Expressão gênica

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Natália Cariello Brotas Corrêa 
1° Período
Expressão gênica
O que é?
É um processo complexo pelo qual as células controlam seletivamente a síntese de muitos milhares de proteínas e RNAs codificados pelo seu genoma.
A diferenciação das células surge porque as células produzem e acumulam diferentes conjuntos de moléculas de RNA e proteína, ou seja, elas expressam genes diferentes. 
Os vários tipos de células do organismo não diferem porque contém genes diferentes, e sim poque expressam os genes de maneiras distintas.
Análise da produção de proteínas por células
Metodologias para a análise:
- Eletroforese
- Espectrometria de massas: mais sensível que eletroforese e permite detectar o conteúdo total de proteínas
- Catalogação das moléculas de RNA das células
A partir das técnicas, foi analisado que muitas proteínas são comuns as células de um organismo multicelular. São denominadas proteínas de manutenção ou housekeeping. Elas incluem: proteínas estruturais dos cromossomos, RNA-polimerase, enzimas de reparo do DNA, proteínas dos ribossomos, enzimas envolvidas na glicólise e outros processos metabólicos básicos e muitas das proteínas que formam o citoesqueleto.
Alteração e regulação da expressão gênica
As células especializadas de um organismo multicelular podem alterar sua expressão gênica em resposta a sinais extracelulares. Essa alteração contribui para a especialização que da a cada célula um caráter distintivo.
Ex.: Liberado pela glândula suprarrenal durante os períodos de jejum, exercícios intensos ou estresse prolongado, cortisol induz as células do fígado a aumentarem a produção de glicose a partir de aminoácidos e outras pequenas moléculas. Quando o hormônio não está mais presente, a produção dessas proteínas retorna ao seu nível normal.
A regulação da expressão gênica pode ocorrer em diversas etapas:
Comutadores transcricionais
Além do promotor, os genes possuem sequências de DNA regulador, usadas para ativar ou inativar um gene. Algumas sequências de DNA são curtas e agem como interruptores simples que respondem a um único sinal. Outras sequências são longas e agem como microprocessadores moleculares, integrando a informação de uma variedade de sinais que determinam a frequência das transcrições.
As sequencias de DNA regulador não funcionam sozinhas, dependem de proteínas denominadas reguladores de transcrição.
Como se dá a ação do regulador de transcrição?
O regulador de transcrição interage com o sulco maior da dupla-hélice do DNA. 
Cada regulador reconhece uma sequência de DNA diferente e assim regula um conjunto distinto de genes.
As proteínas se combinam com alta afinidade a dupla-hélice de DNA. 
Os comutadores transcricionais permitem que as células respondam a modificações do ambiente
As bactérias regulam a expressão gênica muitas vezes de acordo com a disponibilidade de alimento no ambiente.
A E. coli possui cinco genes codificantes de enzimas que produzem o aminoácido triptofano. Esses genes são arranjados em grupamentos no cromossomo e são transcritos a partir de um único promotor. Esses grupamentos transcritos são chamados de óperons (raros em eucariotos).
- Quando as concentrações de triptofano são baixas, o óperon é transcrito.
- Quando as concentrações de triptofano são abundantes, ocorre a repressão do óperon.
Repressão do óperon:
- No promotor do óperon existe uma sequência de DNA, chamada de operador.
- Operador é reconhecido por um regulador da transcrição (repressor do triptofano), impedindo o acesso da RNA polimerase ao promotor.
- Impede a transcrição do óperon e a produção das enzimas que produzem o triptofano.
O repressor é um mecanismo que ativa e inativa a produção de um conjunto de enzimas biossintéticas, de acordo com a disponibilidade do produto final da via que as enzimas catalisam.
Repressores e ativadores
- Proteína repressora transcricional: inibe os genes ou os reprime
- Proteína ativadora transcricional: ativam os genes. Elas interagem com promotores que são apenas marginalmente capazes de se associar e posicionar na RNA polimerase. 
Reguladores transcricionais controlam a expressão gênica de longe
Os sítios de DNA aos quais os ativadores de genes se ligam são denominados estimuladores, porque sua presença aumenta a taxa de transcrição. O DNA entre o estimulador e o promotor forma uma alça para permitir que as proteínas ativadoras eucarióticas influenciem diretamente os eventos que ocorrem no promotor. 
Frequentemente, proteínas adicionais servem para interligar os reguladores transcricionais distantes ao promotor, o mais importante desses reguladores é o Mediador. Uma dessas vias nas quais essas proteínas funcionam é auxiliando na associação dos fatores gerais de transcrição e da RNA polimerase para formar o grande complexo de iniciação de transcrição no promotor. 
Como os reguladores de transcrição e a RNA-polimerase tem acesso ao DNA em nucleossomos?
