Transcrição de DNA: processo em eucariotos e procariontes - Ciência - 2023

Transcrição de DNA: processo em eucariotos e procariotos - Ciência

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o Transcrição de DNA é o processo pelo qual as informações contidas no ácido desoxirribonucléico são copiadas na forma de uma molécula semelhante, o RNA, seja como uma etapa preliminar para a síntese de proteínas ou para a formação de moléculas de RNA que participam de múltiplos processos celulares de grande importância (regulação da expressão gênica, sinalização, etc.).

Embora não seja verdade que todos os genes de um organismo codifiquem proteínas, é verdade que todas as proteínas de uma célula, sejam eucarióticas ou procarióticas, são codificadas por um ou mais genes, onde cada aminoácido é representado por um conjunto de três bases de DNA (códon).

A síntese da cadeia polipeptídica pertencente a qualquer proteína celular ocorre graças a dois processos fundamentais: transcrição e tradução; ambos altamente regulados, pois são dois processos de grande importância para o funcionamento de qualquer organismo vivo.

O que é transcrição de DNA?

A transcrição envolve a formação de um "molde" para uma molécula de RNA conhecida como "RNA mensageiro" (mRNA) a partir da sequência "mestre" codificada na região do DNA correspondente ao gene a ser transcrito.

Este processo é realizado por uma enzima chamada RNA polimerase, que reconhece lugares especiais na sequência de DNA, se liga a eles, abre a fita de DNA e sintetiza uma molécula de RNA usando uma dessas fitas complementares de DNA como molde ou padrão, mesmo quando encontra outra sequência de parada especial.

A tradução, por outro lado, é o processo pelo qual ocorre a síntese de proteínas. Consiste na "leitura" das informações contidas no mRNA que foi transcrito de um gene, na "tradução" dos códons do DNA em aminoácidos e na formação de uma cadeia polipeptídica.

A tradução das sequências de nucleotídeos do mRNA é realizada por enzimas conhecidas como aminoacil-tRNA sintetases, graças à participação de outras moléculas de RNA conhecidas como "RNA de transferência" (tRNA), que são anticódons dos códons contidos no MRNA, que são uma cópia fiel da sequência de DNA de um gene.

Transcrição em eucariotos (processo)

Nas células eucarióticas, o processo de transcrição ocorre dentro do núcleo, que é a principal organela intracelular onde o DNA está contido na forma de cromossomos. Ele começa com a "cópia" da região codificadora do gene que é transcrita em uma única molécula de banda conhecida como RNA mensageiro (mRNA).

Uma vez que o DNA está confinado na referida organela, as moléculas de mRNA funcionam como intermediários ou transportadores na transmissão da mensagem genética do núcleo para o citosol, onde ocorre a tradução do RNA e toda a maquinaria biossintética para a síntese de proteínas ( ribossomos).

- Como são os genes eucarióticos?

Um gene consiste em uma sequência de DNA cujas características determinam sua função, pois a ordem dos nucleotídeos nessa sequência é o que determina sua transcrição e posterior tradução (no caso daqueles que codificam para proteínas).

Quando um gene é transcrito, ou seja, quando sua informação é copiada na forma de RNA, o resultado pode ser um RNA não codificador (cRNA), que tem funções diretas na regulação da expressão gênica, na sinalização celular, etc. ou pode ser um RNA mensageiro (mRNA), que será então traduzido em uma sequência de aminoácidos em um peptídeo.

Se um gene tem um produto funcional na forma de RNA ou proteína depende de certos elementos ou regiões presentes em sua sequência.

Os genes, eucarióticos ou procarióticos, têm duas fitas de DNA, uma conhecida como fita "sentido" e a outra "anti-sentido". As enzimas responsáveis pela transcrição dessas sequências "lêem" apenas uma das duas fitas, normalmente a fita "sentido" ou "codificadora", que possui uma "direção" 5'-3 '.

