aula 02 expressao genica farmacia
Post on 05-Apr-2018
228 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
1/57
Controle da expresso gnica
Prof. Dr. Jos Luis da C. Silva
http://www.unioeste.br/ -
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
2/57
Controle da Expresso gnicaProcariotos
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
3/57
Organismos procariontes e eucariontes soOrganismos procariontes e eucariontes so
sensveis pequenas variaes do meio ambiente, taissensveis pequenas variaes do meio ambiente, tais
como a disponibilidade de nutrientes, sinais hormonais,como a disponibilidade de nutrientes, sinais hormonais,
etc.etc.
Assim a regulao da expresso dos seus genes sAssim a regulao da expresso dos seus genes snecessidades celulares objetiva uma melhor adaptaonecessidades celulares objetiva uma melhor adaptao
s variaes do meio.s variaes do meio.
Princpios da regulao gnica
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
4/57
Genes para os produtos que so requeridos durantetodo o tempo so expressos em nveis constantes. So
os chamados genes da economia domstica
(housekeeping).
A expresso invarivel destes genes denominada de
expresso gnica constitutiva. Ex. Enzimas do Ciclo de
Krebs
Genes que so expressos em resposta a sinais
moleculares enquadram-se na expresso gnica
regulada. Estes genes podem ser induzidos ou
reprimidos de acordo com as necessidades celulares
Princpios da regulao gnica
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
5/57
Alvos da regulao gnicaAlvos da regulao gnica
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
6/57
Os principais alvos da regulao esto no nvel de
transcrio e traduo da informao do mRNA.
O problema bsico que a clula enfrenta possuir mecanismos
para reprimir ou desligar a transcrio de todos os genes
codificantes de enzimas que no so necessrias e ativar a
transcrio destes genes quando as enzimas so necessrias
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
7/57
Protenas reguladoras da transcrio
(ativadores, repressores)
Protenas reguladoras geralmente ligam-se a sequncias especficas
do DNA. A afinidade para essas sequncias alvo de 104 a 106 vezes
maior do que para outras regies do DNA.
Essas protenas possuem domnios (regies pequenas e delimitadas)
de ligao ao DNA que interagem com as sequncias alvo.
A maioria dos contatos que permitem especificidade incluem grupos
qumicos das bases do DNA expostos no sulco principal do DNA.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
8/57
Interaes entre protenas-DNA
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
9/57
Hlice-volta-hlice
Este motivo de ligao ao DNA crucial para a interao de muitas
protenas reguladoras procariticas. Este motivo engloba cerca de 20 aa
em dois segmentos -helicoidais separados por uma volta do tipo .
Este o domnio do repressor
do Operon da Lactose,
denominado de repressor Lac
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
10/57
Zper de LeucinaEste motivo uma -hlice anfiptica com aa hidrofbicos em um dos
lados do motivo. Neste motivo, a cada 7 resduos de aa h um Leucina(Leu) formando uma linha reta ao longo da superfcie hidrofbica. O
domnio de ligao rico em resduos bsicos (Lys ou Arg) que
interagem com cargas negativas dos fosfatos do DNA. So encontrados
em muitas protenas reguladoras de eucariotos.
GCN4 de levedura
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
11/57
Sistemas operons da E. coli:
Operon lac (controlador da sntese das enzimas do
metabolismo de lactose),
Operon trp (controle da sntese das enzimas
sintetizadores de triptofano)
Regulao Transcricional
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
12/57
Muitos genes esto em complexos chamados OPERONS, e
nestes complexos normalmente existe uma protenarepressora e uma ativadora da transcrio de vrios genes
que, atuando em "parceria", determinam certas
caractersticas.
Modelo de operon procaritico
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
13/57
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
14/57
No metabolismo da lactose
por E. coli so necessrias
duas enzimas que fazem
parte de um operon chamado
lac. A primeira enzima
capaz de clivar a lactose em
glicose e galactose que assim
serviro como fonte de
carbono para a clula.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
15/57
A -galactosidase dita uma enzima indutvel, ou seja,
sua expresso varia com as necessidades celulares.
Caso a bactria esteja crescendo em meio rico em
lactose, sua expresso ser alta;
Caso a fonte de carbono seja outro carboidrato, suaexpresso ser reduzida.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
16/57
O gene I codifica o repressor Lac que uma molcula com dois stios
de reconhecimento, um que pode reconhecer a sequncia operadora
especfica para o operon Lac e outro que pode reconhecer a lactose
e alguns anlogos da lactose. Na ausncia da Lactose, os genes do
operon Lac esto reprimidos pela ligao do repressor Lac.