O DNA eucariótico é empacotado em nucleossomos. Essas estruturas podem inibir o início da transcrição, se estiverem posicionadas sobre o promotor, porque bloqueiam a associação dos fatores gerais de transcrição ou da RNA-polimerase sobre o promotor. Nas células eucarióticas, as proteínas ativadoras e repressoras exploram a estrutura da cromatina. A estrutura da cromatina pode ser alterada por complexos de remodelagem da cromatina e enzimas que covalentemente modificam as proteínas histonas que formam o centro do nucleossomos. O recrutamento de histona-acetiltransferases promove a ligação de grupos acetila e lisinas selecionadas na cauda de proteínas histonas. Essa modificação altera a estrutura da cromatina, permitindo maior acessibilidade ao DNA envolvido, além disso, os próprios grupos acetila atraem proteínas que promovem a transcrição, incluindo alguns fatores gerais de transcrição. E muitos repressores atraem histona-desacetilases, enzimas que removem os grupos acetila das caudas das histonas, revertendo, dessa forma os efeitos positivos que a desacetilação tem no início da transcrição. 
Controle combinatório
É a maneira como grupos de reguladores transcricionais atuam em conjunto para determinar a expressão de um único gene. Em muitos casos repressores e ativadores estarão presentes no mesmo complexo.
A expressão de diferentes genes pode ser coordenada por apenas uma proteína
Uma maneira de coordenar a expressão gênica seria reunir os genes em um óperon, sobre o controle de apenas um promotor. Entretanto, as células eucarióticas não realizam esse tipo de mecanismo. Dessa forma. O efeito de uma punica proteína de regulação gênica pode ser decisivo em ativar ou inativar um determinado gene, simplesmente por completar a combinação necessária para ativar ou reprimir aquele gene.
Como mostra o exemplo da proteína receptora de glicocorticoides:
Vias para garantir a memória celular
- Ciclo de retroalimentação positiva:
Um regulador mestre da transcrição ativa a transcrição de seu próprio gene, além dos demais genes específicos a esta célula. Cada vez que uma célula se divide, o regulador é distribuído para as duas células-filhas, onde continua a estimular o ciclo de retroalimentação positiva.
- Metilação do DNA:
Modificação covalente inativa os genes pela atração de proteínas que se ligam a citosinas metiladas e impedem a transcrição gênica. Os padrões de Metilação do DNA são transmitidos para a progênie celular pela ação de uma enzima que copia o padrão de metilação da fita de DNA parental para a fita de DNA filha logo após sua síntese.
- Modificação de histonas:
As enzimas responsáveis pelas modificações covalentes do cromossomo parental podem se ligar às histonas parentais e conferir as mesmas modificações às novas histonas adjacentes.
Essas vias são consideradas formas de heranças epigenética pois não alteram a sequência nucleotídica real do DNA.
Controles pós-transcricionais
- O tempo de vida de um mRNA é ditado por sequências nucleotídicas específicas, localizadas nas regiões não traduzidas da cadeia da proteína. 
- Cada mRNA possui sequências que ajudam a controlar a frequência e a eficiência desua tradução em proteína.
- As moléculas de mRNA bacteriano possuem uma sequência para a ligação do ribossomo localizada acima do códon de iniciação, que é o alvo ideal para o controle traducional.
- Proteínas repressoras podem inibir a iniciação da tradução pela ligação a sequencias nucleotídicas especificas na região 5’ não traduzida do mRNA, impedindo o encontro do ribossomo com o primeiro códon
RNAs não codificadores
São referidos como RNAs reguladores.
Ação dos microRNAs ou miRNAs:
São pequenas moléculas de RNA que controlam a expressão gênica pelo pareamento de bases com mRNAs específicos, reduzindo sua estabilidade e sua tradução em proteína.
Esse miRNA se associa então com proteínas especializadas para formar um complexo silenciador induzido por RNA (RISC). O RISC patrulha o citoplasma procurando por mRNAs que sejam complementares ao miRNA que carregam. Uma vez que o mRNA pareia com o miRNA, ele é destruído imediatamente por uma nuclease presente dentro do RISC, ou sua tradução é bloqueada, ou ele é levado a uma região do citoplasma onde outras nucleases finalmente o degradarão. Uma vez que o RISC tenha cuidado da molécula de mRNA, ela é liberada e está livre para procurar moléculas de mRNA adicionais. Então, um único miRNA, como parte do RISC, pode eliminar uma molécula de mRNA e depois outra, bloqueando eficientemente a produção da proteína codificada pelo mRNA.
 Duas características dos miRNAs os tornam reguladores da expressão gênica especialmente úteis:
- Um único miRNA pode regular um conjunto inteiro de diferentes mRNAs, e os mRNAs carregam uma sequência comum; essas sequências estão frequentemente localizadas nas suas regiões 5’ e 3’ não traduzidas.
- Um gene que codifica um miRNA ocupa relativamente pouco espaço no genoma comparado com um gene que codifica uma proteína reguladora transcricional. 
Pequenos RNAs de interferência são produzidos a partir de RNAs estranhos de fita dupla para proteger as células contra infecções
Esse processo é denominado interferência de RNA (RNAi)
Longos RNAs não codificadores:
Um dos principais exemplos é o Xist que participa na inativação do cromossomo X.
Natália Carie
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1
° Período
 
Expressão gênica
 
O que é?
 
