Aula 06 - Regulação da expressão gênica

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Eliamara Barroso Sabino 
 O termo expressão gênica refere-se 
ao processo em que a informação 
codificada por um determinado gene é 
decodificada em uma proteína. 
Teoricamente, a regulação em 
qualquer uma das etapas desse 
processo pode levar a uma expressão 
gênica diferencial. 
• Nas bactérias o controle da expressão gênica 
serve principalmente para permitir que as células 
se ajustem às mudanças nutricionais no 
ambiente, de forma que o seu crescimento e 
divisão sejam otimizados. 
 
• Em organismos multicelulares a expressão gênica 
controlada regula um programa genético 
fundamental para o desenvolvimento embrionário 
e a diferenciação. 
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• Controlando quando e como um determinado gene 
é transcrito; 
• Controlando como um transcrito primário de RNA 
sofre o “splicing” ou é processado; 
• Selecionando quais mRNAs são traduzidos; 
• Ativando ou inativando seletivamente as proteínas 
depois da sua síntese. 
 Transcrição 
 Processamento do mRNA 
 Tradução 
 Modificações Pós-traducionais 
 Localização regulada 
◦ Citoplasma vs Núcleo 
 Associação com outras proteínas 
NUCLEO 
Cromatina 
DNA 
Transcrição 
Processamento 
CAP 
Cauda 
mRNA 
EXON 
INTRON 
RNA 
CITOPLASMA CÉLULA 
mRNA 
Tradução 
Degradação 
do mRNA 
Polipeptídeo 
Proteína Ativa 
Proteína Degradada 
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/gene/mol_gen.htm
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/gene/mol_gen.htm
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/gene/mol_gen.htm
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http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/gene/mol_gen.htm
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/gene/mol_gen.htm
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DNA 
RNA 
TRANSCRITO 
RNA 
FUNCIONAL 
RNA PRÉ 
TRADUCIONAL 
TRADUÇÃO 
PROTEÍNA 
PROTEÍNA 
ATIVA 
PROTEÍNA 
INATIVA 
NUCLEO 
CITOPLASMA 
Empacotamento, Metilação, 
Rearranjos, Amplificação, 
Heterocromatina, Inativação-X, 
Organização do DNA Promotores, Acentuadores, 
Fatores de Transcrição, Proteínas 
Ligantes e Repressores 
Cauda PoliA, Splicing, Adição do CAP 
Degradação, Entrega, Impedir ligação 
com Ribossomo, RNAi 
Ligação Ribossomal, Regulação do 
produto final 
Clivagem, Fosforilação, Dobramento, 
Modificação dos Radicais 
Inibição e Degradação 
 
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REGULAÇÃO GÊNICA 
• PONTOS DA REGULAÇÃO 
• REGULAÇÃO PRÉ-TRANSCRICIONAL 
• REGULAÇÃO PRÉ-TRADUCIONAL 
• REGULAÇÃO NA MATURAÇÃO PROTÉICA 
RNA 
POLIMERASE 
SEM LACTOSE 
PROTEÍNA 
REPRESSORA 
A B C 
GENES ESTRUTURAIS 
PROMOTOR OPERADOR 
PROTEÍNA 
REPRESSORA 
A B C 
GENES ESTRUTURAIS 
PROMOTOR OPERADOR 
 LACTOSE 
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A B C 
GENES ESTRUTURAIS 
PROMOTOR OPERADOR 
LACTOSE 
REPRESSOR 
RNA 
POLIMERASE 
mRNA 
REGULAÇÃO GÊNICA 
• PONTOS DA REGULAÇÃO 
• REGULAÇÃO PRÉ-TRANSCRICIONAL 
• REGULAÇÃO PRÉ-TRADUCIONAL 
• REGULAÇÃO NA MATURAÇÃO PROTÉICA 
 GENE PARA CASEÍNA 
DNA 
 RNAm PARA CASEÍNA 
 CASEÍNA (PROTEÍNA 
DO LEITE) 
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 GENE PARA CASEÍNA 
DNA 
 RNAm PARA CASEÍNA 
 GENE PARA CASEÍNA 
DNA 
 RNAm PARA CASEÍNA 
RIBONUCLEASE 
 
