Guia Discursivo: Controle da expressão gênica em procariotos e eucariotos

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DISCIPLINA: BIOLOGIA MOLECULAR CURSO:FARMÁCIA E BIOMEDICINA 
DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E IMUNOLOGIA PROFESSORA: MARIANA QUEZADO 
 
 
DISCIPLINA: BIOLOGIA MOLECULAR CURSO: FARMÁCIA E 
BIOMEDICINA 
DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E IMUNOLOGIA PROFESSORA: MARIANA 
QUEZADO 
 
ALUNO: LUCAS ANTONIO MOITINHO 
 
 
Controle da expressão gênica em procariotos e eucariotos 
 
 
 
1. Compare a precisão de (a) replicação do DNA, (b) síntese de RNA e (c) síntese de proteínas. 
Quais os mecanismos utilizados para assegurar a fidelidade de cada um desses processos? 
 
Apesar de ser semi-conservativa, a precisão da replicação do DNA pode ser considerada alta devido a 
atividade da enzima DNA polymerase. Pois, durante a extensão, caso algum nucleotídeo incompatível tenha sido 
acidentalmente incorporado à fita molde, a polimerase é impedida de continuar a extensão da fita, e assim, inicia 
um processo de revisão onde a excisão do nucleotídeo imcompatível será feita pela atividade exonuclease 3’ → 
5’ da polimerase. Isso garante um taxa de 1 erro a cada 107 nucleotídeos adicionados à fita molde. 
A síntese de RNA ocorre de maneira distinta em eucariotos e procariotos. Ainda sim podemos destacar a a 
precisão desse processo como sendo média, se comparada aos itens (a) e (c). Isso ocorre por fatores intrínsecos 
do processo, como p.ex. a possibilidade de existência de duas regiões promotoras para o mesmo gene. O que 
acaba criando uma nova possibilidade de ligação para a RNA Polimerase. 
Precisão baixa quando comparada aos demais itens em razão da complexidade envolvida no processo. Além 
dos mecanismos envolvidos na síntese de RNA, podemos citar os mecanismos de splicing, que ocorrem durante o 
processamento do hnRNA. Aqui, variações no local do sítio de ligação 5’ e/ou 3’ de um íntron e/ou éxon, sítios 
alternativos para a formação da cauda poliadenilada, etc. Podem causar uma variação de até 500 proteínas 
diferentes a partir de um mesmo gene. 
 
2. Nos procariotos,a ausência de compartimentalização do genoma permite que os processos de 
transcrição e tradução sejam acoplados. Em eucariotos, esses processos estão temporal e 
espacialmente isolados. Quais as consequências dessa diferença entre procariotos e eucariotos? 
 
A transcrição e tradução se tornam mais complexas e mais sucetíveis a interferências nos eucariotos. Prova 
disso é a necessidade de associação de uma 7-metil-guanosina (5’-cap) e uma cauda poliadenilada (cauda poli(A)) 
ao mRNA, para facilitar a associação a um ribossomo (fora do núcleo, na síntese de proteína) e evitar uma 
clivagem indesejada por exonuclease 3’-5’. 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Explique a importância de cada uma das seguintes modificações pós-traducionais: 
 
a) Enovelamento: ajuda a proteína a alcançar a forma necessária para exercer sua função. 
b) Formação de ligações dissulfeto: confere mais estabilidade à proteína. 
c) Clivagem da cadeia polipeptídica: necessária para a ativação ou inativação de enzimas. 
d) Glicosilação: processo enzimático necessário para a produção de biopolímeros como polinucleotídeos (DNA 
e RNA). 
e) Fosforilação: necessária para a ativação ou inativação, bem como regulação de quase metade das enzimas. 
f) Metilação, acetilação: necessárias para a regulação da expressão de genes, função de proteínas e 
processamento de RNA. 
g) Adição de âncoras lipídicas: contribuem para a função das proteínas às quais estão ancoradas, permitindo 
ou inibindo a interação de proteínas com membranas celulares ou complexos proteicos. 
h) Degradação: auxilia a atividade celular, permitindo que a quantidade de proteínas seja rapidamente alterada, 
de acordo com o estímulo recebido. 
 
4. Os óperons lac e triptofano são regulados de acordo com a concentração de lactose e de 
triptofano. 
 
a) De modo geral, quais as vantagens de organização de genes em óperons? 
 
