Aula 21.2 - Regulaç¦o da express¦o gênica

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REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA
 É o estudo da expressão gênica em determinadas condições. A regulação pode estar relacionada com a transcrição, tradução ou do processamento do RNA. 
 A replicação após iniciada ocorre até que toda a molécula de DNA tenha sido replicada, entretanto se houver algum problema a replicação pode ser interrompida. Já a transcrição é um processo seletivo, isso significa que ela ocorre em determinados genes e condições fisiológicas.
 Podem-se dividir os genes superficialmente em classes:
House keeping: são os genes que são necessários para manutenção das células e que são transcritos em todas as células em todas as funções.
 Genes induzidos: são genes que são expressos em determinadas condições fisiológicas, a expressão aumenta em resposta a um sinal. Esse tipo de gene é comum em eucarióticos.
Genes reprimidos: Podem ser expressos normalmente, porém, eventualmente em presença de um sinal acabam sendo reprimidos. A expressão diminui em resposta a um sinal, são comuns em procarióticos.
 Esse mecanismo de genes induzidos e reprimidos ocorre tanto em procarióticos como em eucarióticos.
REGULAÇÃO DA TRANSCRIÇÃO EM PROCARIOTOS
 Para controlar a expressão de um gene controla-se a RNApolimerase, porque é a enzima responsável por gerar RNA a partir de um molde de DNA.
 O promotor é uma seqüência de nucleotídeos que é reconhecida, nos eucariotos, pela subunidade sigma da RNApolimerase e está antes do GENE Quando a RNApolimerase está ligada á região promotora pode-se iniciar a transcrição da molécula de RNA. Entretanto para que isso ocorra é necessária a formação do complexo aberto, e às vezes a RNApolimerase não está na posição correta para formação desse complexo. 
 Assim para que a enzima atinja a sua conformação correta, uma proteína ativadora se liga a RNApolimerase e ela acaba por mudar de conformação e irá interagir com o promotor formando o complexo aberto. A ligação da proteína ativadora com a RNApolimerase pode ser chamada de recrutamento .
 Devido a isso se pode dizer que a transcrição só ocorre na presença de uma proteína ativadora porque a RNApolimerase por si só não é capaz de formar o complexo aberto.
 A proteína ativadora tem nucleotídeos na sua estrutura que reconhecem uma seqüência específica de nucleotídeo (chamada de sítio de ligação do ativador) presente no DNA. O sítio de ligação do ativador está presente em uma região logo acima do promotor.
 Então pode-se dizer que essa proteína ativadora é um ativador alostérico que facilitará a transcrição, ou até que a proteína é um operador que aumenta os níveis de transcrição.
 Há também proteínas capazes de reprimir a transcrição. Essas também podem ser chamadas de repressoras, pois, são proteínas que irão reduzir os níveis de transcrição. Elas se ligam ao DNA reconhecendo nucleotídeos de uma região específica. Essa ligação atrapalha a transcrição porque atrapalha a atividade da RNA polimerase.
Repressão por impedimento alostérico: RNA polimerase não consegue se ligar a região promotora por causa da presença da proteína;
Repressão por dobramento: a ligação da proteína causa uma dobra que impede que a RNApolimerase de ligue;
Repressão por modulação do ativador: o repressor (se liga em um sítio de ligação) pode interagir com a proteína ativadora. Nesse caso a transcrição não ocorre porque a RNApolimerase não conseguirá formar o complexo aberto uma vez que a proteína ativadora estará interagindo com o repressor e não com a enzima.
 Existem casos no qual o sítio de ligação da proteína repressora está após a região com o promotor, nesse caso a transcrição não ocorre, porque a RNApolimerase não conseguirá percorrer a fita pois, ela irá encontrar uma barreira (região onde está a proteína repressora).
 Todas essas proteínas (repressoras ou ativadoras) se ligam em uma região específica do DNA. Isso ocorre porque elas apresentam domínios (conformação e presença de aminoácidos) que permitem a ligação ao DNA.
 Há quatro domínios principais, hélice-volta-hélice, hélice-loop-hélice, DEDO. de zinco e zíper de leucina. Se uma proteína tiver um desses domínios pode-se sugerir que ela regula a RNApolimerase.
 É importante salientar que ter o mesmo motivo não significa ter a mesma seqüência. A seqüência de ligação consenso das proteínas é obtida fazendo a comparação de seqüências de proteínas a analisando quais nucleotídeos aparecem mais.
 Os genes nos procariotos estão organizados nos operons. 
Promotor—gene 1 RNAm 1 proteína
Promotor—gene—gene—gene 1 RNAm 3 proteínas
 Porque tem 1 término de transcrição mas 3 stop códon 
 
 A organização de ter um promotor e vários genes que são transcritos a partir desse promotor caracteriza um operon. Geralmente os operons têm genes que codificam para proteínas que tem funções relacionadas. O operon além do promotor e do gene pode ter também sítios de ligação para proteínas ativadoras e sítios de ligação para proteínas repressoras. 
 
