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16: Expressão gênica

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    Enquanto cada célula compartilha o mesmo genoma e a mesma sequência de DNA, cada célula não ativa nem expressa o mesmo conjunto de genes. Cada tipo de célula precisa de um conjunto diferente de proteínas para desempenhar sua função. Portanto, apenas um pequeno subconjunto de proteínas é expresso em uma célula. Para que as proteínas sejam expressas, o DNA deve ser transcrito em RNA e o RNA deve ser traduzido em proteína. Em um determinado tipo de célula, nem todos os genes codificados no DNA são transcritos em RNA ou traduzidos em proteína porque células específicas do nosso corpo têm funções específicas. As proteínas especializadas que compõem o olho (íris, cristalino e córnea) são expressas apenas no olho, enquanto as proteínas especializadas no coração (células do marcapasso, músculo cardíaco e válvulas) são expressas apenas no coração. A qualquer momento, apenas um subconjunto de todos os genes codificados pelo nosso DNA é expresso e traduzido em proteínas. A expressão de genes específicos é um processo altamente regulado com muitos níveis e estágios de controle. Essa complexidade garante a expressão correta na célula adequada no momento certo.

    • 16.0: Prelúdio à expressão gênica
      Cada célula somática do corpo geralmente contém o mesmo DNA. Algumas exceções incluem glóbulos vermelhos, que não contêm DNA em seu estado maduro, e algumas células do sistema imunológico que reorganizam seu DNA enquanto produzem anticorpos. Em geral, no entanto, os genes que determinam se você tem olhos verdes, cabelos castanhos e a rapidez com que metaboliza os alimentos são os mesmos nas células dos olhos e do fígado, embora esses órgãos funcionem de maneira bem diferente.
    • 16.1: Regulação da expressão gênica
      A regulação da expressão gênica conserva energia e espaço. Seria necessária uma quantidade significativa de energia para que um organismo expressasse cada gene em todos os momentos, portanto, é mais eficiente em termos de energia ativar os genes somente quando eles são necessários. Além disso, expressar apenas um subconjunto de genes em cada célula economiza espaço porque o DNA deve ser desenrolado de sua estrutura fortemente enrolada para transcrever e traduzir o DNA.
    • 16.2: Regulação do gene procariótico
      O DNA dos procariontes é organizado em um cromossomo circular superenrolado na região nucleóide do citoplasma celular. As proteínas que são necessárias para uma função específica, ou que estão envolvidas na mesma via bioquímica, são codificadas juntas em blocos chamados operons. Por exemplo, todos os genes necessários para usar a lactose como fonte de energia são codificados um ao lado do outro no operon lactose (ou lac).
    • 16.3: Regulação do gene epigenético eucariótico
      A expressão do gene eucariótico é mais complexa do que a expressão gênica procariótica porque os processos de transcrição e tradução são separados fisicamente. Ao contrário das células procarióticas, as células eucarióticas podem regular a expressão gênica em muitos níveis diferentes. A expressão do gene eucariótico começa com o controle do acesso ao DNA. Essa forma de regulação, chamada regulação epigenética, ocorre mesmo antes do início da transcrição.
    • 16.4: Regulação do gene da transcrição eucariótica
      Como as células procarióticas, a transcrição de genes em eucariotos requer que as ações de uma RNA polimerase se liguem a uma sequência a montante de um gene para iniciar a transcrição. No entanto, diferentemente das células procarióticas, a RNA polimerase eucariótica requer outras proteínas, ou fatores de transcrição, para facilitar o início da transcrição. Os fatores de transcrição são proteínas que se ligam à sequência promotora e outras sequências regulatórias para controlar a transcrição do gene alvo.
    • 16.5: Regulação gênica pós-transcricional eucariótica
      O RNA é transcrito, mas deve ser processado em uma forma madura antes que a tradução possa começar. Esse processamento após a transcrição de uma molécula de RNA, mas antes de ser traduzida em uma proteína, é chamado de modificação pós-transcricional. Assim como nos estágios epigenético e transcricional do processamento, essa etapa pós-transcricional também pode ser regulada para controlar a expressão gênica na célula. Se o RNA não for processado, transportado ou traduzido, nenhuma proteína será sintetizada.
    • 16.6: Regulação gênica eucariótica translacional e pós-translacional
      Depois que o RNA é transportado para o citoplasma, ele é traduzido em proteína. O controle desse processo depende em grande parte da molécula de RNA. Conforme discutido anteriormente, a estabilidade do RNA terá um grande impacto em sua tradução em uma proteína. Conforme a estabilidade muda, a quantidade de tempo disponível para tradução também muda.
    • 16.7: Câncer e regulação gênica
      O câncer não é uma doença única, mas inclui muitas doenças diferentes. Nas células cancerosas, as mutações modificam o controle do ciclo celular e as células não param de crescer como normalmente fariam. As mutações também podem alterar a taxa de crescimento ou a progressão da célula ao longo do ciclo celular. Um exemplo de modificação genética que altera a taxa de crescimento é o aumento da fosforilação da ciclina B, uma proteína que controla a progressão de uma célula ao longo do ciclo celular e serve como uma proteína de ponto de verificação do ciclo celular.
    • 16.E: Expressão Gênica (Exercícios)

    Miniatura: Nucleossomos muito espaçados para que o DNA seja exposto. Os fatores de transcrição podem se ligar, permitindo que a expressão gênica ocorra. (CC BY 4.0/modificado do original; OpenStax).