Regulação da Expressão Gênica
1-Considerações gerais
2-Princípios da regulação gênica
3-Regulação gênica em
procariotos:Operon lac
Edmar Vaz de Andrade
Luis André M. Mariúba
1-Considerações gerais
• A necessidade de proteínas nas vias
metabólicas varia de acordo com
condições nutricionais
• Diferenciação celular
• Minimização do custo energético
1-Considerações gerais
Controle dos Níveis de Proteínas Celulares
1-Início da transcrição
2-Processamento póstranscricional
Gene
DNA
Transcrição
Nucleotídeos
Processamento
pós-transcricional
3-Degradação do mRNA
4-Tradução
5-Modificações póstraducionais
6-Degradação das
proteínas
7-Endereçamento
Degradação
do mRNA
Tradução
Proteína
inativa
Processamento
pós-traducional
Endereçamento
e transporte
Aminoácidos
Degradação
de proteínas
Proteína
ativa
1-Considerações gerais
Regulação ao Nível do Início da
Transcrição
• Biossínteses desnecessárias podem ser
interrompidas antes que haja consumo de
energia;
• Regulação sincronizada de genes múltiplos
que codificam produtos com atividades
interdependentes.
1-Considerações gerais
• Expressão gênica constitutiva: sem
regulação aparente
• Expressão gênica regulada: expressão
alterada em determinadas situações
– Indução
– Repressão
2-Princípios da regulação gênica
• A transcrição é mediada e regulada por
interações proteína-DNA
• Componente central: RNA polimerase
Regulação da interação da RNA
polimerase com a região promotora
2-Princípios da regulação gênica
Sítio de início da
síntese de RNA
(+1)
Elemento UP
Região -35
Região -10
TTGACA
TATAAT
Representação esquemática de seqüência
consenso em promotores de E. coli
2-Princípios da regulação gênica
• Três tipos de proteínas regulam a iniciação:
o Fatores de especificidade
Alteram a especificidade da RNAP com
promotores
– Proteínas reguladoras :
o Repressores: se ligam a operadores
Impedem o acesso da RNAP ao promotor
o Ativadores: se ligam à regiões adjacentes a um
promotor (elemento UP)
Aumentam a interação RNAP-promotor
• Sinais moleculares (efetores)/Mediadores químicos
(cAMP)
– Modulam a atividade das proteínas reguladoras
(Efetores)
(Indutor)
(Co-repressor)
2-Princípios da regulação gênica
• Regulação negativa ou positiva são
definidas pelo tipo de proteína reguladora
envolvida: a proteína ligada ou facilita ou
inibe a transcrição;
• Em qualquer caso, a adição do sinal
molecular pode aumentar ou diminuir a
transcrição, dependendo do seu efeito na
proteína reguladora.
3-Regulação gênica em procariotos
• Genes de mesma rota metabólica ou genes estruturais
relacionado estão localizados lado a lado no
cromossomo
• Jacob e Monod (1961): estudo do metabolismo de
degradação da lactose;
• Operon: unidade de expressão gênica
– Composto por promotor, sequencias reguladoras e
genes
Tradução de Proteínas
•
•
•
•
•
•
•
•
1-Considerações Gerais
2-Etapas da Tradução
2.1-Ativação dos Aminoácidos
2.2-Início da Tradução
2.3-Elongação
2.4-Término e liberação
3-Polissomos em eucariotos
4-Transcrição e tradução
simultâneas em procariotos
Edmar Vaz de Andrade
Luis André M. Mariúba
1-Considerações Gerais
• Tradução: O processo total da síntese de
proteína guiada pela mRNA;
1-Considerações Gerais
• Códon: Trinca de nucleotídeos que
codifica para um aminoácido específico;
• Lidas de maneira sucessiva, não
sobreposta;
• Três janelas de leitura possíveis
• A decifração do código
genético é lembrada
como uma das mais
importantes descobertas
científicas do século XX
• Código genético
degenerado
1-Considerações Gerais
• Códon de iniciação (AUG)
• Códons de terminação (UAA, UAG e
UGA)
• O código genético é quase universal.
Exceções: mitocôndrias, algumas bactérias
e alguns eucariotos unicelulares.
1-Considerações Gerais
• tRNA: moléculas adaptadoras que transferem a
informação contida no genoma à uma seq. de
AA (aminoácidos)
• O tRNA são denominados em função do
AA que representam, p. ex.: tRNAtrp
• Aminoacil-tRNA: quando um tRNA está
ligado a seu aminoácido
• Propriedades importantes:
– São capazes de representar somente um AA,
ligando-se covalentemente a ele
– Contêm uma seq. de trinucleotídeo, o
anticódon, que é complementar ao códon do
mRNA e que representa o AA
1-Considerações Gerais
• Ribossomo
Complexo supramolecular
formado por rRNA e
proteínas
Ribossomo bact.:
65% rRNA e cerca de 35%
de proteínas
1-Considerações Gerais
Estrutura Geral dos Ribossomos
1-Considerações Gerais
• Funções dos componentes ribossomais:
– rRNA:
• Servir de arcabouço para interação com
proteínas.
• Alguns rRNAs podem ter atividade
enzimática (ribozimas).
• Reconhecimento e interação com o mRNA
– Proteínas: função enzimática e componente
estrutural durante a síntese protéica.
2-Etapas da Tradução
2.1-Ativação dos aminoácidos
• Processo no qual cada um dos 20
aminoácidos é ligado (esterificado) ao
tRNA correspondente.
– Enzima: aminoacil-tRNA-sintetase
– Compartimento celular: citossol
2-Etapas da Tradução
2.1-Ativação dos aminoácidos
2-Etapas da Tradução
2.2-Início da Tradução
2 tRNAs para a Metionina
Seqüência sinal Shine-Dalgarno no mRNA
bacteriano - Sub-unidade 30S
2-Etapas da Tradução
2.2-Início da Tradução
Complexo de
iniciação
2
1
3
Sítios do ribossomo:
• Sítio A ou aminoacila
• Sítio P ou peptidil
• Sítio E ou de saída
(exit)
2-Etapas da Tradução
2.3-Elongação
Ligação do segundo
aminoacil-tRNA
2-Etapas da Tradução
2.3-Elongação
Ligação peptídica entre o Meti e o segundo aminoácido: efeito
catalítico do rRNA grande (peptidil transferase)
2-Etapas da Tradução
2.3-Elongação
Translocação ou deslocamento do ribossomo sobre o mRNA
correspondente a um códon
2-Etapas da Tradução
2.3-Elongação
Modelo computacional
do complexo de tradução
procariótico
2-Etapas da Tradução
2.4-Terminação e liberação
Códons de
terminação
UAA
UAG
UGA
Procariotos: 3 fatores de
liberação
Eucariotos: apenas 1
3-Polissomos
Tradução rápida de uma única mensagem por
polissomo
4-Transcrição e tradução simultâneas em procariotos