3_Controle_genetico_resumo

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ROBERTA MEDEIROS – 2021 
 
Genética 
GENES E CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA 
EXCEÇÕES AO DOGMA CENTRAL: 
• O fluxo da informação genética pode voltar do 
RNA para o DNA (retrovírus, elementos de 
transposição) graças à atuação da enzima 
transcriptase reversa; 
• Em alguns genes, o RNA é o fim das 
transcrições (produto final); 
• Para outros genes, mais de uma proteína 
pode ser traduzida com base em um único 
transcrito de RNAm. 
PROGRAMA GENOMA HUMANO: 
Até 2013, estimava-se que, em 23.000 genes dos 
quais: 
• 1,5% eram genes codificadores de proteínas 
(exoma: sequência de éxons); 
• Exons: trechos do RNAm final na região 
formada que serão codificadores de 
aminoácidos. 
• Grande maioria dos genes codificam RNAs 
que não serão traduzidos em proteínas, mas 
que se envolvem com o splicing (Divisão) do 
RNAm e atuam na regulação da expressão 
gênica); 
• Outros são os pseudogenes (sequência 
gênicas inativas). 
TIPOS DE RNA 
 
RNAtm: Transportador e mensageiro ao mesmo 
tempo. 
GENES E CONTROLE DA EXPRESSÃO 
GÊNICA: 
• Gene: (Wilhelm Johannsen, 1909): Unidade 
funcional que controla a síntese de um 
produto final, o qual pode ser uma molécula 
de RNA ou um polipeptídio (proteína); 
• Qualquer sequência de DNA que é transcrita 
em uma molécula de RNA; 
Logo, existem dois tipos de genes funcionais no 
genoma humano: os que codificam RNAs e os que 
codificam proteínas (único papel é gerar proteínas). 
HOJE PODE-SE CONSIDERAR O CONCEITO DE 
GENE COMO SENDO: Qualquer intervalo ao longo 
DO DNA que é transcrito em uma molécula de RNA 
funcional ou que é transcrito em RNA e é então 
traduzido em uma proteína funcional. (Incluindo a 
parte codificante e não codificante). 
• GENES: possuem números diferentes de 
pares de base (nucleotídeos), dado que 
correspondem a segmentos diferentes do 
DNA situados em locos diferentes de um 
cromossomo. 
• Alelos: por corresponderem a 
segmentos homólogos de DNA, 
referentes ao mesmo gene, possuem 
o mesmo número de pares de base. 
Em geral, os alelos diferentes de 
cada gene possuem o mesmo 
número de éxons e íntrons. 
• Éxons: Começam e terminam a 
transcrição. 
CONFORMAÇÕES DA MOLÉCULA DE DNA: 
 
