Expressão genetica

Definição

A expressão gênica em eucariotos (células com DNA dentro de um núcleo) e procariontes (organismos unicelulares sem núcleo) descreve como certas proteínas são fabricadas em células específicas de acordo com uma receita baseada em DNA. Certos componentes celulares podem ler seqüências de genes para sintetizar cadeias de aminoácidos (polipeptídeos) e proteínas. A expressão gênica não apenas analisa a quantidade e o tipo de proteínas produzidas, mas também quando e como elas ocorrem.

O que é expressão gênica?

A expressão gênica é essencial para todas as formas de vida. Os genes em nosso DNA controlam todos os aspectos de nossos corpos, desde a aparência de como funcionamos. Sem expressão gênica, nenhum organismo pode viver.

A expressão gênica é um sinônimo de expressão do RNA mensageiro ou expressão de proteínas. Você pode aprender mais sobre a síntese de proteínas na página associada neste site.

Uma explicação mais curta gira em torno de dois processos que ocorrem dentro de uma célula:

• Transcrição

Cópias são feitas de sequências genéticas em uma fita de DNA pelo RNA mensageiro (mRNA); Nos eucariotos, essas “transcrições” deixam o núcleo celular.

• Tradução

Os ribossomos traduzem essas transcrições para produzir cadeias de proteínas de aminoácidos únicos; Eles conectam aminoácidos na ordem correta de acordo com as instruções da sequência do gene copiado.

Quando um gene é usado dentro de uma célula para produzir uma proteína específica, essa célula está realizando expressão gênica. Nem todas as células expressam os mesmos genes. As células hepáticas (hepatócitos) expressam genes diferentes das células da íris do olho, por exemplo.

Diferentes tecidos e órgãos expressam genes diferentes que lhes dão formas e funções específicas. No entanto, uma cópia completa do DNA está presente dentro de todos os núcleos celulares. Os engenheiros genéticos estão aprendendo rapidamente a ativar a expressão gênica em diferentes tipos de células.

Os genes não codificam gorduras ou carboidratos – apenas para polipeptídeos e proteínas. Toda célula depende de proteínas e cadeias polipeptídicas mais curtas para funcionar, regenerar e reproduzir. Mesmo assim, apenas cerca de 1% do DNA contém códigos para proteínas. O restante é o DNA não codificante que regula como, quando e onde essas proteínas são produzidas. O DNA não codificante também é conhecido por produzir RNA e as estruturas nas extremidades dos cromossomos (telômeros) que protegem porções centrais do DNA contra danos.

Então, se você é perguntado: “O que é a expressão gênica?”, Você precisa falar sobre síntese de proteínas e polipeptídeos de acordo com um gene específico encontrado no DNA que foi ativado para essa célula em particular. Se um gene não for expresso, ele ainda está presente dentro do DNA da célula, pois todas as células contêm o livro de receitas completo. Também é possível que certos genes sejam expressos temporariamente, como durante períodos de crescimento e desenvolvimento.

Etapas de expressão gênica

As etapas de expressão gênica, como já mencionado, podem ser encontradas em mais detalhes na página de síntese de proteínas. Qualquer gene que codifica uma sequência de aminoácidos que produz uma cadeia polipeptídica ou uma proteína é chamada de gene estrutural.

A imagem abaixo mostra uma roda de códon. Os códons de RNA mensageiro são compostos por uma combinação de três das seguintes nucleobases:

• Guanina
• Adenina
• Citosina
• Uracil

Um amplo conjunto de combinações fornece códigos para um ou mais aminoácidos, bem como para sinais de início e parada implementados durante o processo de tradução. Por exemplo, AAA – a partir do centro da roda do códon e se movendo para fora – codifica a lisina de aminoácidos (LYS).

Os genes estruturais têm vários componentes:

• Start Site: a primeira parte de um gene que informa ao RNA do Messenger quando e por onde iniciar o processo de transcrição.
• Promotor: não faz parte da transcrição do mRNA, mas uma parte que auxilia em sua formação.
• A intensificadores: catalisadores que aceleram a taxa de transcrição.
• Silenciadores: Deceleradores da taxa de transcrição. Algumas proteínas são produzidas em determinados momentos, como durante a puberdade ou desenvolvimento fetal; As seqüências de silenciador impedem que essas proteínas sejam produzidas quando não são necessárias.
• Exons: a parte do gene que codifica sequências de aminoácidos.
• Introns: partes não codificadoras do gene que não são transcritas pelo RNA mensageiro, mas emendadas antes que o mRNA saia do núcleo. Um íntron é uma parte regulatória e protetora de um gene estrutural.

A expressão gênica é específica para a transcrição e tradução de sequências de genes de DNA em eucariotos e procariontes. Enquanto a expressão do gene eucariótico ocorre dentro e fora do núcleo celular em dois estágios distintos, a expressão do gene procariótico ocorre quase simultaneamente no DNA flutuante no citoplasma celular.

As quatro etapas de transcrição a seguir descrevem processos eucarióticos.

• Iniciação: Uma fita dupla de DNA se divide para que uma enzima (RNA polimerase) possa reconhecer o local inicial e se conectar ao promotor.
• Alongamento: A RNA polimerase se move ao longo da fita aberta do DNA para produzir uma fita crescente de pré-mRNA.
• Terminar: A fita acabada de pré-mRNA se destaca do DNA.
• Processamento: Os íntrons são emendados (por spliceossomos) e os exons unidos para produzir mRNA maduro que codifica uma única proteína.

