Mecanismos de Regulação Gênica

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Camila Blumetti – MEDFACS/2º Semestre 2019.1 
 
RESUMINHO AULA 4 – PB II 
O que seria a regulação da expressão gênica? São mecanismos que regulam o processo de transcrição do 
DNA para sintetizar RNA e a tradução desses para gerar proteínas. Mas para que regular? Para regulação do custo 
energético, já que a síntese de proteínas requer grandes quantidades de energia, sendo assim, os mecanismos de 
regulação visam controlar a escolha de quais proteínas são feitas em diferentes momentos, sob diferentes condições 
ambientes. 
• Procariotos 
A estrutura de um gene de procarioto é formada por um promotor, uma região gênica, na qual é 
reconhecida por uma RNA polimerase, temos uma região codificadora, que vai sintetizar a proteína propriamente 
dita, que vai gerar um produto gênico e, um terminador, que é uma região gênica em que o RNA polimerase encerra 
a sua transcrição. 
O promotor é uma região gênica que está bem próxima de uma outra região chamada de operador, região 
essa que tem a função de “ligar” ou “desligar” aquele gene, ou seja, a função de fazer com que o gene seja expresso 
em extrema velocidade ou que ele seja reprimido em extrema eficiência. Essa região codificadora, diferentemente 
do que acontece com os eucariotos, expressa mais de uma proteína, na grande maioria das vezes, proteínas 
relacionadas, de uma mesma via metabólica. E por fim, como já foi dito, temos a região terminadora que vai fazer 
com que haja o desligamento da RNA polimerase da sequência de DNA. 
Todo esse conjunto: promotor, operador, regiões codificadores e terminador é chamada de OPERON e eles 
são classificados como organismos policistrônicos/poligênico, são organismos que sintetizam mais de uma proteína 
regulado pelo mesmo promotor. Já os eucariotos são organismos monocistrônicos, cada região gênica é regulada por 
um único promotor. 
Nós temos dois grupos de genes: os genes que são constantemente expressos, os genes constitutivos e, os 
genes cuja expressão varia de acordo com as condições da célula, os genes induzíveis. 
A regulação gênica é regulada por ativadores e repressores e, baseado na função dos ativadores e 
repressores, nós podemos classificar a regulação em dois grandes grupos: aqueles que fazem um controle positivo 
(ativador ligado facilita a transcrição) podendo ser induzido ou reprimido, e aqueles que fazem um controle negativo 
(repressor ligado inibe a transcrição) podendo ser também, induzido ou reprimido. 
A regulação negativa, como já foi dito, é quando um repressor está ligado e ele inibe a transcrição, ou seja, 
o gene está sempre sendo expresso, só cessa quando uma proteína repressora o desliga. Quando há a presença de 
um indutor, ele irá se conectar ao repressor inativando-o, fazendo com que a transcrição siga normalmente. Dessa 
forma, a regulação é negativa, mas a transcrição foi induzida pela presença de um indutor. Temos também a regulação 
negativa, porém reprimida por um co-repressor, e como acontece? O repressor é sintetizado, e ele é capaz de se ligar 
a região gênica que vai ser transcrita, mas não de forma isolada, ele precisa se ligar antes a um co-repressor. Agora o 
complexo repressor + co-repressor se liga a região gênica e inibe a transcrição. Sem esse co-repressor a transcrição 
ocorre normalmente, por isso é uma regulação negativa, ou seja, existe um repressor que inibe essa transcrição, mas 
precisa de um co-repressor, e ela só vai ser reprimida quando existir esse sinal molecular. 
Em miúdos: Quem vai ser INDUZIDA ou REPRIMIDA é a transcrição. Ela é uma regulação negativa por causa 
da presença de um repressor, porém se a transcrição ocorrer mesmo na sua presença, ou seja, houve a conexão do 
Camila Blumetti – MEDFACS/2º Semestre 2019.1 
 
