Reg Expressao Genica Procariotos

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REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA
EM PROCARIOTOS
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Mecanismos que regulam o processo de 
transcrição do DNA para sintetizar RNA e a 
tradução desses para gerar proteínas
Regulação da expressão gênica
Abordagens...
A estrutura gênica
Controle da expressão 
(transcrição)
Controle da Expressão
(tradução)
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Promotor Região Codificadora Terminador
DNA
RNA
PROTEÍNA
Ribossomo
Estrutura de um GeneA estrutura de um gene de 
procarioto
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Promotor Região Codificadora Sítio de PoliA
hnRNA
AAAAAAAAAA
mRNA
AAAAAAAAAA
Intron
Exon
D
N
A
R
N
A
ESTRUTURA DE UM GENE DE 
EUCARIOTOA estrutura de um gene de 
eucarioto
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Organização na forma de 
operons
TerminadorPromotor/operador Regiões Codificadoras
OPERON
E. coli
RNA MENSAGEIRO
POLICISTRÔNICO
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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 !
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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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Fatores que determinam a 
quantidade de cada proteína
Concentração de mRNA
Eficiência da tradução do mRNA
Estabilidade da proteína extraída
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Genes 
constitutivos
Genes que são 
constantemente 
expressos
Genes 
induzíveis
Genes cuja 
expressão varia de 
acordo com as 
condições da célula 
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Regulação primária: RNA Polimerase
Genes constitutivos: interação promotor/RNA 
polimerase
Genes induzíveis: proteínas reguladoras afetam 
a transcrição pela RNA polimerase
O CONTROLE TRANSCRICIONAL 
EXERCIDO POR CASCATA DE 
FATORES SIGMA
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RNA Polimerase
Fator 
(sigma)



