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14.7: Regulação de genes procarióticos e eucarióticos - Biologia

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Resultados de Aprendizagem

Compare a regulação de genes procarióticos e eucarióticos

Para entender como a expressão gênica é regulada, devemos primeiro entender como um gene codifica uma proteína funcional em uma célula. O processo ocorre em células procarióticas e eucarióticas, apenas de maneiras ligeiramente diferentes.

Organismos procarióticos são organismos unicelulares que carecem de um núcleo celular e, portanto, seu DNA flutua livremente no citoplasma da célula. Para sintetizar uma proteína, os processos de transcrição e tradução ocorrem quase simultaneamente. Quando a proteína resultante não é mais necessária, a transcrição para. Como resultado, o principal método para controlar que tipo de proteína e quanto de cada proteína é expressa em uma célula procariótica é o regulação da transcrição de DNA. Todas as etapas subsequentes ocorrem automaticamente. Quando mais proteína é necessária, ocorre mais transcrição. Portanto, em células procarióticas, o controle da expressão gênica ocorre principalmente no nível transcricional.

Células eucarióticas, em contraste, têm organelas intracelulares que aumentam sua complexidade. Em células eucarióticas, o DNA está contido dentro do núcleo da célula e lá é transcrito em RNA. O RNA recém-sintetizado é então transportado para fora do núcleo para o citoplasma, onde os ribossomos 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 gênica pode ocorrer em todas as fases do processo (Figura 1). A regulação pode ocorrer quando o DNA é desenrolado e solto dos nucleossomos para ligar os fatores de transcrição (epigenético nível), quando o RNA é transcrito (nível de transcrição), quando o RNA é processado e exportado para o citoplasma após ser transcrito (pós-transcricional nível), quando o RNA é traduzido em proteína (nível de tradução), ou após a proteína ter sido feita (pós-tradução nível).

As diferenças na regulação da expressão gênica entre procariotos e eucariotos estão resumidas na Tabela 1. A regulação da expressão gênica nesses tipos de organismos é discutida em detalhes nas seções subsequentes.

Tabela 1. Diferenças na regulação da expressão gênica de organismos procarióticos e eucarióticos
Organismos procarióticosOrganismos eucarióticos
Falta núcleoContém núcleo
DNA é encontrado no citoplasmaO DNA está confinado ao compartimento nuclear
A transcrição de RNA e a formação de proteínas ocorrem quase simultaneamenteA transcrição do RNA ocorre antes da formação da proteína e ocorre no núcleo. A tradução de RNA em proteína ocorre no citoplasma.
A expressão do gene é regulada principalmente no nível transcricionalA expressão gênica é regulada em vários níveis (epigenético, transcricional, transporte nuclear, pós-transcricional, translacional e pós-tradução)

Questões Práticas

O controle da expressão gênica em células eucarióticas ocorre em que nível (is)?

  1. apenas o nível transcricional
  2. níveis epigenéticos e transcricionais
  3. níveis epigenéticos, transcricionais e translacionais
  4. níveis epigenéticos, transcricionais, pós-transcricionais, translacionais e pós-traducionais

[revelar-resposta q = ”386227 ″] Mostrar resposta [/ revelar-resposta]
[resposta oculta a = ”386227 ″] Resposta d. O controle da expressão gênica em células eucarióticas ocorre nos níveis epigenético, transcricional, pós-transcricional, translacional e pós-tradução.

[/ resposta-oculta]

O controle pós-tradução refere-se a:

  1. regulação da expressão gênica após a transcrição
  2. regulação da expressão gênica após tradução
  3. controle da ativação epigenética
  4. período entre transcrição e tradução

[revelar-resposta q = ”960802 ″] Mostrar resposta [/ revelar-resposta]
[resposta oculta a = ”960802 ″] Resposta b. O controle pós-tradução refere-se à regulação da expressão gênica após a tradução [/ resposta oculta]


14.7: Regulação de genes procarióticos e eucarióticos - Biologia

Todas as células de um organismo compartilham o genoma. No entanto, durante o desenvolvimento, algumas células se transformam em células da pele, enquanto outras se transformam em células musculares. Como as mesmas instruções genéticas podem resultar em dois tipos de células diferentes no mesmo organismo? Explique completamente sua resposta.