O Operon Lac est sujeito a regulao negativa
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
17/57
Represso do Operon Lac
promotor do repressor Lac
Operador principal
Pseudo-operadores
Repressor ligado aos operadores
A ligao dor repressor reduz a
transcrio por um fator de 100x,
mas no absoluta
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
18/57
O alvio da represso chamado de induo. Os derivados de lactose
que inativam o repressor e levam a expresso dos genes lac so
chamados de indutores.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
19/57
Os indutores de lac so efetores alostricos e quando se ligamao stio alostrico, causam uma alterao conformacional na
protena reguladora, alterando a estrutura do domnio deligao ao DNA
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
20/57
A alta concentrao do cAMP necessria para a
ativao do operon lac.
Os mutantes que no podem converter ATP em cAMP
no podem ser induzidos a produzir -galactosidase,
pois a concentrao de cAMP no grande o suficiente
para ativar o operon lac.
Regulao positiva do Operon LacRegulao positiva do Operon Lac
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
21/57
Em bactrias, o AMPc liga-se aoCAP ou
CRP (catabolite gene activator protein -protena ativadora de genes por
catablitos; codificada pelo gene crp),
uma protena dimrica com 2
subunidades idnticas de 22Kd. Cada
subunidade possui um domnio de
ligao ao DNA e ao AMPc. Somente o
complexo CAP-AMPc capaz de
estimular a transcrio e se ligar a
determinados promotores.
No operon lac, CAP se liga prximo a
regio que se liga a RNA polimerase e
interage com a RNA polimerase.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
22/57
Mas como se d essa modulao da transcrio viacAMP?
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
23/57
A ativao da transcrio exige duas condiesA ativao da transcrio exige duas condies
Com alta [glicose] no h
formao do complexo
CRP-AMPc
A Lactose no suficiente
para induzir a ativao do
operon Lac
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
24/57
Mas como se d essa modulao da transcrio viacAMP?
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
25/57
Na ausncia de lactose para servir de indutor, o repressor lac capaz de se ligar ao operador; independente dos nveis de cAMP
e da presena de CAP, a produo de mRNA reprimida.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
26/57
Com lactose presente para se ligar ao repressor, este incapaz de
se ligar ao operador. Entretanto, apenas pequenas quantidades de
mRNA so produzidos, pois a presena de glucose mantm os
nveis de cAMP baixos e, portanto, no se forma o complexo
cAMP-CAP e no h ligao ao promotor.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
27/57
Com o repressor inativado pela lactose e com altos nveis de
cAMP presentes (devido a ausncia de glucose), cAMP liga-se CAP. O complexo cAMP-CAP ento capaz de se ligar ao
promotor e aumentar a trancrio em 50x. O operon lac ento
ativado e so produzidos grandes quantidades de mRNA.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
28/57
Resposta estringente na sntese de rRNAResposta estringente na sntese de rRNA
Em procariotos a sntese dos rRNA a partir dos 7 operons, responde
taxa do crescimento celular e s alteraes na disponibilidade dos
nutrientes cruciais, particularmente os aminocidos.
Essa regulao coordenada chamada de resposta estringente. Quando
as concentraes dos aa so baixas, a sntese do rRNA interrompida.
A carncia dos aa leva ligao dos tRNAs no carregados no stio A dos
ribossomos e isso desencadeia a ligao de uma enzima chamada de
fator de estringncia (protena RelA) ao ribossomo.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
29/57
Mecanismo da resposta estringenteMecanismo da resposta estringente
A protena RelA catalisa a formao do
nucleotdeo no usual Guanosina
Tetrafosfato (ppGpp), adicionando
pirofosfato posio 3 do GTP:
GTP + ATP ppGpp + AMP
A elevao abrupta do ppGpp, em
resposta carncia dos aa, leva a uma
grande reduo na sntese do rRNA,
medido em parte pela ligao do
ppGpp RNA polimerase e inibio.
ppGpp e cAMP so nucleotdeos
modificados que atuam como 2
mensageiros intracelulares.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
30/57
Resposta SOS requer a destruio de protenasResposta SOS requer a destruio de protenasrepressorasrepressoras
A leso abrangente do DNA no cromossomo bacterianodesencadeia a induo de muitos genes envolvidos na respostaSOS de reparo do DNA. Os elementos chave so a protena RecAe o repressor LexA.
