Regulação génica

O material genético encontra-se determinadamente organizado em todos os organismos:

• ADN nos procariontes - uma só molécula, não associada a proteínas, dispersa no citopllasma.

• ADN nos eucariontes - várias moléculas, associadas a proteínas (histonas). Encontra-se no núcleo. Também existe adn extranuclear em mitocôndrias e cloroplastos.

 Conjunto de genes presentes num individo = Genoma.

• O tamanho do genoma eucarionte é, em geral, muito superior ao dos procariontes devido, em parte, à sua maior complexidade.
• A comparação da dimensão do genoma entre eucariontes não permite obter informação acerca da complexidade do organismo.
• Importância para a sociedade da sequenciação do genoma:

• prever as consequências de muitas disfunções, incluindo doenças;
• diagnóstico precoce;
• melhorias nos tratamentos;
• informação sobre os diferentes grupos de população que habitam o mundo;
• informação sobre a evolução.

  O cariótipo representa o conjunto de cromossomas característico de uma espécie pelo seu número e morfologia. O ser humano, por exemplo, tem 44 autossomas e 2 cromossomas sexuais, enquanto que o gafanhoto tem 6 autossomas  e 1 a 2 (se macho só tem o cromossoma X, se fêmea tem os dois XX) cromossomas sexuais.

 Expressão génica

 A razão porque as células se tornam diferentes do ponto de vista estrutural e molecular reside no facto de sofrerem um processo de diferenciação, o qual resulta da regulação da expressão dos seus genes.

Em cada célula só parte do seu genoma está e ser activado, e esse conjunto de genes varia, determinando, assim, as características da célula.

Este fenómeno é resultado da regulação da expressão dos genes.

Importância da regulação génica nos procariontes

Nos procariontes, a regulação génica condiciona a eficiência energética e o consumo de recursos disponíveis, permitindo que estes organismos ajustem o seu metabolismo ás modificações que ocorrem no meio, algo fundamental para a sua sobrevivência.

 Trabalhos de Jacob e Monod - metabolismo da lactose em Escherichia coli.

Se no meio existir glicose, a bactéria utiliza este monossacarídeo como fonte de energia. Se a concentração de glicose no meio for muito reduzida ou mesmo nula, a E. coli pode utilizar a lactose como fonte alternativa de energia.

A lactose é um dissacarídeo formado por glicose e galactose. Para a bactéria utilizar a lactose como fonte de energia, a bacteria tem de sintetizar 3 enzimas:

a (beta)-galactosidase, a galactose permease e a galactose transacetilase.

Os genes responsáveis pela sintese destas 3 enzimas - genes estruturais.












 Operão da lactose (operão lac)

É formado pelos 3 genes estruturais ( lacZ, lacY e lacA), que codificam as enzimas necessárias ao metabolismo da lactose, e por dois segmentos de ADN que controlam a transcrição dos genes estruturais - o promotor e o operador. 

Promotor - região onde a enzima RNA polimerase, responsável pela trnascrição dos genes estruturais, se liga.
Operador - controla o acesso desta aos genes estruturais.

• Quando existe lactose no meio, esta molécula liga-se ao repressor, altera a sua conformação para inactivo, desligando-se do operador. Assim, o operador fica livre, permitindo que os genes estruturais sejam transcritos e, posteriormente, traduzidos, formando-se as enzimas necessárias ao metabolismo da lactose.

• Quando não existe lactose no meio, um repressor está ligado ao operador, bloqueando a transcrição dos genes estruturais. Esta proteína repressora é codificada por um gene que se situa fora do operão - gene repressor, constantemente transcritos e traduzidos. A bactéria produz continuadamente pequenas quantidades de proteína repressora.

Concluindo:

• A lactose funciona como um indutor, pois a sua presença permite activar o operão, designando-se assim por, operão indutível.
• Quando a concentração de lactose começa a baixar drasticamente, devido á acção catalítica das enzimas, a lactose desliga-se do repressor, que, ao voltar a ficar activo, liga-se ao operador, bloqueando a transcrição do operão.
• Assim, garante-se uma poupança de recursos.

 Operão trp

O operão triptofano é formado por 5 genes estruturais que codificam as enzimas necessárias á síntese do aminoácido triptofano, associados a um promotor e um operador.

• Triptofano ausente no meio

Quando a concentração intracelular de triptofano está baixa, as enzimas necessárias à sua síntese são produzidas por transcrição dos genes estruturais, conduzindo a um aumento da concentração do aminoácido.
Tal como no operão lac, também existe uma molécula repressora codificada por um gene mais distante mas, neste caso é produzida sob a forma inactiva, não se podendo ligar ao operador e bloquear o operão.

• Triptofano presente no meio

Quando a concentração de triptofano atinge níveis elevados algumas moléculas do aminoácido ligam-se ao repressor, alterando a sua conformação e tornando-o activo (o triptofano é um co-repressor).
O repressor liga-se ao operador, bloqueando a transcrição dos genes estruturais do operão.

Regulão

Nos casos dos operões lac e trp cada um é regulado por um regulador diferente.

Existem casos em que um grupo de operões é controlado por um único tipo de regulador - o regulão.

Assim o processo de síntese torna-se muito mais rápido e eficaz.