Biologia Molecular - Aula 10 e 11

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Biologia Molecular
Profª. Alice Ornelas
AulaS 10 E 11. REGULAÇÃO DA 
EXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOS
• Modelo do Óperon lac
• Os genes estruturais lac
• Componentes regulatórios do sistema lac
• Repressão catabólica do Óperon lac
• Níveis de glicose
• Interação cAMP-CAP
Regulação Gênica
• As bactérias necessitam regular a expressão de seus genes
• adquirir compostos de que necessitam a partir do ambiente
• sintetizar por meio de vias enzimáticas (gasto energético e recursos
celulares para produzir as enzimas necessárias)
• Para serem econômicas, as bactérias sintetizam as enzimas necessárias para
produzir compostos APENAS QUANDO NÃO HÁ OUTRA OPÇÃO. Ou seja,
apenas quando os compostos estiverem indisponíveis em seu ambiente local.
Regulação Gênica
• As bactérias desenvolveram sistemas reguladores que detectam o composto
relevante no ambiente local.
• Ex.: regulação das enzimas que metabolizam açúcar. Existem vários tipos de
açúcar (lactose, glicose, galactose, xilose), portanto são necessárias proteínas
diferentes para a importação de cada açúcar, bem como de diferentes enzimas
para processar cada um dos açúcares.
• As bactérias gastariam muita energia se precisasse sintetizar
SIMULTANEAMENTE todas estas enzimas.
Regulação Gênica
• Dessa forma, as bactérias desenvolveram mecanismos para:
➢ desligar (reprimir) a transcrição de todos os genes que codificam enzimas
que não são necessárias em um determinado momento e
➢ ligar (ativar) os genes que codificam enzimas necessárias.
• Exemplo: Se apenas lactose estiver no meio, a bactéria desliga a transcrição dos
genes que codificam enzimas necessárias para a importação e metabolismo de
glicose, galactose, xilose e outros açúcares; e liga a transcrição dos genes que
codificam enzimas necessárias para a importação e metabolismo de lactose.
Regulação Gênica
• A regulação depende de duas interações:
➢ Promotor com a RNA polimerase→ transcrição dos genes estruturais
➢ Proteínas repressoras c/ operador → impede a transcrição dos genes estruturais
(Regulação -); ou Proteínas ativadoras c/ sítio de ligação do ativador → induz a transcrição
(Regulação +).
1) Operon Lac
• O operon, sistema muito comum na organização dos genes
bacterianos, pode ser considerado como um conjunto de genes
adjacentes controlados por um operador. Todos esses genes são
transcritos em apenas um RNA mensageiro, que dará origem a
uma série de enzimas que permitem a importação e o
metabolismo da lactose.
1.1) Genes estruturais
• 3 genes estruturais que codificam a(s) proteína(s)
necessárias para a importação e o metabolismo da
lactose.
•Proteínas geradas:
• beta-galactosidase (produto do gene lacZ),
• lactose permease (produzida pelo gene lacY), importa a lactose do
meio extracelular para o interior da célula.
• beta-galactosidase transacetilase (produzida pelo gene lacA). Não
necessária para o metabolismo da lactose
•Essas enzimas não são necessárias durante todo tempo, mas apenas
quando a lactose está disponível para a bactéria.
Componentes regulatórios do sistema lac
• O operon Lac, unidade genética de expressão controlada, é
constituído pelos seguintes genes:
• sítio promotor Lac (P), segmento do DNA que fornece um local
para a RNA polimerase se ligar e iniciar a transcrição dos genes
estruturais lac (Z, Y e A);
• sítio operador Lac (O), sítio onde se encaixa a proteína
repressora Lac, bloqueando a transcrição dos genes estruturais
lac (Z, Y e A);
• gene codificante da proteína repressora Lac (I). O gene I é quem
codifica a proteína repressora Lac.
Operon Lac
Proteína repressora Lac
O gene I, que codifica a proteína repressora Lac, não é considerado parte do 
próprio operon lac
Operon “desligado”
Operon “ligado”
Indução do Operon lac
• Proteína repressora Lac: proteína que se liga forte e
especificamente ao operador impedindo o processo de transcrição.
Eles bloqueiam, portanto, a síntese das proteínas.
• Entretanto, na PRESENÇA DE lactose, ela se combina com a
proteína repressora, inativando-a, “permitindo” a transcrição dos
genes estruturais, que codifica as três enzimas (operon “ligado” ou
induzido).
• NA FALTA de lactose novamente a proteína repressora se liga
novamente ao operador, “desligando” o operon.
• Dessa forma, a LACTOSE funciona como uma molécula indutora
inativando a proteína repressora.
Repressão catabólica do Operon lac
• Para que as enzimas metabólicas da lactose sejam expressas, duas
condições ambientais devem ser atendidas:
➢ LACTOSE deve estar presente no ambiente;
➢ GLICOSE não pode estar presente no ambiente.
• Isto porque a bactéria consegue capturar mais energia
metabolizando a glicose do que outros açúcares.
• Portanto, foram desenvolvidos mecanismos que evitam que a célula
sintetize as enzimas que captam e metabolizam lactose, quando tanto
lactose quanto glicose estão presentes.