Define the term regulation as it applies to genes

For a cell to function properly, necessary proteins must be synthesized at the proper time. Todas as células controlam ou regulam a síntese de proteínas a partir de informações codificadas no seu ADN. O processo de ativação de um gene para produzir RNA e proteína é chamado de expressão do gene. Seja num organismo unicelular simples ou num organismo multi-celular complexo, cada célula controla quando e como os seus genes são expressos., Para que isso ocorra, deve haver um mecanismo de controle quando um gene é expresso para fazer RNA e proteína, quanto da proteína é feita, e quando é hora de parar de fazer essa proteína porque ela já não é necessária.a regulação da expressão genética preserva a energia e o espaço. Seria necessária uma quantidade significativa de energia para um organismo expressar cada gene em todos os momentos, por isso é mais eficiente em termos de energia ligar os genes apenas quando eles são necessários., Além disso, apenas expressando um subconjunto de genes em cada célula economiza espaço porque o DNA deve ser desenrolado a partir de sua estrutura bem enrolada para transcrever e traduzir o DNA. As células teriam de ser enormes se cada proteína fosse expressa em cada célula o tempo todo.

o controlo da expressão genética é extremamente complexo. As avarias neste processo são prejudiciais para a célula e podem levar ao desenvolvimento de muitas doenças, incluindo o câncer.,

Expressão de Genes

Para uma célula funcionar corretamente, necessário proteínas devem ser sintetizadas no momento adequado. Todas as células controlam ou regulam a síntese de proteínas a partir de informações codificadas no seu ADN. O processo de ativação de um gene para produzir RNA e proteína é chamado de expressão do gene., Seja num organismo unicelular simples ou num organismo multi-celular complexo, cada célula controla quando e como os seus genes são expressos. Para que isso ocorra, deve haver um mecanismo de controle quando um gene é expresso para fazer RNA e proteína, quanto da proteína é feita, e quando é hora de parar de fazer essa proteína porque ela já não é necessária.a regulação da expressão genética preserva a energia e o espaço., Seria necessária uma quantidade significativa de energia para um organismo expressar cada gene em todos os momentos, por isso é mais eficiente em termos de energia ligar os genes apenas quando eles são necessários. Além disso, apenas expressando um subconjunto de genes em cada célula economiza espaço porque o DNA deve ser desenrolado a partir de sua estrutura bem enrolada para transcrever e traduzir o DNA. As células teriam de ser enormes se cada proteína fosse expressa em cada célula o tempo todo.

o controlo da expressão genética é extremamente complexo., As avarias neste processo são prejudiciais para a célula e podem levar ao desenvolvimento de muitas doenças, incluindo o câncer.

a regulação do Gene torna as células diferentes

regulação do Gene é a forma como uma célula controla quais genes, de entre os muitos genes do seu genoma, são “ligados” (expressos). Graças à regulação genética, cada tipo de célula do seu corpo tem um conjunto diferente de genes ativos—apesar do fato de que quase todas as células do seu corpo contêm exatamente o mesmo DNA., Estes diferentes padrões de expressão genética fazem com que os seus vários tipos de células tenham diferentes conjuntos de proteínas, tornando cada tipo de célula exclusivamente especializada para fazer o seu trabalho.por exemplo, uma das funções do fígado é remover substâncias tóxicas como o álcool da corrente sanguínea. Para isso, as células hepáticas expressam genes codificando subunidades (peças) de uma enzima chamada desidrogenase alcoólica. Esta enzima decompõe o álcool numa molécula não tóxica. Os neurônios no cérebro de uma pessoa não removem toxinas do corpo, então eles mantêm esses genes não expressados, ou “desligados”., Da mesma forma, as células do fígado não enviam sinais usando neurotransmissores, então eles mantêm os genes neurotransmissores desligados (Figura 1).

Figura 1. Células diferentes têm genes diferentes “ligados”.”

Existem muitos outros genes que são expressos de forma diferente entre as células hepáticas e os neurônios (ou quaisquer dois tipos de células em um organismo multicelular como você).

como é que as células “decidem” que genes ligar?agora há uma questão complicada! Muitos fatores que podem afetar quais genes uma célula expressa., Diferentes tipos de células expressam diferentes conjuntos de genes, como vimos acima. No entanto, duas células diferentes do mesmo tipo também podem ter diferentes padrões de expressão genética, dependendo de seu ambiente e estado interno.em termos gerais, podemos dizer que o padrão de expressão do gene de uma célula é determinado por informação tanto dentro como fora da célula.exemplos de informação de dentro da célula: as proteínas que herdou da sua célula-mãe, se o seu ADN está danificado e a quantidade de ATP que tem.,exemplos de informações de fora da célula: sinais químicos de outras células, sinais mecânicos da matriz extracelular e níveis de nutrientes.