Core Holoenzima


’
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Especificidade de ligação da RNA polimerase nos diferentes promotores é 
dada pela interação com diferentes espécies de fatores sigma
BACTERIÓFAGO SPO1
se multiplica em
Bacillus subtilis
TRANSCRIÇÃO DOS GENES 
DE EXPRESSÃO TARDIA
28 33 34
Genes de 
expressão 
imediata
Genes de 
expressão 
intermediária
Genes de 
expressão 
tardia
RNA pol
Fator  a
gp28
gp33/34
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Bacillus subtilis
ESPORULAÇÃO
Seqüência de genes é expressa com a finalidade de formar o esporo
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OS MECANISMOS DE CONTROLE 
TRANSCRICIONAL
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Controle por ativadores e 
repressores
•Indução
•Repressão
CONTROLE
POSITIVO
Ativador ligado 
facilita a transcrição
•Indução
•Repressão
CONTROLE 
NEGATIVO
Repressor ligado 
inibe a transcrição
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Indução
REGULAÇÃO NEGATIVA
Repressor ligado inibe a transcrição
REPRESSOR 
INATIVO
indutor
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Repressão
REGULAÇÃO NEGATIVA
Repressor ligado inibe a transcrição
REPRESSOR 
INATIVO
Co-repressor
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REGULAÇÃO NEGATIVA: a transcrição pode 
ser favorecida ou bloqueada, dependendo da 
ação da molécula sinal sobre a proteína 
repressora
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REGULAÇÃO POSITIVA: a expressão está na 
dependência da presença das proteínas 
reguladoras ativadoras.
Os ativadores unem-se a sítios adjacentes ao 
promotor, aumentando a afinidade da RNA 
Polimerase por ele e favorecendo a transcrição
Indução
REGULAÇÃO POSITIVA
Ativador ligado facilita a transcrição
ATIVADOR 
INATIVADO
INDUTOR
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Repressão
REGULAÇÃO POSITIVA
Ativador ligado facilita a transcrição
ATIVADOR 
INATIVADO
Co-repressor
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SISTEMAS INDUZÍVEIS: expressão dos genes 
somente ocorre quando da presença de um 
indutor
SISTEMAS REPRIMÍVEIS: a expressão somente 
ocorre na ausência do co-repressor.
Operon lac
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Regulação do operon lac
CONTROLE 
NEGATIVO
REPRESSOR
CONTROLE 
POSITIVO
COMPLEXO 
CAP:cAMP
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Estrutura do Operon lac
Operon Lac: ~6000 bp
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Metabolismo da lactose
PERMEASE
TRANSACETILASE
-GALACTOSIDADE
Operon lac - Enzimas
28A lactose induz a síntese de enzimas envolvidas no seu próprio metabolismo
PERMEASE
CITOPLASMA
PERIPLASMA
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Transporta lactose
-Galactosidase
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Clivagem da lactose
Ausência de lactose
Presença de lactose
C
o
n
tr
o
le
n
e
g
a
ti
v
o
d
o
 O
p
e
ro
n
la
c
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Controle positivo 
do operon lac
Glicose
AMPc
CAP 
Proteína ativadora de catabólito
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Operon lac
PRESENÇA DE LACTOSE: inativar o repressor
AUSÊNCIA DE GLICOSE: aumentar a 
concentração de cAMP, permitir a ligação a 
CAP e assim, ao DNA
Operon trip
Regulação Gênica 
em E.coli
Operon Trip
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trpR P\O trpE trpD trpC trpB trpA ter
Repressor Triptofano+
Regulação do Operon trp
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Regulação por repressão
Regulação por atenuação
Regulação do Operon trp
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Regulação do operon do Triptofano
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ATENUADOR: Controla a capacidade 
da RNA Polimerase em continuar o 
alongamento da transcrição além de 
determinados sítios
OPERON TRIPTOFANO SEM CO-REPRESSOR
RNA polimerase
DNA
mRNA
Tradução
Transcrição
Proteína 
Repressora 
inativa
Repressor 
inativo
Transcrição
TraduçãomRNA
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Regulação por atenuação
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SITIOS DE 
CONTROLE
GENES 
ESTRUTURAIS
GENE 
REGULADOR
O CONTROLE DO OPERON DA ARABINOSE
ENZIMAS ENVOLVIDAS NO 
METABOLISMO DA ARABINOSE
RIBULOSE - QUINASE
ARABINOSE – ISOMERASE
RIBULOSE – 5 – FOSFATO - ISOMERASE
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Na presença de arabinose, a proteína AraC se liga a região
araI; a proteína CAP, ligada a cAMP, se liga a um sítio
adjacente à região araI;
TRANSCRIÇÃO DE araB, araA e araD
O CONTROLE DO OPERON DA ARABINOSE
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AraC Operador
Ligação de 
AraC
O CONTROLE DO OPERON DA ARABINOSE
Na ausência de arabinose, a proteína AraC se liga a ambas as 
regiões de araI e araO formando uma alça no DNA.
IMPEDE A TRANSCRIÇÃO DO OPERON
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RNA anti-senso (RNAs reguladores)
Eficiência de ligação do ribossomo
Os mecanismos de controle pós-
transcricional
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RBS
RBS
RBS
NEGATIVO
POSITIVO
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
re
gu
la
d
o
re
s
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Controle da tradução de operons de 
proteínas ribossômicas
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Regulação da Expressão Gênica
Procariotos:
Resposta direta a variações nas condições nutricionais (genes ativados
e reprimidos)
Transcrição pode ser acoplada com a tradução (simultânea)
Eucariotos multicelulares:
Limitação na resposta direta às variações nas condições nutricionais
(células estão organizadas em tecidos e orgãos – meios uniformes)
Transcrição ocorre em compartimento distinto da tradução eliminando
a possibilidade de acoplamento
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REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA
EM EUCARIOTOS
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Tipos de Sinais no Controle da 
Expressão
HORMÔNIOS
ESTERÓIDES: Complexo receptor-hormônio reconhece sequências
específicas no núcleo das células.
PEPTÍDICOS: se liga a receptores de superfície da célula
desencadeando uma cascata de sinalização
MUDANÇAS NUTRICIONAIS E AMBIENTAIS: Limitada
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Níveis do Controle da Expressão
1
Transcrição
2
Processamento
3
Estabilidade do 
mRNA
4
Tradução domRNA
50
Regulação da Transcrição
Regulador TATA box
Iniciador +1
Promotores Proximais
Reforçadores (enhancers)
Fatores de transcrição: gerais e específicos
Ativadores (ligação DNA e ativação da transcrição) e 
Repressores
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Holoenzima 
da RNA 
Polimerase
II
RNA 
Polimerase II
Fatores 
Gerais de 
Transcrição
SRB 
mediador 
(co-ativador)
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Motivos presentes em proteínas 
que se ligam ao DNA
Homeodomínio
Dedo de Zinco
Zíper de Leucina
Hélice-alça-hélice
Domínios de ativação
Ligação com o 
DNA
Ativa a 
transcrição
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Complexos com múltiplos componentes
Reforçadores
+
Fatores de 
Transcrição
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Regulação Pós-Transcricional
Splicing Alternativo
Diferenciação de neurônios
Apoptose
Mudanças nos padrões 
de splicing alternativo
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Regulação em nível de Tradução
mRNAs que codificam ferritina e do 
mRNA do receptor de transferritina
Transporte, uso e armazenamento do ferro
Embriogênese
Reativação de mRNAs dormetes no oócito
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