Suponha-se que, durante o desenvolvimento de um embrião a célula sempre executasse o procedimento de autodestruição, conhecido como apoptose. É evidente que tal ocorrência seria catastró ca para o desenvolvimento da vida. A m de evitar esse tipo de catástrofe é necessário que as informações contidas nos genes sejam controladas. Não só a m de evitar catástrofes, mas também a m de coordenar as várias atividades biológicas, um sistema rigoroso de controle da expressão dos genes é requerido.
6.3.1 Controle transcricional
Uma primeira forma de controle da expressão gênica é o controle transcricional. Vejamos o que vem a ser. Uma molécula cujo envolvimento é crucial nos mecanismos de tradução da informação é o RNA. O RNA é uma molécula semelhante ao DNA, exceto na constituição do tipo de açúcar e no fato de que o base timina é substituída pela uracila (U). Além dessas distinções, os RNA se apresentam somente em uma ta simples. As propriedades químicas de ligação entre os nucleotídeos são as mesmas que no DNA, exceto pela substituição pela uracila.
Os mecanismos de transcrição são extremamente detalhados, por isso, apenas nos ateremos ao mecan- ismo geral.
A ta dupla do DNA é aberta por uma enzima chamada RNA polimerase (RNAp). Essa enzima, grosso modo, lê a ordem de nucleotídeos no DNA e transcreve essa mesma ordem em uma ta de RNA, só que com os nucleotídeos complementares, isto é, se a ta de DNA contém a seqüência TAGC, a ta de RNA conterá AUCG. Esse processo é conhecido como transcrição e o RNA é conhecido como RNA mensageiro (mRNA)2.
Voltando a um problema introduzido na seção anterior, uma ta de DNA contém uma seqüência enorme de nucleotídeos. Como então reconhecer onde começa e termina a receita de uma proteína especí- ca? Primeiramente vamos de nir alguns termos. A seqüência de nucleotídeos que contém a receita para a confecção de uma proteína ou RNA é chamada gene. O conjunto de genes de uma espécie chama-se genoma. Contudo nem toda a ta de DNA é formada de genes. Por exemplo, no caso humano apenas cerca de 27% do DNA corresponde a genes. O início de um determinado gene é marcado na ta por uma seqüência de nucleotídeos especí ca chamada promotor e o término por outra seqüência especí ca. Dessa forma a RNAp sabe onde se ligar para iniciar a transcrição. Mas uma parte da pergunta per- siste: como saber onde está localizado o promotor de um determinado gene especi camente? Em geral, a RNA polimerase liga-se e desliga-se rapidamente de maneira aleatória no DNA, mas quando determina- dos fatores ligam-se aos promotores dos genes ou a regiões que interagem com promotor, mesmo a longa distância, a RNAp liga-se rmemente ao promotor iniciando a transcrição. Esses fatores são conhecidos como fatores de transcrição e podem ser ativadores ou inibidores da transcrição de um determinado gene. Dessa forma, os fatores de transcrição determinam quais proteínas são produzidas e sua presença ou ausência determinam quando se pode produzir tal proteína. Os fatores de transcrição fazem parte, portanto, de um sistema de controle transcricional. A gura 6.4 ilustra esse controle.
Durante o mecanismo de transcrição, a seqüência de nucleotídeos contidas em um gene foi lida e transcrita para uma ta de RNA. Esse processo ocorre no núcleo. Após a transcrição, o mRNA se dirige para uma organela conhecida como ribossomo, situada no citosol, onde ocorre a tradução da informação
6. Das redes aos processos fisiológicos 44
Figura 6.4: Representação do sistema de controle transcricional. Se o gene A não produzir a proteína A, o gene B permanece inativo. Se o gene A produzir a proteína A, esta atua como fator de ativação na transcrição do gene B e a proteína B é produzida. Da mesma maneira que o gene B, o gene A é ativado ou desativado por algum outro fator.
para o idioma das proteínas. Em linhas gerais, a ta de mRNA acopla-se ao ribossomo e este utiliza-se de mecanismos auxiliares para buscar os aminoácido correspondentes aos códons. Os aminoácidos são ligados em seqüência até que a proteína esteja completamente confeccionada.
6.3.2 Controles pós-transcricionais
Embora não tenhamos detalhado os mecanismos envolvidos nos processos de transcrição e tradução, o fato é que a riqueza imensa de detalhes envolvidos nesses mecanismos permitem a introdução de inúmeros mecanismos de controle da expressão gênica [57] que não os controles transcricionais. A m de não sobrecarregar o texto de informações que não serão úteis para o desenvolvimento do presente trabalho, apenas nos limitamos a descrever um controle pós-transcricional: o controle da atividade protéica. Mesmo no que diz respeito a esse controle, apenas descreveremos alguns mecanismos que sejam de interesse direto ao presente trabalho. A gura 6.5 ilustra esse processo.
O controle da atividade protéica que abordaremos pode ser visto como um mecanismo de ativação e desativação das proteínas. Mesmo após a confecção de uma proteína, ela pode não se encontrar em uma forma ativa. Num primeiro plano, o que determina as propriedades químicas que garantem a especi cidade na ligação de uma proteína ao ligante é a seqüência de aminoácidos. Num segundo plano, a seqüência de aminoácidos determina a conformação espacial da proteína. Contudo, qualquer fator que modi que a conformação de uma proteína pode, a princípio, modi car seu estado de atividade: ativando-a ou desativando-a. O que nos interessa prioritariamente é a modi cação de uma proteína via fosforilação.
A fosforilação é uma reação química em que um grupo fosfato é adicionado ao aminoácido. Mediante a participação de enzimas essa reação é reversível. As enzimas conhecidas como proteíno-cinase catalisam a reação de fosforilação enquanto enzimas conhecidas como proteíno-fosfatase catalisam a remoção do grupo fosfato. A fosforilação controla a atividade bem como a localização celular de muitas das proteínas das células eucariontes. Como exemplo, algumas proteínas que são produzidas no citosol, só conseguem entrar no núcleo após serem fosforiladas.
Figura 6.5: Esquema do sistema de controle da expressão gênica. A etapa que compreende a transcrição dos genes pode ser controlada pelo controle transcricional. Todas as demais etapas subseqüentes à tran- scrição são controladas pelos controles pós-transcricionais.
Outro mecanismo de controle é a destruição regulada de proteínas [57]. Uma das maneiras possíveis de se degradar uma proteína consiste na atuação de uma enzima que catalisa a ligação de um marcador, que pode ser tanto uma molécula quanto apenas uma fosforilação à proteína a ser degradada. Alguns complexos enzimáticos exercem a função de degradar proteínas, desde que essas estejam ligadas a um marcador.