Além da expressão de um ou mais genes estruturais ser controlada por um único promotor (o que promove 
maior praticidade e agilidade na transcrição), o fato dos genes só poderem ser expressos todos de uma vez, 
diminui a chance de ocorrer anomalias durante a transcrição. 
 
b) Em ambos óperons, a ligação de uma proteína repressora ao promotor é regulada por 
moléculas sinalizadoras. No entanto, em um caso esta ligação é favorecida, enquanto no outro é 
desfavorecida. Justifique essa diferença considerando as proteínas codificadas por cada óperon. 
 
No caso do triptofano, a ligação é favorecida quando esse aminoácido está presente em grande quantidade 
nas proximidades do óperon, pois o triptofano se liga ao repressor para que esse se ligue ao operador e iniba a 
transcrição do óperon trp. Enquanto no óperon lac, a lactose se liga à proteína repressora para previní-la de 
impedir a transcrição dos genes. 
 
c) Como a concentração de glicose influi na transcrição gênica para o óperon lac (e de modo 
geral, para diversos óperons relacionados ao metabolismo de carboidratos)? 
 
 A concentração de glicose atua de modo inversamente proporcional à transcrição gênica para o óperon lac. 
Quando os níveis de lactose estão elevados, a produção de β-galactosidase por parte da proteína LacZ é 
aumentada. Como β-galactosidase é responsável por clivar a lactose em glicose e galactose, o aumento de sua 
produção irá acarretar na diminuição da concentração de lactose, permitindo que proteínas repressoras se liguem 
à região operadora, inibindo a transcrição do óperon lac. 
 
d) Quatro regiões contidas na sequência líder do óperon triptofano (sequência localizada entre o 
promotor e as sequências codificadoras de proteínas} são importantes para o mecanismo de 
atenuação. Explique o papel de cada uma dessas regiões para a regulação deste óperon, 
descrevendo o processo que ocorre em altas e em baixas concentrações de triptofano. 
 
A sequência líder contém quatro regiões, a região 1 pode parear com a 2, a região 2 com a 1 e 3, a região 3 
pode parear com as regiões 2 e 4 e, por fim, a região 4 só parea com a região 3. Para atenuar a transcrição, a 
região 3 parea com a 4 quando a concentração de triptofano está elevada. E quando essa concentração de 
triptofano está baixa, a região 2 pareia com a 3, indicando que a reação pode continuar ocorrendo para a 
produção ocorrer normalmente. 
 
5. Algumas diferenças entre eucar iotos e procariotos, como presença de cromatina e de 
membrana nuclear, implicam em diferenças de regulação da expressão gênica entre esses 
organismos. 
 
a) Explique o que é o código de histonas, que tipo de alterações ocorrem na cromatina e,de 
modo geral, qual a sua importância para a regulação da expressão gênica. 
 
O código das histonas é uma hipótese de que a transcrição da informação genética codificada no DNA é em 
parte regulada por modificações químicas nas proteínas histonas, principalmente em suas extremidades não 
estruturadas. As histonas se associam ao DNA para formar nucleossomos, esses se ligam para formar fibras de 
cromatina, que por sua vez formam o cromossomo. A modificação nas histonas, tem um papel importante na 
regulação da expressão gênica, pois tem a função de alterar a estrutura da cromatina ativamente ou para 
promover a transcrição. 
 
b) Diz-se que em eucariotos o estado basal de transcrição é restritivo. Explique esta afirmativa 
comparando a regulação em procariotos e eucariotos. Em eucariotos não há organização em 
óperons. Cite mecanismos permitem a regulação conjunta de genes relacionados (por exemplo, 
de diversos genes que codificam proteínas que participam de uma mesma via metabólica). 
 
 A regulação da transcrição em eucariotos depende da ação coordenada de um aparato molecular composto 
por fatores de transcrição, ativadores, RNA polimerase e mediadores de múltiplos complexos proteicos. Isso 
ocorre devido à maneira com que o DNA eucarioto está compactado, pois
o gene promotor está inacessível sem 
a assistência dos fatores de transcrição no núcleo. Já nos organismos procariotos, na ausência de elementos 
reguladores, a transcrição ainda será realizada.