Regulação da Expressão Gênica em Procarioto

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Organização Sete de Setembro de Cultura e Ensino – LTDA 
Faculdade Sete de Setembro – FASETE 
Curso de Bacharelado em Biomedicina 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Hercules Wanderley Gonçalves de Aquino 
Manoel Mauricio França dos Santos 
Matheus Torquato Loiola Reis 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Regulação da Expressão Gênica em Procariotos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Paulo Afonso – BA 
2019 
 
 
Hercules Wanderley Gonçalves de Aquino 
Manoel Mauricio França dos Santos 
Matheus Torquato Loiola Reis 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Regulação da Expressão Gênica em Procariotos 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resumo apresentado à disciplina de 
Microbiologia Geral, no curso de Graduação 
em Biomedicina da Faculdade Sete de 
Setembro (FASETE). No 3ª período, turno 
noturno, com requisito parcial para avaliação 
semestral. 
 
Orientador (a): Prof. D. Sc. Kátia C. S. Félix 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Paulo Afonso – BA 
Set./2019 
 
 
 
SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 4 
2. MECANISMO DE TRANSCRIÇÃO ................................................................................. 4 
2.1 Repressão ............................................................................................................................. 4 
2.2 Indução ................................................................................................................................ 5 
3. O MEDELO OPERON DE EXPRESSÃO GÊNICA ........................................................ 5 
4. PROCESSO DA REGULAÇÃO ......................................................................................... 6 
5. CONCLUSÕES FINAIS ...................................................................................................... 7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
Até poucos anos atrás se acreditava que as funções regulatórias eram desempenhadas 
por proteínas, através do reconhecimento de sítios de ligação específicos nas moléculas de 
DNA. Nas últimas décadas, o papel dos RNAs não codificantes (ncRNAs) na regulação da 
expressão gênica ganhou destaque. A interação dessas moléculas com proteínas, DNA, 
mRNAs, formando distintos complexos moleculares, permitem que os ncRNAs atuem de 
diferentes maneiras, o que torna as redes de regulação cada vez mais intrigantes e 
interessantes para a pesquisa. (LABISIMI, 2011, regulação da expressão genética). 
A existência de um mecanismo de regulação ofereceu aos organismos uma vantagem 
seletiva sobre os organismos que não o possuíam, e por isso muitos dos organismos 
apresentam mecanismos fantásticos e altamente elaborados de regulação da expressão de seus 
genes. 
A regulação da expressão gênica é um sistema em que o DNA determina quais genes, 
seu número e o momento em que irão funcionar dentro da célula, produzindo proteínas que 
realizam várias funções serve para garantir que os genes corretos sejam expressos no 
momento certo. Mesmo um organismo simples como o de uma bactéria precisa regular 
cuidadosamente sua expressão gênica, permitindo que as células se ajustem às mudanças do 
meio. 
Por serem oportunistas nutricionais, os procariontes têm necessidade de regular a 
expressão de seus genes. As bactérias têm moléculas reguladoras específicas que controlam se 
um gene determinado será transcrito em RNA. Muitas vezes, essas moléculas atuam se 
ligando ao DNA próximo do gene e promovendo ou bloqueando a enzima da transcrição, 
RNA polimerase. Em bactérias, genes relacionados são frequentemente encontrados 
agrupados no cromossomo, do qual podem ser transcritos por um promotor (sítio de ligação 
da RNA polimerase) como uma unidade. Esse conjunto de genes sob o controle de um único 
promotor é conhecido como operon. Operons são comuns em bactérias, mas são raros em 
eucariontes como os seres humanos. 
2. MECANISMO DE TRANSCRIÇÃO 
Uma primeira categoria em que se dividem os mecanismos reguladores é a que 
consiste em ligar (indução) ou desligar (repressão) operons em resposta a alterações. 
Na regulação da expressão gênica bacteriana, encontram-se dois mecanismos de controle que 
regulam a transcrição do mRNA e a síntese de enzima, são eles que controlam a formação e 
as quantidades de enzimas na célula. 
2.1 Repressão 
O mecanismo de repressão é um regulador que coíbe a expressão genética diminuindo 
a síntese das enzimas. Esse mecanismo normalmente é uma resposta a uma abundância de um 
produto final via metabólica, podendo assim causar uma redução na velocidade da síntese das 
enzimas levando a uma formação daquele produto. É caracterizada por proteínas reguladoras 
que são qualificadas repressoras, de modo que bloqueiam a capacidade da RNA polimerase 
encetar a transcrição dos genes reprimidos. 
O repressor se liga ao gene operador, impedindo a ligação da RNA polimerase e, 
portanto, impedindo a transcrição dos genes estruturais que codificam as enzimas de 
degradação da lactose. 
 