Cada gene possui sequências regulatórias em suas extremidades:

- se as sequências forem anteriores à região codificadora (aquela que será transcrita), são conhecidas como "promotores"

- se estiverem separados por muitos quilobases, podem estar "silenciando" ou "intensificando"

- aquelas sequências que estão mais próximas da região 3 'dos genes são geralmente sequências terminadoras, que indicam à polimerase que ela deve parar e terminar a transcrição (ou replicação, conforme o caso)

A região promotora é dividida em distal e proximal, de acordo com sua proximidade com a região codificadora. Está na extremidade 5 'do gene e é o local que reconhece a enzima RNA polimerase e outras proteínas para iniciar a transcrição de DNA para RNA.

Na parte proximal da região promotora podem se ligar fatores de transcrição, os quais têm a capacidade de modificar a afinidade da enzima para a sequência a ser transcrita, sendo, portanto, responsáveis por regular positivamente ou negativamente a transcrição de genes.

As regiões estimuladoras e silenciadoras também são responsáveis por regular a transcrição do gene, modificando a "atividade" das regiões promotoras por sua união com elementos ativadores ou repressores "a montante" da sequência codificadora do gene.

Diz-se que os genes eucarióticos estão sempre "desligados" ou "reprimidos" por padrão, então eles precisam de sua ativação por elementos promotores para serem capazes de se expressar (transcrever).

- Quem é o responsável pela transcrição?

Seja qual for o organismo, a transcrição é realizada por um grupo de enzimas chamadas polimerases de RNA, que, semelhantes às enzimas responsáveis pela replicação do DNA quando uma célula está prestes a se dividir, se especializam na síntese de uma cadeia de RNA de uma das fitas de DNA do gene sendo transcrito.

RNA polimerases são grandes complexos enzimáticos compostos de muitas subunidades. Existem diferentes tipos:

- RNA polimerase I (Pol I): que transcreve os genes que codificam a subunidade ribossomal “grande”.

- RNA polimerase II (Pol II): que transcreve os genes que codificam proteínas e produzem micro RNAs.

- RNA polimerase III (Pol III): produzida pelos RNAs de transferência usados durante a tradução e também pelo RNA correspondente à pequena subunidade do ribossomo.

- RNA polimerase IV e V (Pol IV e Pol V): são típicos de plantas e são responsáveis pela transcrição de pequenos RNAs interferentes.

- Qual é o processo?

A transcrição genética é um processo que pode ser estudado dividido em três fases: iniciação, alongamento e término.

Iniciação

RNA polimerase (digamos RNA polimerase II) se liga à sequência da região promotora, que consiste em um trecho de 6-10 pares de bases na extremidade 5 'do gene, geralmente cerca de 35 pares de bases do site de início da transcrição.

A união da RNA polimerase leva à "abertura" da dupla hélice do DNA, separando as fitas complementares. A síntese de RNA começa no local conhecido como "local de iniciação" e ocorre na direção 5'-3 ', ou seja, "a jusante" ou da esquerda para a direita (por convenção).

A iniciação da transcrição mediada por RNA polimerases depende da presença concomitante de fatores de transcrição de proteínas conhecidos como fatores de transcrição gerais, que contribuem para a "localização" da enzima na região promotora.

Depois que a enzima começa a polimerizar, ela é "liberada" tanto da sequência do promotor quanto dos fatores gerais de transcrição.

Alongamento

Ocorre quando a RNA polimerase "se move" ao longo da sequência de DNA e adiciona ribonucleotídeos complementares à fita de DNA que serve como um "molde" para o RNA em crescimento. Conforme a RNA polimerase "passa" pela fita de DNA, ela se reúne com sua fita antisense.

A polimerização realizada pela RNA polimerase consiste em ataques nucleofílicos de oxigênio na posição 3 'da cadeia crescente de RNA ao fosfato "alfa" do próximo precursor de nucleotídeo a ser adicionado, com a consequente formação de ligações fosfodiéster e liberação de um molécula de pirofosfato (PPi).

