Aula Regulação de expressao genica procariotos

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Regulação de expressão gênica - procariotos
Universidade Federal da Bahia
Instituto Multidisciplinar em Saúde
Campus Anísio Teixeira
Parte 1
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Processos que afetam as concentrações celulares de uma proteína 
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Regulação de expressão gênica
São os mecanismos que aumentam ou diminuem a expressão de um determinado gene à medida que a necessidade do seu produto varia. 
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 Princípios da regulação da expressão gênica:
 Genes de Expressão Constitutiva: “genes housekeeping” 
 Genes cuja Expressão varia em resposta a sinais moleculares: 
 - Genes de Expressão Regulada
 - Indução 
 - Repressão 
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Regulação gênica em Procariotos 
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Operon
Promotor (RNApol) 
Operador (prot. reg.) 
Genes estruturias 
Terminador
Tradução  Proteína
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Princípios
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Princípios
Princípios
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Regulação negativa e positiva
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Metabolismo da lactose em E. coli
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Óperon Lac
Regulação Gênica 
em E.coli
Óperon Lac: Região gênica responsável pela síntese de moléculas que vão metabolizar a lactose dentro de bactérias.
 
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O Operon da lactose
A proteína tiogalactosídeo-transacetilase inativa os galactosídeos tóxicos que tb são transportados para a cell.
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transacetilase
permease
β-galactosidase
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Óperon Lac
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- Controle negativo do Operon Lac
Expresso constitutivamente 
A região do operador Lac sobrepõe-se a do promotor.
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Meio sem ou com pouca lactose
Mínima produção das
respectivas enzimas
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Meio com muita lactose
Controle negativo
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- Controle positivo do Operon Lac
O CAP monitora o efeito da glicose. Ele recruta a RNA polimerase.
O CAP age sobre mais de 100 genes de E. coli atuando com diversos parceiros – ex: gene gal
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Influência da glicose
glicose
cAMP
Bloqueia a adenilato
ciclase:
ATP cAMP
Controle positivo
ou CAP
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Sem glicose e com alta lactose
cAMP
Sítio CRP
CAP +
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Com alta glicose e com alta lactose
inativo
CAP
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CAP = Proteína ativadora de catabolito
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Óperon Trp
Responsável pela síntese de moléculas que participam da biosintese do triptofano.
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Estrutura do Óperon Trp
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Grupamento de genes bacterianos transcritos a partir de um único promotor que codificam enzimas que sintetizam o AA triptofano. Só são expressos quando o Trp é limitante.
Regulação do operon do triptofano
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Regulação por repressão
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Atenuação
A atenuação baseia-se na estreita ligação entre a transcrição e a tradução nas bactérias, e na capacidade do RNA formar estruturas alternativas através do pareamento intramolecular de suas bases.
161 nucleotídeos – sequencia líder 
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O RNA do líder contém uma fase de leitura que codifica um pequeno peptídeo líder (14AA) a qual é precedido por um forte sítio de ligação ao ribossomo.
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Regulação de expressão gênica - procariotos
Universidade Federal da Bahia
Instituto Multidisciplinar em Saúde
Campus Anísio Teixeira
Parte 2
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Mecanismo quorum-sensing
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1970s Vibrio fischeri e V. harveyi 
Simbiontes, habitantes dos órgãos da luz de peixe e lulas. Densidades bacterianas: 1010 – 1011 CFU/mL.
A luz é emitida por bactérias que vivem nos órgãos luminosos de peixes
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A luz é produzida após a ativação da transcrição do operon lux
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Synthesis of HSL – a signaling molecule
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Signaling molecules are diverse
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Comunicação entre bactérias
Peptideos secretados 
Sistema de detecção baseado em cinases membranares (two component system)
Comunicação intra- específica
Identificada em vários Streptococci orais
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1. Podem entrar na via lítica (CASCATA LÍTICA) – produzem grandes quantidades de fago e matam a célula;
2. Entram na via lisogênica (CASCATA LISOGÊNICA), durante a qual inserem covalentemente seu cromossomo, em um estado “reprimido” ou dormente, no cromossomo do hospedeiro.