A conformação adotada por um segmento de DNA 
está muito relacionada com a regulação da expressão 
gênica naquela região. 
• DNA A e DNA B têm giro da molécula para a 
direita (dextrógiro); 
• DNA Z tem giro para a esquerda (levógiro) 
• Watson & Crick (1953) estudaram a forma B. 
DNA, GENES E ALELOS: 
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• Existe uma grande variação na quantidade de 
DNA entre os diferentes organismos; 
• Organismos superiores em geral, têm 
excesso de DNA. 
• Ex: O milho (vegetal eucarioto) 
possui cerca de 1.500 vezes a 
quantidade de DNA da bactéria 
(procarioto) Escherichia coli; 
• O DNA dos procariontes faz parte quase que 
somente de seus genes; 
• Nos eucariotos, contudo, há três classes de 
DNA: 
o 1) Os altamente repetitivos; 
o 2) Os moderadamente repetitivos e; 
o 3) Os não-repetitivos. 
TIPOS DE DNA DOS EUCARIOTOS: 
• 1) Altamente repetitivo: (5% do genoma 
humano): Sequências curtas (DNA satélite 
com 171 pb em humanos), sendo cada 
sequência repetitiva em tandem inúmeras 
vezes por todo o genoma. 
• Concentra-se, sobretudo, próximos 
do centrômero e sua função pode 
estar relacionada com o 
alinhamento dos cromossomos 
durante as divisões celulares. Por 
isso, são genes estruturais. 
• 2) Moderadamente repetitivo: 
(representam a maior parte do DNA 
repetitivo): incluem diferentes tipos de 
repetições que se encontram dispersas pelo 
genoma humano como: longas sequências 
repetidas em tandem (minissatélites), 
curtas sequências repetidas em tandem 
(microssatélites); elementos de 
transposição; região telomérica (não é 
transcrita, mas tem relação com a expressão 
gênica); e genes codificantes de RNAr. Em 
geral, correspondem às inúmeras sequências 
não-codificantes que participam da regulação 
da expressão dos genes. 
• 3) Não-repetitivos (DNA de cópia única): 
representam a maioria dos genes 
codificadores de proteínas. Uma vez que não 
tem esse gene, ele não é expresso. 
ESTRUTURA DE UM GENE 
• Região promotora (1 extremidade) e Região 
Finalizadora (2 extremidades); 
• Éxons impetrados com introns; 
• Na transcrição só é replicado um trecho de 
interesse, dependendo do ambiente nos 
procariotos e depende da finalidade que é 
regulada pelo espaço e do tempo em 
eucariotos) 
• A transcrição começa no primeiro nucleotídeo 
dos éxons. 
• Slicing: remoção dos introns é a junção dos 
éxons (RNA MADURO AGORA). 
 
GENES E CONTROLE DA EXPRESSÃO 
GÊNICA 
• GENES ESTRUTURAIS: Codificam 
proteínas com função estrutural ou 
enzimática, que desempenham um papel 
estrutural na célula ou são usadas no 
metabolismo ou biossíntese. 
• GENES REGULADORES: São genes cujos 
produtos (RNA ou proteínas) interagem com 
outras sequências reguladores de DNA 
afetando as taxas de transcrição ou tradução 
dessas sequências. 
• Em muitos casos, seus produtos são 
proteínas de ligação ao DNA, 
conhecidas como fatores de 
transcrição transatuantes que se 
ligam a segmentos do DNA 
chamados de elementos 
cisatuantes. 
• A regulação da expressão gênica ocorre por 
dois mecanismos: 
REPRESSÃO da expressão gênica (controle 
negativo); 
ATIVAÇÃO da expressão gênica (controle 
positivo). 
• Bactérias e eucariotos usam os dois tipos de 
controle (negativo e positivo) para regular 
seus genes. 
• Contudo, para bactérias prevalece o 
controle negativo, enquanto para 
eucariotos, o controle positivo. 
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA EM 
BACTÉRIAS: 
• Um gene regulador sofre transcrição e gera 
um RNAm, ele sofre tradução e gera uma 
proteína reguladora. A proteína reguladora 
vai para outra região (operon) onde ela se liga 
com o operador e acontece a reação de 
ligação (ou não) da RNA polimerase ao sítio 
promotor. 
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RNAm policistrônico: molécula de RNA transcrita a 
partir de um grupo de genes contínuos que será 
traduzida em múltiplas proteínas. 
CONTROLE NEGATIVO EM BACTÉRIAS: 
• Gene regulador = gene repressor, fabrica 
uma proteína repressora; 
• Indutor negativo: quer dizer que essa proteína 
repressora inicialmente está ativa. Ao ligar se 
com o operador ela impede que a RNA 
polimerase se liga à região promotora do 
gene. 
• O óperon está normalmente desligado e na 
presença do indutor torna-se ativo; 
• Normalmente, são operons que controlam 
proteínas com função enzimática; 
• Ex: Óperon da lactose (óperon Lac) em E. 
coli. 
• No esquema B, a proteína repressora se liga 
a um substrato e fica inativo e não consegue 
mais se ligar ao operador é com isso a RNA 
polimerase consegue ligar a região promotora 
do do gene. 
 
Enzima da Lactose, que possui o operon Lac que 
ajuda no metabolismo, que atua no sistema 
digestório. 
 
