4-Regulação da Expressão Gênica

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Regulação da Expressão Gênica

em Procariontes

Nédia de Castilhos Ghisi Cap 11. Griffiths

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Regulação da Expressão Gênica

• Como a célula controla a síntese de suas proteínas?

1. A célula precisa ser capaz de ligar ou desligar a transcrição específica de cada gene;

2. A célula deve ser capaz de reconhecer

condições ambientais que exigem a ativação ou repressão de genes

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Expressão de genes/ proteínas

controlada em 2 níveis

1. Temporal: quando um determinado gene só é expresso num tempo determinado.

Ex. proteínas que só são expressas no

embrião, ou durante uma fase do ciclo celular.

Fetos obtém oxigênio a partir do sangue da mãe  hemoglobina fetal. Duas das quatro cadeias da hemoglobina fetal e do adulto (cadeias alfa - α) são idênticas mas a hemoglobina no adulto tem duas cadeias β (beta), enquanto que o feto tem duas cadeias gama (γ).

A partir dos 6 meses de idade, a criança já não apresenta mais hemoglobina fetal

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Expressão de genes/ proteínas

controlada em 2 níveis

2. Espacial: quando a expressão de um determinado gene/ proteína é diferente dependendo do tipo celular

Ex. proteínas que só são expressas em céll nervosas (ex. mielina) ou no tec muscular (ex. miosina)

Nédia C. Ghisi - nediaghisi@gmail.com 6

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O que é um gene?

Expressão do gene do olho em pata de Drosophila

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Nédia Ghisi- nediaghisi@gmail.com 8 GATCTACCATGAAAGACTTGTGAATCCAGGAAGAGAGACTGACTGGGCAACATGTTATTCAGGTACAAAAAGA TTTGGACTGTAACTTAAAAATGATCAAATTATGTTTCCCATGCATCAGGTGCAATGGGAAGCTCTTCTGGAGAG TGAGAGAAGCTTCCAGTTAAGGTGACATTGAAGCCAAGTCCTGAAAGATGAGGAAGAGTTGTATGAGAGTGG GGAGGGAAGGGGGAGGTGGAGGGATGGGGAATGGGCCGGGATGGGATAGCGCAAACTGCCCGGGAAGG GAAACCAGCACTGTACAGACCTGAACAACGAAGATGGCATATTTTGTTCAGGGAATGGTGAATTAAGTGTGGC AGGAATGCTTTGTAGACACAGTAATTTGCTTGTATGGAATTTTGCCTGAGAGACCTCATTGCAGTTTCTGATTTT TTGATGTCTTCATCCATCACTGTCCTTGTCAAATAGTTTGGAACAGGTATAATGATCACAATAACCCCAAGCATAA TATTTCGTTAATTCTCACAGAATCACATATAGGTGCCACAGTTATCCCCATTTTATGAATGGAGTTAQUITEMUM GENEGATGAAAACCTTAGGAATAATGAATGATTTGCGCAGGCTCACCTGGATATTAAGACTGAGTCAAATGTTG GGTCTGGTCTGACTTTAATGTTTGCTTTGTTCATGAGCACCACATATTGCCTCTCCTATGCAGTTAAGCAGGTAG GTGACAGAAAAGCCCATGTTTGTCTCTACTCACACACTTCCGACTGAATGTATGTATGGAGTTTCTACACCAGAT TCTTCAGTGCTCTGGATATTAACTGGGTATCCCATGACTTTATTCTGACACTACCTGGACCTTGTCAAATAGTTTG GACCTTGTCAAATAGTTTGGAGTCCTTGTCAAATAGTTTGGGGTTAGCACAGACCCCACAAGTTAGGGGCTCA GTCCCACGAGGCCATCCTCACTTCAGATGACAATGGCAAGTCCTAAGTTGTCACCATACTTTTGACCAACCTGT TACCAATCGGGGGTTCCCGTAACTGTCTTCTTGGGTTTAATAATTTGCTAGAACAGTTTACGGAACTCAGAAAA ACAGTTTATTTTCTTTTTTTCTGAGAGAGAGGGTCTTATTTTGTTGCCCAGGCTGGTGTGCAATGGTGCAGTCA TAGCTCATTGCAGCCTTGATTGTCTGGGTTCCAGTGGTTCTCCCACCTCAGCCTCCCTAGTAGCTGAGACTACAT GCCTGCACCACCACATCTGGCTAGTTTCTTTTATTTTTTGTATAGATGGGGTCTTGTTGTGTTGGCCAGGCTGGC CACAAATTCCTGGTCTCAAGTGATCCTCCCACCTCAGCCTCTGAAAGTGCTGGGATTACAGATGTGAGCCACCA CATCTGGCCAGTTCATTTCCTATTACTGGTTCATTGTGAAGGATACATCTCAGAAACAGTCAATGAAAGAGACG TGCATGCTGGATGCAGTGGCTCATGCCTGTAATCTCAGCACTTTGGGAGGCCAAGGTGGGAGGATCGCTTAAA CTCAGGAGTTTGAGACCAGCCTGGGCAACATGGTGAAAACCTGTCTCTATAAAAAATTAAAAAATAATAATAAT AACTGGTGTGGTGTTGTGCACCTAGAGTTCCAACTACTAGGGAAGCTGAGATGAGAGGATACCTTGAGCTGG GGACTGGGGAGGCTTAGGTTACAGTAAGCTGAGATTGTGCCACTGCACTCCAGCTTGGACAAAAGAGCCTGA TCCTGTCTCAAAAAAAAGAAAGATACCCAGGGTCCACAGGCACAGCTCCATCGTTACAATGGCCTCTTTAGAC CCAGCTCCTGCCTCCCAGCCTTCTAGAGTTCCAACTACTAGGGAAGCTGAGATGAGAGGATACCTTGAGCTGG AQUITEMUM GENE