RNAm DEGRADADO 
 GENE PARA CASEÍNA 
DNA 
 RNAm PARA CASEÍNA 
 CASEÍNA (PROTEÍNA 
DO LEITE) RIBONUCLEASE 
 
PROLACTINA 
REGULAÇÃO GÊNICA 
• PONTOS DA REGULAÇÃO 
• REGULAÇÃO PRÉ-TRANSCRICIONAL 
• REGULAÇÃO PRÉ-TRADUCIONAL 
• REGULAÇÃO NA MATURAÇÃO PROTÉICA 
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Proinsulin
a 
Peptídeo - 
C 
Preproinsulin
a 
Insulina madura 
 
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 Modelo para o controle genético do metabolismo de 
lactose em E. coli descrito em 1961 por François Jacob e 
JacquesMonod; 
 Lactose: dissacarídeo de difícil difusão através da 
membrana celular devendo ser transportada ativamente 
para o interior da célula com o auxílio de uma enzima 
permease; 
 Para usar a lactose como fonte de energia, a E. coli deve 
quebrá-la em glicose e galactose, reação catalisada pela 
enzima β-galactosidase. 
 Esta enzima também converte a lactose em alolactose; 
 Uma terceira enzima, a transacetilase, também é 
produzida, mas sua função no metabolismo da lactose 
é desconhecida. 
 As três enzimas, permease, β-galactosidase e a 
transacetilase são codificadas por genes 
estruturais no Operon Lac de E. coli. 
 
 Quando a lactose está ausente no meio na qual a 
bactéria cresce, são produzidas apenas algumas 
moléculas de cada enzima. Entretanto, quando a 
lactose é adicionada ao meio e a glicose está 
ausente, a taxa de síntese de todas as 3 enzimas 
aumenta cerca de mil vezes dentro de 2 ou 3 
min. 
 
 A β-galactosidase é codificada pelo gene lacZ, a 
permease pelo gene lacY e a transacetilase pelo 
gene lacA. 
 No Operon Lac os 3 genes tem um promotor 
único (P) e são transcritos juntos. Antecedendo o 
promotor há um gene regulador (lac I) que tem 
seu próprio promotor e atua como repressor. 
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Tipos de Regulação: Positiva & 
Negativa 
 Propósito 
◦ Utilizar preferencialmente a glicose 
 Todos operons 
 
◦ Utilizar a lactose somente quando não houver 
glicose presente, e quando houver lactose presente 
no meio ambiente 
Regulação a nível de transcrição gênica 
Operon da Lactose 
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 A indução do Operon Lac requer tanto a presença da 
alolactose (indutor) para inativar o repressor, quanto 
a ausência de glicose. 
 
 Os níveis de AMPc são controlados pela glicose. O 
baixo nível de glicose aumenta a produção do AMPc 
levando à transcrição dos genes do Operon Lac. 
 
 A repressão catabólica resulta do controle positivo 
em resposta à glicose. O controle positivo requer um 
fator de ativação, como o complexo AMPc + proteína 
ativadora do catabolismo (CAP), que se liga a um sítio 
perto do promotor e estimula a ligação da RNApol. 
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Inibição Catabólica: Inibição do LAC 
Operon na presença de Glicose 
Análise Mutacional do LAC Operon 
 Lac operon pode estar em condição 
diplóide em bactérias, através da presença 
do operon no genoma da bactéria e 
simultaneamente em um plasmídio 
 
 Sistema muito utilizado para a análise 
mutacional de recessividade, dominância, 
ação cis e trans dos genes e produtos 
gênicos que regulam o operon 
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Operon da Arabinose 
Operon do Triptofano 
Transcrição acoplada a tradução 
 Resposta limitada às mudanças nutricionais e 
ambientais. 
 Os genes eucarióticos não estão organizados 
em operons. 
 A estrutura da cromatina afeta a expressão 
gênica. 
 Os ativadores parecem ser mais comuns em 
células eucarióticas, embora tanto estes 
quanto os repressores estejam presentes 
também em células procarióticas. 
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Fatores cis e trans 
Fatores cis 
 
Estão na fita de DNA. São as regiões reguladoras, como as 
regiões promotoras dos genes, que são regiões que podem 
“ligar ou desligar”a expressão do gene 
 
 
 
 
Fatores trans 
 
Ligam-se ao DNA, mas provém de outra região do DNA, que 
os codifica para agirem sobre os fatores em cis 
Ativadores 
Repressores 
Reforçadores 
Elementos isolantes 
Regiões reguladoras e regiões promotoras 
Fatores cis e trans 
 Enhacers ou reforçadores 
aumentam a transcrição do gene 
 
 
 
 Podem agir à distância 
 
 
 
 Acima ou abaixo 
 
 
 