 
 
• Gene repressível dizer que, inicialmente, 
quando o códon repressor está ausente, 
ocorre a transcrição. 
• Gene regulador fabrica uma proteína 
repressora, e ela está inativa não consegue 
se ligar ao operador. Então ele libera o sítio 
promotor com a ligação da RNA polimerase e 
acontece a transcrição normalmente. 
• Essa transcrição vai fabricar enzimas que vão 
atuar sobre um substrato gerando produto. 
• Na situação B: proteína correpressora 
presente. Isso significa que o repressor 
inativo,vai se tornar ativo. Quando a proteína 
correpressora se liga a ele, ele muda de 
confirmação e completa a ligação, 
associando a RNA polimerase, se ela não se 
associa, a transcrição não acontece. 
• Inicialmente a transcrição acontece porque 
ela está ativa, porque o repressor está inativo 
e vai ser interrompida porque a um excesso 
de produto desses genes contíguos, na 
biossíntese de um produto, por exemplo, de 
um aminoácido, a medida que o aminoácido 
é sintetizado e ele passa a se acumular na 
bactéria não há mais necessidade das células 
fabricar ele, logo não convém ela gastar 
energia fabricando mais e ela jápossui uma 
quantidade necessária para aquele momento. 
• Ou seja, o produto serve como um inibidor 
para que mais produtos não sejam 
fabricados. Por isso o nome: Correpressora. 
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O operon TRP controla a biossíntese do aminoácido 
triptofano E.coli 
 
CONTROLE POSITIVO EM BACTÉRIAS: 
 
• Gene regulador = gene ativador; 
• Normalmente, o óperon está inativo; 
• O ativador se liga a uma região do DNA-alvo 
em um sítio diferente do operador; 
• O indutor é um precursor da reação 
controlada pelo óperon. 
• Indutível positivo quer dizer que ele tem que 
ser induzido a ser ativado. 
• Já o repressivo positivo quer dizer que ele tem 
que ser desativado. 
• No esquema B: O indutor está presente e é 
um substrato. 
 
RESUMO DOS CONTROLES: 
A diferença entre os processos positivo e negativos: 
O tipo de produto fabricado pelo gene regulador. 
• Negativo: produz proteína repressora; 
• Positivo: produz proteína ativadora. 
 
A. Proteína repressora ativa: inicialmente a 
transcrição está em um nível basal(desligada), se liga 
à região do operador, RNA polimerase e não 
consegue ligar o promotor. 
No segundo momento: O substrato inativa ou 
repressor e a RNA polimerase consegue ligar 
o promotor. Assim a transmissão é ligada e as 
enzimas são produzidas atuando no substrato 
e são transformadas no produto. Uma parte 
desse produto segue sendo produto e a outra 
serve para bloquear a rota anterior 
começando novamente o processo. 
B. No momento inicial a transpiração está ligada 
e precisa ser reprimida (desligada). O 
repressor inativo não se liga à região 
operadora, e libera para o RNA polimerase e 
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o substrato está sendo traduzido em produto. 
O produto para de acumular no meio (ele 
mesmo serve para desligar o esquema) e não 
precisa de mais produto a célula está nutrida. 
C. O gene regulador fabrica uma proteína 
ativadora (inicialmente inativa), é preciso induzir, as 
enzimas não estão sendo fabricadas. Começam 
então a transcrever um nível de enzimas que vão 
gerar uma quantidade de produto e um produto 
intermediário que vai modificar o próprio ativador (de 
inativo para ativo) e passa se ligar uma sequência 
DNA. 
D. Ativador ativo RNA polimerase se liga ao sítio 
promotor e acontece a transcrição (produzem 
enzimas que produzem os estados produtos que 
inativam o ativador). 
CONTROLE POR ATENUAÇÃO EM 
BACTÉRIAS: 
• Se o controle anterior falhar, este se soma. 
• Alguns operons têm um nível de controle 
adicional que afeta a continuação da 
transcrição em vez do seu início. 
• Na atenuação, a transcrição começa no sítio 
de início, mas o término é precoce, antes que 
a RNA polimerase alcance os genes 
estruturais. 
• A atenuação ocorre em vários óperons que 
codificam as enzimas participantes da 
biossíntese dos aminoácidos. 
o Ex: óperon do trp na E. coli pode ser 
regulado tanto pela repressão quanto 
pela atenuação, o que é incomum em 
outros óperons. Ele possui em sua 
região 5’UTR (sequência líder) 162 
nucleotídeos formando 4 regiões 
anteriores aos genes estruturais 
(genes E, D, C, B e A) que levam à 
síntese do triptofano. 
 
