Num certo organismo, todas as suas células contêm a mesma informação, mas nem todas se expressam da mesma maneira. Como é que isto é possivel? Bem, comecemos por descobrir onde se encontra a informação genética. O material genético, nas células eucariontes, encontra-se no núcleo, e está organizado em cromossomas. Ao conjunto desses cromossomas dá-se o nome de cariótipo. Para além dos cromossomas, ou cromatina, temos também as mitocôndrias e os cloroplastos, constituintes das células que têm as suas próprias moléculas de DNA. Estas moléculas, DNA mitocondrial e plastidial, não se encontram associadas a histonas, como no DNA nuclear. Apresentam os seus próprios genes, que estão relacionados com as funções dos respetivos organitos. O DNA constitui uma cadeia em dupla hélice e codifica cerca de 100 000 genes. O DNA mitocondrial constitui apenas 1 a 2% do DNA celular, e codifica cerca de 37 genes. Esses genes estão associados à produção de energia. ![]() A expressividade da informação genética depende não só do material genético, mas também de outros fatores. Qual é, então, a influência dos agentes endógenos e exógenos na expressão génica? Na maioria dos casos existe correspondência entre o genótipo e o fenótipo expresso, quer dizer que os genes relativos ao fenótipo se expressam a 100%, diz-se, então, que os genes têm penetrância (1). Em certos casos não existe a correspondência total da expressividade de um gene. Essa expressividade pode ser influenciada por diversos fatores exógenos, por exemplo o ambiente influencia a cor da pele, e endógenos, por exemplo as hormonas, ou a existência de genes letais ou supressores. Certas características são determinadas por mais do que um gene e são influenciadas pelo ambiente. A estas características, dá-se o nome de características quantitativas (2). Regulação da expressão génica Todas as células de um organismo contêm o mesmo conteúdo genético. Mas então o que muda? O que muda são os genes expressos, ou seja, o complemento de proteínas que cada célula produz, e que está relacionado com a sua especificidade. Assim, as células não expressam todos os genes ao mesmo tempo, e a forma como induzem ou reprimem é o que as diferencia. Como se faz a regulação da expressão génica nos seres Procariontes? Nos seres procariontes, a quantidade de proteínas e enzimas, é muito variável, e está relacionada com as suas necessidades. A regulação, nestes seres, é feita através de mecanismos que impedem a transcrição de genes que codificam as proteínas que a célula não está a utilizar e outros que induzem a transcrição das proteínas que são necessárias ao metabolismo da célula. Nos seres procariontes, os genes que codificam as proteínas envolvidas no mesmo processo metabólico localizam-se no DNA de forma contígua e são controlados por uma unidade estrutural, o operão. Todos os genes estruturais (porções de DNA que codificam proteínas de uma mesma via metabólica), são transcritos por um único mRNA. Qual é a estrutura de um operão? Um operão é constituído por um grupo de genes, ordenados lado a lado, que codificam enzimas que trabalham numa mesma via metabólica, controladas por um único promotor. A região do promotor é a porção do DNA à qual se liga a RNA polimerase (3) , dando início à transcrição. A região do operador é o local entre o promotor e os genes estruturais e onde por vezes se liga o repressor (4) . Antes do promotor, existe um gene repressor ou regulador que é responsável pela produção da proteína repressora ou reguladora que se ligará ao operador. Embora o gene repressor afete o operão, não é considerado parte do mesmo. A proteína repressora pode ser sintetizada de duas formas: ativa ou inativa. Assim, temos dois tipos básicos de funcionamento de operões: de indução e de repressão. Num operão de indução , a proteína repressora é produzida na forma ativa, ou seja, capaz de reconhecer e se ligar ao operador. Neste caso, a proteína repressora perde a capacidade de se ligar ao operador na presença de uma molécula coadjuvante, denominada indutor. Desta forma temos duas situações: i) sem a presença do indutor, a proteína repressora liga-se ao operador e impede a transcrição ou ii) na presença do indutor, a proteína repressora perde a sua afinidade pelo operador, que permanece livre e permite que a RNA polimerase realize a transcrição. Já nos operões de repressão, a proteína repressora é produzida na forma inativa, ou seja, incapaz de reconhecer e se ligar ao operador. Neste caso, a proteína repressora ganha a capacidade de se ligar ao operador na presença de uma molécula coadjuvante, denominada co-repressor. Desta forma temos duas situações: i) sem a presença do co-repressor, a proteína repressora não se liga ao operador e a RNA polimerase realiza a transcrição ou ii) em presença do co-repressor, a proteína repressora ganha afinidade pelo operador, impedindo que a RNA polimerase realize a transcrição. Em 1965, dois investigadores, François Jacob e Jacques Monod, trabalharam com a bactéria Escherichio coli (E.coli) num estudo sobre o metabolismo da lactose (operão Lac) e a síntese de triptofano (operão trp). O operão Lac é comandado por 3 genes estruturais, LacZ, LacY e LacA, que codificam as enzimas necessárias ao metabolismo da lactose. Tem ainda um gene operador, um gene promotor e um gene repressor. O que acontece na ausência de lactose? O gene regulador determina a síntese do repressor que está ativo. O repressor liga-se ao operador e a enzima RNA polimerase não se liga ao promotor, bloqueando a transcrição dos genes estruturais (Z,Y,A) que codificam as enzimas, portanto não se formam, pois não há necessidade. E na presença de lactose? O gene regulador determina a síntese do repressor e a lactose liga-se a este, inativando-o. O gene operador fica desbloqueado e a RNA polimerase liga-se ao promotor, os genes estruturais são transcritos e ocorre a síntese das enzimas. O Operão Lac é um mecanismo indutivo, dado que é a presença de lactose que induz o funcionamento dos genes estruturais. Operão Trp O operão triptofano é um mecanismo do tipo repressor. O triptofano é um aminoácido que pode ser produzido pela E.coli ou vir do meio externo, caso aconteça, a bactéria não precisa de o sintetizar, logo também não é preciso produzir as enzimas necessárias à sua síntese. Desta forma, o mecanismo é repressivo. O triptofano, vindo do exterior, liga-se ao repressor que está ativo, o repressor liga-se ao operador e a RNA polimerase não se pode ligar ao gene promotor, o que impede a transcrição dos genes estruturais, responsáveis pela produção de enzimas envolvidas na síntese do triptofano. Na ausência de triptofano, o gene regulador produz um repressor que é inativo, o gene operador fica livre e a RNA polimerase liga-se ao gene promotor, dá-se a transcrição com a consequente síntese de enzimas necessárias. Um regulador pode regular um grupo de operões e constitui-se um regulão.
Nas células procarióticas, a ativação ou repressão dos operões resulta muitas vezes de alterações ambientais, tais como variações bruscas de temperatura, alterações na quantidade de água, de oxigénio e de outras substâncias presentes no meio como por exemplo a lactose ou o triptofano. 1. Penetrância: frequência com a qual um genótipo se manifesta por uma modificação visível do fenótipo; 2. Características quantitativas: características determinadas por vários genes e influenciadas pelo meio; 3.RNA polimerase: é uma enzima responsável pela síntese de RNA a partir de sequências de DNA ou RNA; 4.Gene repressor: proteína especial que quando ligada ao operador impede que a RNA polimerase não chegue aos genes estruturais, impedindo a transcrição.
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AuthorBeatriz F. Silva Archives
Março 2017
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