Sistemas de controle da transcrição gênica Procariotos
Controle Positivo e Negativo: Há dois tipos de controle transcricional: Controle negativo: no qual uma proteína reguladora atua como um repressor se ligando ao DNA e inibindo a transcrição e, Controle Positivo: no qual uma proteína reguladora atua como ativador, estimulando a transcrição. Isto leva a algumas variedades destes dois mecanismos básicos de controle:
Operons com indução negativa Num operon com controle negativo no sítio operador: A proteína reguladora é um repressor A ligação da proteína reguladora no operador inibe a transcrição Num operon com indução negativa o que acontece?
A transcrição e a tradução do gene regulador produz um repressor que se liga ao operador. A ligação desta proteína no operador fisicamente bloqueia a ligação da RNA polimerase no promotor e impede a transcrição. Este tipo de sistema é chamado induzível, porque a transcrição está normalmente desligada (inibida) e deve ser ligada (induzida).
Quando a transcrição é ligada? Quando uma pequena molécula chamada indutor se ligar no repressor, alterando a forma do repressor e impedindo que ele se ligue ao DNA. Proteínas reguladoras têm dois sítios: um que se liga ao DNA e outro que se liga em outras moléculas. Proteínas que mudam sua forma quando se ligam com outra molécula são chamadas: proteínas alostéricas. Um operon com controle induzível negativamente regula a síntese de enzimas economicamente: as enzimas são sintetizadas somente quando seu substrato
Operons com repressão negativa Alguns operons com controle negativo sofrem repressão, significando que: A transcrição normalmente ocorre e deve ser desligada ou reprimida. A proteína reguladora neste tipo de operon também é um repressor, mas é sintetizada numa forma inativa e não consegue se ligar no operador. Como não há repressor ligado no operador, a RNA polimerase se liga no promotor e a transcrição dos genes estruturais ocorre.
Então, como a transcrição é desligada? Uma pequena molécula chamada de corepressor se liga ao repressor tornando-o capaz de se ligar ao operador. Operons que sofrem repressão também são econômicos: as enzimas são sintetizadas somente quando necessárias. Notem que ambos os sistemas (com indução e com repressão) são formas de controle negativo a proteína reguladora é um repressor.
Operons com indução positiva A transcrição normalmente está desligada porque a proteína reguladora é produzida numa forma inativa. A transcrição ocorre quando um indutor se liga na proteína reguladora, tornando-a ativa.
Operon com repressão positiva A transcrição normalmente ocorre e teria que ser reprimida. Neste caso, a proteína reguladora é produzida na forma ativa que se liga ao DNA e estimula a transcrição. A transcrição será inibida quando a substância se ligar ao ativador tornando-o incapaz de se ligar no DNA. Assim a transcrição não é estimulada.
Características dos operons induzíveis e reprimíveis com controle Positivo e negativo. Tipo de controle Normalmente a transcrição está? Tipo de proteína reguladora Efeito da proteína reguladora Ação do substrato ou do indutor Negativo com indução desligada Repressor ativo Inibe a transcrição O substrato torna o repressor inativo Negativo com repressão ligada Repressor inativo Inibe a transcrição O produto torna o repressor ativo Positivo com indução desligada Ativador inativo Estimula a transcrição O substrato torna o ativador ativo Positivo com repressão ligada Ativador ativo Estimula a transcrição O produto torna o ativador inativo
Operon da lactose lac operon
Na ausência da lactose Sistema indutível com controle negativo
Quando a Lactose está presente Na presença da lactose, a proteína repressora é alostericamente alterada. Como resultado ela não se liga no operador. Neste caso, o mrna é sintetizado. As proteínas são traduzidas a partir do mrna policistrônico. O gene regulador (laci) é constitutivo, portanto, a proteína repressora está sempre disponível. Assim, a célula pode perceber a necessidade para a expressão do operon lac pela presença ou ausência do indutor.
Na presença de lactose
Repressão catabólica do Operon lac: Escolha do melhor açúcar a ser metabolizado
E.coli não irá utilizar lactose (ou outro açúcar complexo) enquanto a glicose estiver presente no meio. Quando a glicose está disponível, genes que participam no metabolismos de outros açúcares são reprimidos, num fenômeno chamado REPRESSÃO CATABÓLICA. Assim, o operon Lac tem um nível adicional de controle (controle positivo) que faz com que o operon não seja eficientemente transcrito na presença de glicose, mesmo se a lactose também estiver presente.
Como a expressão do lac operon é influenciada pela glicose? A repressão catabólica resulta do controle positivo em resposta à glicose. Esta regulação é adicional ao controle negativo resultante da ligação do repressor no sítio operador do operon lac quando a glicose está ausente.
O controle positivo é conseguido pela ligação de uma proteína dimérica chamada proteína ativadora de catabólito (CAP) ao sítio localizado dentro do promotor do operon. A RNA polimerase não se liga eficientemente ao promotor a menos que o CAP esteja ligado ao DNA. Antes da proteína CAP se ligar no DNA ela deve formar um complexo com o nucleotídeo modificado chamado adenosina-3,5 -cíclico monofosfato (AMP cíclico ou camp). A concentração de camp é inversamente proporcional ao nível de glicose disponível.
camp é um sinal intra-celular dos níveis de glicose. Quando os níveis de glicose estão baixos, camp é sintetizado a partir de ATP como um sinal intracelular para regular (ativar up-regulate) a transcrição de operons usados para gerar energia.
O efeito do nível de glicose na expressão do operon lac GLICOSE Nível camp LACTOSE OPERON lac presente baixo ausente Sem mrna presente baixo presente Síntese lenta de mrna Ausente alto ausente Sem mrna ausente alto presente Síntese rápida de mrna
O operon do trp (triptofano) sistema reprimível com controle negativa operon trp : é composto de genes estruturais para cinco enzimas que converte o precursor no aa triptofano. O produto das enzimas do operon se liga ao repressor causando a ligação do repressor ao operador. O próprio triptofano reprime a expressão do operon do trp.