Como estas sugestões ajudam uma célula a “decidir” que genes expressar? As células não tomam decisões no sentido em que tu ou eu tomaríamos. Em vez disso, eles têm vias moleculares que convertem a informação-como a ligação de um sinal químico ao seu receptor—em uma mudança na expressão do gene.como exemplo, vamos considerar como as células respondem aos fatores de crescimento., Um fator de crescimento é um sinal químico de uma célula vizinha que instrui uma célula alvo a crescer e dividir. Poderíamos dizer que a célula “nota” o Fator de crescimento e “decide” dividir, mas como esses processos realmente ocorrem?

Figura 2. Factor de crescimento que provoca a divisão celular

• a célula detecta o factor de crescimento através da ligação física do factor de crescimento a uma proteína receptora na superfície celular.,
• A ligação do factor de crescimento faz com que o receptor mude de forma, desencadeando uma série de eventos químicos na célula que activam proteínas chamadas factores de transcrição.
• Os factores de transcrição ligam-se a certas sequências de ADN no núcleo e causam a transcrição de genes relacionados com a divisão celular.
• Os produtos destes genes são vários tipos de proteínas que fazem a divisão celular (conduzir o crescimento celular e/ou empurrar a célula para a frente no ciclo celular).,

Este é apenas um exemplo de como uma célula pode converter uma fonte de informação em uma mudança na expressão do gene. Há muitos outros, e compreender a lógica da regulação genética é uma área de pesquisa em curso na biologia hoje.a sinalização do factor de crescimento é complexa e envolve a activação de uma variedade de alvos, incluindo factores de transcrição e proteínas do factor de não transcrição.,

Regulamento do Gene procariótico e eucariótico

para compreender como a expressão do gene é regulada, primeiro temos de compreender como um gene codifica uma proteína funcional numa célula. O processo ocorre em células procarióticas e eucarióticas, apenas de maneiras ligeiramente diferentes.,os organismos procarióticos são organismos unicelulares que não possuem um núcleo celular, e seu DNA, portanto, flutua livremente no citoplasma celular. Para sintetizar uma proteína, os processos de transcrição e tradução ocorrem quase simultaneamente. Quando a proteína resultante já não é necessária, a transcrição pára. Como resultado, o método primário para controlar o tipo de proteína e a quantidade de cada proteína é expressa numa célula procariótica é a regulação da transcrição do ADN. Todas as etapas subsequentes ocorrem automaticamente. Quando mais proteína é necessária, mais transcrição ocorre., Portanto, nas células procarióticas, o controle da expressão do gene é principalmente no nível transcritional.as células eucarióticas, em contraste, têm organelas intracelulares que aumentam a sua complexidade. Nas células eucarióticas, o DNA está contido dentro do núcleo da célula e lá é transcrito em RNA. O RNA recém-sintetizado é então transportado do núcleo para o citoplasma, onde os ribossomas traduzem o RNA em proteína., Os processos de transcrição e tradução são fisicamente separados pela membrana nuclear; a transcrição ocorre apenas dentro do núcleo, e a tradução ocorre apenas fora do núcleo no citoplasma. A regulação da expressão genética pode ocorrer em todas as fases do processo (Figura 1)., O regulamento pode ocorrer quando o DNA é uncoiled e soltou da nucleosomes ligar fatores de transcrição (epigenéticos nível), quando o RNA é transcrito (transcrição de nível), quando o RNA é processado e exportado para o citoplasma depois que ele é transcrito (pós-transcricional de nível), quando o RNA é traduzido em proteína (translacional nível), ou depois que a proteína tem sido feito (pós-translacional de nível).

Figura 1., Transcrição e tradução procarióticas ocorrem simultaneamente no citoplasma, e a regulação ocorre no nível transcritional. A expressão do gene eucariótico é regulada durante o processamento de transcrição e RNA, que ocorre no núcleo, e durante a tradução de proteínas, que ocorre no citoplasma. Outras regulações podem ocorrer através de modificações pós-translacionais de proteínas.

as diferenças na regulação da expressão genética entre procariontes e eucariontes estão resumidas na Tabela 1., A regulamentação da expressão genética é discutida em pormenor nos Módulos subsequentes.

Verifique a sua compreensão

responda à(s) pergunta (s) abaixo para ver se compreende bem os tópicos abordados na secção anterior. Este pequeno teste não conta para a sua nota na classe, e você pode repeti-lo um número ilimitado de vezes.

Use este questionário para verificar a sua compreensão e decidir se (1) estudar a secção anterior mais ou (2) passar para a secção seguinte.