A tradução é a etapa seguinte da transcrição; Também é composto por quatro etapas de expressão gênica de nome semelhante:

• Iniciação: A fita de mRNA deixa o núcleo celular e se liga a um ribossomo. Os ribossomos podem ser comparados às máquinas de linha de montagem em uma fábrica que produz o produto final-proteínas ou cadeias polipeptídicas. Uma molécula de RNA de primeira transferência se liga ao ribossomo na forma de um códon inicial. Cada RNA de transferência (tRNA) carrega um único aminoácido que se encaixa de acordo com cada códon de mRNA. Um códon de partida carrega a aminoácida metionina.
• Alongamento: Mais moléculas de tRNA trazem aminoácidos específicos para a seção apropriada do mRNA. Esse mRNA atravessa o ribossomo um pouco como uma fita através de uma máquina de escrever antiga. Os aminoácidos estão ligados um ao outro por uma enzima chamada peptidil transferase.
• Terminação: Depois de atingir um sinal de parada chamado Codão de parada, a fase de tradução termina.
• Processamento pós-tradução: A proteína ou polipeptídeo acabado é usado dentro da célula ou enviado para fora da célula para executar sua função necessária.

Expressão de genes eucarióticos vs procarióticos

A expressão gênica eucariótica versus procariótica usa etapas semelhantes, mas não é idêntica. Isso tem muito a ver com diferenças na complexidade desses dois tipos de células.

Os organismos procarióticos são unicelulares e não contêm um núcleo. Em vez disso, o DNA é encontrado dentro do citoplasma. Enquanto as células eucarióticas apresentam fases distintas de transcrição e tradução dentro e fora do núcleo, respectivamente, a expressão gênica em procariontes ocorre quase em uma única fase.

Os procariontes usam apenas um tipo de RNA polimerase que contém diferentes moléculas chamadas fatores sigma. Fatores sigma específicos reconhecem e se ligam aos promotores de genes específicos. Este é um processo quase auto-regulador que ocorre durante a fase de transcrição. Em comparação, os eucariotos implementam três tipos diferentes de polimerases de RNA: I, II e III. Estes são regulados durante as fases de transcrição e tradução por DNA não codificante e fatores de transcrição e tradução enzimáticos.

As bactérias têm a capacidade de produzir mais de uma proteína a partir de uma única fita de mRNA: o mRNA do procariote pode ser policistrônico. As células eucarióticas produzem apenas uma proteína de uma molécula de mRNA – o mRNA do eucariote é sempre monocistrônico.

O DNA procariótico é muito menos complexo e não inclui tantas repetições quanto o DNA eucariótico. É raro o DNA bacteriano conter íntrons. Os procariontes também têm menos DNA não codificante: 95% em oposição aos 99% das células eucarióticas. Provavelmente, isso se deve ao aspecto auto-regulador da RNA polimerase procariótica.

Análise de expressão gênica

A análise de expressão gênica descreve como os cientistas estudam a transcrição e tradução de genes para formar RNA e proteínas funcionais. Os subtópicos da análise de expressão gênica incluem clonagem de genes, epigenética e análise mutacional.

Observar como certas proteínas são produzidas por tipos específicos de células podem ser feitos nas fases de processamento transcricional, translacional e pós-tradução para nos ajudar a entender o crescimento, a saúde e a doença. A análise de expressão gênica usa uma ampla gama de técnicas baseadas em laboratório para observar quatro áreas principais:

• Expressão de RNA
• Análise do Promotor
• Expressão de proteínas
• Modificação pós -traducional

Ao copiar o RNA transcrito milhares de vezes (amplificação de genes), os engenheiros genéticos podem analisar como ocorre uma proteína ou polipeptídeo, é formado e funções dentro e fora da célula. Esse tipo de pesquisa é mais frequentemente usado para comparar a expressão gênica entre diferentes amostras (expressão diferencial do gene). Uma célula cancerígena que multiplica continuamente pode ser o resultado da disfunção nos genes supressores de tumores, por exemplo. Ao descobrir exatamente onde esse processo dá errado, um dia pode ser possível impedir essa causa de crescimento do tumor.

Todos os pesquisadores consultam um banco de dados de expressão de genes ao procurar um gene específico. Existem muitas fontes bioinformáticas disponíveis, como cevada (genômica vegetal), emage (atlas de camundongo de Edimburgo da expressão gênica), SAGEMAP (expressão gênica de sequências de nucleotídeos específicas) e Dberge II (banco de dados de expressão gênica de resultados experimentais na expressão gênica). Um dos maiores repositórios de expressão de genes públicos é o GEO (a expressão gênica Omnibus).

A vastidão deste tópico levou ao compartilhamento aberto entre os pesquisadores. Por esse motivo, o campo da pesquisa genética está avançando em ritmo acelerado. Embora ainda saibamos muito pouco sobre as complexidades da expressão gênica, o projeto do genoma humano que mapeia o plano genético de um ser humano foi concluído em 2003. Agora sabemos quais genes estão envolvidos na criação de um ser humano. No entanto, estamos apenas começando a descobrir os processos genéticos envolvidos no desenvolvimento e função humana.

Bibliografia

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Uchiumi F (ed.). (2018). Expressão e regulação gênica em células de mamíferos – transcrição de aspectos gerais. Croácia, Intech. Huang S, Litt MD, Blakey CA (Eds.). (2016). Expressão e regulação do gene epigenético. Londres, Elsevier.

• Uchiumi F (ed.). (2018). Expressão e regulação gênica em células de mamíferos – transcrição de aspectos gerais. Croácia, Intech.
• Huang S, Litt MD, Blakey CA (Eds.). (2016). Expressão e regulação do gene epigenético. Londres, Elsevier.

Última atualização em 19 de agosto de 2022