10.5: Ativadores e repressores transcricionais procariontes

A organização dos genes procariontes em seu genoma é notavelmente diferente daquela dos eucariotos. Os genes procariontes são organizados de modo que os genes das proteínas envolvidas no mesmo processo ou função bioquímica estejam localizados juntos em grupos. Este grupo de genes, juntamente com seus elementos reguladores, são conhecidos coletivamente como operon. Os genes funcionais em um operon são transcritos juntos para dar uma única fita de mRNA conhecida como mRNA policistrônico.

A transcrição de genes procariontes em um operon é regulada por dois tipos de proteínas de ligação ao DNA conhecidas como ativadores e repressores. Os ativadores se ligam ao promotor, o local de início da transcrição, e auxiliam na ligação da RNA polimerase, a enzima chave envolvida na transcrição. Os repressores ligam-se a operadores, sequências reguladoras curtas no operon entre o promotor e os genes, e inibem a ligação da RNA polimerase ao promotor.

Um pré-requisito estrutural para ativadores e promotores é que eles sejam capazes de existir em duas conformações alternativas, uma onde possam se ligar ao DNA e outra onde não possam. Outra característica específica dos ativadores é que eles possuem duas superfícies de ligação para se ligarem simultaneamente à RNA polimerase e ao DNA. Este recrutamento das duas moléculas aproxima a polimerase do promotor e auxilia na sua ligação. Os ativadores não desempenham nenhum papel catalítico na transcrição e sua função é limitada a facilitar a ligação da enzima e do DNA. Na ausência de um ativador, a RNA polimerase ainda pode se ligar ao DNA e apresentar baixos níveis de expressão. Se um repressor estiver presente neste sistema, então a expressão basal desse gene é evitada.

A regulação da expressão de genes procariontes depende em grande parte da disponibilidade de nutrientes e das necessidades dos organismos. Esses nutrientes controlam a ligação de ativadores e repressores ao operon e garantem que apenas o conjunto necessário de genes seja expresso. Por exemplo, a presença de triptofano numa célula leva à sua ligação a um repressor que impede a transcrição do operão trp e a subsequente produção de triptofano.

Procariotas possuem um genoma circular onde, em ue se ligam a extensões específicas curtas de DNA não-codificado, conhecidas como sequências reguladoras cis. Estes componentes essenciais para a regulação genética estão presentes em todo o genoma. Os reguladores transcricionais podem ligar às sequências reguladoras cis no DNA em sua forma dupla de hélice.

A forma helicoidal do DNA tem dois sulcos que diferem no tamanho. O sulco mais largo, sabido como o sulco principal, é mais acessível do que o sulco menor, de menor tamanho, resultando na maioria das interações que ocorrem no sulco principal. As bordas das bases nitrogenadas são expostas ao longo dos sulcos e são capazes de realizar ligações de hidrogénio e outras interações não covalentes.

esta ligação dos reguladores transcricionais é específica da sequência. No entanto, sequências intimamente relacionadas também são reconhecidas. Esta associação é altamente estável devido às múltiplas interações não covalentes envolvidas.

As sequências reguladoras CIS podem governar cada aspecto da transcrição do gene, incluindo a inibição ou iniciação da transcrição, bem como a taxa de transcrição. Elas podem ser amplamente classificadas nessas que estão em estreita proximidade com o local da transcrição e aquelas que estão a milhares de pares de base de distância. As que estão próximas são geralmente parte das sequências do promotor que inicia a transcrição do gene.

Aquelas que estão mais distantes podem participar na melhoria ou no silenciamento da transcrição. Frequentemente, a embalagem compacta do DNA e do cromossomo faz com que estas sequências sejam espacialmente próximas ao gene que regulam, mesmo que estejam longe na sequência. Uma combinação de várias sequências de regulamentação cis controla a expressão da maioria dos genes.

Raramente, um gene estará sob o controle de apenas uma única sequência.