expressao genica procariotos

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Prof. Dr. Marcos Sousa 1
Controle da expressão 
gênica
em procariotos
O conceito de totipotência
 O que provoca a
diferenciação se
todas as células
tem o mesmo
DNA?
3Prof. Dr. Marcos Sousa
TODAS AS CÉLULAS DO ORGANISMO TÊM OS MESMOS 
GENES, MAS O FENÓTIPO PODE SER DIFERENTE
POR QUÊ?
REGULAÇÃO GÊNICA
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EXPRESSÃO GÊNICA 
 O termo expressão gênica refere-se ao
processo em que a informação codificada
por um determinado gene é decodificada
em uma proteína.
 Teoricamente, a regulação em qualquer
uma das etapas desse processo pode
levar a uma expressão gênica diferencial.
5Prof. Dr. Marcos Sousa
Porque Regular?????Porque Regular?????
Qual o custo (em termos de energia e recursos) para fazer 
uma proteína?
Para uma proteína de tamanho médio (300 aminoácidos)?
- 1350 moléculas de ATP
- 1650 átomos de carbono
- 540 átomos de Nitrogênio
E. coli tem cerca de 4000 genes que codificam 
aproximadamente 2000 proteínas.
Imaginem o custo se todas essas proteína fossem 
produzidas ao mesmo tempo !
Imaginem o custo se todas essas proteína fossem 
produzidas ao mesmo tempo !
6Prof. Dr. Marcos Sousa
Quem, Quando e Quanto:Quem, Quando e Quanto:
Isso é regulação Gênica
A síntese de proteínas requer grandes
quantidades de energia assim, os procariotos
desenvolveram mecanismos elaborados para
controlar a escolha de quais proteínas são
feitas em diferentes momentos, sob diferentes
condições ambientais.
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7Prof. Dr. Marcos Sousa
Objetivos da regulação da expressão gênica em 
Procariotos e em Eucariontes
1. Nos procariotos o controle da expressão gênica
serve principalmente para permitir que as
células se ajustem às mudanças nutricionais no
ambiente, de forma que o seu crescimento e
divisão sejam otimizados.
2. Em eucariotos multicelulares a expressão
gênica controlada regula um programa genético
fundamental para o desenvolvimento
embrionário e a diferenciação celular.
8Prof. Dr. Marcos Sousa
Fatores que determinam a Fatores que determinam a 
quantidade de cada proteína
9Prof. Dr. Marcos Sousa
Genes 
constitutivos
Genes que são 
constantemente 
expressos
Genes 
induzíveis
Genes cuja expressão 
varia de acordo com 
as condições da célula 
10Prof. Dr. Marcos Sousa
OS MECANISMOS DE 
CONTROLE 
TRANSCRICIONAL
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11Prof. Dr. Marcos Sousa
Jacob e Monod criaram um modelo no qual o
sítio promotor, associado a um outro sítio
chamado operador, controla a expressão de todos
os genes imediatamente “abaixo”, isto é, 3’, do
promotor.
A este conjunto chamaram operon.
Regulação da expressão gênica em 
bactérias
12Prof. Dr. Marcos Sousa
Promotor Região Codificadora Terminador
DNADNA
RNARNA
PROTEPROTEÍÍNANA
Ribossomo
A estrutura de um gene de procariotoA estrutura de um gene de procarioto
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13Prof. Dr. Marcos Sousa 14Prof. Dr. Marcos Sousa
Controle transcricional por 
ativadores e repressores
Controle transcricional por 
ativadores e repressores
•Indução
CONTROLE
POSITIVO
Ativador ligado facilita a 
transcrição
•Repressão
CONTROLE 
NEGATIVO
Repressor ligado inibe a 
transcrição
15Prof. Dr. Marcos Sousa
Controle positivo e negativo
 São definidos pela resposta do operon na ausência de
proteínas regulatórias.
 Positivo => os genes são expressos somente quando
uma proteína reguladora ativa está presente.
 Negativo => os genes são expressos a menos que
sejam “desligados” pela presença de uma proteína
repressora.
Síntese enzimática em bactérias 
 a) por indução :
provocada por vias
anabólicas p. ex. adição de
lactose.
 b) por repressão:
provocada por vias
catabólicas, p. ex. quando
se adiciona triptofano este
não precisará mais ser
sintetizado
17Prof. Dr. Marcos Sousa
R egulador
Operón LAC
Operador Gen x Gen aGen y 
AR N m
R epresor activo
Si n o hay lactosa los 
Genes no se transcriben
R egulación del operón LAC en E. coli. Si no hay lactosa el represor está en su forma activa, y los genes estructurales no se 
transcribe, con lo que la célula no tendrá los enzimas para metabolizarla.
18Prof. Dr. Marcos Sousa
R egulador
Operón LAC
Operador Gen x Gen aGen y 
AR N m
R epresor
T ranscripción
T raducción
Enz i mas para 
metabolizar la lactosa
Lac tosa
R epresor
inactivo
R egulación del operón LAC en E. coli. Si hay lactosa, esta se une al represor y lo inactiva. El operador, al estar libre, 
desencadena la transcripción de los genes estructurales, con lo que se sintetizarán las enzimas necesarias para metabolizar 
la lactosa. Cuando haya desaparecido la lactosa el represor volverá a su estado activo y dejarán de transcribirse los genes x, 
y y a.