  1. Quando a lactose e a glicose estão presentes no meio, a transcrição do operon lac é induzida.
  2. Quando a lactose está presente, mas a glicose está ausente, o operon lac é reprimido.
  3. A lactose atua como um indutor do operon lac quando a glicose está ausente.
  4. A lactose atua como um indutor do operon lac quando a glicose está presente.
  1. A mutação em genes estruturais irá interromper a transcrição.
  2. O lacY mutado produzirá uma proteína β galactosidase anormal.
  3. O lacA mutado produzirá uma proteína que irá transferir um grupo acetil para β galactosidase.
  4. A transcrição continuará, mas a lactose não será metabolizada adequadamente.

Em algumas doenças, a alteração das modificações epigenéticas desliga genes que normalmente são expressos. Hipoteticamente, como você poderia reverter esse processo para ativar esses genes novamente?

  1. Em novas mudas, as acetilações das histonas estão presentes na exposição ao frio, ocorre a metilação.
  2. Em novas mudas, desacetilações de histonas estão presentes na exposição ao frio, ocorre metilação.
  3. Em novas mudas, metilação de histonas estão presentes na exposição ao frio, ocorre acetilação.
  4. Em novas mudas, metilação de histonas estão presentes na exposição ao frio, ocorre desacetilação.
  1. Os promotores mutados diminuem a taxa de transcrição, alterando o local de ligação para o fator de transcrição.
  2. Os promotores mutados aumentam a taxa de transcrição, alterando o local de ligação para o fator de transcrição.
  3. Os promotores mutados alteram o local de ligação para fatores de transcrição para aumentar ou diminuir a taxa de transcrição.
  4. Os promotores mutados alteram o local de ligação para fatores de transcrição e, assim, cessam a transcrição do gene adjacente.
  1. A taxa de transcrição aumentaria, alterando a função celular.
  2. A taxa de transcrição diminuiria, inibindo as funções celulares.
  3. A taxa de transcrição diminui devido ao entupimento dos fatores de transcrição.
  4. A taxa de transcrição aumenta devido ao entupimento dos fatores de transcrição.

o wnt A via de transcrição é responsável por mudanças importantes durante o desenvolvimento animal. Com base na via de transcrição mostrada abaixo. Neste diagrama, as setas indicam a transformação de uma substância em outra. Linhas quadradas, ou as linhas sem pontas de seta, indicam inibição do produto abaixo da linha. Com base nisso, como aumentaria wnt A expressão do gene afeta a expressão de Bar-1?