É somente no início do códon que vai começar a 
transcrição. 
REGULAÇÃO GÊNICA EM PROCARIOTOS vs 
EUCARIOTOS: 
• Nas bactérias, a regulação gênica mantém a 
flexibilidade interna, ligando e desligando 
os genes em resposta às mudanças 
ambientais. 
• Nos eucariotos, a regulação gênica produz a 
diferenciação celular (espaço-temporal); 
DIFERENTES NÍVEIS DE CONTROLE DA 
EXPRESSÃO GÊNICA EVIDENCIADOS EM 
EUCARIOTOS: 
 
Níveis: 
 
1. O DNA é compacto não consegue se ligar; 
2. Sofre um relaxamento e fica envolto em 
histonas e se torna mais acessível; 
3. Ele sofre transcrição e se tornam pré RNA 
mensageiro e vai ser processado em RNA 
maduro; 
4. Recebe um capacete que é um meteoro da 
guanina e uma cauda poli-a com isso ele 
adquire estabilidade e perde introns; 
5. Vai para o hospital plasma e sofre tradução 
para gerar o polipeptídeo e após o processo 
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de tradução ela é modificada e se torna uma 
proteína ativa. 
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA EM 
EUCARIOTOS 
Os elementos cia atuantes regulando a expressão 
gênica. 
Controle da expressão gênica ocorre via ligação de 
fatores de transcrição upstream (anteriores ao sítio de 
início da transcrição na caixa TATA). E outras 
sequências reguladoras por exemplo DNA pode 
acontecer dentro de introns e exons. 
 
1. A transcrição se inicia no promotor pela para 
ligação de uma RNA e a polimerase. 
2. Quando ela se liga as sequências posteriores 
serão lidas; 
3. Por possuir exons e introns se trata de um 
RNA primário. 
 
EPIGENÉTICA 
• EFEITOS EPIGENÉTICOS: Alterações 
herdáveis e reversíveis na expressão gênica, 
que não são causadas por mudanças na 
sequência de bases do DNA, e que servem 
para silenciar gene(s). 
o Frequentemente, estas alterações 
estão associadas com mudanças 
químicas na estrutura da cromatina 
(DNA + histonas = nucleossomais). 
• A cromatina descompactada permite a 
transcrição gênica; 
• Existem dois tipos de cromatina: 
o Eucromatina: Região do DNA que 
pode ou não ser transcrita, 
dependendo dos mecanismos de 
controle da expressão gênica. 
(verdadeira, a que se expressa). 
o Heterocromatina: Região do DNA 
sempre inativa; Condensada. Inativa 
a maior parte do tempo. 
 
• GENES INDIVIDUAIS ou GRUPOS DE 
GENES podem ser ativadas ou reprimidas de 
forma reversível, porém estável de uma 
geração para outra de células ou até de 
organismos. 
• Mas, existem situações em que conjuntos de 
genes podem ser silenciados 
permanentemente. 
o Ex: imprinting parental de genes; 
formação do corpúsculo de Barr 
nas mulheres (inativação de um dos 
dois cromossomos X - fenômeno 
conhecido como compensação de 
dose); genes situados em tecidos 
específicos (cânceres diversos); 
retrotransposons (elementos 
transponíveis); e quando sujeitos a 
efeitos ambientais. 
• Existem evidências de que: 
o A nutrição fetal no útero pode 
influenciar o risco posterior de 
diabetes tipo 2, devido a marcas 
epigenéticas estabelecidas durante o 
desenvolvimento fetal; – a resposta 
de um indivíduo ao estresse pode ser 
mediada pelas marcas epigenéticas 
que ocorreram durante sua infância 
em resposta à alimentação. 
o A contribuição da epigenética para a 
saúde é uma área de pesquisa 
emergente e muito importante para 
se conhecer a susceptibilidade a 
doenças comuns. 
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HHISTONAS 
 