Operon lac
 É formado por três genes, o lac C, o lac Y e o lac A. Elas são importantes para a metabolização da lactose, algumas são transportadoras e outras estão envolvidas na degradação da proteína. 
 Esse operon é reprimido na ausência de lactose por uma proteína, a lac I.
Ele também pode ser inibido na ausência de glucose, porque quando se tem glicose todas as outras vias de metabolismo são reprimidas. 
 Assim esse operon pode ser induzido na ausência de glicose pela proteína CRP. Isso ocorre porque quando não se tem glicose, priorizam-se as vias alternativas para obtenção de energia.
LAC I
 Sem lactose a lacI se liga ao operador (região do DNA) a frente da RNA polimerase, assim impedindo a passagem dela pela fita durante a transcrição.
 Com lactose, as subunidades alo-lactose ou mesmo a lactose se ligam ao LacI, essa proteína muda de conformação impedindo que ele se ligue ao operador, com isso a RNA polimerase pode tranquilamente transcrever esse operon.
CRP
 Quando há glicose, ela acaba por reprimir a utilização de fontes alternativas de combustível. Assim a glucose reprime a ativação do operon lac.
 Também chamada de CAP, essa proteína estimula o operon Lac.
 O operon Lac tem região promotora do tipo sigma-70, e tem regiões conhecidas como -10 e -35. Teoricamente promotores que tem essa seqüência não precisam de ativadores, mas quando existem diferenças na seqüência a RNA polimerase não se liga de maneira eficiente assim precisa-se de uma proteína ativadora. Essa proteína apenas “ajudará” para que o processo ocorra mais rapidamente.
 A CRP é uma proteína ativadora, mas na presença de glucose ela não pode agir como tal. 
 A CRP tem um sítio de ligação para o AMPc, quando ligada ao AMPc a CRP muda de conformação e se liga no DNA. Se ligando ao DNA funciona como ativadora.
 Quando há baixa concentração de glicose ocorre a ativação da adenilato ciclase que vai converter ATP em AMPc e sua presença vai sinalizar baixa concentração de glicose.
 Assim sem glicose a bactéria procura fontes alternativas assim o AMPc se liga ao CRP e juntos se ligam no DNA, ativando o operon lac.
 Alta concentração de glicose inibe a adelinato ciclase, conseqüentemente não haverá AMPc e assim a CRP não atuará como ativadora do operon lac.
 Os quatros estados do Operon lac:
Lactose Glicose
 - + lacI ligado Adenilato ciclase inativa
 - - CRP- AMPc ligado, mas lacI não Adenilato ciclase ativa
 + + não há proteína ativadoraAdenilato ciclase inativa
 + - Adenilato ciclase ativa 
estado ativo CRP- AMPc
do operon
Operon TRP
 É outra forma de repressão e está relacionado com a síntese do aminoácido triptofano.
 Esse operon é formado por cinco genes, TRP C, TRP D, TRP A, TRP E e TRP B e esse genes estão envolvidos na síntese de triptofano.
 O operon TRP pode regular a síntese do triptofano de duas maneiras:
maneira similar a repressão: a proteína repressora reprime o operon, mas ao contrário do exemplo anterior quando o triptofano está presente, ele se liga a proteína repressora e só assim ela se liga no operador impedindo a transcrição. Isso ocorre para que não haja produção em excesso do aminoácido.
a outra forma é chamada de atenuação e é a interrupção da transcrição.
 O RNAm do operon TRP além de ser uma região codificadora de proteínas ele tem uma seqüência anterior, chamada de seqüência de atenuação ( 1, 2, 3 e 4).
 A seqüência 1 é chamada de peptídeo líder e serve de molde para a síntese de um determinado peptídeo que contém dois triptofanos. Em procariotos, após a transcrição pode-se ter os ribossomos ligando no RNAm para começar a tradução.
 Quando se tem alta concentração de triptofano, quando o RNAm está sendo transcrito, o ribossomo se liga na ponta 5’ que relaciona-se com a seqüência 1.
Quando ele começa a ler o códon ele começa a sintetizar o peptídeo linha. O ribossomo vai fazendo a síntese e vão entrando as duas moléculas de triptofano. O ribossomo pára nessa região porque há um stop códon. Enquanto ele está parado as regiões 3 e 4 se paream ( devido ao fato da seqüência 3 ter vários C e a seqüência 4 ter vários G) formando um grampo, isso acarreta na oscilação da estrutura da RNA polimerase fazendo com que ela se solte da fita. Assim a transcrição é interrompida.
 O ribossomo quando chega ao stop códon ele pára e acaba por encobrir parte da região 1 e parte da região 2. Isso ocorre devido ao tamanho do ribossomo.
 Já sem triptofano, o ribossomo pára antes de chegar no stop códon porque não haverá triptofano para sintetizar a fita, assim ele não conseguirá prosseguir. Sendo assim ele ocupa apenas a região 1. A região 2 vai parear com a 3 formando um grampo, mas agora a RNApolimerase está longe e não percebe modificação da estrutura do RNA, assim ela continua transcrevendo o RNA e a por fim haverá a tradução. 
 Resumindo o operon além de ter determinados genes possui seqüências de atenuação, que vai fazer com que ocorra diminuição da transcrição. A seqüência que codifica para o peptídeo líder é chamada de seqüência 1 e tem além de aminoácidos dois resíduos de triptofano.
 Primeiro começa a traduzir o peptídeo líder, ao chegar no stop códon, o ribossomo acaba por encobrir parte da seqüência 1 e da 2. A seqüência 3 tem nucleotídeos que permitem que ela se combine tanto com a sequência 2 como a 4.
Nesse caso como o ribossomo está encobrindo a região 2, a região 3 irá parear com a região 4. Isso causa a mudança de conformação da RNApolimerase e ela acaba por se soltar.
Quando não há triptofano, o ribossomo para no códon pára o triptofano. Parando nessa região a seqüência da região 2 fica livre formando um grampo com a região 3. A região 4 fica livre e o grampo não afeta a RNA polimerase e haverá tradução.