  1. RBPs podem se ligar primeiro ao RNA, evitando assim a ligação do miRNA, que degrada o RNA.
  2. RBPs ligam o miRNA, protegendo assim o mRNA da degradação.
  3. Os RBPs metilam o miRNA para inibir sua função e, assim, interromper a degradação do mRNA.
  4. Os RBPs direcionam a degradação do miRNA com a ajuda de um complexo de proteína DICER.
  1. Os raios ultravioleta podem alterar a metilação e acetilação das proteínas.
  2. As proteínas de ligação ao RNA são modificadas por meio da fosforilação.
  3. Estímulos externos podem causar desacetilação e desmetilação do transcrito.
  4. Os raios ultravioleta podem causar dimerização das proteínas de ligação ao RNA.
  1. A fosforilação de proteínas pode alterar a tradução, transporte de RNA, estabilidade de RNA ou modificação pós-transcricional.
  2. A fosforilação de proteínas pode alterar a replicação do DNA, a divisão celular, o reconhecimento do patógeno e a estabilidade do RNA.
  3. As proteínas fosforiladas afetam apenas a tradução e podem causar câncer ao alterar a função do p53.
  4. As proteínas fosforiladas afetam apenas o transporte do RNA, a estabilidade do RNA e as modificações pós-traducionais.
  1. Os raios ultravioleta podem causar metilação e desacetilação dos genes que podem alterar a acessibilidade e a transcrição do DNA.
  2. Os raios ultravioleta podem causar fosforilação e acetilação do DNA e das histonas, o que pode alterar as capacidades de transcrição do DNA.
  3. Os raios ultravioleta podem causar metilação e fosforilação das bases do DNA, que podem se tornar dimerizadas, tornando impossível a acessibilidade do DNA.
  4. Os raios ultravioleta podem causar metilação e acetilação das histonas, tornando o DNA mais compactado e levando à inacessibilidade.
  1. Essas drogas mantêm as formas desmetilada e acetilada do DNA para manter “ligada” a transcrição dos genes necessários.
  2. As formas desmetilada e acetilada do DNA são revertidas quando o gene silenciado é expresso.
  3. A droga metila e acetila os genes silenciados para ativá-los novamente.
  4. As drogas mantêm a metilação e a acetilação do DNA para silenciar genes sem importância nas células cancerosas.
  1. Compreender os padrões de expressão gênica em células cancerosas identificará os genes defeituosos, o que é útil para fornecer o tratamento medicamentoso relevante.
  2. Compreender a expressão gênica ajudará a diagnosticar células tumorais para terapia com antígenos.
  3. O perfil do gene identificaria os genes-alvo dos patógenos causadores do câncer.
  4. Pacientes com câncer de mama que não expressam EGFR podem responder à terapia anti-EGFR.
  1. Os medicamentos personalizados variam com base no tipo de mutações e no padrão de expressão do gene.
  2. Os medicamentos são administrados com base no tipo de tumor encontrado no corpo de um indivíduo.
  3. Os medicamentos personalizados são fornecidos com base apenas nos sintomas do paciente.
  4. Os medicamentos tendem a variar dependendo da gravidade e do estágio do câncer.
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  • 16.11 Questões de pensamento crítico

Este texto é baseado em Openstax Biology for AP Courses, Autores contribuintes sênior Julianne Zedalis, The Bishop's School em La Jolla, CA, John Eggebrecht, Cornell University Autores contribuintes Yael Avissar, Rhode Island College, Jung Choi, Georgia Institute of Technology, Jean DeSaix , University of North Carolina em Chapel Hill, Vladimir Jurukovski, Suffolk County Community College, Connie Rye, East Mississippi Community College, Robert Wise, University of Wisconsin, Oshkosh

Este trabalho foi licenciado sob uma Licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial 4.0 Unported, sem restrições adicionais


Qual é a estrutura do gene procariótico

A estrutura do gene procariótico é a organização dos genes procarióticos no genoma. A característica mais significativa da organização do gene procariótico é a presença de operon policistrônico, que são os agrupamentos de genes com funções relacionadas. Portanto, os genes responsáveis ​​por uma função particular podem ser regulados completamente sob um único promotor em procariotos.

Figura 1: Estrutura do gene procariótico

Além disso, todos os genes no operon são transcritos no mesmo mRNA com um único local de ligação ao ribossomo. Portanto, o ribossomo pode traduzir todos os genes simultaneamente. Este processo é conhecido como acoplamento transcricional. Aqui, o ribossomo se transloca para o próximo quadro de leitura aberto no final do quadro de leitura aberto anterior. A presença de múltiplos quadros de leitura aberta na mesma molécula de mRNA só é possível em procariotos, uma vez que sua transcrição e tradução ocorrem no mesmo local celular, que é o citoplasma.