É um processo complexo pelo qual as células controlam seletivamente a síntese de muitos milhares de proteínas e RNAs 
codificados pelo seu genoma.
 
A diferenciação das células surge porque as células produzem e acumulam diferentes conjuntos de moléculas de RNA 
e proteína, ou seja, elas expressam genes diferentes. 
 
Os vários tipos de células do organismo não diferem porque contém genes diferentes, e si
m poque expressam os genes 
de maneiras distintas.
 
Análise da produção de proteínas por células
 
Metodologias para a análise:
 
-
 
Eletroforese
 
-
 
Espectrometria de massas: mais sensível que eletroforese e permite detectar o conteúdo total de proteínas
 
-
 
Catalog
ação das moléculas de RNA das células
 
A partir das técnicas, foi analisado que muitas proteínas são comuns as células de um organismo multicelular. São 
denominadas proteínas de manutenção ou housekeeping. Elas incluem: 
p
roteínas estruturais dos cromossomos
, RNA
-
polimerase, enzimas de reparo do DNA, proteínas dos ribossomos, enzimas envolvidas na glicólise e outros processos 
metabólicos básicos e muitas 
das proteínas que formam o citoesqueleto.
 
Alteração e regulação da expressão gênica
 
As células especializa
das de um organismo multicelular podem alterar sua expressão gênica em resposta a sinais 
extracelulares. Essa alteração contribui para a especialização que da a cada célula um caráter distintivo.
 
Ex.: Liberado pela glândula suprarrenal durante os períodos 
de jejum, exercícios intensos ou estresse prolongado, 
cortisol induz as células do fígado a aumentarem a produção de glicose a partir de aminoácidos e outras pequenas 
moléculas. Quando o hormônio não está mais presente, a produção dessas proteínas retorna 
ao seu nível normal.
 
A regulação da expressão gênica pode ocorrer em diversas etapas:
 
 
Comutadores transcricionais
 
Além do promotor, os genes possuem sequências de DNA regulador, usadas para ativar ou inativar um gene. Algumas 
sequências de DNA são curtas
 
e agem como interruptores simples que respondem a um único sinal. Outras sequências 
são longas 
e agem como microprocessadores moleculares, integrando a informação de uma variedade de sinais que 
determinam a frequência das transcrições.
 
As sequencias de DN
A regulador não funcionam sozinhas, dependem de proteínas denominadas reguladores de 
transcrição.
 
Natália Cariello Brotas Corrêa 
1° Período 
Expressão gênica 
O que é? 
É um processo complexo pelo qual as células controlam seletivamente a síntese de muitos milhares de proteínas e RNAs 
codificados pelo seu genoma. 
A diferenciação das células surge porque as células produzem e acumulam diferentes conjuntos de moléculas de RNA 
e proteína, ou seja, elas expressam genes diferentes. 
Os vários tipos de células do organismo não diferem porque contém genes diferentes, e sim poque expressam os genes 
de maneiras distintas. 
Análise da produção de proteínas por células 
Metodologias para a análise: 
- Eletroforese 
- Espectrometria de massas: mais sensível que eletroforese e permite detectar o conteúdo total de proteínas 
- Catalogação das moléculas de RNA das células 
A partir das técnicas, foi analisado que muitas proteínas são comuns as células de um organismo multicelular. São 
denominadas proteínas de manutenção ou housekeeping. Elas incluem: proteínas estruturais dos cromossomos, RNA-
polimerase, enzimas de reparo do DNA, proteínas dos ribossomos, enzimas envolvidas na glicólise e outros processos 
metabólicos básicos e muitas das proteínas que formam o citoesqueleto. 
Alteração e regulação da expressão gênica 
As células especializadas de um organismo multicelular podem alterar sua expressão gênica em resposta a sinais 
extracelulares. Essa alteração contribui para a especialização que da a cada célula um caráter distintivo. 
Ex.: Liberado pela glândula suprarrenal durante os períodos de jejum, exercícios intensos ou estresse prolongado, 
cortisol induz as células do fígado a aumentarem a produção de glicose a partir de aminoácidos e outras pequenas 
moléculas. Quando o hormônio não está mais presente, a produção dessas proteínas retorna ao seu nível normal. 
A regulação da expressão gênica pode ocorrer em diversas etapas: 
 
Comutadores transcricionais 
Além do promotor, os genes possuem sequências de DNA regulador, usadas para ativar ou inativar um gene. Algumas 
sequências de DNA são curtas e agem como interruptores simples que respondem a um único sinal. Outras sequências 
são longas e agem como microprocessadores moleculares, integrando a informação de uma variedade de sinais que 
determinam a frequência das transcrições. 
As sequencias de DNA regulador não funcionam sozinhas, dependem de proteínas denominadas reguladores de 
transcrição.