repressor com um indutor, a transcrição será INDUZIDA, Regulação Negativa INDUZIDA. Já se ocorrer uma repressão 
da transcrição, ou seja, houve a conexão do co-repressor com o repressor, ativando-o, REPRIMINDO assim a 
transcrição, a Regulação será Negativa REPRIMIDA. 
Já a Regulação Positiva, como também já disse, é quando o gene não está sendo expresso normalmente e 
só irá começar a se expressar na presença de um ativador. Ela também pode ser Induzida ou Reprimida. No caso de 
uma transcrição INDUZIDA, nós teremos uma conexão do ativador + indutor, já que o indutor sozinho é inativo. 
Ocorrerá então, a ligação desse complexo na molécula induzindo a transcrição sendo, portanto, uma Regulação 
Positiva Induzida. Temos também a Regulação Positiva Reprimida, que é quando o ativador sozinho se liga na região 
gênica, porém será complexado com um co-repressor, inibindo/reprimindo assim a transcrição. 
Um dos exemplos da regulação de genes em procariotos é o OPERON LAC, região gênica responsável pela 
síntese de molécula que vai metabolizar a lactose dento de bactérias. No controle do operon LAC temos o controle 
negativo, ou seja, existe um repressor, uma molécula que irá reprimir a transcrição do gene e um controle positivo, 
um controle que irá estimular a expressão do gene. O controle positivo é realizado pelo complexo da proteína CAP 
que é a proteína ativadora de catabólito, ligado ao AMPc. 
Então temos a seguinte estrutura no OPERON LAC: um promotor, o qual a RNA polimerase irá se ligar, uma 
outra região gênica chamada de lacI que irá sintetizar uma proteína repressora, uma outra região chamada região O, 
que é uma região operadora a qual o repressor vai se ligar e vai regular a expressão dos genes: lacZ, responsável pela 
síntese da galactosidade, enzima que irá quebrar a ligação entre a glicose e a galactose na lactose, o lacY que vai ser 
responsável pela expressão da proteína Permease, proteína de membrana que irá facilitar a entrada de lactose no 
citoplasma da bactéria e o lacA que vai expressar a Transacetylase responsável pela transferência de grupamentos 
Acetil CoA no metabolismo da lactose. Portanto, esse operon funciona com a expressão constitutiva de repressor e 
esse repressor irá se ligar a região operadora fazendo com que os genes lacZ, lacY, lacA sejam ou não expressos. 
O operon LAC é um operon indutível, ou seja, está reprimido naturalmente, mas pode ser induzível. Como 
já foi dito, ele pode ter um controle negativo ou um controle positivo. O controle negativo se subdivide em duas 
situações: na ausência de lactose ou na presença de lactose. Na ausência, a região gênica lacI vai sintetizar a proteína 
repressora que irá se ligar na região O. Mesmo com a RNA polimerase ligado no promotor, a transcrição estará 
bloqueada, não havendo a produção dos genes Z, Y e A. (Esses genes são responsáveis pelo metabolismo da lactose, 
se não há lactose, não há necessidade de se gastar energia na sua produção) 
Já na presença de lactose, o repressor também será sintetizado já que ele é realizado constitutivamente, 
mas a lactose irá se ligar ao repressor, inibindo-o e impedindo que ele se ligue a região O. A RNA polimerase irá se 
ligar no promotor e ele irá promover a produção dos genes Z, Y e A, já que eles são responsáveis pelo metabolismo 
da lactose e há lactose para ser metabolizada. 
Além do controle negativo, o operon LAC também tem o controle positivo, que ocorre quando há 
diminuição da glicose. Importante lembrar que nenhuma célula irá metabolizar carboidrato quando houver glicose. 
Então, quando temos a glicose baixa, haverá o estímulo de Adenil ciclase, que irá quebrar o ATP e produzir AMPc 
(glicose baixa = AMPc alto), esse AMPc irá se ligar a proteína CAP e esse complexo irá se ligar nas proximidades da 
região promotora do operon LAC induzindo a transcrição dos genes que irão metabolizar a lactose, visando uma 
alternativa para a célula produzir energia. Logo, podemos chegar a seguinte conclusão: no controle positivo haverá 
uma resposta de acordo com os níveis de glicose: com a glicose baixa e lactose presente ocorrerá a expressão do 
Camila Blumetti – MEDFACS/2º Semestre 2019.1 
 
