Estudo dirigido : Regulação da expressão gênica em procariotos e eucariotos

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DA BAHIA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DA VIDA
DISCIPLINA: BIOLOGIA MOLECULAR E GENÉTICA HUMANA
DOCENTE: M.Sc. JULIANA CÔRTES 
DISCENTE: TAINÁ CARVALHO DE JESUS
Estudo Dirigido: Regulação da Expressão Gênica em Procariotos e Eucariotos
ASPECTOS GERAIS
1. Defina em poucas palavras qual a função da regulação gênica para os organismos?
 A função da regulação gênica, é decodificar em uma proteína, a informação codificada por um
determinado gene. 
2. Qual a importância da regulação gênica nos processos de diferenciação celular?
 Moléculas de tRNA, rRNA, proteínas ribossomais, RNA polimerase e enzimas que participam de
processos metabólicos essenciais, são essenciais para quase todas as células de qualquer
organismo vivo. Os genes responsáveis pela produção dessas moléculas, são expressos
continuamente, sendo chamados de genes constitutivos. Uma determinada célula ou tipo celular,
possui uma quantidade de genes, bem maiores que o número de proteínas necessárias para o
funcionamento daquela célula. Se ocorresse uma expressão desnecessária de genes , teria um
gasto maior de energia para a produção de proteínas. Sendo assim, é importante a regulação
gênica, modulando os níveis de RNAs a serem produzidos em um determinado momento da vida
de uma célula. Em termos evolutivos, existir um mecanismo de regulação, acabou oferecendo aos
organismos uma vantagem seletiva sobre os organismos que não o possuíam. Por isso que muito
organismos, como bactérias e vírus, possuem mecanismos bem elaborados de regulação e
expressão de seus genes.
3. O que poderia provocar em um organismo, a inexistência dos processos de controle
da expressão dos genes? 
Não teria diferenciação celular. 
REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOS
1. Defina expressão gênica constitutiva. Compare expressão gênica induzida com
repressão gênica. Use o esquema proposto por Jacob e Monod (desenhe ou copie
um exemplo) para o operon da lactose e defina os termos: operon, gene estrutural,
gene regulador, operador, promotor, indutor, repressor e co-repressor. 
Expressão gênica Constitutiva : Certos genes são expressos continuamente na maioria das
células. Tais genes, são responsáveis pela manutenção das funções essenciais de qualquer célula,
como a transcrição, tradução, replicação, dentre outros. A expressão desses genes é chamada de
expressão gênica constitutiva, ou seja, genes que codificam produtos que são exigidos a todo
momento.
Expressão gênica induzida é quando um gene é expresso na presença de uma substância (um
indutor) no ambiente. Esta substância pode controlar a expressão de um ou mais genes envolvidos
no metabolismo daquela substância, enquanto a repressão gênica codifica uma proteína que em
certas circunstâncias se liga a um segundo elemento, o operador.
Esquema para o Operon 
Operon : A unidade total, que consiste nos genes estruturais ligados e as sequências de DNA que
controlam sua transcrição.
Genes estruturais : Os genes que codificam a síntese das três enzimas que processam a lactose
em E. coli,indicando que especificam a estrutura primária (a sequência de aminoácidos) de uma
molécula proteica. Ou seja, genes que podem ser transcritos em mRNA.
Gene regulador : coordena a expressão dos genes estruturais.
Operador : sítio onde se encaixa a proteína repressora, bloqueando a transcrição.
Promotor : segmento do DNA que fornece um local para a RNA polimerase se ligar e iniciar a
transcrição.
 
Indutor : compostos que estimulam a síntese de uma proteína.
Repressor : Molécula proteica que cria um obstáculo entre o promotor e os genes estruturais que
este regula, quando se liga ao operador, bloqueando assim, a transcrição do mRNA.
Co-repressor : Substância que influencia na transcrição dos genes.
2. Numa cultura de E.coli em um meio contendo tanto lactose quanto glicose, qual dos
açúcares é metabolizado preferencialmente? Qual é o mecanismo que permite esta
seletividade? O que acontece quando a glicose se esgota durante o crescimento da
bactéria? 
 O açúcar metabolizado preferencialmente será a glicose.
 Com a presença da glicose, têm-se uma diminuição da transcrição de operons que codificam
para as enzimas que degradam outros açúcares, como por exemplo, a lactose. Através do
mecanismo de repreensão pelo catabólito, mesmo que esteja no meio. O cAMP e a proteína
receptora de cAMP, a CRP, vão mediar este feito. 