Kits de ferramentas ACEMBL para entrega e expressão multigênica de alto rendimento em hospedeiros procarióticos e eucarióticos

Os sistemas biológicos multicomponentes desempenham uma ampla variedade de funções e são de importância crucial para uma ampla gama de estados críticos de saúde e doença. Uma infinidade de aplicações na biologia molecular e sintética contemporânea depende de métodos eficientes, robustos e flexíveis para montar circuitos de DNA multicomponentes como um pré-requisito para recapitular tais sistemas biológicos in vitro e in vivo. Numerosas funcionalidades precisam ser combinadas para permitir a realização controlada de informações codificadas em um circuito de DNA definido. Grande parte da função biológica nas células é catalisada por máquinas multiproteicas normalmente compostas de muitas subunidades. O fornecimento desses complexos multiproteicos no tubo de ensaio é um pré-requisito vital para estudar sua estrutura e função, para compreender a biologia e para desenvolver estratégias de intervenção para corrigir o mau funcionamento em estados de doença. ACEMBL é um conceito de tecnologia que aborda especificamente os requisitos de montagem de DNA multicomponente em construções multigênicas, para entrega de genes e produção de complexos multiproteicos em alto rendimento. ACEMBL é aplicável a hospedeiros de expressão procarióticos e eucarióticos, para acelerar a pesquisa básica e aplicada e o desenvolvimento. O conceito ACEMBL, reagentes, protocolos e seu potencial são revistos nesta contribuição.

Palavras-chave: Automação Gene delivery Proteínas de membrana de alto rendimento Engenharia metabólica Complexos de proteínas Robótica Proteômica estrutural Biologia sintética.


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Este texto é baseado em Openstax Biology for AP Courses, Autores contribuintes sênior Julianne Zedalis, The Bishop's School em La Jolla, CA, John Eggebrecht, Cornell University Autores contribuintes Yael Avissar, Rhode Island College, Jung Choi, Georgia Institute of Technology, Jean DeSaix , University of North Carolina em Chapel Hill, Vladimir Jurukovski, Suffolk County Community College, Connie Rye, East Mississippi Community College, Robert Wise, University of Wisconsin, Oshkosh

Este trabalho foi licenciado sob uma Licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial 4.0 Unported, sem restrições adicionais


A via do beta-cetoadipato e a biologia da autoidentidade

A via do beta-cetoadipato é uma via convergente codificada cromossomicamente para a degradação de compostos aromáticos amplamente distribuída em bactérias e fungos do solo. Uma ramificação converte protocatecuato, derivado de compostos fenólicos, incluindo p-cresol, 4-hidroxibenzoato e numerosos monômeros de lignina, em beta-cetoadipato. O outro ramo converte o catecol, gerado a partir de vários hidrocarbonetos aromáticos, amino-aromáticos e monômeros de lignina, também em beta-cetoadipato. Duas etapas adicionais realizam a conversão de beta-cetoadipato em intermediários do ciclo do ácido tricarboxílico. Estudos de enzimas e dados de sequência de aminoácidos indicam que a via é altamente conservada em diversas bactérias, incluindo Pseudomonas putida, Acinetobacter calcoaceticus, Agrobacterium tumefaciens, Rhodococcus erythropolis e muitos outros. O ramo catecol da via do beta-cetoadipato parece ser o precursor evolutivo de porções das orto-vias transportadas pelo plasmídeo para a degradação do clorocatecol. No entanto, evidências acumuladas apontam para uma origem evolutiva convergente e independente para a via do beta-cetoadipato eucariótico. Em face da conservação enzimática, a via do beta-cetoadipato exibe muitas permutações em diferentes grupos bacterianos com relação à distribuição da enzima (isoenzimas, pontos de convergência do ramo), regulação (metabólitos indutores, proteínas regulatórias) e organização gênica. A diversidade também é evidente nas respostas comportamentais de diferentes bactérias aos compostos aromáticos associados à via do beta-cetoadipato. A presença e versatilidade dos sistemas de transporte codificados pelos regulons da via do beta-cetoadipato está apenas começando a ser explorada em vários grupos microbianos. Parece que, no curso da evolução, a seleção natural fez com que a via do beta-cetoadipato assumisse um conjunto característico de características ou identidade em diferentes bactérias. Presumivelmente, essas identidades foram moldadas para servir de maneira ideal aos diversos estilos de vida das bactérias.


