Regulação da expressão gênica em eucariotos e procariotos

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Universidade do Estado do Pará

Centro de Ciências Biológicas e da Saúde

Genética Básica – Regulação da expressão gênica

em procariotos e eucariotos

Docente: Ana Paula Guimarães

Discente: Caroline Ferreira Fernandes

A regulação da expressão gênica é necessária para a economia de energia, através dessa regulação, os organismos se adaptam às mudanças do ambiente e conseguem ajustar seus processos metabólicos. Nessa perspectiva, a expressão gênica, em procariotos, acontece em vários níveis: transcrição, processamento de mRNA, renovação de mRNA, tradução e pós tradução. Ademais, essa expressão pode ser constitutiva (produtos de genes que precisam ser sintetizados de maneira contínua), indutiva (refere-se ao processo de ligar ou desligar a expressão de acordo com a necessidade) ou repressiva (reprime a síntese de enzimas biossintéticas).

Também vale ressaltar que a regulação é realizada pelos mecanismos de controle positivos ou negativos que atuam por meio do gene regulador, o controle será positivo se o produto do gene regulador (ativador) induzirá a expressão de genes estruturais e será negativo quando esse produto (repressor) irá impedir a transcrição gênica. O produto do gene regulador (proteína) atua ligando-se ao sítio de ligação da proteína reguladora (RPBS) que fica adjacente do promotor dos genes estruturais. Outrossim, a molécula efetora auxilia a proteína reguladora (ativador ou repressor) na manutenção da expressão gênica. Essas moléculas formam complexos com os produtos dos genes reguladores promovendo transições alostéricas que resulta na mudança das suas atividades.

Em 1961, foi desenvolvido um mecanismo de controle negativo denominado óperon. Um óperon é formado por um promotor (onde a RNA polimerase se liga), um operador (sítio no qual o produto do gene regulador se insere) e um conjunto de genes estruturais. Nesse sentido, é válido citar que um mRNA transcrito leva a informação de vários genes estruturais e, portanto, é chamado de multigênico.

O óperon lac possui genes envolvidos no metabolismo da lactose e só é induzido a transcrição destes quando a glicose (fonte de energia primária) encontra-se ausente. Ele possui três genes estruturais, lacZ, lacY e lacA que codificam as enzimas galactosidase, galactosídeo-permease e galactosídeo-transacetilase. Dois reguladores possuem a função de ligar ou desligar a expressão dos genes lac: o repressor lac e a proteína ativadora do catabolismo (CAP). O repressor lac bloqueia a transcrição e também atua como detector de lactose, o CAP é responsável por induzir a expressão gênica além de ser um detector de glicose. A adenil ciclase é uma enzima responsável pela síntese de AMPc (molécula efetora) que atua juntamente a proteína do catabolismo.

Na presença de glicose, a adenil ciclase é inativa e não produz AMPc, desse modo, a CAP sozinha não consegue induzir a expressão gênica. Quando a glicose não é encontrada no meio, a adenil ciclase realiza a síntese de AMPc que forma o complexo CAP/CAMP que consegue ligar-se ao sítio e induzir a transcrição dos genes e, consequentemente, a síntese das enzimas necessárias para o metabolismo da lactose.

           O óperon trp está envolvido na biossíntese do triptofano e só se torna ativo quando há pouco desse aminoácido presente no meio. A expressão desse óperon ocorre em dois níveis: repressão (controla o início da transcriçāo) e atenuação (mecanismo que envolve os processos de transcrição e tradução). O repressor trp é responsável pela regulação da expressão, na ausência de triptofano (co-repressor), a RNA polimerase liga-se ao sítio da região promotora e codifica os genes estruturais, porém, quando há concentração de triptofano, forma-se o complexo repressor/co-repressor que inibe a ação da RNA polimerase.

O segundo nível de expressão chama-se atenuação que está relacionada a sequência líder a qual antecede a região que estão localizados os genes estruturais. Essa sequência possui 4 regiões com o potencial de formar estruturas em grampos (palíndromos). Quando o triptofano é abundante, um dos ribossomos encontra um sinal de parada na região 1 da sequência líder (em procariotos transcrição e tradução ocorrem simultaneamente) e para sua atividade, forma-se, também, uma alça entre as regiões 3 e 4 que, por ter uma ligação mais forte e estável, impede que a RNA polimerase chegue até o local dos genes estruturais. Na presença de triptofano, acontece a formação da estrutura em grampo com os locais 2 e 3, impedindo que ocorra a ligação entre 3 e 4, com isso, a RNA polimerase consegue dar continuidade a transcrição.

           Além disso, a regulação gênica pode ser feita pelo controle traducional, esse ajuste acontece pela modulação da taxa de síntese das cadeias polipeptídicas ou no alongamento. Outrossim, também há o controle pós-traducional chamado de inibição pelo produto final que atua interrompendo imediatamente a síntese de determinada proteína quando ela é acrescentada no ambiente.

A regulação da expressão gênica, em eucariotos, ocorre a níveis de transcrição, processamento de mRNA e tradução. Nesse sentido, Diferentes células em  podem expressar conjuntos de genes diferentes, mesmo possuindo o mesmo material genético. Vale ressaltar também que essa regulação é mais complexa em seres eucarióticos, pois o DNA está isolado do citoplasma pela a membrana nuclear, com isso, transcrição e tradução ocorrem em lugares distintos da célula, desse modo, essa separação permite que tenha mecanismos de regulação em diferentes locais: no núcleo e citoplasma.

Os mecanismos de controle, em eucariotos, necessitam de uma sinalização celular interna para que este se adeque às mudanças do ambiente, a regulação transcricional é medida por proteínas que interagem com o DNA denominadas de fatores de transcrição que se ligam a sítios específicos. Além disso, após a transcrição, o mRNA é processado para que aconteça a remoção dos íntrons (regiões não codificantes) no intuito de ter uma expressão gênica adequada. A clivagem dos íntrons pode ser separadamente ou em conjunto, nessa perspectiva, se for clivado dois íntrons sucessivos, o éxon entre eles também será removido. A partir disso, esse mecanismo de recomposição modifica a sequência do mRNA por deleção desses éxons, assim, um único mRNA pode expressar mais de um polipeptídio.