Controlo da expressão génica: Seres eucarióticos - Hemoglobinas humanas

O controlo da expressão gênica eucariótica inicia-se na formação do zigoto e estende-se

por toda a vida de um ser.

No início, todas as células são iguais, ou totipotentes (o que chamamos de células tronco,

que podem se tornar qualquer tipo de célula do corpo).

Em um determinado momento uma célula se especializa, ou seja, “decide” qual conjunto

de genes poderá nela ser expresso e desliga permanentemente todos os demais.

Assim como diferentes genes são acionados em localidades diferentes no embrião,

outros são acionados em tempos diferentes do desenvolvimento.

O genoma das hemoglobinas contém um grande grupo de genes que as codificam e que

transportam o oxigênio ao longo do corpo.

—Durante o seu desenvolvimento, nove genes de globinas se combinam de maneira a

formar três tipos de hemoglobina, que atuam em diferentes estágios de sua vida.

Na fase de embrião e feto, o ser vivo depende completamente do oxigênio captado

pela mãe. Este oxigênio precisa de atravessar uma membrana para chegar até ao

novo ser.

Este processo é um tanto ineficiente, e esta ineficiência precisa de ser compensada

com oxigênio por parte destas moléculas para sustentar o seu crescimento e

desenvolvimento.

—Nós sabemos que as hemoglobinas são sempre formadas por quatro polipeptídeos,

formando um tetrâmero. Nossa primeira hemoglobina, durante as primeiras

semanas de vida, é formada por duas cadeias épsilon e duas zeta (zeta 1 e

zeta 2). 

—Após este período, tanto a produção das cadeias épsilon quanto zeta cessam, e as

cadeias alfa e gama começam a ser produzidas (de modo que temos

hemoglobinas com duas cadeias alfa e duas gama). Esta é a nossa hemoglobina

fetal. Quando o bebê nasce, a produção de globina gama decai enquanto a

produção da globina beta aumenta. 

A combinação de duas cadeias alfa e duas beta compõe a hemoglobina adulta

normal, ou hemoglobina A (HbA). O gene delta, localizado entre os genes

gama e beta no cromossomo 11 produz um pequeno número de globinas delta

em crianças e adultos.

O produto da globina delta é chamado hemoglobina A2 , normalmente perfaz

menos de 3% do total de hemoglobinas adultas e é composto por duas cadeia alfa

e duas delta.

Controlo da expressão génica: Seres eucarióticos - Estrutura da cromatina e histonas

Mudanças na estrutura da cromatina

Um tipo de controle gênico nas células eucarióticas é feito pela modificação da estrutura do gene.no núcleo, as proteínas histonas associam-se para formar octâmeros, ao redor dos quais o DNA helicoidal enrola-se para criar a cromatina. De um modo geral, essa estrutura da cromatina reprime a expressão gênica. Para que um gene seja transcrito, os fatores de transcrição, ativadores e RNA pol devem se ligar ao DNA. Por isso a estrutura da cromatina muda antes da transcrição, para que o DNA seja mais acessível à maquinaria de transcrição.

Modificações de histonas

Um tipo de controle gênico nas células eucarióticas é feito pela modificação da estrutura do gene.no núcleo, as proteínas histonas associam-se para formar octâmeros, ao redor dos quais o DNA helicoidal enrola-se para criar a cromatina. De um modo geral, essa estrutura da cromatina reprime a expressão gênica. Para que um gene seja transcrito, os fatores de transcrição, ativadores e RNA pol devem se ligar ao DNA. Por isso a estrutura da cromatina muda antes da transcrição, para que o DNA seja mais acessível à maquinaria de transcrição.

Controlo da expressão génica: Seres procarióticos - Operão Indutível

No operão Indutível a lactose funciona como um Indutor, pois a sua presença permite

activar o operão.

Por este facto, o Operão da lactose é, por vezes, designado operão indutível. 

Quando a concentração de lactose começa a baixar drasticamente devido à acção catalítica

das enzimas, a lactose desliga-se do repressor, que, ao voltar a ficar activo, liga-se ao

operador, bloqueando a transcrição do operão.

Assim, garante uma poupança de recursos devido aos fenómenos de auto-regulação descritos.