O repressor LexA inibe a trancrio de todos os genes SOS e ainduo requer a remoo do LexA. O mecanismo a auto-clivagem do LexA com o auxlio da RecA produz 2 fragmentospeptdicos inativos.
RecA no uma protease, mas sua interao com LexA facilita areao de auto-clivagem, sendo chamada de atividade co-protease. A RecA fornece a ligao entre o sinal biolgico (lesono DNA) e a induo dos genes SOS.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
31/57
Mecanismo da resposta SOSMecanismo da resposta SOS
Leses extensas no DNA
levam a ligao da protena
RecA ao DNA fita simples,
quando RecA estiver ligada
facilitar a auto-clivagem
de LexA.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
32/57
CONTROLE DA EXPRESSO GNICA EMEUCARIOTO
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
33/57
Os cromossomos eucariticos so maiores e tm um graumais complexo de organizao estrutural do que os
procariticos. Os genomas de levedura, mosca das frutas e
humanos contm cerca de 4, 40 e 1000 vezes mais DNA,
respectivamente que o genoma de Escherichia coli. Esta
abundncia dota os eucariontes de potencialidades que esto
ausentes nos procariontes e adiciona desafios replicao e
expresso.
Estrutura da Cromatina e regulao da expresso
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
34/57
Estado basal transcricional restritivo em eucariotos
Diferentemente de procariotos, os promotores fortes de eucariotos so
geralmente inativos in vivo na ausncia de sequncias regulatrias, ou
seja, o estado transcricional restritivo.
Os genes eucariticos requerem ativao para serem transcritos, o
que no ocorre em procariotos.
Em procariotos, no havendo repressores ligados os genes so
transcritos (no-restritivo)
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
35/57
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
36/57
3: As clulas eucariticas possuem protenas reguladorasmultimricas maiores e mais complexas do que as
bactrias.
4: A transcrio no ncleo eucaritico est separada tanto
no espao quanto no tempo da traduo no citoplasma.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
37/57
Estrutura do gene eucaritico
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
38/57
CROMATINACROMATINA
Como as histonas se combinam com o DNA para formara fibra de CROMATINA? Em 1974, Roger Kornberg
props que a cromatina feita de unidades repetidas,
cada uma consistindo de 200pb de DNA e duas de cada
H2A, H2B, H3 e H4. Essas unidades repetidas so hojeconhecidas como nucleossomos. A maior parte do DNA
envolve externamente um cerne de histonas. O restante
do DNA, chamado DNA ligante, une nucleossomos
adjacentes e contribui para a flexibilidade da fibra de
cromatina. Portanto, uma fibra de cromatina uma
cadeia flexvel de nucleossomos.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
39/57
Estrutura da cromatinaEstrutura da cromatina
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
40/57
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
41/57
Cromatina ativa e inativaCromatina ativa e inativa
A transcrio de um gene eucaritico fortemente reprimida quando oDNA est condensado na forma de cromatina. Nucleases, como a DNase I
clivam o DNA em fragmentos com mltiplos de 200 pb, refletindo a
estrutura regular dos nucleossomos.
Nas regies transcricionalmente ativas, os fragmentos produzidos pela
DNase I so menores e mais heterogneos em tamanho. So regies
chamadas de stios de hipersensibilidade a DNase I, consistindo em cerca
de 100 a 200 pb dentro de 1000 pb que flanqueiam as extremidades 5 dos
genes transcritos. Em alguns genes so encontradas na regio 3 e
dentro do gene.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
42/57
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
43/57
RemodelagemRemodelagem da cromatinada cromatina
As histonas possuem dois domnios estruturais distintos. Umdeles envolvido na interao histona-histona e um segundodomnio aminoterminal rico em Lisina na superfcie exteriorda partcula do nucleossomo montada. Esses resduos deLisina so acetilados porhistona acetiltransferases(HATs).
As HATs tipo B acetilam as histonas para montagem donucleossomo, a montagem das histonas tambm facilitadapor protenas adicionais: CAF1 e NAP.
As HATs tipo A auxiliam na acetilao no evento datranscrio. As histonas deacetilases atuam no silenciamentoda transcrio gnica.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
44/57
A cromatina remodelada pela acetilao e porA cromatina remodelada pela acetilao e pordeslocamentos nucleossomaisdeslocamentos nucleossomais
A cromatina transcricionalmente ativa tende a ser deficiente emHistona H1 e as outras histonas so modificadas por acetilao
ou ubiquitinao.