 O DNA faz uma alça 
Ativadores que agem à distância 
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 O DNA deve se desenrolar das proteínas histonas 
para que ocorra a transcrição através: 
-Acetilação das histonas: A adição de grupos acetil 
(CH3CO) às proteínas histonas catalisada pela 
enzima Acetiltransferase (HAT). Os grupos acetil 
desestabilizam a estrutura do nucleossomo, por 
neutralizar as cargas positivas das histonas, 
permitindo que o DNA se separe destas; 
 Complexos de Remodelagem da Cromatina: 
Alguns fatores de transcrição e outras proteínas 
regulatórias ligam-se diretamentea sítios 
particulares no DNA sem acetilar as proteínas 
histonas promovendo o início da transcrição. 
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 Desacetilação das histonas: Outras enzimas denominadas 
desacetilases (HDAC) removem estes grupamentos acetil e 
restauram a estrutura compactada da cromatina, reprimindo a 
transcrição. 
 
 Metilação do DNA: Fenômeno epigenético* que ocorre pela 
transferência de um grupamento metil (CH3) ao carbono 5 da 
citosina, catalisada por uma enzima DNA metiltransferase. 
 
 Este processo é mais comum nas bases citosinas ligadas 
covalentemente à guanina, denominados dinucleotídeos CpG. 
É umprocesso associado à repressão da expressão gênica. 
 
 *Fenômeno epigenético pode ser definido como mudança no 
material genético que altera a regulação da expressão gênica 
de maneira que esta é passada para as células filhas dentro 
das células somáticas, porém não é caracterizada como 
mutação, pois não envolve mudança na seqüência de DNA. 
Regulação de Ativação do Cromossomo X 
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 Células cancerígenas: metilação anormal de DNA 
desativa genes que normalmente evitariamdivisões 
celulares impróprias. 
 
 Mais de 10% dos genes em alguns tipos de tumor são 
inativados por metilação. A resistência à 
quimioterapia está, na maioria dos casos, ligada ao 
grau de metilações anormais em alguns tumores. 
 
 As alterações de metilação do DNA em células 
tumorais incluem a perda da metilação em 
seqüências normalmente metiladas (hipometilação) e 
o ganho de seqüências metiladas em locais 
geralmente não metilados (hipermetilação). 
 Proteínas que se ligam a seqüências de DNA e que 
influenciam sua expressão. Em geral formam pontes de 
hidrogênio com as bases do DNA ou interagem com o 
arcabouço açúcar-fosfato do DNA. 
 
 Apresentam partes funcionais denominadas de 
domínios, compostos por 60 a 90 aa que são 
responsáveis pela ligação ao DNA. Dentro dos domínios 
existem estruturas características denominadas 
motivos. 
Domíneos de Ligação ao DNA: 
Hélice-gira-Hélice 
-Duas hélices alfa que se ligam ao 
sulco maior do DNA; 
 
- Presentes em células procarióticas 
e eucarióticas. 
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Domíneos de Ligação ao DNA: 
Zinc Finger 
-Alça de aa com Zinco na base 
que se ligam ao sulco maior 
do DNA; 
 
-Presentes em células 
eucarióticas; 
 
- Descoberto no fator TFIIIA 
envolvido na transcrição do 
RNAr 5S pela RNA pol III. 
- Hélices de Leucinas e um 
braço básico; duas leucinas 
interdigitadas, que se ligam a 
dois sulcos maiores do DNA; 
 
- Presentes em células 
eucarióticas. 
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 Os genes eucarióticos podem ser regulados por 
meio do controle doprocessamento do RNAm: 
 
- sítios alternativos de “splicing” do RNAm (a 
seleção de sítios alternativos de corte leva à 
produção de proteínas diferentes); 
- sítios alternativos de poliadenilação do RNAm 
(idem); 
- controle do transporte do RNAm para o 
citoplasma (translocação); 
- controle citoplasmático da estabilidade 
(degradação por ribonucleases) do RNAm; 
 Silenciamento do RNA: iniciado por moléculas 
bifilamentares de RNA que são cortadas e 
processadas. O pequenos RNA interferentes 
(RNAsi), ligam-se à seqüências 
complementares do RNAm causando corte e 
decomposição; 
 
- Os RNAsi podem estimular a metilação de 
seqüências complementares no DNA. 
 Após a tradução as 
proteínas eucarióticas 
passam por uma seleção 
alternativa de vias de 
processamento: clivagem 
proteolítica, remoção da 
seqüência sinal, 
modificações covalentes 
(acetilação, fosforilação, 
metilação) e especificidade 
de degradação 
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