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2.2 Indução 
O mecanismo de indução é um processo que ativa a transcrição de um gene ou genes. 
Ela atua no induzimento da transcrição de um gene conhecido como indutor, já as enzimas 
indutíveis são as enzimas que são sintetizadas na presença de indutores. Um sistema indutível 
bem conhecido é encontrado nos genes requeridos para metabolismo da lactose na E. coli. 
Neste caso, um desses genes codifica a enzima β – galactosidade, dividindo assim o 
substrato lactose em dois açúcares simples, classificado como glicose e galactose. O indutor é 
adicionado ao sistema, este se liga ao repressor, liberando o operador, o que permitirá a 
ligação da RNA polimerase ao sitio promotor e consequentemente os três genes estruturais 
serão transcritos. 
De acordo com Gerard Tortora, um operon indutivo age quando as enzimas que 
degradam lactose são produzidas na presença de lactose. Em E. coli, os genes para as três 
enzimas estão no operon lac. A β-galactosidade é codificada pelo lacZ. O gene lacY codifica 
a lac permerase, e lacA codifica a transacetilase, cuja função no metabolismo da lactose ainda 
não está claro. 
 
 
 
 
 
 
3. O MEDELO OPERON DE EXPRESSÃO GÊNICA 
Esse modelo foi formulado por François Jacob e Jacques Monod no ano de 1961, eles 
publicaram um breve artigo, onde descreve os detalhes do controle de expressão gênica por 
indução e repressão pelo modelo operon e, a regulação da síntese, ou seja, a descrição de 
como dois genes adjacentes envolvidos no metabolismo da lactose era regulada 
coordenadamente por um elemento genético localizado em uma extremidade do grupo de 
genes. 
Os genes eram os β – galactosidade, que quebra a lactose em galactose e glicose, e os 
da galactosideo – permerase, que transporta lactose para o interior da célula. Com o modelo 
operon, a regulação gênica poderia, pela primeira vez, ser considerada em termos 
moleculares. As bactérias têm um mecanismo geral simples para coordenar a regulação de 
Fonte: Biomedicina em ação, 2015. 
Repressor inativo, operon ligado. Quando o indutor alolactose se liga à 
proteína repressora, o repressor inativo não pode mais bloquear a 
transcrição. Os genes estruturais são transcritos, resultando na produção 
das enzimas necessária ao catabolismo da lactose. 
Figura 1. Regulação negativa 
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genes que codificam produtos que participam em um conjunto de processos relacionados, 
esses genesestão reunidos no cromossomo e são transcritos juntos. 
Muitos mRNA bacteriano são policistrônicos – múltiplos genes em um único 
transcrito e o único promotor que inicia a transcrição de todos os genes no grupo. O grupo de 
genes e o promotor, acrescido de sequências adicionais que funcionam juntas na regulação, 
conhecido como operons. Os operons incluem dois a seis genes transcritos como uma unidade 
é comum, sendo que alguns operons contem 20 ou mais genes. 
Os genes estruturais determinam as estruturas de proteína, esses genes conduzem as 
três enzimas envolvidas na captação e utilizações da lactose estão em sequência no 
cromossomo bacteriano e são regulados todos em conjuntos, que diferenciam de uma região 
de controle adjacente no DNA. No momento em que a lactose é introduzida no meio de 
cultura, os genes estruturais lac são todos transcritos e traduzidos rapidamente e 
simultaneamente. 
4. PROCESSO DA REGULAÇÃO 
 No processo de regulação decorrem dois segmentos de DNA relativamente curtos na 
região do controle do operon lac conhecidos como promotor e operado. Os promotores 
contem sequência de DNA especificas como sequências com senso, que fornecem o sitio 
seguro de ligação para a RNA polimerase e para proteínas chamadas fatores de transcrição 
que recrutam a RNA polimerase, e se localiza na região do DNA. 
 Já o operador é uma sequência que se encontra entre os genes estruturais e o 
promotor, ele é responsável pelo controle da transcrição dos genes estruturais. No momento 
que o repressor codifica o gene regulador automaticamente se liga ao operador, o promotor é 
bloqueado o que impede a transcrição. Assim, se torna um conjunto de sítios operadores e 
promotores e os genes estruturais que eles controlam define um operon, ou seja, a combinação 
dos três genes estruturais lac e as regiões de controle adjacente são denominadas operon lac. 
 
