Controle da Expressão GênicaMOD

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Controle da Expressão Gênica
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O que sabemos...
Diferentes tipos celulares sintetizam diferentes conjuntos de
proteínas
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Gene
Unidade básica da herança genética
O gene possui uma ESTRUTURA
Alelos: Versões Diferentes de um GENE
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Estrutura gênica
Promotor: seqüência mínima necessária do DNA que é reconhecida pela RNA polimerase para que a transcrição se inicie corretamente. 
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Estrutura gênica
Terminador: seqüência de DNA localizada na extremidade 3’ da região codificante de um gene, que faz a RNA polimerase interromper a transcrição e se dissociar do DNA. 
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Estrutura gênica
Região Codificante: região do gene que codifica as proteínas. 
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Expressão Gênica
Refere-se ao processo em que a informação codificada por um determinado gene é decodificada em uma proteína. 
SOFRE REGULAÇÃO
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A regulação em qualquer uma das etapas desse processo pode levar a uma expressão gênica diferencial.
Expressão Gênica
Sinais externos podem induzir uma célula a a lterar a expressão de seus genes
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Como uma célula controla quais PTN que ela fabrica?
Controlando quando e como um determinado gene é transcrito;
Controlando como um transcrito primário de RNA sofre o “splicing” ou é processado;
Selecionando quais RNAm são traduzidos;
Ativando ou inativando seletivamente as proteínas depois da sua síntese.
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Objetivo da regulação da Expresão Gênica em Procariotos
Procariotos:
Resposta direta a variações nas condições nutricionais (genes ativados e reprimidos)
Transcrição pode ser acoplada à tradução (simultânea).
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RNA
Protein
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Organização na forma de Operon 
Séries de genes que codificam para produtos específicos e os elementos reguladores que controlam esses genes
E. coli
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Regulação Gênica em Procariotos
Controle por ativadores e repressores
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Indução
REGULAÇÃO POSITIVA
Ativador ligado facilita a transcrição
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Repressão
REGULAÇÃO POSITIVA
Ativador ligado facilita a transcrição
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REGULAÇÃO NEGATIVA
Repressor ligado inibe a transcrição
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REGULAÇÃO NEGATIVA
Repressor ligado inibe a transcrição
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Operon Lac
Segmento de DNA necessário para a produção de enzimas responsáveis pelo metabolismo da lactose
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Operon Lac
Como o operon controla a expressão dos genes?
Repressão: ausência de lactose 
Ativação: presença de lactose
Genes estruturais para o metabolismo da lactose são expressos apenas quando a lactose está presente no meio de incubação da bactéria.
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Operon Lac
 Enzimas
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Enzimas
-Galactosidase
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Repressão Operon Lac
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Indução Operon Lac
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Operon Lac de E. coli
X-gal: Hidrólise  Azul
IPTG  indutor da transcrição lac sem sofrer hidrólise
Lactose e seus análogos
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Gene lacl é dominante em trans
Diplóide parcial lacl+lacZ-/lacl-lacZ+
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X-Gal + glucose
Azul: mutantes 
(lac-  não produz repressor)
Operon Lac de E. coli
Meio:
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https://www.youtube.com/watch?v=1kezX-XLPp4
Funcionamento do operon Lac - Vídeo
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Mutações Lac
as células dessas linhagens possuem duas moléculas diferentes de DNA: 
cromossomo bacteriano inteiro e um pedaço extra de DNA 
conjugação entre duas bactérias
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Diplóides Parciais
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Diplóide parcial lacls: lacZ+ / lacl+lacZ-
 