1. O DNA dá voltas ao redor das histonas. 
2. O DNA tem carga negativa logo é atraído 
pelas histórias que possui carga positiva. 
3. Acetilação: É o processo de fornecimento de 
grupos acetil, as caudas das histonas são 
atraídas pelo grupo metil e se desprendem da 
molécula de DNA (a interação fica fraca) e ele 
fica exposto. Assim, ocorre a ativação gênica 
(liberação de trechos do DNA para que ocorra 
transcrição). 
4. Desacetilação: É o processo ao contrário, ou 
seja, a remoção do grupo acetil e as histonas 
voltam a se atrair pela molécula de DNA e 
voltam para a formação anterior e ocorre a 
inativação dos genes na região do DNA. 
5. As histonas podem sofrer (des)acetilação); 
(des)fosforilação e (des) metilação. 
Favorecendo (quando se liberam do DNA) ou 
não (quando se aderem) a expressão gênica. 
• Metilação do DNA: está associada com a 
repressão da transcrição em vertebrados e 
plantas. 
o Desmetilação: Associa-se à 
transcrição de câncer; 
o Padrões anormais de metilação: 
(Hipo/hipermetilação) estão também 
associados com alguns tipos de 
câncer; 
o É mais comum sobre bases 
citocinas adjacentes a guaninas, em 
regiões próximas ao promotor do 
gene conhecidas como ilhas CpG 
(p:grupo fosfato no esqueleto do 
DNA). 
 
METILAÇÃO DE MANUTENÇÃO 
• Se uma fita nova herda a fita de cima, a 
segunda, consequentemente, ficará com a de 
baixo; 
• A metilação é herdável entre as gerações de 
moléculas de DNA. 
• A enzima metiltransferase,na replicação, vai 
reconhecer as citocinas que não estão 
melitadas na fita filha e vai metila-las. 
• Após isso, teremos uma repetição e essas 
fitas serão idênticas entre si e entre a fita mãe 
 
HERANÇA EPIGENÉTICA: 
Herança de estados da cromatina de uma geração 
celular para a seguinte, ou seja, na replicação do 
DNA, tanto a sequência do DNA como a estrutura da 
cromatina são transmitidas fielmente para a próxima 
geração celular. 
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• A fita em vermelho, fita filha, está sem 
metilação; 
• Moléculas híbridas no processo 3; 
• As fitas com citosinas passam a ser metiladas 
no processo 4; 
• No final, todas então metiladas. 
METILAÇÃO DE NOVO: 
 
No zigoto, os dois cromossomos X estão ativos. No 
início do desenvolvimento, aleatoriamente, um deles 
se torna inativo (cromossomo vermelho) em cada 
célula. A partir disso, todas as células-filhas manterão 
o mesmo cromossomo X inativo que o da célula mãe. 
 
SPLICING (RECOMPOSIÇÃO) 
ALTERNATIVO 
• É quando o RNA heterogêneo nuclear, 
primeiro a ser transcrito do DNA, tem que ser 
recomposto para gerar uma molécula de DNA 
moldura. 
• Mecanismo pelo qual ocorre a união 
combinatória diferencial dos éxons, 
originando diferentes sequências de 
aminoácidos com base num mesmo transcrito 
de pré-RNAm. 
• Isto possibilita produzir múltiplas proteínas 
distintas a partir do mesmo gene, 
aumentando a diversidade de proteínas 
codificadas pelo genoma 
• Estima-se que 60% de todos os genes 
humanos sofrem splicing alternativo. 
 
SPLICEOSSOMO: Complexo de pequenos RNA 
nucleares (snRNA) chamados “un~”, associados a 
proteínas que participam da recomposição do RNAm 
de eucariontes. 
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• Retirada de trechos (segmentos) pode alterar 
o quadro de leitura. 
• No Skipexo C, a numeração será substituída 
de 2,3 por 1,2... 
 
