Regulação da expressão gênica em procariotos

Como ocorre a regulação e por qual razão?

As bactérias (maiores representantes dos procariotos) costumam responder a alterações ambientais regulando a transcrição. A seleção natural favoreceu as bactérias que não desperdiçam energia, as que conseguem conservar essa energia.

O controle dessa expressão acontece através de um balanço entre a quantidade de produto sintetizado e degradado.

O objetivo da regulação da expressão gênica é evitar gastos energéticos desnecessários, para que a célula trabalhe de acordo com a necessidade do momento. Fato importante a ser lembrado é que as células procarióticas não possuem núcleo, o que faz elas serem mais “frágeis”, então esses gastos sem necessidade poderiam causar danos. Então é evitar esse gasto a todo tempo, pois teria o gasto de produzir, degradar e muitas vezes, nem utilizar.

Vários genes do genoma bacteriano são ligados e desligados de acordo com a necessidade, e o mecanismo básico para esse controle em bactérias é o modelo operón:

(É uma pequena parte do DNA)

É a sequência de DNA bacteriano que vai ter a região promotora (sequência de nucleotídeos), operadora e genes estruturais (vão fazer a tradução proteica), e eles sempre estarão um ao lado do outro. E haverão moléculas que vão se ligar a essa região, fazendo com que a regulação da proteína seja feita de forma reprimível ou induzível.

OPERÓN REPRIMÍVEIS E INDUZÍVEIS

Operón reprimível: A transcrição normalmente está ligada, mas pode ser inibida (reprimida), quando uma molécula específica se liga a proteína repressora (reguladora).

Operón induzível: Normalmente está desligado, mas pode ser estimulado (induzido) quando uma pequena molécula específica a proteína reguladora (repressora) - ex: operón lac.

Quando se tem no meio a glicose e lactose, a bactéria normalmente prefere a glicose, e nesse caso não é preciso o acionamento.

Porém, se no momento a célula tiver com baixa de glicose e muita lactose, é preciso expressar alguma proteína para quebrar essa lactose (utilizada como fonte de energia), através do acionamento do operón lac (envolvido no processo de quebra da lactose).

Masss, para isso a E. coli, por exemplo, precisa perceber essa baixa concentração de glicose e enviar a informação para o operón lac, para acontecer a entrada da lactose na célula.

Acontece da seguinte forma:

Lactose extracelular quando tem a entrada da lactose ou um aumento dela (que já estava nomeio em uma concentração mais baixa).

A β-galactosidase vai ser a enzima que vai quebrar a lactose e transformar uma molécula de glicose em uma galactose, e também vai produzir uma molécula muito semelhante a ela - alolactose.

OPERÓN LAC - NA AUSÊNCIA DE LACTOSE: CONTROLE NEGATIVO (REPRESSOR DE LAC)

Quando o operón lac não tem lactose, ele recebe o controle negativo. Ou seja, ausência de lactose = o repressor fica ativo, mas o operón fica desligado.

Isso acontece porque...

O gene regulador lac I vai transcrever uma proteína repressora. Essa proteína vai se ligar ao sítio operador, impedindo que a RNA polimerase se ligue no local, e faça a transcrição dos genes estruturais (vão auxiliar na quebrada molécula de lactose).

Mas e na presença da lactose??? É o contrário, vejamos...

A alolactose se ligará a proteína repressora, e isso vai impedir que ela chegue ao operador. Então, o operador fica livre para a RNA polimerase fazer a transcrição dos genes estruturais.

E o que esses genes vão fazer?

Vão sintetizar as proteínas:

- β-galactosidase (quebra lactose);

- Permease (altera a membrana, promovendo entrada da lactose);

- Transacetilase (função não definida).

OPERÓN LAC - NA PRESENÇA DE LACTOSE: CONTROLE POSITIVO

O operón lac também tem o controle positivo...

AMP cíclico (AMPc) acumula no meio intra-celular quando a glicose está pouca.

Baixa glicose = acúmulo AMP cíclico (alémdo aumento da lactose).

A proteína reguladora, chamada de proteína ativadora de catabólito (CAP) é um ativador,pois se liga ao DNA e estimula a transcrição de um gene.

Então, ter o AMPc + CAP significa aumento na transcrição ativa.

Aumento de lactose = operón lac ativado para aumentar as quantidades no meio de lactose.

A ligação da CAP ao promotor estimula diretamente a expressão gênica, por isso esse mecanismo caracteriza a regulação positiva.

Presença de lactose e baixa de glicose = auto nível de AMPc, juntando isso à CAP, resultado na ligação da RNA pol ao sítio operador, o que significa que... aumenta a afinidade dele, tendo maior quantidade de transcrição dos genes estruturais.

Pode também acontecer o contrário, que seria a presença de lactose e glicose, em consequência o AMPc mais baixo... então, a CAP não estimula TANTO a transcrição!

Concluindo:

O operón lac está sob controle duplo: Controle negativo pelo repressor lac e controle positivo pela CAP. O estado do repressor lac (com ou sem alolactose ligada) determina se a transcrição do genes do operón lac irá ou não ocorrer, e o estado da CAP (com ou sem AMPc ligado) controla a taxa de transcrição quando o operón estiver livre de repressor.