 Quando a glicose se esgota durante o crescimento da bactéria, vai ter um aumento dos níveis
intracelulares de cAMP, e da ligação de CRP na região ativa no promotor. Assim, a lactose
presente no meio desloca o repreensor, e a transcrição dos genes do operon lac ocorre.
3. Para o cultivo de E.coli utilizaram-se meios contendo além dos sais necessários, os
componentes:
a) lactose : ocorre a hidrólise da lactose formando glicose e galactose na E. coli. E isso
ocorre pela catalisação através da  - galactosidase. Essa enzima é sintetizada na
presença de lactose, pois esta modifica a afinidade do promotor, assim a ligação dele com
a RNA é mais fácil do que com o DNA, possibilitando a síntese de  - galactosidase. A
produção da  - galactosidase é maior estando nessa condição. 
b) lactose + glicose: A glicose será usada preferencialmente, e somente após acabar
esta, a  - galactosidase será produzida, para que ocorra a hidrólise da lactose, sendo
assim, terá uma menor produção de  - galactosidase do que se estivesse apenas na
presença da lactose. Então, a glicose acaba inibindo o efeito indutor da lactose. 
c) glicose : será usada preferencialmente como fonte de energia pela E. coli. Como não
há lactose, não terá produção de  - galactosidase, pois o complexo não será formado, e
não se ligará à RNA polimerase. 
d) glicose + cAMP : Ocorre a inibição da enzima adenilciclase, na presença de glicose, o
qual têm-se a diminuição da produção de cAMP. Este é um ativador da produção de  -
galactosidase ao se ligar com a proteína CAP, facilitando a ligação do promotor com RNA
polimerase. Mas como há presença de glicose, a E. coli utiliza-a como fonte de energia e
não a lactose, possibilitando a síntese da  - galactosidase. Assim sendo, nessa condição
têm-se uma menor produção da  - galactosidase, sendo maior do que na condição C, pois
há presença de cAMP.
e) lactose + glicose + cAMP : A lactose facilita que o promotor se ligue ao RNA
polimerase pois se complexa com o repressor, aumentando a afinidade do promotor pela
RNA polimerase produzindo a  - galactosidase. Como há presença do cAMP como
ativador da produção de  - galactosidase, a produção dessa enzima aumenta. Só que com
a presença de glicose, a produção de cAMP é inibida fazendo com que a E. coli utilize-a
como fonte de energia. Dessa forma, a maior produção de  - galactosidase é nessa
condição, sendo menor apenas na condição descrita em A, com lactose.
Analise a produção de  - galactosidase em cada caso, justificando a resposta
segundo o modelo de Jacob e Monod.
4. Qual o efeito da deleção do gene regulador do operon lac? Haveria outro tipo de
mutação resultando no mesmo efeito ? 
 Um repressor é codificado pelo gene lac I, sem a lactose, se ligando ao operador, bloqueando a
transcrição dos três genes estruturais. Com a deleção do lac I, não há codificação do repressor,
não terá ligação com o operador e não terá bloqueio da transcrição dos tês genes. 
 Se tivesse uma mutação no operador, impedido-o de se ligar ao repressor, o bloqueio da
transcrição dos três genes estruturais não seria possível.
 
5. Algumas mutações constitutivas conhecidas no operon da lactose ocorrem no
operador(O) ao invés do gene regulador (I). 
(a) Você esperaria que um mutante O- seria dominante ou recessivo em relação ao
aleloselvagem O+.
 Recessivo.
(b) A mutação constitutiva no sítio operador atua em cis ou trans?
 A mutação constitutiva no sítio operador tem ação cis sobre outra mutação.
 QUESTÕES C e D NÃO FORAM RESPONDIDAS.
REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS
1. Compare a expressão gênica em procariotos e eucariotos quanto a: 
a. grau de acoplamento da transcrição e da tradução. 
Procariotos : Não ocorre em lugares distintos na célula, por isso tem alto acoplamento.
Eucariotos : Transcrição acontece no núcleo e no citoplasma ocorre a tradução. Além do
processamento do pré mRNA.
b. número de produtos gênicos em um transcrito primário. 
Procariotos : Há o RNA policistrônico, em que há mais de um produto gênico em um transcrito
primário.
Eucariotos : Não tem mRNA policistrônico, cada transcrito primário possui um produto gênico.
c. número de proteínas resultantes da tradução de um transcrito primário. 
Procariotos : Não tem transcrito primário, mRNA obtido no fim da transcrição, não tendo
processamento transcrito primário para obter o mRNA maduro. Analisando o mRNA policistrônico
tem mais de uma proteína sendo sintetizada a partir desta molécula.