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O que é um gene?

• Todos os genes são DNAs funcionais • Todos os genes são transcritos

• GENE: todo DNA que resulta em um RNA

– inclui regiões que antecedem e que seguem a região codificadora,

– Inclui íntrons e éxons (eucarioto)

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3’ 5’

O que é transcrição??

• Síntese de um filamento de RNA a partir de um molde bifilamentar de DNA.

• A síntese de RNA ocorre no sentido 5’3’

• Sequência do RNA= filamento de DNA copiado

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Transcrição em Procarioto X Eucarioto

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Transcrição em Procarioto

• Genes procariotos:

• Transcrição:

– Catalisada pela RNA polimerase

– Requer um molde de DNA e os ribonucleotídeos (ATP, GTP, CTP e UTP)

– Somente uma das fitas é molde

Estrutura e funcionamento gênico em Procariotos

DNA RNA

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A- Sistema de indução (procarioto)

OPERON LAC

• 1950- Jacob e Monod descreveram o Operon Lac de E.

coli

RNA policistrônico= poligênico

• Sítio I= codifica a proteína repressora

• Sítio P= promotor (iniciação da transcrição) • Sítio O= operador

• Gene Z= permease  transporta lactose para a célula • Gene Y= β- Galactosidase  cliva a lactose em glicose

e galactose

• Gene A= Enzima transacetilase (função incerta)

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Operon Lac

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Operon Lac

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• repressor se liga a lactose

• Sofre mudança conformacional • Perde afinidade pelo operador

 Gene é ativado e as enzimas para metabolizar a lactose são fabricadas

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• repressor se desliga da lactose

• Sitio de ligação ao promotor fica ativo Repressor se liga ao DNA  impede a

expressão do gene

Sistema de indução: alívio da repressão  os

derivados da lactose inativam o repressor

(indutores), i. e. a enzima específica aparece somente na presença de seus substratos.

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• Como é feita e escolha?? • Glicose é preferida

• Age sobre o AMPc (adenosina monofosfato cíclico)

• ↑[Glicose] -- ↓ [AMPc] e vice versa

• Alta [AMPc] é necessária para ativar operon lac  (AMPc+ CAP) interagem com a

RNApolimerase e aumentam sua afinidade ao promotor

CAP: proteína ativadora do catabolismo

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Sem transcrição Operon bloqueado

Sem transcrição

Operon desbloqueado, mas RNA polimerase inativada

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B- Sistema de atenuação(procarioto)

OPERON TRIPTOFANO

• Um excesso de produto leva a uma interrupção na produção de enzimas que sintetizam aquele produto.

O repressor irá se ligar ao operador apenas quando estiver ligado ao triptofano

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26

Sem correpressor

(triptofano)

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Com correpressor

(triptofano)

Não há transcrição: O repressor, unido ao

triptofano impede o acesso da RNA polimerase ao promotor Um excesso de produto inibe

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Regulação da Expressão Gênica

em Eucariontes

Nédia de Castilhos Ghisi

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Procariotos :Transcrição e Tradução acopladas

• A tradução de RNAm pode começar antes que sua síntese acabe

• Não há membrana nuclear separando os processos

• SEM processamento posterior do RNAm

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Transcrição Gênica: Procariotos X

Eucariotos

1. RNA polimerases

Procarioto  1 tipo de RNA polimerase Eucariotos 3 tipos, sendo:

RNA polimerase genes transcritos

RNA polimerase I RNA r (maioria)

RNA polimerase II RNA m, snRNA

(spleciossomo)

RNA polimerase III RNA t, RNA 5S (ribossomo),

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Transcrição Gênica: Procariotos X

Eucariotos

2. Presença de Fatores Gerais de Transcrição

Procarioto = RNA polimerase inicia a transcrição sem o auxílio de proteínas adicionais

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Fatores gerais de

transcrição

• acredita-se que eles posicionem a RNA polimerase correta/e no

promotor para auxiliar a separar as duas fitas.

