Transcript Apresentação do PowerPoint - Universidade Federal de

Universidade Federal de Pelotas
Centro de Biotecnologia
Biologia Molecular
REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA
EM PROCARIOTOS
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Regulação da expressão gênica
Mecanismos que regulam o processo de
transcrição do DNA para sintetizar RNA e a
tradução desses para gerar proteínas
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Abordagens...
A estrutura gênica
Controle da expressão
(transcrição)
Controle da Expressão
(tradução)
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Estrutura
de um
Genede
A estrutura
de um
gene
procarioto
Promotor
Região Codificadora
Terminador
DNA
Ribossomo
RNA
PROTEÍNA
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DNA
A
ESTRUTURA DE UM GENE DE
estrutura EUCARIOTO
de um gene de
Promotor
hnRNA
eucarioto
Região Codificadora
Sítio de PoliA
Exon
RNA
AAAAAAAAAA
Intron
mRNA
AAAAAAAAAA
5
Organização na forma de
operons
Promotor/operador Regiões Codificadoras Terminador
OPERON
RNA MENSAGEIRO
POLICISTRÔNICO
E. coli
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Porque Regular?????
Qual o custo (em termos de energia e recursos)
para fazer uma proteína?
Para uma proteína de tamanho médio (300 aminoácidos)?
- 1350 moléculas de ATP
- 1650 átomos de carbono
- 540 átomos de Nitrogênio
E. coli tem cerca de 4000 genes que codificam
aproximadamente 2000 proteínas.
Imaginem o custo se todas essas proteína
fossem produzidas ao mesmo tempo !
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Quem, Quando e Quanto:
A síntese de proteínas requer grandes
quantidades de energia assim, os procariotos
desenvolveram mecanismos elaborados para controlar a
escolha de quais proteínas são feitas em diferentes
momentos, sob diferentes condições ambientais.
Isso é regulação Gênica
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Fatores que determinam a
quantidade de cada proteína
Concentração de mRNA
Eficiência da tradução do mRNA
Estabilidade da proteína extraída
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Genes
constitutivos
Genes que são
constantemente
expressos
Genes
induzíveis
Genes cuja
expressão varia de
acordo com as
condições da célula
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Regulação primária: RNA Polimerase
Genes constitutivos: interação promotor/RNA
polimerase
Genes induzíveis: proteínas reguladoras afetam
a transcrição pela RNA polimerase
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O CONTROLE TRANSCRICIONAL
EXERCIDO POR CASCATA DE
FATORES SIGMA
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RNA Polimerase

Fator 
(sigma)



’