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Proteína Ativadora do Catabolismo (CAP) estimula a transcrição
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Operon Trp
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Operon Trp
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REGULAÇÃO POR ATENUAÇÃO
Operon Trp
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Objetivo da regulação da Expresão Gênica em Eucariotos
Genomas são muito maiores em eucariotos do que em procariotos
DNA dos eucariotos está localizado em vários cromossomos ao invés de um único cromossomos circular dos procariotos.
Eucariotos
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Os genes de
Eucariotos possuem 
Grande variação de tamanho
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Os eucariotos são geralmente multicelulares
Diferentes tipos células precisam produzir diferentes proteínas
Nem todos os genes serão expressos em todas as células
Não são encontrados operons nos eucariotos.
Objetivo da regulação da Expresão Gênica em Eucariotos
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1- Controle transcricional;
2- Controle do processamento de RNA;
3- Transporte de RNA e controle da localização;
4-Controle Traducional/Controle de degradação do mRNA;
5- Controle da atividade protéica.
Objetivo da regulação da Expresão Gênica em Eucariotos
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Todas as etapas de regulação contribuem para a produção de uma proteína específica
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Regulação em Eucariotos
Único modo de regulação que garante que a célula não irá sintetizar intermediários supérfluos
1. Regulação transcricional
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Diferenças na Iniciação da Transcrição em Eucariotos e Bactérias
RNA-polimerase:
Bactérias: 1 tipo de RNA-polimerase
Células eucarióticas: 3 tipos
Início da transcrição:
A RNA-polimerase bacteriana é capaz de iniciar a transcrição sem o auxílio de proteínas adicionais.
As RNA-polimerases eucarióticas precisam da ajuda de várias proteínas: os fatores gerais de transcrição. 
Regulação em Eucariotos
1. Regulação transcricional
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São responsáveis pelo posicionamento correto da RNA-polimerase no promotor
Ajudam na separação das fitas de DNA para permitir o início da transcrição
Liberam a RNA-polimerase do promotor quando a transcrição se inicia
Ligam ou desligam conjuntos específicos de genes
Regulação em Eucariotos
1. Regulação transcricional
Proteínas de Regulação Gênica 
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Regulação em Eucariotos
1. Regulação transcricional
Controlam a expressão gênica se ligando a elementos próximos ao gene:
Promotores
Enhancers
Repressores
Proteínas de Regulação Gênica 
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Os promotores isolados são geralmente ineficientes
Fatores de transcrição seletivos que se ligam à região “upstream” e a “enhancers” aumentam a iniciação.
Proteínas adicionais (mediadores, coativadores) são requeridos para estimular a transcrição.
Regulação em Eucariotos
1. Regulação transcricional
Proteínas de Regulação Gênica 
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Regulação em Eucariotos
1. Regulação transcricional
Proteínas de Regulação Gênica 
Os promotores isolados são geralmente ineficientes
Fatores de transcrição seletivos que se ligam à região “upstream” e a “enhancers” aumentam a iniciação.
Proteínas adicionais (mediadores, coativadores) são requeridos para estimular a transcrição.
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Motivos de ligação nos fatores de transcrição
Regulação em Eucariotos
Proteínas de Regulação Gênica 
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Regulação em Eucariotos
Proteínas de Regulação Gênica 
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Proteínas e motivos envolvidos na regulação gênica
As proteínas de regulação gênica contêm motivos estruturais que
podem ler seq uências de DNA
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Regulação em Eucariotos
Compactação do DNA
Nucleossomos e a estrutura espiralada dificulta o acesso de fatores de transcrição e RNA-polimerase.
 
A iniciação da transcrição depende da remoção dos nucleossomos da região promotora do gene.
1. Regulação transcricional
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Regulação em Eucariotos
2. Controle do Processamento de RNA
Splicing Alternativo
Splicing: Corte seletivo do transcrito primário.
Exon: segmento do DNA que é transcrito em RNA e traduzido em proteína.
Íntron: Segmento de DNA que é transcrito para o RNA, mas é cortado antes da tradução.
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Regulação em Eucariotos
2. Controle do Processamento de RNA
Splicing Alternativo
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Regulação em Eucariotos
Splicing Alternativo
2. Controle do Processamento de RNA
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Regulação em Eucariotos
3. Transporte de RNA e controle da localização
O mRNA deve ser transportado do núcleo para o citossol, onde a proteína será sintetizada.
O mRNA deixa o núcleo por meio de poros nucleolares.
O transporte nuclear regulado permite que haja o controle de quais transcritos serão transportados.
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Regulação em Eucariotos
4. Controle traducional / controle de degradação do mRNA
Pode ocorrer por meio de diferentes mecanismos:
Ligação de proteínas repressoras à região da iniciação da tradução
Controle da estabilidade no mRNA
Adição de cauda poli-A
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Regulação em Eucariotos
4. Controle traducional
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Regulação em Eucariotos
4. Controle de degradação do mRNA
RNAi 
Pequenas moléculas de RNA complementares a RNAs mensageiros:
inibem a expressão gênica na fase de tradução ou dificultam a transcrição de genes específicos
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AGO(SLICER)
RNA dupla fita
(RISC)
mRNA
mRNA clivado incapaz de ser traduzido em proteína funcional!
4. Controle de degradação do mRNA
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Regulação em Eucariotos
5. Controle da atividade protéica
Por meio de modificações covalentes a atividade protéica pode ser controlada
Fosforilação: 
adição de um grupo fosfato a um dos aminoácidos da cadeia;
O controle da atividade enzimática pela fosforilação é responsável por diversas vias de transdução de sinal, pelo controle do ciclo celular e muitos outros eventos celulares cruciais.
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Regulação em Eucariotos
5. Controle da atividade protéica
Por meio de modificações covalentes a atividade protéica pode ser controlada
Fosforilação: 
adição de um grupo fosfato a um dos aminoácidos da cadeia;
O controle da atividade enzimática pela fosforilação é responsável por diversas vias de transdução de sinal, pelo controle do ciclo celular e muitos outros eventos celulares cruciais.
Ate o momento vimos que uma molecula de dna por meio da transcrição da origem a um rna, que posteriormente dará origem a uma proteina. 
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IMAGENS RETIRADAS DO LIVRO : COX, 2011.
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