Regulação operons

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REGULAÇÃO 
DA EXPRESSÃO GÊNICA
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PRINCIPAIS PERGUNTAS
 Como os eucariotos possuem diferentes padrões de expressão 
de genes possuindo um número limitado de proteína reguladoras?
 Qual o papel da cromatina na regulação gênica?
 Quais são os marcadores epigenéticos e como eles influenciam 
a expressão dos genes?
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VISÃO DA REGULAÇÃO TRANSCRICIONAL
Figure 11-2
O mecanismo nos procariotos 
está sempre ligado a menos que uma proteína repressora bloqueie a transcrição. 
Nos eucariotos os nucleossomos bloqueiam a transcrição, a menos que uma proteína reguladora esteja presente. Esta proteína altera o nculeossomo na posição ou densidade. Elas também podem recrutar a RNA polimerase II diretamente pela ligação. 
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Regulação Gênica
Os genes que produzem proteínas são chamados genes estruturais;
Nos eucariontes estes genes são transcritos individualmente;
Nos procariotos os genes são transcritos lado a lado ao longo de uma fita simples (denominados operons) para que eles sejam transcritos juntos;
Os operons contêm geralmente genes com funções relacionadas;
O operon é transcrito como uma única unidade, produzindo um mRNA policistrônico;
Quando este mRNA policistrônico é traduzido produz, quase que simultaneamente, diferentes proteínas;
O termo cístron é igual a gene;
Os genes estruturais dos eucariontes produzem apenas mRNAs monocistrônicos. 
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Como a Holoenzima RNA polimerase reconhece a fita certa de DNA e inicia a síntese de RNA no início de um gene (ou operon)?
Obs.: Holoenzima: complexo cataliticamente ativo de enzima e cofator.
A RNA polimerase liga-se aos locais de iniciação por meio de sequencias conhecidas como promotores, reconhecidas pelo fator σ correspondente;
A existência de promotores foi inicialmente identificada através de mutações que aumentavam ou diminuíam as taxas de transcrição de certos genes;
Promotores são sequencias de ~ 40pb localizadas na extremidade 5´do local de início da transcrição; 
Por convenção a sequencia do promotor é representada pela fita senso (não-molde), que possui a mesma sequencia e orientação que o RNA transcrito;
posterior= downstream
anterior= upstream
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Promotores de procariotos
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Operons
As bactérias contêm enzimas constitutivas e induzidas;
Enzimas constitutivas estão em quantidades constantes nas bactérias, independem do estado metabólico do organismo;
Enzimas indutivas variam sua concentração na bactéria. Elas normalmente estão presentes em quantidade mínimas, mas elas podem aumentar mais de mil vezes caso o seu substrato esteja presente no meio. Particularmente quando o seu substrato for a única fonte de carbono da célula;
Nestas condições, as enzimas indutivas podem ser necessárias para transportar o substrato para dentro da célula e convertê-lo num metabólito que possa ser usado;
Um exemplo é a β-galatosidase, que catalisa hidrólise da lactose produzindo D-glicose e D-galactose, primeira etapa na utilização da lactose. 
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Hidrólise da lactose 
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Lac operon
Normalmente a E. coli não utiliza lactose se a glicose for disponível, pois cada célula possui cerca de 5 cópias de β-galatosidase;
Mas se as bactérias forem colocadas em um meio com lactose como única fonte de energia e carbono (sem a presença de glicose), em 1 ou 2 minutos elas começam a produzir β-galatosidase em grandes quantidades, cerca de 1.000 cópias por célula;
Portanto a indução de β-galatosidase hidrolisa a lactose e produz D-glicose e D-galactose que podem ser usadas como fonte de combustível e de carbono;
Mas se as bactérias forem transferidas para um meio fresco contendo glicose (sem lactose) a síntese de β-galatosidase é interrompida;
Portanto a indução enzimatica é econômica, enzimas induzidas são produzidas apenas quando necessárias;
O agente capaz de induzir enzimas é denominado agente indutor. 
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Lac operon
Quando a lactose é inserida no meio existe a produção de 3 enzimas em grande quantidade: a β-galatosidase, a β-galactosídeo permease e a proteína A codifica uma tiogalactosídeo transacetilase;
A permease é uma proteína de membrana que promove o transporte do β-galactosídeos do meio para a bactéria; A função da proteína A não é totalmente conhecida;
Quando um grupo de proteínas ou enzimas relacionadas for induzido por um único agente indutor, o processo é conhecido como indução coordenada;
Esta capacidade possibilita a bactéria adaptar-se rápida e economicamente ao uso de muitos nutrientes, possivelmente diferentes, que se tornem disponíveis ao seu ambiente. 
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Os 3 genes estruturais lac, z, y e a são adjacentes entre si. Eles estão precedido de dois 
sítios controladores p (promotor) e o (operador). O Gene regulador í codifica a proteína repressora. 
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Lac operon in E. coli - lactose ausente
Proteína indutora
O Gene regulador í codifica a proteína repressora. A proteína repressora possui dois sítios de ligação, um para o operador e outro para o indutor. A forma ativa da proteína repressora se liga ao operador Inibindo a RNA polimerase de se ligar ao operador e a transcrever os genes z, y e a. 
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Lac operon in E. coli lactose presente
Porém quando existe lactose, mas não existe glicose, a lactose (na verdade o seu isômero alolactose) se liga a proteína repressora e convertendo-a numa forma inativa que não se liga ao operador. A RNA polimerase pode se ligar ao sítio p e começar a transcrição dos 3 genes 
estruturais. E a tradução será feita no ribossomo citoplasmático.