Questões de pensamento crítico

Todas as células de um organismo compartilham o genoma. No entanto, durante o desenvolvimento, algumas células se transformam em células da pele, enquanto outras se transformam em células musculares. Como as mesmas instruções genéticas podem resultar em dois tipos de células diferentes no mesmo organismo? Explique completamente sua resposta.

Diferentes programas genéticos são ativados ou desativados quando as células se diferenciam em diferentes tipos de células (por exemplo, células da pele, células musculares, etc.). Como resultado, as células expressam genes necessários para o tecido em que estão localizadas.

  1. Quando a lactose e a glicose estão presentes no meio, a transcrição do operon lac é induzida.
  2. Quando a lactose está presente, mas a glicose está ausente, o operon lac é reprimido.
  3. A lactose atua como um indutor do operon lac quando a glicose está ausente.
  4. A lactose atua como um indutor do operon lac quando a glicose está presente.
  1. A mutação em genes estruturais irá interromper a transcrição.
  2. O lacY mutado impedirá a ligação do CAP.
  3. O lacA mutado metaboliza a lactose ou a maltodextrina.
  4. A transcrição continuará, mas a lactose não será metabolizada adequadamente.

Em algumas doenças, a alteração das modificações epigenéticas desliga genes que são normalmente expressos. Hipoteticamente, como você poderia reverter esse processo para ativar esses genes novamente?

  1. Em novas mudas, as acetilações das histonas estão presentes na exposição ao frio, ocorre a metilação.
  2. Em novas mudas, desacetilações de histonas estão presentes na exposição ao frio, ocorre metilação.
  3. Em novas mudas, metilação de histonas estão presentes na exposição ao frio, ocorre acetilação.
  4. Em novas mudas, metilação de histonas estão presentes na exposição ao frio, ocorre desacetilação.
  1. Os promotores mutados diminuem a taxa de transcrição, alterando o local de ligação para o fator de transcrição.
  2. Os promotores mutados aumentam a taxa de transcrição, alterando o local de ligação para o fator de transcrição.
  3. Os promotores mutados alteram o local de ligação para fatores de transcrição para aumentar ou diminuir a taxa de transcrição.
  4. Os promotores mutados alteram o local de ligação para fatores de transcrição e, assim, cessam a transcrição do gene adjacente.
  1. A taxa de transcrição aumentaria, alterando a função celular.
  2. A taxa de transcrição diminuiria, inibindo as funções celulares.
  3. A taxa de transcrição diminui devido ao entupimento dos fatores de transcrição.
  4. A taxa de transcrição aumenta devido ao entupimento dos fatores de transcrição.

o wnt A via de transcrição é responsável por mudanças importantes durante o desenvolvimento animal. Com base na via de transcrição mostrada abaixo. Neste diagrama, as setas indicam a transformação de uma substância em outra. Linhas quadradas, ou as linhas sem pontas de seta, indicam inibição do produto abaixo da linha. Com base nisso, como aumentaria wnt a expressão do gene afeta a expressão de Bar-1?