Em genes ribossomais geralmente no so associadas as
histonas.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
45/57
Estrutura do DNA e atividade gnica
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
46/57
Quatro nveis nos quais a expresso gnica pode ser
controlada:1. Transcrio
2. Processamento
3. Estabilidade do mRNA
4. Traduo
O nvel mais importante da regulao o incio de transcrio. A
partir de determinados sinais, sequncias regulatrias soreconhecidas, possibilitando a ativao de um gene ou grupo de
genes, havendo a transcrio, e posterior traduo do mRNA.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
47/57
Nvel transcricional da regulao
A iniciao da transcrio dependente de fatoresativadores (protenas), transativadores.
A estruturao da cromatina a provvel razo para a
necessidade de regulao positiva, de forma que osgenes esto inativos na ausncia de regulao.
Na regulao positiva, a maioria dos genes estnormalmente inativa (ou seja, a RNA pol no se liga
aos promotores) e a clula sintetiza apenas asprotenas ativadoras necessrias para a transcrio deum conjunto de genes.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
48/57
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
49/57
Enhancers e UASsA maioria das RNA pol II de eucariotos requerem alm das sequncias
TATA e Inr (Iniciadora), outras sequncias adicionais requeridas para aregulao da transcrio.
Enhancers so sequncias intesificadoras nos eucariotos superiores eUASs (sequncias ativadoras a montante) em Leveduras. A localizao
do enhancer pode ser montante, jusante ou mesmo dentro do gene.
Quando protenas reguladoras esto ligadas nestas sequncias adicionais,aumentam a transcrio dos promotores prximos, independentemente dasua orientao no DNA.
Os silenciadores so seqncias de ao cis que so ligadas a
repressores, inibindo assim os ativadores e reduzindo a transcrio.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
50/57
Alguns genes apresentam o enhancers (reforador ou acentuador), localizados a
uma distancia maior do stio de transcrio, tanto upstream como downstream (ausante), e que so capazes de estimular o nvel de transcrio.
Tanto os promotores como os enhancers podem apresentar elementos que
respondam a estmulos, como choque de calor (heat shock), hormnios ou
metais.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
51/57
Classes de protenas ativadoras da TranscrioClasses de protenas ativadoras da Transcrio
Fatores basais de transcrio: requeridos pela RNA pol II
Transativadores:Ligam-se aos Enhancers e UASsfacilitando a transcrio.
Co-ativadores: No agem diretamente no DNA, mas atuam
em interaes protenas-protena. Protenas repressoraspodem impedir estas interaes.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
52/57
Protena de ligao TATA (TBP)Protena de ligao TATA (TBP)Esta a primeira protena a se ligar no complexo de pr-iniciao nasequncia TATA de um promotor tpico da RNA pol II.
Nesse complexo, esto vrios fatores de transcrio gerais, quepode no se formar na ausncia de transativadores e co-ativadores.
Formadoras de alas
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
53/57
O modelo para ao adistncia inclui algum tipo
de dobra do DNA. Neste
modelo, uma ala de DNA
coloca protenas
ativadoras ligadas aelementos acentuadores
distantes em proximidade
a complexos proticos
associados a seqncias de
ao cis proximais apromotores.
Animao
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
54/57
Muitos promotores eucariticos so reguladospositivamente
RNA polimerases eucariticas possuem pouca ou nenhuma afinidade
intrnseca para os seus promotores: a iniciao da transcrio , quasesempre, dependente de mltiplas protenas ativadoras (regulao positiva).
O armazenamento do DNA, dentro da cromatina, efetivamente torna a
maioria dos promotores inacessveis. De forma que os genes esto
normalmente silenciosos na ausncia de outra regulao.
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
55/57
Regulao do metabolismo da Galactose em LevedurasRegulao do metabolismo da Galactose em Leveduras
Os genes das enzimas do metabolismo da galactose em
leveduras esto dispersos em vrios cromossomos e no esto
organizados em um operon como em bactrias. Entretanto, todosos genes GAL possuem promotores semelhantes e so regulados
coordenadamente por um conjunto de protenas comuns.
SinalizaoGalactose + Gal3p
Represso
Gal4p + Gal80p
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
56/57
Genes do metabolismo da Galactose em Leveduras
-
7/31/2019 Aula 02 Expressao Genica Farmacia
57/57
A regulao pode ocorrer por meio da fosforilao de fatores de transcrio nuclearA regulao pode ocorrer por meio da fosforilao de fatores de transcrio nuclearem mamferosem mamferos
top related