 
EDIÇÃO DO RNAm: 
• Modificação pós-transcricional: Ocorre a 
troca enzimática de bases nitrogenadas 
individuais; 
• Ex: a proteína apolipoproteína B existe em 
duas formas distintas: uma de 48kDa 
produzida no intestino e outra de 100kDa 
(kilodaltons) produzida no fígado. Ambas as 
formas são o produto do mesmo gene. 
o No intestino, a enzima citidina 
deaminase altera uma C para U no 
códon 2.153, mudando o códon 5’ 
CAA 3’ (correspondente a uma 
glutamina) para 5’ UAA 3’ (codón de 
parada, ou seja, a proteína deixa de 
ser traduzida), truncando o peptídeo 
para a forma de 48kDa. 
MECANISMOS DE REGULAÇÃO GÊNICA 
PELA INTERFERÊNCIA POR RNA: 
• RNAs de interferência pequenos (siRNA) e 
microRNAs (miRNA) regulam a expressão 
gênica por meio de pelo menos quatro 
mecanismos distintos: 
o 1) Silenciamento da transcrição; 
o 2)clivagem do RNAm; 
o 3) Degradação do RNAm; ou 
o 4) Inibição da tradução. 
• Atuam no próprio RNAm, regulando a 
atividade que vai ser traduzido pela proteína, 
ou na própria tradução. 
CONTROLE POR miRNA (microRNA) 
1. Esse tipo de RNA é sintetizado no núcleo na 
forma de dupla fita, recebe uma cauda 
poliademilada e um capeamento. Ainda no 
núcleo, ele sofre uma transformação pela 
enzima Drosha, perdendo a cauda de poli 
adenina e o capi; 
2. Já se encontra maduro para ir ao citoplasma, 
onde vai ser clivado pela enzima Dicer; 
3. A enzima Dicer, vai separar a fita dupla em 
fita única e o RNA se associa ao Complexo de 
Silenciamento Induzido por RNA (RISC - 
Complexo de proteínas); 
4. Quando ele se associa, o complexo vai em 
direção ao RNA maduro e tenta se parear, 
uma vez que, o RNA é uma fita dupla agora. 
Ao se juntar, ele degrada sequências de 
RNAm ou impede a tradução(quando ocorre 
o pareamento imperfeito). 
 
CONTROLE POR siRNA e miRNA 
(microRNA) 
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1. Na etapa C, o silenciamento ocorre no início, 
na transcrição. Assim a enzima metilante é 
atraída e adiciona o grupamento metil. 
Inibindo a transcrição. 
Portanto, o controle da expressão gênica é controlado 
por esses RNAs que não são traduzidos, mas que 
possuem um papel primordial dentro da célula, que é 
controlar a expressão de outros genes. 
MODELOS POSSÍVEIS PARA A REPRESSÃO 
DA TRADUÇÃO PELO miRNA 
 
a. Uma extremidade capiada e a outra 
poliadenilada. O primeiro ribossomo a entrar é o de 
número 4, por percorrer uma distância maior e o 
produto protéico já é maior e já leu vários códons; 
b. O complexo RISC se associou ao RNAm e 
impediu a ligação do cap (na extremidade) ao 
ribossomo, interferindo no início da tradução. O cap, 
facilita a junção do RNAm com o ribossomo; 
c. O complexo RISC está interferindo na 
montagem do ribossomo, interferindo no início da 
tradução, pois se o ribossomo na sua unidade maior 
não se junta na sua unidade menor, que é a parte que 
vai ficar em contato direto com a fita de RNAm, não 
há como sintetizar a proteína. 
d. O RISC interfere no alongamento, de modo 
que, o ribossomo ao se aproximar dele encontra um 
empecilho e não consegue prosseguir devido a 
localização do complexo; 
e. Interfere na molécula do RNAm quando ele 
cliva a cauda poliA, de modo que, se ela sair a 
molécula fica toda desestabilizada, atrapalhando o 
processo de tradução.