Aula 4 Regula+º+úo da express+úo g+¬nica abril de 2020

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Biologia Molecular Perito Criminal para Concurso Público

Professor: Diamar da Costa-Pinto Bioforense Projetos Educacionais

• REGULAÇÃO • DA EXPRESSÃO GÊNICA

PRINCIPAIS PERGUNTAS • Como os eucariotos possuem diferentes padrões de expressão de genes possuindo um número limitado de proteína reguladoras? • Qual o papel da cromatina na regulação gênica? • Quais são os marcadores epigenéticos e como eles influenciam a expressão dos genes?

Considerações sobre as proteínas

- Determinam a estrutura, as atividades enzimáticas, as interações com o ambiente e o funcionamento da célula

- Diversas proteínas são produzidas pelas células em quantidades e momentos diferentes

- Proteínas que são requeridas continuamente são produzidas de forma constante

- Outras são produzidas apenas quando necessárias

Importância do controle da expressão gênica

- Em uma célula não são todos os genes que precisam ser e que são expressos ao mesmo tempo

- A maioria dos genes estão silenciados

- A regulação da expressão gênica reduz o custo energético da síntese de proteínas

- As células diferenciadas se caracterizam por possuir um padrão diferenciado de expressão dos seus genes, uma vez que a constituição gênica permanece inalterada

Etapas da regulação da expressão gênica - Em eucariotos é complexa devido a diversidade de células que apresentam e com padrões diferentes de expressão

- A regulação da expressão gênica pode ocorrer em diferentes etapas da sua expressão

Controle transcricional Controle do processamento do RNAm (splicing alternativo)

Controle do transporte do RNAm Controle da degradação do RNAm Controle da tradução

Controle da função das proteínas

VISÃO DA REGULAÇÃO TRANSCRICIONAL O mecanismo nos procariotos está sempre ligado a menos que uma proteína repressora bloqueie a transcrição.

Figure 11-2

Nos eucariotos os nucleossomos bloqueiam a transcrição, a menos que uma proteína reguladora esteja presente. Esta proteína altera o nculeossomo na posição ou densidade. Elas também podem recrutar a RNA polimerase II diretamente pela ligação.

Regulação Gênica • Os genes que produzem proteínas são chamados genes estruturais; • Nos eucariontes estes genes são transcritos individualmente; • Nos procariotos os genes são transcritos lado a lado ao longo de uma fita simples (denominados operons) para que eles sejam transcritos juntos; • Os operons contêm geralmente genes com funções relacionadas; • O operon é transcrito como uma única unidade, produzindo um mRNA policistrônico; • Quando este mRNA policistrônico é traduzido produz, quase que simultaneamente, diferentes proteínas; • O termo cístron é igual a gene;

• Os genes estruturais dos eucariontes produzem apenas mRNAs monocistrônicos.

Como a Holoenzima RNA polimerase reconhece a fita certa de DNA e inicia a síntese de RNA no início de um gene (ou operon)? Obs.: Holoenzima: complexo cataliticamente ativo de enzima e cofator.

• A RNA polimerase liga-se aos locais de iniciação por meio de sequencias conhecidas como promotores, reconhecidas pelo fator σ correspondente; • A existência de promotores foi inicialmente identificada através de mutações que aumentavam ou diminuíam as taxas de transcrição de certos genes; • Promotores são sequencias de ~ 40pb localizadas na extremidade 5´do local de início da transcrição;

Promotor anterior= upstream

Gene -1

+1 posterior= downstream

• Por convenção a sequencia do promotor é representada pela fita senso (não-molde), que possui a mesma sequencia e orientação que o RNA transcrito;

Promotores de procariotos

Operons • As bactérias contêm enzimas constitutivas e induzidas; • Enzimas constitutivas estão em quantidades constantes nas bactérias, independem do estado metabólico do organismo;

• Enzimas indutivas variam sua concentração na bactéria. Elas normalmente estão presentes em quantidade mínimas, mas elas podem aumentar mais de mil vezes caso o seu substrato esteja presente no meio. Particularmente quando o seu substrato for a única fonte de carbono da célula; • Nestas condições, as enzimas indutivas podem ser necessárias para transportar o substrato para dentro da célula e convertê-lo num metabólito que possa ser usado; • Um exemplo é a β-galatosidase, que catalisa hidrólise da lactose produzindo D-glicose e D-galactose, primeira etapa na utilização da lactose.

Hidrólise da lactose

Lac operon • Normalmente a E. coli não utiliza lactose se a glicose for disponível, pois cada célula possui cerca de 5 cópias de β-galatosidase; • Mas se as bactérias forem colocadas em um meio com lactose como única fonte de energia e carbono (sem a presença de glicose), em 1 ou 2 minutos elas começam a produzir β-galatosidase em grandes quantidades, cerca de 1.000 cópias por célula; • Portanto a indução de β-galatosidase hidrolisa a lactose e produz D-glicose e D-galactose que podem ser usadas como fonte de combustível e de carbono; • Mas se as bactérias forem transferidas para um meio fresco contendo glicose (sem lactose) a síntese de β-galatosidase é interrompida;

• Portanto a indução enzimatica é econômica, enzimas induzidas são produzidas apenas quando necessárias; • O agente capaz de induzir enzimas é denominado agente indutor.

Lac operon • Quando a lactose é inserida no meio existe a produção de 3 enzimas em grande quantidade: a β-galatosidase, a β-galactosídeo permease e a proteína A codifica uma tiogalactosídeo transacetilase; • A permease é uma proteína de membrana que promove o transporte do βgalactosídeos do meio para a bactéria; A função da proteína A não é totalmente conhecida; • Quando um grupo de proteínas ou enzimas relacionadas for induzido por um único agente indutor, o processo é conhecido como indução coordenada; • Esta capacidade possibilita a bactéria adaptar-se rápida e economicamente ao uso de muitos nutrientes, possivelmente diferentes, que se tornem disponíveis ao seu ambiente.

Lac operon in E. coli

mRNA policistrônico

Os 3 genes estruturais lac, z, y e a são adjacentes entre si. Eles estão precedido de dois sítios controladores p (promotor) e o (operador). O Gene regulador í codifica a proteína repressora.

Lac operon in E. coli - lactose ausente

Proteína indutora

O Gene regulador í codifica a proteína repressora. A proteína repressora possui dois sítios de ligação, um para o operador e outro para o indutor. A forma ativa da proteína repressora se liga ao operador Inibindo a RNA polimerase de se ligar ao operador e a transcrever os genes z, y e a.

Lac operon in E. coli lactose presente

Porém quando existe lactose, mas não existe glicose, a lactose (na verdade o seu isômero alolactose) se liga a proteína repressora e convertendo-a numa forma inativa que não se liga ao operador. A RNA polimerase pode se ligar ao sítio p e começar a transcrição dos 3 genes estruturais. E a tradução será feita no ribossomo citoplasmático.