Profa. Dra. Vanessa Silveira
REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA PROCARIOTOS
Roteiro de Aula
1. Conceitos básicos
2. Regulação em procariotos 3. Operon lac
4. Operon de triptofano 5. Exercício
1. Conceitos básicos
Expressão Gênica
,
• Temperatura
• Nutrientes
• Hormônios
Conceito
Organismos multicelulares - Diferenciação celular
“Processo pelo qual a expressão de genes é controlada em resposta a estímulos intra ou extracelulares”
Regulação da expressão gênica
Tipos de expressão gênica
q Constitutiva
q Expressão constante – Genes de manutenção
q Controlável
q Modulada de acordo com a necessidade celular q Repressão
q Indução
q Especificidade
q Temporal q Espacial
Elementos regulatórios
q Expressão gênica é um processo de múltiplos eventos
q Evento chave para a regulação da expressão é a iniciação da transcrição
a. Sequências específicas de DNA b. Proteínas Regulatórias
c. Interações DNA-proteínas e proteína- proteína d. RNA polimerase
Hélice-giro-Hélice
Procariotos Eucariotos
Transcrição e tradução acoplados Compartimentalização
2. Regulação em Procariotos
Sistema de operon
§ Capacidade adaptativa a estímulos externos
§ Plasticidade
§ Funcionamento efetivo – processos metabólicos
§ Utilização da energia
Operon
q Sistema de controle da expressão gênica
q Metabolismo celular - produção de elementos essenciais q Operon – sistema policistrônico
Gene regulador Operador
Promotor Genes estruturais
promoter operator structural gene
REPRESSOR
Gene estrutural Operador
Promotor
RNA pol repressor
Operon
promoter operator structural gene
REPRESSOR
Gene estrutural Operador
Promotor
RNA pol repressor
Moléculas efetoras Indutor
Correpressor
Operon
§ Induzíveis
§ Vias de catabolismo
§ Repressíveis
§ Vias de biossíntese
3. Operon lac
q Controle no metabolismo da lactose
§ Jacob & Monod, 1961
3. Operon lac
q Gene regulador – Repressor lac
lacI
Promotor
lacZ lacY lacA
DNA
mRNA 5ʹ RNA polimerase
β-Galactosidase Permease β-Galactosídeo Transacetilase Operador
LACTOSE ????
Gene
regulatório
Promotor
OperaDor
lacZ lacI
DNA
mRNA 5ʹ
3ʹ
Não há Síntese de
RNAm
RNA polimerase
Repressor ativo
Proteína
Lactose ausente
§ Operon inativo
lacI
lac operon
lacZ lacY lacA
DNA
RNAm 5ʹ
3ʹ
Proteína
mRNA 5ʹ
Repressor inativo RNA polimerase
Alolactose (indutor)
β-Galactosidase Permease β-Galactosídeo Transacetilase
Lactose presente
§ Operon ativo
OPERON INDUZÍVEL - Negativo
Fonte de energia
GLICOSE
§ Ativador da transcrição
§ Proteína ativadora de catabolismo (CAP)
§ AMP cíclico (AMPc)
Fonte de maior rendimento energético
Promotor
DNA
CAP-sítio de ligação
lacZ lacI
RNA polimerase ativa
Operador
cAMP
CAP Ativo
CAP Inativo
Alolactose
Repressor lac Inativo
Lactose ++++ Glicose ----
Promotor
DNA
CAP-sítio de ligação
lacZ lacI
Operador RNA polimerase menor afinidade de ligação
Repressor lac Inativo
CAP Inativo
Lactose ++++ Glicose ++++
Controle induzível positivo
4. Operon de triptofano
q Síntese do aminoácido triptofano
Promotor DNA
Gene regulatório RNAm
trpR
5ʹ
3ʹ
Proteína repressor inativo
RNA
polimerase
Promotor
operon trp
Genes do operon
Operador RNAm 5ʹ
Start codon Stop codon
trpE trpD trpC trpB trpA
E D C B A
Subunidades de polipeptídeo constituem a enzima responsável pela síntese do triptofano
§ Repressível
DNA
RNAm
Proteína
Triptofano (correpressor)
Repressor ativo
PRESENÇA DE TRIPTOFANO
Triptofano +++
DNA
RNAm
Proteina
Triptofano (corepressor)
Repressor ativo
Nenhum RNA sintetizado
PRESENÇA DE TRIPTOFANO
Repressível – negativo
Operon trp - Controle
• Atenuação
• Determinado pela concentração de triptofano na célula
• Formação de estruturas em grampo
• Controlado pela sequência líder RNAm - trpL
• Término prematuro da transcrição
Operon trp - Controle
• Atenuação
• Determinado pela concentração de triptofano na célula
• Formação de estruturas em grampo
• Controlado pela sequência lider trpL
• Término prematuro da transcrição
• Controle pós-traducional
Mecanismos de inibição pelo produto final - feedback
Precursor Inibição por
“feedback”
Enzima 1
Enzima 2
Enzima 3
Triptofano
(1) Regulação da (2)
atividade enzimática Regulação da produção enzimatica
Regulação da expressão gênica
1
2 trpE gene
trpD gene
trpC gene
trpB gene
trpA gene
Precursor Inibição por
“feedback”
Enzima 1
Enzima 2
Enzima 3
Triptofano
(1) Regulação da (2)
atividade enzimática Regulação da produção enzimatica
Regulação da expressão gênica
1
2 trpE gene
trpD gene
trpC gene
trpB gene
trpA gene
Exercícios
1) Qual a diferença entre gene estrutural e gene regulador?
2) Qual o efeito de níveis elevados de glicose no operon lac?
3) Uma mutação ocorre na 5’UTR do operon trp que reduz a capacidade de pareamento das regiões 2 e 3.
Qual será o efeito dessa mutação quando:
a) o nível de triptofano está elevado;
b) nível de triptofano está baixo.
Referências bibliográficas
• Snustad DP, Simmons MJ (2012). Fundamentos de Genética. 6a ed. Guanabara Koogan. United States of America: Wiley 786p.
• Griffths A, et al. (2009). Introduction of Genetics Analysis. 9th ed. United States of America: W. H. Freeman and Company 706p.