Eucariotos : No transcrito primário o processamento ocorre no splicing alternativo podendo gerar
distintos mRNA maduros em células diferentes que, ao serem traduzidos, darão origem a
diferentes proteínas.
d. proporção de seqüências codificadoras no DNA. 
Procariotos : Tem uma elevada ausência de íntrons.
Eucariotos : Tem grande quantidade de íntrons, por isso sua proporção é baixa.
e. organização de genes em operons.
Procariotos : Está presente como forma de controle transcricional.
Eucariotos : Está ausente com outras formas de controle transcricional.
2. NÃO RESPONDI
3. Cromatina que é ativa transcricionalmente (eucromatina) tem estrutura dispersa,
enquanto cromatina que é inativa (heterocromatina) é compacta. Quando núcleos de
células de galinha produzindo globina foram tratados brevemente com DNase
pancreática, os genes de globina de adultos foram seletivamente destruídos, mas os
genes para globina embrionica e ovalbumina permaneceram intactos. Quando os
núcleos de células de oviduto foram tratadas com DNase, os genes de ovalbumina
foram destruídos. Explique estes resultados. 
 O gene em que há a produção de globina em adultos está na forma eucromatina por alto índice
de expressão, enquanto a globina embriônica e ovalbumina codificadas pelos genes estão na
forma de heterocromatina, e não são expressos, isso na galinha adulta. Dessa forma, ao serem
tratados com Dnase, ela vai agir no DNA mais acessível, na forma de eucromatina, e o DNA na
forma de heterocromatina está compactado com histonas, o qual diminui o acesso da DNase. 
 Já as células do oviduto precisam da expressão do gene de ovalbumina, que está na forma de
eucromatina, fazendo com que ocorra a ação da DNase.
4. Caseína é a proteína mais abundante do leite. É produzida em células epiteliais do
tecido mamário em resposta a hormônios, incluindo o hormônio polipeptídico
prolactina. Tecido mamário em cultura incubado na ausência de prolactina contém
cerca de 300 moléculas de mRNA de caseína por célula, enquanto células incubadas
na presença de prolactina contém cerca de 30.000 moléculas de mRNA de caseína.
No entanto o núcleo de células de tecido mamário em cultura sintetiza somente
cerca de 3 vezes mais mRNA de caseína na presença de prolactina. Proponha uma
explicação para estes resultados? 
 Percebe-se que existe uma diferença na produção de caseína através do mRNA, em uma cultura
direta de células e uma cultura tecidual. Possivelmente, os resultados obtidos podem ser por causa
dos processos de tradução de sinal para o núcleo e o limite da maquinaria de transcrição do DNA,
além da inibição da degradação do mRNA. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] SHAUREN, J. S. Princípios básicos de Genética molecular 2 : Regulação da expressão gênica.
Disponível em : <http://www.cig.ufpr.br/cig_2014/pdf/Auloes/AU10_CIGEPG2014_Regulacao.pdf>.
Acesso em : 19 de Setembro de 2016.
[2] FUMIÃ, H. F. Um modelo para regulação gênica e a diferenciação celular nos estágios iniciais
da embriogênese. 2010. 69 f. Tese (Pós-graduação física aplicada) Universidade Federal de
Viçosa. Minas Gerais. 2010.
[3] RIBEIRO, M. C. M. Genética Molecular. Florianópolis : BIOLOGIA/EAD/UFSC, 2008. 
[4] VILLELA, C. G. Genética Molecular Básica – Módulo III avançado. Rio de Janeiro : – Fundação
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[5] SANTO, E. V. W. Regulação da expressão gênica em procariotos. 49 slides, color. 
[6] Expressão gênica e diferenciação celular – Unidade 05. Rio de Janeiro. 
[7] Regulação da expressão gênica. 26 slides, color.
[8] SADAVA, D. et al. Vida : A ciência da biologia. 8. ed. – Dados eletrônicos. – Porto Alegre :
Artmed, 2009
[9] ALBERTS, B. et al. Fundamentos da biologia celular. 3. ed. - Porto Alegre : Artmed, 2011.
[10] Regulação da expressão gênica em procariotos. Disponível em : <
http://www.biomedicinaemacao.com.br/2015/02/regulacao-da-expressao-genica-em.html>. Acesso
em : 19 de Setembro de 2016.
[11] SANTOS, D. Operon. Disponível em :
<https://djalmasantos.wordpress.com/2011/03/12/operon/>. . Acesso em 19 de Setembro de 2016.
[12] O controle da expressão gênica. Disponível em :
<https://www.ufpe.br/biolmol/aula4_controle.htm> . Acesso em : 19 de Setembro de 2016.