11 regulação gênica

Prévia do material em texto

REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como uma única célula pode dar origem a tipos celulares tão distintos?
Hipótese 1: durante a diferenciação, apenas os genes que codificam as proteínas que serão expressas naquele tipo celular são mantidas.
Hipótese 2: todos os genes são mantidos, mas somente as proteínas especificas ao tipo celular são expressos.
Em 1965, Geoge Morel estava tentando obter orquideas libres de virus, e descobriu que pedaços de aoenas 1 minuto do caule poderiam produzir plantas inteiras.
No embrião, todas as celulas são indiferenciadas e pluripotentes.
Em animais, a maioria das celulas adultas (diferenciadas) perderam sua capacidade totipotente, entretando, restaram algumas células indiferenciadas, que ainda mantem essa caracteristica de “pluripotencia”, as celulas-tronco.
Todas as celulas de um organismo contêm o mesmo conteúdo genético. O que muda entre as celulas distintas, ou entre condições fisiológicas distintas, são os genes que são expressos, ou seja, o complemento de proteinas que cada célula produz.
A expressão de gene/proteínas é controlada em 2 niveis:
Temporal quando um determinado gene/proteína só é expresso em um “tempo” determinado
Ex: proteínas que só são expressas no embrião, ou durante uma determinada fase do ciclo celular.
Espacial quando a expressão de determinado gene/proteína é diferente dependendo do tipo celular.
Ex: proteínas que só são expressas em células nervosas ou no tecido muscular.
 
