Regulação da Expressão Gênica
Edmar Vaz de Andrade
Luis André M. Mariúba
1-Considerações gerais2-Princípios da regulação gênica3-Regulação gênica em procariotos:Operon lac
1-Considerações gerais
• A necessidade de proteínas nas vias metabólicas varia de acordo com condições nutricionais
• Diferenciação celular
• Minimização do custo energético
DNAGene
Transcrição
Processamento pós-transcricional
Nucleotídeos
Tradução
Proteína inativa
Processamento pós-traducional
Proteína ativa
Endereçamento e transporte
Degradação de proteínas
Aminoácidos
Degradação do mRNA
Controle dos Níveis de Proteínas Celulares1-Início da transcrição
2-Processamento pós-transcricional
3-Degradação do mRNA
4-Tradução
5-Modificações pós-traducionais
6-Degradação das proteínas
7-Endereçamento
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
1-Considerações gerais
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
Representação esquemática de seqüência consenso em promotores de E. coli
2-Princípios da regulação gênica
Elemento UP Região -35
TTGACA
Região -10
TATAAT
Sítio de início da síntese de RNA
(+1)
• 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
2-Princípios da regulação gênica
(Efetores)
(Indutor)
(Co-repressor)
• 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.
2-Princípios da regulação gênica
• 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
3-Regulação gênica em procariotos
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
• 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
1-Considerações Gerais
• A decifração do código genético é lembrada como uma das mais importantes descobertas científicas do século XX
• Código genético degenerado
• 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)
1-Considerações Gerais
• 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
• Ribossomo
1-Considerações Gerais
Complexo supramolecular formado por rRNA e proteínas
Ribossomo bact.:65% rRNA e cerca de 35% de proteínas
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.
1-Considerações Gerais
2-Etapas da Tradução2.1-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 Tradução2.1-Ativação dos aminoácidos
Seqüência sinal Shine-Dalgarno no mRNA bacteriano - Sub-unidade 30S
2-Etapas da Tradução2.2-Início da Tradução
2 tRNAs para a Metionina
Sítios do ribossomo:• Sítio A ou aminoacila • Sítio P ou peptidil• Sítio E ou de saída (exit)
2-Etapas da Tradução2.2-Início da Tradução
Complexo de iniciação
1
2
3
Ligação do segundo aminoacil-tRNA
2-Etapas da Tradução2.3-Elongação
2-Etapas da Tradução2.3-Elongação
Ligação peptídica entre o Meti e o segundo aminoácido: efeito catalítico do rRNA grande (peptidil transferase)
2-Etapas da Tradução2.3-Elongação
Translocação ou deslocamento do ribossomo sobre o mRNA correspondente a um códon
2-Etapas da Tradução2.3-Elongação
Modelo computacional do complexo de tradução
procariótico
Procariotos: 3 fatores de liberação
Eucariotos: apenas 1
2-Etapas da Tradução2.4-Terminação e liberação
Códons de terminação
UAA
UAG
UGA
Tradução rápida de uma única mensagem por polissomo
3-Polissomos
4-Transcrição e tradução simultâneas em procariotos