REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOS

1. Universidade Federal de Pelotas Centro de Biotecnologia Biologia Molecular REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICAEM PROCARIOTOS

2. Regulação da expressão gênica Mecanismos que regulam o processo de transcrição do DNA para sintetizar RNA e a tradução desses para gerar proteínas

3. Abordagens...

4. Promotor Terminador Região Codificadora DNA Ribossomo RNA PROTEÍNA A estrutura de um gene de procarioto Estrutura de um Gene

5. ESTRUTURA DE UM GENE DE EUCARIOTO A estrutura de um gene de eucarioto Promotor Região Codificadora Sítio de PoliA DNA Exon hnRNA AAAAAAAAAA RNA Intron mRNA AAAAAAAAAA

6. Promotor/operador RegiõesCodificadoras OPERON Organizaçãona forma de operons Terminador RNA MENSAGEIRO POLICISTRÔNICO E. coli

7. 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 !

8. 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

9. Fatoresquedeterminam a quantidade de cada proteína

11. Regulação primária: RNA Polimerase Genes constitutivos: interação promotor/RNA polimerase Genes induzíveis: proteínas reguladoras afetam a transcrição pela RNA polimerase

12. O CONTROLE TRANSCRICIONAL EXERCIDO POR CASCATA DE FATORES SIGMA

13. 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

14. BACTERIÓFAGO SPO1 Genes de expressão imediata Genes de expressão intermediária Genes de expressão tardia 28 33 34 RNA pol Fator  a Fator  Fator  se multiplica em Bacillussubtilis gp28 gp33/34 TRANSCRIÇÃO DOS GENES DE EXPRESSÃO TARDIA

15. Bacillussubtilis CONTROLE DA ESPORULAÇÃO DO Bacillussubtilis ESPORULAÇÃO Seqüência de genes é expressa com a finalidade de formar o esporo

16. OS MECANISMOS DE CONTROLE TRANSCRICIONAL

17. Controle por ativadores e repressores

18. REGULAÇÃO NEGATIVA Repressor ligado inibe a transcrição Indução indutor REPRESSOR INATIVO

19. REGULAÇÃO NEGATIVA Repressor ligado inibe a transcrição Repressão Co-repressor REPRESSOR INATIVO

20. REGULAÇÃO NEGATIVA: a transcrição pode ser favorecida ou bloqueada, dependendo da ação da molécula sinal sobre a proteína repressora

21. 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

22. REGULAÇÃO POSITIVA Ativador ligado facilita a transcrição Indução INDUTOR ATIVADOR INATIVADO

23. REGULAÇÃO POSITIVA Ativador ligado facilita a transcrição Repressão Co-repressor ATIVADOR INATIVADO

24. SISTEMAS INDUZÍVEIS: expressão dos genes somente ocorre quando da presença de um indutor SISTEMAS REPRIMÍVEIS: a expressão somente ocorre na ausência do co-repressor.

25. Operon lac Regulação Gênica em E.coli

26. Regulação do operon lac

27. Estrutura do Operon lac OperonLac: ~6000 bp Metabolismo da lactose

28. Operonlac - Enzimas A lactose induz a síntese de enzimas envolvidas no seu próprio metabolismo

29. PERMEASE Enzimas Transporta lactose CITOPLASMA PERIPLASMA

30. Enzimas -Galactosidase Clivagem da lactose

31. Ausência de lactose Controlenegativo do Operonlac Presença de lactose

32. Glicose AMPc Controle positivo do operon lac CAP Proteína ativadora de catabólito

33. Operonlac PRESENÇA DE LACTOSE: inativar o repressor AUSÊNCIA DE GLICOSE: aumentar a concentração de cAMP, permitir a ligação a CAP e assim, ao DNA

34. Operon trip OperonTrip Regulação Gênica em E.coli

35. Regulação do Operontrp ter trpR trpE trpD trpC trpB trpA P\O Triptofano + Repressor

36. Regulação do Operontrp • Regulação por repressão • Regulação por atenuação

37. Regulação do operon do Triptofano ATENUADOR: Controla a capacidade da RNA Polimerase em continuar o alongamento da transcrição além de determinados sítios

38. OPERON TRIPTOFANO SEM CO-REPRESSOR RNA polimerase DNA Transcrição Repressor inativo Transcrição mRNA Tradução Tradução mRNA Proteína Repressora inativa

39. Regulação por atenuação

40. 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 OPERON BAD

41. O CONTROLE DO OPERON DA ARABINOSE Ligação de AraC Operador AraC 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

42. O CONTROLE DO OPERON DA ARABINOSE Na ausência de arabinose, a proteína AraC se liga a ambas as regiões de araI earaOformando uma alça no DNA. IMPEDE A TRANSCRIÇÃO DO OPERON

43. Os mecanismos de controle pós-transcricional • RNA anti-senso (RNAs reguladores) • Eficiência de ligação do ribossomo

44. RNA DsrA Atuando em reguladores transcricionais NEGATIVO RBS RBS Controle por RNAs reguladores HNS (proteina reguladora de transcrição) POSITIVO RpoS (fator sigma) RBS

45. Controle da tradução de operons de proteínas ribossômicas

46. 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

47. REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICAEM EUCARIOTOS

48. 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

49. Níveis do Controle da Expressão

50. 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