 
ocorre e para que ele serve. 
 
11- O que o complexo CAP-cAMP determina na interação RNApolimerase - promotor? 
 
12- Se tivermos uma mutação na caixa 1 da seqüência líder do operon triptofano, com a perda 
dos códons para triptofano, o que a acontecerá com a bactéria na ausência completa de 
triptofano? Por que? 
 
13- Descreva como é formado um grampo intermediário (que não é um grampo de terminação) 
no mRNA nascente do operon triptofano, na presença de pequenas quantidades de 
triptofano no citosol bacteriano.