operon LAC, lembrando queessa expressão só é possível porque além da ausência do repressor, há a presença do 
indutor (AMPc + CAP). Se não houver lactose mesmo com a glicose baixa, o repressor estará ligado na região 
promotora, não havendo expressão dos genes que irão metabolizar a lactose. Já com a glicose alta não haverá a 
transcrição do operon LAC, mesmo na presença de lactose, pois por mais que o repressor esteja ausente, não haverá 
a presença do indutor, que só existirá em situações de baixa glicose. 
Outro exemplo, também em regulação gênica é o OPERON TRIP, operon responsável pela biossíntese das 
moléculas de moléculas, proteínas, enzimas, que participam da via biossintética do triptofano, aminoácido essencial 
para os seres humanos que as bactérias conseguem produzir. A representação do operon trip se dá da seguinte forma: 
a região trpR responsável pela biossíntese do repressor, temos o promotor e operador ligado e uma sequência 
codificadora de 5 enzimas que irão sintetizar o triptofano e a região terminadora. A regulação pode ocorrer por 
repressão e por atenuação. A regulação por repressão acontece da seguinte forma: o repressor é sintetizado, porém 
ele não consegue se ligar ao operador de forma isolada, ele precisa se ligar ao co-repressor que é o próprio triptofano. 
Ou seja, se o triptofano estiver em altos níveis ele irá se ligar ao repressor e esse complexo (repressor + co-repressor) 
se liga ao operador e impede que haja transcrição dos genes responsáveis pela biossíntese do triptofano (se há muito 
triptofano para que gastar produzindo mais?), se não houver o aminoácido, o repressor está inativo e o operon está 
ativo, ocorrendo então a transcrição. Já a regulação por atenuação é um mecanismo que não bloqueia a síntese do 
aminoácido quando ele estiver presente, apena dificulta um pouco a produção. 
Outro operon também importante é o operon da arabinose, que está relacionado com a síntese de alguns 
elementos proteicos para a metabolização de um açúcar arabinose. O OPERON ARA possui o gene regulador, o 
operador, as enzimas responsáveis pelo metabolismo da arabinose. Temos o controle positivo, que ocorre da seguinte 
forma: na presença de arabinose é expressa uma proteína chamada AraC, que se liga a própria arabinose e esse 
complexo se liga na região I (indutor da expressão gênica) e essa ligação induz a expressão facilitando a ligação da 
RNA polimerase e a consequente expressão de todas as enzimas responsáveis pelo metabolismo do açúcar. 
Lembrando que, se houver glicose ela vai ser inibida, porque há a necessidade de não só da ligação desse indutor 
como também da proteína CAP com o AMPc. Já na ausência da arabinose não teremos a formação do complexo, 
então a proteína AraC se liga a região I e, também se liga a região O formando um grampo, uma alça e essa alça torna 
essa expressão bloqueada. 
• Eucariotos 
A regulação da expressão gênica dos eucariotos é muito mais complexa. Além disso, os genomas dos 
eucariotos são muito maiores, precisando de uma regulação muito mais fina. O DNA dos eucariotos está em vários 
cromossomos ao invés de um único cromossomo circular como nos procariotos, sendo de muito mais difícil controle. 
Os eucariotos também são geralmente multicelulares, possuindo diferentes tipos de células que produzem diferentes 
tipos de proteínas. Nos eucariotos também não são encontrados os operons. 
A regulação da expressão gênica em eucariotos segue, basicamente, 7 passos diferentes: ou ela é regulada 
no momento da transcrição (o gene vai ser transcrito ou não, pode ser produzido o RNAm ou não), pode ser regulada 
no processamento pós transcricional (RNAm primário em RNAm maduro), ou por uma degradação do RNAm, no 
momento da tradução, no processamento pós traducional (proteína inativa em proteína ativa), pode ser regulada a 
partir da degradação da proteína ou no momento de endereçamento e transporte da proteína. 
 
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➔ Estrutura da cromatina como reguladora da transcrição 
O DNA passa por um processo de compactação feito por proteínas básicas, as HISTONAS. A estrutura dessa 
cromatina (DNA e suas proteínas organizadoras) pode ser regulada. Para abrir as histonas, ou seja, para que o DNA 
fique mais linear e aberto em algumas regiões, é necessário fazer a acetilação das histonas, sendo assim, nas histonas 
acetiladas, a cromatina está ativa (aberta, mais disponível para a transcrição), já nas histonas desacetiladas, a 
cromatina está inativa (está enrolada, não pode ser lida, não pode fazer transcrição). 
➔ Transcrição 
Para começar a transcrição, é necessário ter a região 
promotora. Um dos principais promotores é o TATA BOX (caixa 
cheia de adenina e timina). As regiões promotoras vão determinar 
o local exato em que todos os fatores de transcrição vão se 
encontrar para dar início ao processo. A repressão da transcrição é 
feita por elementos silenciadores. Eles podem interferir na ligação 
do RNA polimerase II ao promotor, ou na ligação de ativadores aos 
sítios específicos de ligação no DNA, ou no complexo de transcrição 
envolvidos no início da transcrição ou inibindo ativadores de 
transcrição. Esses intensificadores são também chamados de Enhancers 
A regulação gênica pode também ser feita por hormônios esteroides, peptídicos e mediada por pequenos 
RNAs, são capazes de clivar mRNAs impedindo, assim, a sua tradução.