Funcionamento de um operão do tipo indutível

Na AUSÊNCIA de lactose:

• O gene regulador determina a síntese de um repressor.

• O repressor bloqueia o gene promotor ao ligar-se ao operador.

• A RNA polimerase não se liga ao promotor.

• Não ocorre a síntese das três enzimas.

Na PRESENÇA de lactose:

• A lactose liga-se ao repressor, inactivando-o.

• O gene operador fica desbloqueado.

• A enzima RNA polimerase liga-se ao promotor.

• Os genes estruturais são transcritos.

• Dá-se a síntese das enzimas.

Controlo da expressão génica: Seres procarióticos - Operão Lac.

A Operão Lac.

A bactéria E. Coli, em situações de presença de glicose, irá utilizá-la como fonte de energia.

Na ausência da mesma, a bactéria terá de recorrer á Lactose, um dissacarídeo,  que para ser utilizado teria de ser sintetizado em enzimas.

Jacob e Monod verificaram que os genes responsáveis pela síntese destas– genes estruturais – encontravam-se numa secção contínua da molécula de DNA e eram controlados por outros genes próximos.

Ao conjunto dos genes estruturais com funções relacionadas e dos genes que os controlam chama-se operão.

O Operão lac é formado por três genes estruturais (lac Z, lac Y, lac A), que codificam as enzimas necessárias ao metabolismo da lactose, e por dois segmentos de DNA que controlam a transcrição dos genes estruturais – o promotor e o operador.

O Promotor é a região onde a enzima RNA polimerase, responsável pela transcrição dos genes estruturais, se liga.

O operador controla o acesso desta enzima aos genes estruturais.

Quando não existe lactose no meio, um repressor está ligado ao operador, bloqueando a transcrição dos genes estruturais.

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Esta proteína repressora é codificada por um gene que se situa fora do operão e é designado gene repressor ou gene regulador, constantemente transcrito e traduzido. Assim, a bactéria produz continuamente pequenas quantidades de proteínas repressoras.

Quando existe lactose no meio, esta molécula liga-se ao repressor, altera a sua conformação de tal forma que este se torna inactivo, desligando-se do operador.

Assim, o operador fica livre, permitindo que os genes estruturais sejam transcritos e, posteriormente, traduzidos, formando-se as enzimas necessárias ao metabolismo da lactose.

Operão Lac - Video

Controlo da expressão génica: Seres procarióticos - Estrutura do operão

Em bactérias, a regulação gênica mantém a flexibilidade interna, ligando e desligando genes em resposta a mudanças ambientais. 

Muitos genes bacterianos que têm funções correlatas são aglomerados e estão sob o controle de um único promotor. Esses genes em geral são transcritos juntos em um único mRNA. Um grupo de genes estruturais que são trancritos juntos é chamado de um óperon.

O óperon regula a expressão dos genes estruturais controlando a transcrição, que, nas bactérias, é geralmente o nível mais importante de regulação gênica.

Operão- um grupo de genes estruturais que sao transcritos juntos.

Estrutura do operão

É constituído por um grupo de genes ordenados lado a lado que codificam enzimas que trabalham numa via metabólica integrada, controladas por um único promotor.

Um gene regulador ajuda a controlar a transcrição de genes estruturais do óperon. Embora ele afete o funcionamento do óperon, o gene regulador não é considerado parte do óperon. O gene regulador tem seu próprio promotor que é transcrito em um curto mRNA , que é traduzido em uma pequena proteína. Essa proteína pode se ligar a uma região do DNA chamada de operador, e afeta a ocorrência da transcrição.

O que é a expressão génica?

Expressão génica é o processo pelo qual a informação hereditária contida em um gene e a sequência no ADN, é processada em um produto genético funcional, tal como proteínas ou RNA.

Vários passos no processo de expressão génica podem ser indicados, entre os quais os principais são:

- a transcrição do mRNA
- a modificação pós-traducional de uma proteína.

A regulação génica dá à célula controlo sobre sua estrutura e função e é a base para a diferenciação celular, morfogénese e para a versatilidade e adaptabilidade de qualquer organismo.

Qualquer uma das etapas dos processos referidos levará a uma expressão génica diferente.