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