Regulação gênica

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A regulação gênica é realizada através de vários mecanismos, nas células vivas para controlar o processo pelo qual a informação codificada no gene é convertida em proteína ou alguma forma de ARN (conhecida como expressão gênica). A seqüência de ADN é transcrita primeiramente em ARN e, em seguida, geralmente--mas não sempre-- traduzidas para proteína.

A regulação de genes de uma célula determina quais os produtos que ela pode fazer. As células do fígado faz um monte de enzimas quebrar drogas e toxinas. Certas células imunológicas produzem anticorpos para ajudar a combater infecções. As células em uma variedade de órgãos-incluindo o pâncreas, cérebro, ovário e testículos-produzem hormônios que são secretados na corrente sanguínea. Muitas destas substâncias são produzidas por toda a vida, em resposta à necessidade do corpo para elas. Outras são feitas apenas em momentos específicos, como as proteínas do leite produzidas nos seios de uma mulher depois que ela dá à luz.[1]

O padrão de expressão gênica também determina a forma de uma célula, permitindo-lhe realizar o seu trabalho. Por exemplo, as células que revestem o intestino delgado tem centenas de extensões em miniatura (microvilosidades) usadas ​​para absorver os nutrientes. Cada célula de esperma liga os genes necessários para desenvolver o seu flagelo para sua locomoção. Bastonetes e cones no seu olho expressam genes necessários para formar as suas formas características (cilíndricas e em forma de cone, respectivamente).[1]

O corpo ainda altera o equilíbrio de organelas em diferentes tecidos. Tome seu coração, por exemplo. Esta máquina incrivelmente durável é projetada para produzir a quantidade extraordinária de energia de ATP necessária para o bombeamento sem parar-bombeia 100 mil vezes por dia, todos os dias, por toda a sua vida. Para fazer isso, ele é composto de células musculares especializadas preenchidas completamente com mitocôndrias. Uma célula do coração humano contém vários milhares de mitocôndrias—cerca de 25 por cento do volume da célula. Células que não precisam de muita energia, como células da pele, contém apenas algumas centenas de mitocôndrias.[1]

Tipos

O sistema de regulação da expressão controla com precisão a quantidade de um produto de gene que é produzido e pode modificar ainda mais o produto, depois que ele é feito. Este controle requintado requer múltiplos pontos de entrada de regulamentação. Um ponto muito eficiente ocorre na transcrição, de forma que um ARNm é produzido apenas quando um produto do gene é necessário. As células também regulam a expressão gênica por modificação pós-transcricional; permitindo que apenas um subconjunto dos ARNms passe para a tradução; ou restringindo a tradução de ARNms específicos para apenas quando é necessário o produto. A outros níveis, as células regulam a expressão do gene através do dobramento do ADN, modificação química das bases de nucleótidos, e "mecanismos de feedback" intricados em que alguns dos próprios produtos proteicos do gene dirigem a célula a cessar a produção de proteínas.[2]

Regulação da transcrição

Promotores e sequências reguladoras

A transcrição é o processo pelo qual o ARN é feito a partir do ADN. Ele é iniciado quando uma enzima, a ARN polimerase, se liga a um local no ADN denominado sequência promotora. Na maioria dos casos, a polimerase é auxiliada por um grupo de proteínas chamados "fatores de transcrição" que realizam funções especializadas, como o reconhecimento de seqüência de ADN e a regulação da atividade enzimática da polimerase. Outras sequências reguladoras incluem ativadores, repressores, e potenciadores. Estas sequências podem ser cis-atuantes (afetando os genes que são adjacentes à sequência) ou trans-atuantes (afetando a expressão do gene a partir de um local distante), ainda em outro cromossoma.[2]

Estrutura de DNA e domínios de ligação

As sequências que são importantes na regulação da transcrição não necessariamente codificam para fatores de transcrição ou outras proteínas. A transcrição também podem ser regulada por variações sutis na estrutura do ADN e por mudanças químicas nas bases as quais os fatores de transcrição se ligam. Como foi referido anteriormente, as propriedades químicas das quatro bases do ADN diferem ligeiramente, proporcionando a cada base oportunidades únicas para reagir quimicamente com outras moléculas. Uma modificação química do ADN, chamada metilação, envolve a adição de um grupo metilo (-CH3). A metilação frequentemente ocorre nos resíduos de citosina que são precedidos por bases de guanina, muitas vezes na proximidade de sequências promotoras. O estado de metilação do DNA geralmente correlaciona-se com a sua atividade funcional, onde os genes inativos tendem a ser mais fortemente metilados. Isto é porque o grupo metilo serve para inibir a transcrição, atraindo uma proteína que se liga especificamente ao ADN metilado, interferindo assim com a ligação da polimerase. A metilação também desempenha um papel importante na impressão genômica, que ocorre quando ambos os alelos maternos e paternos estão presentes, mas apenas um alelo é expresso, enquanto que o outro permanece inativo. Outra maneira de pensar do imprinting genômico é como "pai das diferenças de origem", na expressão de traços herdados. Intriga considerável envolve os efeitos de metilação do DNA, e muitos pesquisadores estão trabalhando para desvendar o mistério por trás desse conceito.[2]

Regulação da tradução

A tradução é o processo através do qual o código genético transportado por um ARNm dirige a síntese de proteínas. A regulação traducional ocorre através da ligação de moléculas específicas, denominadas proteínas repressoras, a uma sequência encontrada em uma molécula de ARN. As proteínas repressoras previnem um gene de ser expresso. Como já discutimos, o estado padrão para um gene é de ser expresso através do reconhecimento do seu promotor pela ARN polimerase. Próximo a região promotora está outro sítio de ação cis chamado de operador, o alvo para a proteína repressora. Quando a proteína repressora se liga ao operador, a ARN-polimerase é impedida de iniciar a transcrição e expressão do gene é desligada.[2]

O controle translacional desempenha um papel significativo no processo de desenvolvimento embrionário e na diferenciação celular. Após a fecundação, o óvulo começa a se multiplicar para produzir uma bola de células que são todas iguais. Em algum momento, no entanto, essas células começam a se diferenciar, ou transformar-se em tipos específicos de células. Algumas vão se tornar as células do sangue ou células renais, enquanto outras podem se tornar células nervosas ou cerebrais. Quando todas as células formadas são iguais, os mesmos genes são ativados. No entanto, uma vez que a diferenciação começa, vários genes em células diferentes devem se tornam ativos para atender as necessidades desse tipo de célula. Em alguns organismos, as casas de ovo armazenam ARNms imaturos que se transformam translacionalmente ativo somente após a fertilização. A fertilização serve então para desencadear os mecanismos que desencadeiam a tradução eficiente de ARNm em proteínas. Mecanismos similares servem para ativar ARNms noutros estágios do desenvolvimento e diferenciação, tais como quando os produtos proteicos específicos são necessários.[2]

Referências

  1. 1,0 1,1 1,2 Inside the Cell Capítulo 3 On the Job: Cellular Specialties. Por Alison Davis. National Institute of General Medical Sciences
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 What is a Genome by the National Center for Biotechnology Information