• O Fator TFIID se liga ao tatabox ~25 nucleotídeos antes do início da

transcrição

• Outros fatores se ligam, junto com a RNA Polimerase, formando o

complexo de iniciação transcricional

• A RNA polimerase é fosforilada, libera-se dos fatores de transcrição e a

transcrição se inicia

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Transcrição Gênica: Procariotos X

Eucariotos

3. Localização das sequências regulatórias

Procarioto = genes são controlados por uma única sequência regulatória – normalmente próximos ao promotor

Eucarioto = proteínas de regulação gênica (repressores e ativadores) podem estar a milhares de p.b. de distância do promotor

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Controle gênico a distância – Eucarioto

sequências regulatórias

• Modelos a longa distância

• O DNA entre o estimulador (enhancer) e o

promotor forma uma ALÇA para permitir que

proteínas ativadoras influenciem o evento.

• Frequentemente proteínas individuais servem para interligar as proteínas de regulação

gênica distantes são conhecidas como

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Controle gênico a distância- Eucarioto

• Vários identificados

• Necessários para a iniciação da transcrição • Podem ser submetidos a vários níveis de

regulação

• Quando todos os fatores estão corretamente alinhados, a transcrição começa e o RNAm é iniciada

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Transcrição Gênica: Procariotos X Eucariotos 4. Empacotamento do DNA: EPIGENÉTICA

Procariotos = sem empacotamento

Eucariotos= empacotamento do DNA em nucleossomas ( e cromossomos)

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Empacotamento do DNA na cromatina

• O nucleossomo pode inibir o início da transcrição se ele estiver sobre o promotor

• Há um recrutamento com auxílio de complexos remodeladores da cromatina

• Essas alterações permitem uma maior acessibilidade ao DNA de interesse

• Há proteínas de repressão gênica que podem modificar a

cromatina para reduzir a

eficiência no início da transcrição ou aumentá-la

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Certas enzimas podem desencadear modificações nas histona, resultando na ativação ou silenciamento de genes pela alteração na estrutura da cromataina.

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Metilação do DNA e histonas geram o empacotamento do nucleossoma. Fatores de transcrição não podem acessar o DNA e os genes não são expressos.

Acetilação das histonas resulta na perda do

empacotamento do

nucleossoma. Fatores de transcrição podem acessar o DNA e os genes são

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ESTRUTURA E FUNCIONAMENTO

GÊNICO EM EUCARIOTO

• Com membrana nuclear • Com íntrons

• Com processamento posterior do RNA

Estrutura e funcionamento gênico em Eucariotos

Exon 1 Exon 2 Exon 3

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Estrutura dos Genes em Eucariotos

• RNA polimerases:

– RNA pol I : RNAr

– RNA pol II: RNAm

– RNA pol III:RNAt

– Transcrição 5’3’

– RNA complementar a fita molde de DNA – ATP, GTP, CTP, UTP

– Não requer primer

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Estrutura dos Genes em Eucariotos

• RNA pol II  catalisa a sintese de pré RNAm em todos os genes codificantes de proteínas • Promotor: TATAboxe (-25 a -35): TATA(A/T)A(A/T)

• Sitio de iniciação: ~50% das vezes Adenina • Atenuadores: centenas de pb de distância

– Exercem forte ativação da transcrição de um gene

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Processamento do RNAm

• Pré-RNAm=RNA heterogêneo nuclear (RNAhn) • Adição 7-metil-guanosina (cap) em 5’

• Clivagem em 3’ e cauda poli A

• Recomposição: retira íntrons (espliceossomo) • O RNAm pode sair do núcleo e ser traduzido

no citoplasma

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R

etir

ada

de

ín

tr

ons

GU _AG

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Regulação da expressão gênica por

controle da tradução:

• Proteínas que respondem ao sinal de controle da tradução podem ‘ligar’ ou ‘desligar’ do RNAm, inibindo ou permitindo a tradução.

Ex. Ferritina é uma proteína intracelular que liga ferro sua expressão é controlada por níveis intracelulares de ferro através das proteínas IRE. Essa se liga ao ferro e controla a expressão da ferritina

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Recapitulação

• Gene= sequência de nucleotídeos do DNA que

pode ser transcrita em uma versão de RNA.

Procarioto Eucarioto

RNApolimerase 1 3

íntrons não sim

Tataboxe similar sim

Processamento RNA

não sim

promotor sim sim

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