Operón LAC
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O repressor lac
Operon Lac
20Prof. Dr. Marcos Sousa
Operon trip
Regulação Gênica 
em E.coli
Operon Trip
21Prof. Dr. Marcos Sousa
Regulação por repressão
Regulação por atenuação
RegulaRegulaççãoão do do OperonOperon trptrp
22Prof. Dr. Marcos Sousa
Re g u lador
Op e rón re p rimible
Op e ra dor Ge n a Ge n c Ge n b 
A RNm
Re p resor
i n a ctivo
t r i ptóf ano
Vía metabólica del triptófano
enzimas
R egulación del operón de la v ía del triptófano E. coli. Si no hay triptófano el represor está en su forma inactiva. Los genes 
estructurales de la vía del triptófano se transcribe y se traducen, con lo que se sintetiza el triptófano necesario para la célula.
23Prof. Dr. Marcos Sousa
Re g u lador
Op e rón re p rimible
Op e ra dor Ge n a Ge n c Ge n b 
A RNm
Re p resor
i n a ctivo
t r i ptóf ano
Vía metabólica del triptófano
enzimas
Re p resor
a c t ivo
R egulación del operón de la v ía del triptófago en E. coli. Cuando hay demasiado triptófano, este se une al represor y lo activa. 
El represor se une al operador, inactivándolo. Los genes a, b y c no se transcriben ni se traducen, con lo que la vía de 
síntesis del triptófano se paraliza. Lo que asegura que no se sintetice una cantidad excesiva de triptófano.
24Prof. Dr. Marcos Sousa
Regulação por atenuaçãoRegulação por atenuação
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25Prof. Dr. Marcos Sousa
A parada dos ribossomos sobre a região 1 (I) permite o pareamento das regiões 2 e 3 (II) que,
distantes do poli-U que sucede a região 4, não configuram um grampo de terminação. A
transcrição progride (III), dando ao final a síntese das 5 enzimas que formam a via biossintética
do triptofano.
26Prof. Dr. Marcos Sousa
quando há ainda um pouco de triptofano, insuficiente para ativar o repressor, mas
suficiente para garantir a síntese protéica.
27Prof. Dr. Marcos Sousa
Mecanismos de controle pós-
transcricional
Mecanismos de controle pós-
transcricional
 Inibição por feedback
RNA interferência(RNAs reguladores)
28Prof. Dr. Marcos Sousa
RBS
RBS
RBS
RNA DsrA
HNS (proteina reguladora de 
transcrição)
RpoS (fator sigma)
Atuando em reguladores 
transcricionais
C
o
n
tr
o
le
 p
o
r 
R
N
A
s
R
e
g
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re
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r 
R
N
A
s
R
e
g
u
la
d
o
re
s
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RNAi - RNA de interferência
 RNA interference (RNAi): é um mecanismo de
inibição da expressão gênica durante a tradução
de genes específicos.
 O RNAi (iRNA em inglês) tem como alvo o RNA
de vírus e transposons. É importante em alguns
sistemas de resposta imunológica e na regulação
do desenvolvimento e na manutenção do
genoma.
 Defesadas plantas ao
ataque de vírus
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Double strand RNA (dsRNA), fita dupla de RNA é 
clivada por uma enzima RNase conhecida como 
Dicer, liberando os siRNA (short interference
RNA). Que são englobados por um complexo de 
proteínas Risc (Complexo de Silenciamento
Induzido por RNA). 
Fica apenas uma das fitas do siRNA dentro do 
Risc,
e ele sai à procura de mRNAs pelo 
citoplasma, e que sejam homólogos à sequência 
do siRNA.
Se o mRNA e o siRNA do Risc forem quase 
identicamente complementares, o Risc, cliva esse 
mRNA, impedindo que ele venha ser traduzido 
por ribossomos em proteínas ativas. Ou, se o 
match não for tão perfeito, o Risc emperra os 
ribossomos no mRNA, impedindo a tradução de 
qualquer forma.
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31Prof. Dr. Marcos Sousa
O processo de interferência de 
RNA pode começar :
a) pela injeção de um RNA fita 
dupla (dsRNA, do inglês double
strand RNA)
b) pela síntese de um RNA que 
forme um longo grampo (a partir da 
transcrição de um trecho de DNA 
genômico ou de um transgene, 
engenheirado para isso e inserido 
no genoma do organismo), 
c) pela síntese de um RNA de 
interferência, que será clivado pela 
enzima Drosha no núcleo, gerando 
um grampo que será, no 
citoplasma, clivado de novo pela 
enzima Dicer.
32Prof. Dr. Marcos Sousa
Regulação da Expressão 
Gênica
Regulação da Expressão 
Gênica
Resposta direta a variações nas
condições nutricionais (genes
ativados e reprimidos)
Transcrição pode ser acoplada
com a tradução (simultânea)
Resposta direta a variações nas
condições nutricionais (genes
ativados e reprimidos)
Transcrição pode ser acoplada
com a tradução (simultânea)
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33Prof. Dr. Marcos Sousa