Controle da expressão gênica em procariotos

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Controle da expressão gênica em procariotos
A expressão dos genes depende da disponibilidade de nutrientes, temperatura e tempo. A célula é capaz de bloquear ou ativar a expressão de diferentes genes, como resultado de resposta aos estímulos internos externos. Expressão gênica são os mecanismos que regulam o processo de transcrição do DNA para sintetizar RNA e sua tradução para gerar proteínas.
Enzimas constitutivas são produzidas a velocidades e quantidades constantes, independentes do estado metabólico do organismo.
Enzimas induzíveis estão presentes em quantidade diminutas em um determinado momento, podendo aumentar sua concentração quando seu substrato encontra-se no meio de cultivo. Geralmente é estimulada a síntese de várias enzimas relacionadas à mesma rota, em um processo de indução coordenada. Repressão enzimática é quando adiciona um aminoácido específico que faz com que as enzimas envolvidas em sua síntese deixe de ser sintetizada. 
1- Controle do início da transcrição
Momento onde o processo de regulação gênica mais utilizado pelas células bacterianas ocorre. As proteínas necessárias são sintetizadas evitando gastos energéticos. Pode acontecer por meio de mecanismos que utilizam proteínas regulatórias ou aqueles que utilizam cascatas de fatores sigma alternativas.
1.1- Mecanismos de controle transcricional
1.1.1- Reguladores gerais de transcrição
Fatores de transcrição são moléculas responsáveis por mecanismos regulatórios, proteínas que ativam ou reprimem a expressão de um determinado gene por sua ligação com sequências específicas localizadas próximas à região promotora.
Apresentam três mecanismos de atuação:
(a) reconhecem e ligam-se à sequências específicas do DNA.
(b) não apresentam capacidade ligação ao DNA, mas realizam sua ação por meio da interação com outras proteínas.
(c) atuam pela combinação dos dois mecanismos acima: apresentam a capacidade de se ligar ao DNA e de interagir com outras proteínas.
Podem ser divididos em:
-os específicos para um determinado promotor (maioria nas bactérias): regula a expressão de um gene.
-reguladores gerais da transcrição: regulação de vários genes ou óperons, gerando uma cascata de regulação.
1.1.2- Tipos de reguladores de transcrição
Tipos principais de controle transcricional: negativo e positivo, que podem se dividir levando em conta à presença de um sinal( molécula que se une ao repressor e causa uma mudança conformacional nele,alterando a afinidade), realizando indução ou repressão. O processo em que a regulação ocorre por meio de uma proteína repressora que se une ao DNA, é a regulação negativa. e os genes são expressos, a menos que ocorra essa ligação. Os locais que os repressores se ligam são muito próximos ou ate sobrepondo os promotores. A regulação positiva é mediada por ativadores, que se unem a sítios específicos que podem estar localizados adjacentes ao promotor, aumentando a afinidade da RNA-polimerase por ele e favorecendo a transcrição. O ativador não se une ao DNA enquanto a molécula sinal não formar um complexo com o ativador.
A diferenciação dos sist. em induzíveis e reprimíveis é feita com base na resposta apresentada a um sinal externo envolvido na tora metabólica. A expressão dos genes ocorre apenas na presença de um indutor, ao passo que em sist. reprimíveis, a expressão ocorre na ausência do correpressor.
1.2- Controle transcricional exercido por cascata de fatores sigma
Um nível de controle da expressão gênica pode ser exercido pela disponibilidade dos diferentes fatores sigma, fazendo com que um gene cuja o promotor depende desse fator sigma para ser reconhecido pela RNA-polimerase seja transcrito apenas quando esse fator estiver disponível. 
Logo após a infecção da bactéria, os genes de expressão imediata são os primeiros genes a serem transcritos ( processo dependente de fator sigma disponibilizado pela célula hospedeira).
1.3- Óperon como unidade transcricional e de controle da expressão gênica
O óperon é uma unidade de expressão gênica que inclui tanto os genes estruturais ( codificando as proteínas/ enzimas que atuam no metabolismo celular) como os elementos reguladores, que controlam a sua expressão. Estruturalmente, pelo menos três elementos distintos estão presentes em um óperon: o promotor, sítio no qual ocorre a ligação da RNA-polimerase; as regiões controladoras, nas quais as proteínas reguladoras ligam-se ; e os genes estruturais, codificando as diferentes cadeias polipeptídicas. No momento da transcrição de um óperon, a partir de seu promotor, um único mRNA é sintetizado, contendo as regiões codificadoras ( cístrons) das diversas cadeias polipeptídicas. Esse mRNA, chamado de policistrônico, tem cada um dos cístrons traduzido de forma independente, possuindo seus próprios sítios de ligação ao ribossomo e códons de iniciação e de terminação.