A concentração em equilibrio de uma proteína possui vários níveis de controle.
Controle da expressão de um gene e produção de uma proteína
REGULAÇÃO GÊNICA – PROCARIONTES
O processo de regulação gênica mais utilizado pelas células bacterianas ocorre no inicio da transcrição.
Esse controle no início da transcrição pode ser realizado por diferentes mecanismo, por exemplo, aqueles que utilizam proteínas regulatórias, atuando diretamente na atividade da RNA polimerase.
Reguladores gerais de transcrição
Bastantes complexos, geralmente estão interconectados: os principais são os fatorres de transcrição.
Fatores de transcrição são proteínas que ativam ou reprimem a expressão de um determinado gene por sua ligação com sequências específicas (regiões regulatórias) localizadas próximas à região promotora. 
Fatores de transcrição
Reconhecem e ligam-se a sequências específicas do DNA (ação em cis);
Não apresentam capacidade de ligação com o DNA, mas realizam sua função por meio da interação com outras proteínas;
Atuam pela combinação dos dois mecanismo acima, ou seja, podem se ligar ao DNA e interagir com outras proteínas.
Regulação da expressão gênica em procariotos:
OPERON: grupo de genes são expressos como uma unidade, alem do promotor e das regiões regulatórias.
Geralmente, os genes de um operon codificam proteínas que atuma numa mesma via metabólica, geralmente catalisando reações sequeciais. 
OPERON LAC
A E. coli utiliza a fonte de energia menos dispendiosa: a glicose.
Se no meio existe glicose, está será usada em primeiro lugar.
A bacteria tambem pode usar o dissacarídeo lactose como fonte de energia.
Para usar lactose, precisa produzir tres enzimas: β-galactosidade, permease e transacetilase.
A β-galactosidade hidrolisa a lactose em dois monossacarideos, a galactose e a glicose.
A permease auxilia no transporte da lactose atraves da membrana da bacteria, no processo de absorção para o interior da célula.
A transacetilase tem a função de transferir o grupo da acetil co-enzima A para os β-galactosideos. 
Se tiver disponibilidade de glicose no meio, a E. coli não precisa utilizar essas enzimas.
Em um meio só com glicose, cada bactéria possui cerca de dez moléculas de β-galactosidade. 
Se a bactéria é colocada em um meio em que a lactose é a única fonte de carbono, o número de moléculas de β-galactosidade aumenta e chega a representar 10% das proteinas solúveis da bactéria.
Regulação do Operon lac na ausência de lactose
O gene regulador determina a síntese de um repressor;
O repressor bloqueia o promotor do gene ao ligar-se liga ao operador;
A enzima RNA polimerase não se liga ao promotor;
Os genes estruturais não são transcritos;
Não ocorre a sintese das três enzimas.
Regulação do Operon lac na presença de lactose
A lactose se liga-se ao repressor, inativando-o;
O promotor fica desbloqueado;
A enzima RNA polimerase liga-se ao promotor;
Os genes estruturais são transcritos;
Dá-se a síntese das enzimas.
Regulação do Operon lac na presença de glicose e lactose
A bacteria utiliza primeiro a glicose.
No promotor do operon lac tem um sitio de ligação de 2 fatores: CAP e cAMP que aumentam a afinidade da RNA polimerase (tem transcrição);
Quando tem glicose, CAP e cAMP não conseguem se ligar, a afinidade da RNA polimerase pelo sítio promotor do operon lac diminui, transcrição reduzida. 
Princípios básicos da regulação gênica em procariontes
Esses organismo necessitam ter mecanismos rápidos e eficientes da adaptação a mudanças no ambiente.
Produtos gênicos que funcionam em conjunto, normalmente tem regulação de expressão semelhante ou estão organizados em operons.
A transcrição da maioria dos genes está em um estado “bloquado”, pela ligação de proteínas inibidoras.
A dissociação dessas depende de um indutos, normalmente uma molécula pequena, que “sinaliza” a mudança ambiental.
REGULAÇÃO GÊNICA – EUCARIONTES
A expressão de um determinado gene em uma célula eucariótica envolve modificação da cromatina, para possibilitar a transcrição e gerar uma molécula precursora de RNA no núclo da célula. As modificações posteriores desse precursor podem dar origem ao mRNA para o citoplasma e a tradução dele em uma proteína. A célula apresenta mecanismo de regulação em todas essas etapas da expressão gênica.
Regulação da expressão gênica em eucariontes
A iniciação da transcrição é o ponto mais crítico do controle da expressão gênica; por isso os genes eucarióticos possuem muito mais regioes regulatórias.
Genes eucariontes não se organizam em operons, mas regulação conjunta pode ser obrtida pela presença de mais sítios 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
Heterocromatina tipicamente, 10% da cromatina está sempre supercondensada, essas regiões são transcricionalmente inativas.
Eucromatina cromatina mais “relaxada”, trancricionalmente ativa.
Cromatina é remodelada por acetilação ou movimentação dos nucleossomos.
Nucleossomos
Desempenham uma função importante no controle da expressão gênica.
O DNA com nucleossomos possui uma taxa de transcrição muito menor do que o DNA sem nucleossomos.
As posições dos nucleossomos podem fornecer ou impedir o acesso aos promotores. 
Regulação da expressão gênica por controle da tradução
Proteínas que “respondem” ao sinal de controle da tradução podem “ligar” ou “desligar” do mRNA, inibindo ou permitindo a tradução.
Ex: a ferritina. 
RNA de interferência (RNAi)
Na década de 1990, resultados com plantas transgênicas começaram a gerar dados completamente inesperados:
Plantas que superexpressavam genes para produção de pigmentos (e que, portanto, deveriam gerar flores com mais pigmentos, ou seja, com coloração violeta-escuro) apresentaram flores brancas, em razão da ausência de síntese do pigmento! No caso, houve o inesperado silenciamento do transgene e do gene endógeno das células dessas flores. 
O nome RNAi foi criado devido à capacidade de essas moléculas reduzirem (interferirem) a expressão de determiados genes-alvo.
Fita que se pareia ao mRNA ligação impede a tradução inibição da síntese proteica.
Mecanismo regulador da expressão gênica.
Existe em muitos organimos.
Classificação: microRNA (miRNA) e siRNA.
Ligam-se a região 3’ UTR do mRNA.
Quanto melhor o pareamento, maior a possibilidade de degradação do mRNA.
Quando a microRNA aciona o mecanismo de clivagem do mRNA, após a clivagem, o microRNA permanece intacto,podendo reconhecer e degradar outros mRNA’s.