Core

Holoenzima
Especificidade de ligação da RNA polimerase nos diferentes promotores é
dada pela interação com diferentes espécies de fatores sigma
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BACTERIÓFAGO SPO1
Genes de
expressão
imediata
28
Genes de
expressão
intermediária
33
Genes de
expressão
tardia
34
RNA pol
Fator  a
gp28
se multiplica em
Bacillus subtilis
gp33/34
TRANSCRIÇÃO DOS GENES
DE EXPRESSÃO TARDIA
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Bacillus subtilis
ESPORULAÇÃO
Seqüência de genes é expressa com a finalidade de formar o esporo
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OS MECANISMOS DE CONTROLE
TRANSCRICIONAL
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Controle por ativadores e
repressores
CONTROLE
POSITIVO
Ativador ligado
facilita a transcrição
CONTROLE
NEGATIVO
Repressor ligado
inibe a transcrição
•Indução
•Repressão
•Indução
•Repressão
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REGULAÇÃO NEGATIVA
Repressor ligado inibe a transcrição
Indução
indutor
REPRESSOR
INATIVO
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REGULAÇÃO NEGATIVA
Repressor ligado inibe a transcrição
Repressão
Co-repressor
REPRESSOR
INATIVO
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REGULAÇÃO NEGATIVA: a transcrição pode
ser favorecida ou bloqueada, dependendo da
ação da molécula sinal sobre a proteína
repressora
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REGULAÇÃO POSITIVA: a expressão está na
dependência da presença das proteínas
reguladoras ativadoras.
Os ativadores unem-se a sítios adjacentes ao
promotor, aumentando a afinidade da RNA
Polimerase por ele e favorecendo a transcrição
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REGULAÇÃO POSITIVA
Ativador ligado facilita a transcrição
Indução
INDUTOR
ATIVADOR
INATIVADO
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REGULAÇÃO POSITIVA
Ativador ligado facilita a transcrição
Repressão
Co-repressor
ATIVADOR
INATIVADO
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SISTEMAS INDUZÍVEIS: expressão dos genes
somente ocorre quando da presença de um
indutor
SISTEMAS REPRIMÍVEIS: a expressão somente
ocorre na ausência do co-repressor.
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Operon lac
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Regulação do operon lac
CONTROLE
NEGATIVO
CONTROLE
POSITIVO
REPRESSOR
COMPLEXO
CAP:cAMP
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Estrutura do Operon lac
Operon Lac: ~6000 bp
Metabolismo da lactose
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Operon lac - Enzimas
PERMEASE
-GALACTOSIDADE
TRANSACETILASE
A lactose induz a síntese de enzimas envolvidas no seu próprio metabolismo
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PERMEASE
CITOPLASMA
Transporta lactose
PERIPLASMA
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-Galactosidase
Clivagem da lactose
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Controle negativo do Operon lac
Ausência de lactose
Presença de lactose
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Controle positivo
do operon lac
Glicose
CAP
Proteína ativadora de catabólito
AMPc
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Operon lac
PRESENÇA DE LACTOSE: inativar o repressor
AUSÊNCIA DE GLICOSE: aumentar a
concentração de cAMP, permitir a ligação a
CAP e assim, ao DNA
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Operon trip
Operon Trip
Regulação Gênica
em E.coli
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Regulação do Operon trp
trpR
Repressor
trpE trpD
P\O
+
trpC
ter
trpB trpA
Triptofano
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Regulação do Operon trp
 Regulação
por repressão
 Regulação
por atenuação
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Regulação do operon do Triptofano
ATENUADOR: Controla a capacidade
da RNA Polimerase em continuar o
alongamento da transcrição além de
determinados sítios
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OPERON TRIPTOFANO
SEM CO-REPRESSOR
RNA polimerase
DNA
Transcrição
Repressor
inativo
Transcrição
mRNA
Tradução
mRNA
Tradução
Proteína
Repressora
inativa
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Regulação por atenuação
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O CONTROLE DO OPERON DA ARABINOSE
GENE
REGULADOR
SITIOS DE
CONTROLE
GENES
ESTRUTURAIS
ENZIMAS ENVOLVIDAS NO
METABOLISMO DA ARABINOSE
RIBULOSE - QUINASE
ARABINOSE – ISOMERASE
RIBULOSE – 5 – FOSFATO - ISOMERASE
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O CONTROLE DO OPERON DA ARABINOSE
Ligação de
AraC
AraC
Operador
Na presença de arabinose, a proteína AraC se liga a região
araI; a proteína CAP, ligada a cAMP, se liga a um sítio
adjacente à região araI;
TRANSCRIÇÃO DE araB, araA e araD
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O CONTROLE DO OPERON DA ARABINOSE
Na ausência de arabinose, a proteína AraC se liga a ambas as
regiões de araI e araO formando uma alça no DNA.
IMPEDE A TRANSCRIÇÃO DO OPERON
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Os mecanismos de controle póstranscricional
 RNA anti-senso
 Eficiência
(RNAs reguladores)
de ligação do ribossomo
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Controle por RNAs reguladores
RNA DsrA
Atuando em reguladores
transcricionais
NEGATIVO
RBS
RBS
HNS (proteina reguladora de transcrição)
POSITIVO
RBS
RpoS (fator sigma)
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Controle da tradução de operons de
proteínas ribossômicas
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Regulação da Expressão Gênica
Procariotos:
Resposta direta a variações nas condições nutricionais (genes ativados
e reprimidos)
Transcrição pode ser acoplada com a tradução (simultânea)
Eucariotos multicelulares:
Limitação na resposta direta às variações nas condições nutricionais
(células estão organizadas em tecidos e orgãos – meios uniformes)
Transcrição ocorre em compartimento distinto da tradução eliminando
a possibilidade de acoplamento
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REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA
EM EUCARIOTOS
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Tipos de Sinais no Controle da
Expressão
HORMÔNIOS
ESTERÓIDES: Complexo receptor-hormônio reconhece sequências
específicas no núcleo das células.
PEPTÍDICOS: se liga a receptores de superfície da célula
desencadeando uma cascata de sinalização
MUDANÇAS NUTRICIONAIS E AMBIENTAIS: Limitada
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Níveis do Controle da Expressão
1
2
Transcrição
Processamento
3
4
Estabilidade do
mRNA
Tradução do
mRNA
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Regulação da Transcrição
Regulador TATA box
Iniciador +1
Promotores Proximais
Reforçadores (enhancers)
Fatores de transcrição: gerais e específicos
Ativadores (ligação DNA e ativação da transcrição) e
Repressores
50
51
Fatores
Gerais de
Transcrição
SRB
mediador
(co-ativador)
RNA
Polimerase II
Holoenzima
da RNA
Polimerase
II
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Motivos presentes em proteínas
que se ligam ao DNA
Homeodomínio
Dedo de Zinco
Ligação com o
DNA
Zíper de Leucina
Hélice-alça-hélice
Domínios de ativação
Ativa a
transcrição
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Complexos com múltiplos componentes
Reforçadores
+
Fatores de
Transcrição
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Regulação Pós-Transcricional
Splicing Alternativo
Diferenciação de neurônios
Mudanças nos padrões
de splicing alternativo
Apoptose
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Regulação em nível de Tradução
mRNAs que codificam ferritina e do
mRNA do receptor de transferritina
Transporte, uso e armazenamento do ferro
Embriogênese
Reativação de mRNAs dormetes no oócito
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