2-Controle no término da transcrição
2.1- Controle da transcrição por atenuação do óperon trp de E. coli
Regula a expressão de alguns genes pelo controle da capacidade da RNA-polimerase em continuar o alongamento além de determinados sítios. A atenuação transcricional permite um nível adicional de controle, resultando em uma regulação mais estrita do que aquela possível utilizando apenas a repressão da iniciação. Caso os níveis celulares de triptofano sejam baixos, os ribossomos fazem uma pausa devido a pouca disponibilidade dos tRNAtriptofano, impedindo a formação do grampo de terminação e permitindo que a transcrição do mRNA continue. Caso o triptofano seja abundante, a tradução nesta região segue em velocidade normal, há a formação de um grampo de terminação e a transcrição é terminada. A expressão gênica em óperons que codificam proteínas envolvidas na biossíntese de outros aminoácidos, é regulada por atenuação.
2.2- Controle da transcrição por antiterminador
As proteínas antiterminadoras apresentam a característica de interagirem com a RNA-polimerase, impedindo o reconhecimento do término da transcrição. Este mecanismo é específico para cada gene ou óperon, pois depende da presença, no mRNA, de um sítio de reconhecimento e da ligação do antiterminador. Como consequência da atividade do antiterminador, ocorre a síntese de um mRNA contendo sua região 3' alterada (mais longa).
3- Integração de mecanismos regulatórios: controle da expressão gênica no bacteriófago lambda
Após a infecção , o genoma do fago pode seguir duas vias: o ciclo lítico ou o ciclo lisogênico, dependendo das condições do meio.
Meio com muito nutriente -->estado lítico é preferencial.
Meio com pouco nutriente--> estados lisogênico é preferencial.
3.1- Genoma do bacteriófago lambda
O bacteriófago lambda é uma partícula viral constituída por proteínas e DNA. O genoma do bacteriófago lambda codifica proteínas cujos genes têm um cronograma de expressão bem definido, o que determina a escolha entre ciclo lítico ou lisogênico. Os genes do bacteriófago lambda estão arranjados em três grupos: 
-Iniciais imediatos: codificam proteínas reguladoras, que controlam a transcrição dos genes iniciais.
-Iniciais: os seus produtos regulam a transcrição dos genes tardios.
-Iniciais tardios: codificam proteínas necessárias para a montagem do capsídeo viral e para a formação da progênie infectiva de fagos.
4-Mecanismos de controle pós-transcricional 
O controle da tradução está relacionado com o bloqueio do acesso do ribossomo ao mRNA, que pode ocorrer pela presença de estruturas secundárias na região 5' dos mRNAs ou pela ligação de proteínas ao mRNA impedindo a ligação da subunidade 30s.
4.1- Proteínas como moléculas regulatórias
A proteína reguladora realiza sua função competindo com a ligação do ribossomo. Dois tipos de ligação da proteína ao seu mRNA podem ser utilizados: um dos mecanismos depende do reconhecimento, pela proteína, de uma estrutura secundária no mRNA; e o outro mecanismo está relacionado à ligação da proteína a uma sequência específica da molécula de RNA. O sítio de ligação da proteína compete com a ligação da subunidade menor do ribossomo. A proteína
ribossômica, com atividade repressora, liga-se ao mRNA, bloqueando, desta forma, a tradução do mRNA. As proteínas ribossômicas tem uma afinidade muito maior pelo rRNA do que pelo mRNA. A regulação no início da tradução pode ser realizada por proteínas repressoras ou ativadoras do processo. No entanto, a maioria dos mecanismos deste tipo de controle regula negativamente a síntese de proteínas.
5-RNAs como moléculas regulatórias
A regulação dessas moléculas podem ocorrer tanto na transcrição como na tradução. Podem ser classificados como:
- Estruturais: classe definida pela presença de estruturas secundárias no próprio RNA, que podem agir em cis ou trans.
-sRNAs: é caracterizadas por pequenas moléculas de RNA, que apresentam a capacidade de se ligarem a proteínas ou outras moléculas de RNAs.
5.1- Estrutura secundária de mRNA como mecanismo regulatório: ribocomutadores 
São uma classe de RNAs reguladores que fazem a transdução de sinal entre metabólitos e a regulação da expressão gênica. Não dependem da mediação por parte de proteínas acessórias intermediárias, interagindo diretamente com os metabólitos a serem regulados. Todos os fatores necessários para a regulação da expressão gênica estão contidos no próprio mRNA a ser regulado.
Funcionam como aptâmeros naturais de RNA, sendo parte integrante da porção inicial do mRNA de vários genes e óperons cujos produtos estão envolvidos com o metabolismo da célula.
5.2- Pequenos RNAs (sRNAs)
A maioria dos sRNAs atuam como repressores da tradução e existem alguns que participam nos mecanismos de ativação de genes e também na regulação da replicação de alguns plasmídeos. Em geral realizam a regulação negativa dos genes, resultando na diminuição dos níveis da proteína. 
6- Outros mecanismos de controle da expressão gênica
Cabe ressaltar que pode ocorrer controle da expressão gênica em outras fases destes processos, tanto no tempo de vida ( estabilidade) dos mRNA e das proteínas como no final da tradução. Novos mecanismos estão sendo descobertos, resultando no aparecimento de diferentes interações entre moléculas ou etapas de regulação gênica.