  1. Os RBPs podem se ligar primeiro ao RNA, evitando assim a ligação do miRNA, que degrada o RNA.
  2. RBPs ligam o miRNA, protegendo assim o mRNA da degradação.
  3. Os RBPs metilam o miRNA para inibir sua função e, assim, interromper a degradação do mRNA.
  4. Os RBPs direcionam a degradação do miRNA com a ajuda de um complexo de proteína DICER.
  1. Os raios ultravioleta podem alterar a metilação e acetilação das proteínas.
  2. As proteínas de ligação ao RNA são modificadas por meio da fosforilação.
  3. Estímulos externos podem causar desacetilação e desmetilação do transcrito.
  4. Os raios ultravioleta podem causar dimerização das proteínas de ligação ao RNA.
  1. A fosforilação de proteínas pode alterar a tradução, transporte de RNA, estabilidade de RNA ou modificação pós-transcricional.
  2. A fosforilação de proteínas pode alterar a replicação do DNA, a divisão celular, o reconhecimento do patógeno e a estabilidade do RNA.
  3. As proteínas fosforiladas afetam apenas a tradução e podem causar câncer ao alterar a função do p53.
  4. As proteínas fosforiladas afetam apenas o transporte do RNA, a estabilidade do RNA e as modificações pós-traducionais.
  1. Os raios ultravioleta podem causar metilação e desacetilação dos genes que podem alterar a acessibilidade e a transcrição do DNA.
  2. Os raios ultravioleta podem causar fosforilação e acetilação do DNA e das histonas, o que pode alterar as capacidades de transcrição do DNA.
  3. Os raios ultravioleta podem causar metilação e fosforilação das bases do DNA, que podem tornar-se dimerizadas, impossibilitando a acessibilidade do DNA.
  4. Os raios ultravioleta podem causar metilação e acetilação das histonas, tornando o DNA mais compactado e levando à inacessibilidade.
  1. Essas drogas mantêm as formas desmetilada e acetilada do DNA para manter a transcrição dos genes necessários “ligada”.
  2. As formas desmetilada e acetilada do DNA são revertidas quando o gene silenciado é expresso.
  3. A droga metila e acetila os genes silenciados para ativá-los novamente.
  4. As drogas mantêm a metilação e a acetilação do DNA para silenciar genes sem importância nas células cancerosas.
  1. Compreender os padrões de expressão gênica em células cancerosas identificará os genes defeituosos, o que é útil para fornecer o tratamento medicamentoso relevante.
  2. Compreender a expressão do gene ajudará a diferenciar as células cancerosas das células malignas.
  3. O perfil do gene identificaria os genes-alvo da bactéria causadora do câncer.
  4. Pacientes com câncer de mama que não expressam EGFR podem responder à terapia anti-EGFR.
  1. Os medicamentos personalizados variam com base no tipo de mutações e no padrão de expressão do gene.
  2. Os medicamentos são administrados com base no tipo de tumor encontrado no corpo de um indivíduo.
  3. Os medicamentos personalizados são fornecidos com base apenas nos sintomas do paciente.
  4. Os medicamentos tendem a variar dependendo da gravidade e do estágio do câncer.

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    • Autores: Julianne Zedalis, John Eggebrecht
    • Editor / site: OpenStax
    • Título do livro: Biologia para Cursos AP®
    • Data de publicação: 8 de março de 2018
    • Local: Houston, Texas
    • URL do livro: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • URL da seção: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/16-critical-thinking-questions

    © 12 de janeiro de 2021 OpenStax. O conteúdo do livro didático produzido pela OpenStax é licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution License 4.0. O nome OpenStax, logotipo OpenStax, capas de livro OpenStax, nome OpenStax CNX e logotipo OpenStax CNX não estão sujeitos à licença Creative Commons e não podem ser reproduzidos sem o consentimento prévio e expresso por escrito da Rice University.


    Perguntas de revisão

    O que são modificações epigenéticas?

    1. a adição de alterações reversíveis às proteínas histonas e DNA
    2. a remoção de nucleossomos do DNA
    3. a adição de mais nucleossomos ao DNA
    4. mutação da sequência de DNA

    Quais das seguintes afirmações são verdadeiras para as mudanças epigenéticas?

    1. permitir que o DNA seja transcrito
    2. mover histonas para abrir ou fechar uma região cromossômica
    3. são temporários
    4. tudo acima