Genes e a necessidade de regulação
A composição qualitativa e quantitativa das proteínas sintetizadas muda constantemente dependendo do tipo de tecido e do estágio de desenvolvimento do organismo. A qualquer momento, a maior parte do genoma está inativa. Pelo grau de atividade, os genes são divididos em dois grupos:
- Genes constitutivos (genes de manutenção, housekeeping genes). Funcionam constantemente em todas as células, garantindo suas funções vitais básicas. Eles são responsáveis pela síntese de histonas, proteínas ribossômicas, tubulinas, bem como tRNA e rRNA.
- Genes indutíveis (genes de luxo, luxury genes). São ativados apenas em determinados tecidos ou sob a influência do ambiente externo/interno. São eles que garantem a especificidade tecidual.
Essa atividade é controlada por proteínas reguladoras especiais, que são codificadas por genes reguladores.
Classificação dos fatores de transcrição
Os fatores de transcrição são divididos em dois grandes grupos, dependendo de quão universal é a sua ação.
1. Fatores de transcrição gerais São necessários para o funcionamento de absolutamente todos os genes em qualquer célula. Sua principal tarefa é reconhecer o promotor (mais frequentemente sua região chamada caixa TATA) e ancorar a enzima nele. Por exemplo, para iniciar a RNA-polimerase II, é necessário um complexo de sete fatores básicos: TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH e TFIIJ. As RNA-polimerases I e III também possuem seus próprios conjuntos específicos de fatores gerais.
2. Fatores de transcrição específicos Essas proteínas garantem a expressão diferencial — decidem qual exatamente gene precisa ser ativado em um tecido específico. Elas se ligam a sequências reguladoras especiais — os intensificadores (enhancers).
O mecanismo de seu funcionamento é o seguinte:
- Os intensificadores podem estar localizados a uma distância considerável do promotor.
- As proteínas específicas ligam-se ao intensificador.
- A fita de DNA dobra-se, formando uma alça espacial.
- Devido à alça, as proteínas do intensificador entram em contato físico com a RNA-polimerase II no promotor, iniciando o processo.
Domínios funcionais
Os fatores de transcrição têm uma estrutura complexa. A molécula de tal proteína é geralmente dividida em três partes funcionais (domínios):
- Domínio de ligação ao DNA. Entra em contato direto com as regiões do intensificador ou do promotor.
- Domínio ativador. Necessário para a interação com outras proteínas coreguladoras.
- Domínio de ligação a ligantes (fosforilação). Percebe sinais de outras moléculas. Por exemplo, se o ligante for um hormônio esteroide ou sexual, ele se liga a esse domínio, o que leva à ativação da transcrição de todo um complexo de genes dependentes.
Famílias de proteínas de ligação ao DNA
Os domínios de ligação ao DNA reconhecem as regiões necessárias porque sua superfície coincide perfeitamente com o relevo da dupla hélice do DNA. De acordo com as características estruturais, distinguem-se três motivos principais:
- Dedos de zinco (Zinc finger). Trata-se de uma alça peptídica curta cuja forma é mantida por um íon de zinco (Zn²⁺). Ele liga dois resíduos de cisteína de um lado e dois resíduos de histidina do outro. A hélice desse "dedo" encaixa-se no sulco maior do DNA, ligando-se firmemente a ele ao longo de várias voltas. Isso altera a conformação do DNA e abre o acesso às enzimas. O motivo é extremamente importante para o desenvolvimento embrionário.
- Zíperes de leucina (Leucine zipper). Representam um dímero, em cujas alfa-hélice o aminoácido leucina se repete estritamente a cada 7 posições. Interagem com os sulcos maiores adjacentes do DNA.
- Hélice-alça-hélice (Helix-loop-helix). Duas regiões helicoidais da proteína são separadas por uma alça não helicoidal, o que garante sua dimerização. Próximo a esse motivo há uma região de aminoácidos carregados positivamente (básicos). Durante a formação do dímero, eles são atraídos pelo DNA carregado negativamente e iniciam a transcrição.
Genes homeóticos
Genes homeóticos são genes que codificam fatores de transcrição cruciais que atuam como reguladores fundamentais do desenvolvimento embrionário. Eles controlam todo o programa de formação de órgãos e tecidos.
Essas regiões são surpreendentemente conservadas e são encontradas em todos os animais: desde a mosca *Drosophila* até os humanos. Mutações nelas levam a distúrbios anatômicos catastróficos. Por exemplo, em humanos, elas podem causar o subdesenvolvimento dos dentes e, em *Drosophila*, a formação de pernas no lugar das antenas ou o surgimento de segmentos corporais adicionais com asas.
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais anomalias e doenças em humanos ocorrem devido a mutações em genes homeóticos?
Mutacões (alterações na estrutura) de genes homeóticos resultam em defeitos na formação de estruturas corporais.
Para os seres humanos, as fontes indicam o seguinte exemplo: subdesenvolvimento dos dentes.
Mutações homeóticas manifestam-se fenotipicamente pela conversão de uns órgãos em outros, ou seja, pela transformação de partes do corpo.
Para memorizar os três domínios de um fator de transcrição, use a sigla DAL: de Ligação ao DNA (fixa-se ao gene), Ativador (reúne a equipe de auxiliares), de Ligação a ligantes (captura um sinal químico, por exemplo, um hormônio).
Questões de aulas e exames
Qual é a diferença entre genes constitutivos e indutíveis?
Os genes constitutivos fornecem funções básicas e funcionam constantemente em todas as células (por exemplo, genes de proteínas ribossômicas). Os genes indutíveis são ativos apenas em tecidos especializados ou são ativados em resposta a determinados sinais.
Como um intensificador (enhancer) pode influenciar um promotor se eles estão distantes um do outro?
Quando os fatores de transcrição específicos se ligam a um intensificador (enhancer), a fita de DNA dobra-se em forma de alça. Graças a essa aproximação espacial, as proteínas presentes no intensificador podem interagir fisicamente com a RNA-polimerase no promotor.
O que é um "dedo de zinco" (zinc finger)?
Este é um motivo estrutural de uma proteína de ligação ao DNA. Consiste em uma alça peptídica estabilizada por um íon de zinco, que se encaixa no sulco maior da hélice de DNA e altera sua conformação para iniciar a transcrição.
O que mais estudar sobre o tema
- Características do funcionamento das RNA-polimerases I e III e seus fatores gerais
- Mecanismos de modificação pós-tradução de proteínas prontas
- O papel dos genes homeóticos na embriogênese humana
- Regulação hormonal da expressão gênica através de domínios de ligação a ligantes
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