 
 
 
 
Fonte: Biomedicina em ação, 2015. 
O operon consiste em um sítio promotor e um sítio operador e genes 
estruturais que codificam uma proteína. O operon é regulado pelo produto 
do gene regulador. 
Figura 2. Esquema completo de todos os componentes e participantes do 
sistema Operon lac. 
 
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Por sua vez, a regulação do operon da lactose controla um nível intracelular da 
molécula AMP cíclico, dependendo do nível da glicose no meio. Essa substância deriva do 
ATP que serve como sinal de alarme celular, de modo que as enzimas metabolizam a glicose 
são constitutivas, e as células crescem em sua velocidade máxima tendo a glicose uma fonte 
de carbono, pois pode utilizá-la de modo mais eficiente. Se a glicose não estiver mais 
disponível, o cAMP se acumula na célula. Já a CAP está ligada ao promotor lac que inicia a 
transcrição facilitando a ligação entre a RNA polimerase e o promotor, observa-se que a 
transcrição do operon lac intercede tanto à presença de lactose quanto a ausência de lactose. 
5. CONCLUSÕES FINAIS 
Assim conclui-se que a regulação gênica bacteriana são quantidades de bactérias 
encontradas em operons, onde esses podem ser transcritos em um grupo possuindo promotor 
único. Tais operons contêm sequências de DNA reguladoras atuando em sítios de ligação de 
proteínas que regulam e podem promover ou inibir essa transcrição. Na regulação gênica, 
entende-se que o papel da bactéria é um trabalho complexo. Há, no entanto, muitas formas de 
regulação gênica, uma delas se dá a partir às moléculas encontradas nas bactérias que podem 
controlar se o gene determinado será transcrito em RNAm. Logo, tais moléculas podem atuar 
ligando ao próprio DNA, do gene promovendo ou bloqueando a enzima de transcrição, o 
RNA polimerase. Porém, a maioria dos operons apresenta outras sequências de DNA 
reguladoras além de promover, isso tem a ver com os sítios de ligação das proteínas 
reguladoras que podem “ativar” ou” desativar” a expressão do operon. 
Nós operons ocorre algumas proteínas reguladoras sendo as repressoras ligando-se a 
linhas do DNA chamadas operadores. Assim, quando se liga ao seu operador, o repressor 
reduz a transcrição impedindo que a RNA polimerase avance sobre o DNA. As proteínas 
reguladoras podem ser ativadoras isso por que quando o ativador se liga ao sítio de ligação 
aconteça o aumento da transcrição do operon, ajudando a RNA polimerase se ligar ao 
promotor. Os operons podem ser induzíveis ou represáveis, por exemplo, o operon lac é um 
induzível onde codifica enzimas para o metabolismo do açúcar lactose. Já o operon Trp 
repressíveis, pois, codifica enzimas para a síntese do aminoácido triptofano. Eles, porém, 
podem ilustrar o ponto importante da regulação gênica onde as bactérias modificam o 
conjunto de mudanças da alteração da expressão gênica. 
 
REFERÊNCIAS 
AÇÃO. in: BIOMEDICINA Regulação da Expressão Gênica em Procariotos. Disponível em: 
http://www.biored.pt/.com.br/. Acesso em: 15 set. 2019. 
http://labisismi.fmrp.usp.br/index.php/br/regulacao-da-expressao-genica 
https://pt.khanacademy.org/science/biology/gene-regulation/gene-regulation-in-
bacteria/a/overview-gene-regulation-in-bacteria 
TORTORA, Gerard J.; FUNKE, Berdell R.; CASE, Christine L.; Microbiologia. 10ª ed. 
Porto Alegre: Artemed, 2012. 
 
 
 
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