Bacteriófago lambda – Regulação lisogenia ou lise
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Genes fagos lambda
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Genes fagos lambda
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Repressão dos genes líticos
CASCATA LISOGÊNICA
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Genes cro, N e Q – envolvidos na cascata reguladora lítica
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CASCATA LÍTICA
Os genes λ podem ser classificados em 3 grupos:
 genes iniciais imediatos – genes Cro e N
genes postergados – gene Q, genes replicação, recombinação e regulação
genes tardios – 23 genes envolvidos na morfogênese (cauda, cabeça, lise)
As proteínas:
 Cro – é um repressor que se liga aos sítios OL e OR com maior afinidade por OR3
 Proteína N – necessária para expressar os genes postergados
Proteína Q – necessária para expressar os genes tardios
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CASCATA LÍTICA
repressor
repressor
Genes iniciais
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Regulação gênica em procariotos
Resposta SOS
Regulação por síntese de proteínas ribossomais e fator estringente
Regulação por pequenos RNA
Regulação por recombinação genética 
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Resposta SOS
Dano extenso ao DNA no cromossomo bacteriano dispara a indução de muitos genes localizados a distância. Essa resposta chamada de resposta SOS. 
As proteínas regulatórias chave são a RecA e o repressor LexA.
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A protease RecA fornece a ligação funcional entre o sinal biológico (dano do DNA) e indução dos genes SOS, auxiliando na clivagem do LexA.
Danos intensos do DNA levam a numerosos intervalos em uma das fitas do DNA, onde RecA se liga. 
É a bactéria utilizando a mutação como forma de defesa.
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Se liga ao mRNA e bloqueia a tradução.
A r-proteína só se liga ao mRNA quando não tem mais rRNA para ela se ligar. 
Tradução é reprimida apenas quando a síntese de r-proteína excede a quantidade para fazer os ribossomos funcionarem. 
Síntese de proteínas ribossomais é coordenada com a síntese de rRNA 
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Quanto mais ppGpp, menos síntese de rRNA
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Funcionamento de mRNA regulado por pequenos RNA
Uma molécula de RNA separada pode se ligar ao mRNA “em trans” e afetar sua atividade. 
Alternativamente, uma porção do próprio mRNA pode regular seu próprio funcionamento, ou seja, ela atua “em cis”.
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Riboswitch (em cis)
Domínios enovelados de RNA que servem como receptores para metabólitos específicos.
A ligação de um riboswitch de mRNA ao seu ligante resulta em uma mudança conformacional no mRNA. 
A transcrição é inibida pela estabilização de uma estrutura de terminação da transcrição.
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Regulação por recombinação genética
Uma recombinase inverte periodicamente um segmento de DNA, possibilitando ou não a expressão de um gene. 
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O operon Lac é uma 
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➊ Quando o DNA é extensamente danificado (como pela luz UV), a replicação do DNA é suspensa e aumenta o número de intervalos de fita simples no DNA. 
➋ A proteína RecA se liga a esse DNA danificado de fita simples, ativando a atividade de coprotease da proteína.
➌ Enquanto está ligada ao DNA, a proteína RecA facilita a quebra e inativação do repressor LexA. Quando o repressor é inativado, os genes SOS, inclusive recA, são induzidos; os níveis de RecA aumentam 50 a 100 vezes.
A ligação de RecA nas fitas simples de DNA é a sinalização que o repressor LexA precisa para ser clivado, inativado e induzir a reposta SOS. 
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A síntese de rRNA responde à velocidade de crescimento celular e a alterações na disponibilidade de nutrientes cruciais, particularmente aminoácidos.
Necessidade de síntese de ribossomos.
Coordenação da síntese dos componentes ribossomais (rRNA e r-proteínas).
Uma r-proteína funciona também como repressor de tradução. 
Se liga ao mRNA e bloqueia a tradução.
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A ligação de um fator estringente *aminoácido por exemplo, causa a formaçãode um ppGpp (tetrafosfato de guanosina).
O sinalizador ppGpp reduz a transcrição de alguns genes e aumenta aquela de outros, por se ligar RNA-polimerase e alterar a especificidade do promotor da enzima.
A síntese de rRNA é reduzida quando os níveis de ppGpp aumentam.
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Trans- uma molécula afeta a outra
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Nova classe de antibióticos pretende atuar nesse fator. Um farmaco que se ligasse e ativasse um ligante, desligaria o gene, impediria a transcrição, 
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Em uma posição expressa A e B. A produz proteina que reprime C.
Na outra posição não expressa nem A nem B, e portanto, C NÃO é reprimido.
Facilita evasão do Sistema Imune. 
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