Regulação da expressão gênica em procariotos e eucariotos: operon lac, cromatina, fatores de transcrição

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Regulação da expressão gênica 
 
Procariotos 
Resposta direta a variações nas condições nutricionais – genes ativados e 
reprimidos. 
Transcrição e tradução simultâneas – acoplamento. 
 
Eucariotos multicelulares 
Limitação na resposta direta à variações nas condições nutricionais – células 
organizadas em tecidos e órgãos. 
Transcrição ocorre em compartimento distinto da tradução, impedindo o 
acoplamento. 
 
Operon Lac – Procariotos 
O operon Lac permite a adequação da bactéria aos recursos energéticos 
disponíveis no meio. 
Os genes envolvidos são o regulador, o opressor, que formam a sequência 
reguladora, o promotor e o operador, que antecedem os genes efetivos 
galactosidade, permeasse e transacetilase. Os cinco últimos foram o operon. A região 
reguladora é responsável por manter o nível da proteína repressora constrante. Este 
repressor se liga à uma sequência específica da região operadora, o que impede a 
transcrição dos genes estruturais do operon. 
O baixo nível de glicose na célula promove o aumento do AMPc e ativa o cap da 
região promotora para o reconhecimento pela RNA polimerase. O aumento do nível 
de lactose leva ao contato da mesma com o repressor, que muda sua conformação e 
assim se desprende da região operadora. Dessa forma, a RNA pol consegue agir e há 
produção das três enzimas. 
Caso exista, além da lactose, grande quantidade de glicose na célula, o sinalizador 
cap será desativado. Isso impede o funcionamento do operon, uma vez que o 
consumo de glicose é muito mais vantajoso que de lactose. 
 
Sinais que regulam a expressão gênica em eucariotos 
• Hormônios 
• Fatores de crescimento e diferenciação celular 
• Contato célula – célula 
• Alterações nutricionais e ambientais 
Regulação da expressão gênica em eucariotos 
A organização não ocorre em operon, a regulação se dá pela presença de sítios 
reguladores da iniciação da transcrição. 
Acesso à região promotora é restrito pela estrutura da cromatina. 
 
Níveis de regulação da expressão gênica em eucariotos 
• Ativação da estrutura do gene 
• Início da transcrição 
• Processamento do transcrito 
• Transporte do mRNA para o citoplasma 
• Estabilidade do mRNA 
• Tradução do mRNA 
• Estabilidade da proteína 
 
Ativação da estrutura do gene – Cromatina 
Formada por heterocromatina, região supercondensada e transcricionalmente inativas e 
por eucromatina, região mais relaxada e transcricionalmente ativa. A principal proteína a 
cromatina são as do tipo histona. A adesão das histonas na cromatina é um dos fatores 
responsáveis pelo controle da expressão gênica, uma vez que o empacotamento silencia 
trechos do genoma. 
A cromatina é remodelada por 
acetilação ou movimentação dos 
nucleossomos. A acetilação das histonas 
diminui a compactação da cromatina pois 
diminui a interação do “core complex” 
com o DNA, com isso os sítios promotores 
e reguladores estão mais acessíveis para a 
ligação dos fatores de transcrição. 
 
 
Início da transcrição e processamento do transcrito 
As ilhas CpG são encontradas em todos os genes em regiões ativas, promotoras, que são 
sequências regulatórias presentes na extremidade 5’ do DNA, logo antes do gene que será 
transcrito. No início da transcrição, se ocorrer metilação nas ilhas CpG, o promotor é 
desativado, o que interrompe a transcrição e, consequentemente, a expressão gênica. 
A molécula TBP (TATA binding protein) também é um componente de complexos de 
iniciação de transcrição de promotores. O complexo TF II D (fator de transcrição) são 
proteínas imprescindíveis para a ligação do DNA à RNA pol 2, que fará a transcrição do 
mRNA. O complexo basal de transcrição sofre regulação de fatores de transcrição 
específicos. 
 
No processamento do transcrito a regulação ocorre através do splicing alternativo. 
O enhancer se liga a uma região e promove a sua transcrição diversas vezes. 
 
• Motivos estruturais comuns em fatores de transcrição 
Dedo de zinco é um arranjo estrutural que abraça a fita do DNA especificidade de 
receptores esteróidicos conferida por variações nas sequências do dedo. Os dedos de zinco 
também funcionam como motivos de ligação do DNA – por exemplo, em certas proteínas 
que ligam o mRNA de eucariotos e atuam como repressores da tradução. 
Hélice – volta – hélice é uma estrutura geralmente não é estável por si só, é simplesmente 
a porção reativa de um domínio de ligação do DNA um pouco maior. Fica no DNA como se 
fosse uma pulseira. 
Zíper de leucina é uma hélice anfipática com diversos resíduos de aminoácidos 
hidrofóbicos concentrados de um lado, com a superfície hidrofóbica formando a área de 
contato entre os dois polipeptídeos de um dímero. 
 
Eventos que promovem o início da transcrição 
 
 
Proteína ativadora 
do gene liga-se a 
cromatina
Complexo de 
remodelagem da 
cromatina
Remodelagem da 
cromatina
Enzimas 
modificadoras 
de histonas
Modificação 
covalente de 
histonas
Outras proteínas 
ativadoras
Proteínas ativadoras 
adicionais ligam-se a 
região regulatória 
do gene
Fatores gerais de 
transcrição da 
RNA polimerase
Montagem do 
complexo de pré-
iniciação no 
promotor
Outras proteínas 
ativadoras
Rearranjo das 
proteínas no 
complexo de 
pré-iniciação
Iniciação da 
transcrição