O conjunto formado pela fita de DNA, a RNA polimerase e a fita nascente de RNA é conhecido como bolha ou complexo de transcrição.

Terminação

A terminação ocorre quando a polimerase atinge a sequência de terminação, que está logicamente localizada "a jusante" do local de iniciação da transcrição. Quando isso ocorre, tanto a enzima quanto o RNA sintetizado se "destacam" da sequência de DNA que está sendo transcrita.

A região de terminação normalmente consiste em uma sequência de DNA que é capaz de se "dobrar" sobre si mesma, formando uma estrutura semelhante a um "laço de cabelo". laço de grampo de cabelo).

Após a terminação, a fita de RNA sintetizada é conhecida como o transcrito primário, que é liberado do complexo de transcrição, após o qual pode ou não ser processado pós-transcricionalmente (antes de sua tradução em proteína, se aplicável) através de um processo denominado "corte e emenda".

Transcrição em procariontes (processo)

Uma vez que as células procarióticas não têm um núcleo envolvido por uma membrana, a transcrição ocorre no citosol, especificamente na região "nuclear", onde o DNA cromossômico está concentrado (as bactérias têm um cromossomo circular).

Dessa forma, o aumento da concentração citosólica de uma determinada proteína é substancialmente mais rápido em procariotos do que em eucariotos, uma vez que os processos de transcrição e tradução ocorrem no mesmo compartimento.

- Como são os genes procarióticos?

Os organismos procarióticos têm genes muito semelhantes aos eucariotos: os primeiros também fazem uso de regiões promotoras e reguladoras para sua transcrição, embora uma diferença importante tenha a ver com o fato de a região promotora muitas vezes ser suficiente para atingir uma expressão "forte" do genes.

Nesse sentido, é importante mencionar que, em geral, os genes procarióticos estão sempre "ligados" por padrão.

A região promotora associa-se a outra região, geralmente "a montante", que é regulada por moléculas repressoras e é conhecida como "região operadora".

Uma diferença na transcrição entre procariotos e eucariotos é que normalmente os RNAs mensageiros dos eucariotos são monocistrônicos, ou seja, cada um contém a informação para sintetizar uma única proteína, enquanto nos procariontes estes podem ser monocistrônicos ou policistrônicos, onde apenas um MRNA pode conter as informações para duas ou mais proteínas.

Assim, é bem conhecido que genes procarióticos que codificam proteínas com funções metabólicas semelhantes, por exemplo, são encontrados em grupos conhecidos como operons, que são simultaneamente transcritos em uma única forma de molécula de RNA mensageiro.

Os genes procarióticos são densamente compactados, sem muitas regiões não codificantes entre eles, portanto, uma vez transcritos em moléculas de RNA mensageiro linear, eles podem ser traduzidos em proteína imediatamente (mRNAs eucarióticos frequentemente precisam de processamento adicional).

- Como é a RNA polimerase procariótica?

Organismos procarióticos como as bactérias, por exemplo, usam a mesma enzima RNA polimerase para transcrever todos os seus genes, ou seja, aqueles que codificam para subunidades ribossomais e aqueles que codificam para diferentes proteínas celulares.

Nas bactérias E. coli A RNA polimerase é composta por 5 subunidades polipeptídicas, duas das quais são idênticas. As subunidades α, α, β, β 'compreendem a porção central da enzima e se montam e desmontam durante cada evento de transcrição.

As subunidades α são aquelas que permitem a união entre o DNA e a enzima; a subunidade β liga-se aos ribonucleotídeos trifosfato que serão polimerizados de acordo com o molde de DNA na molécula de mRNA nascente e a subunidade β 'se liga ao referido filamento de DNA molde.

A quinta subunidade, conhecida como σ participa do início da transcrição e é o que confere especificidade à polimerase.

- Qual é o processo?

A transcrição em procariotos é muito semelhante à dos eucariotos (também é dividida em iniciação, alongamento e terminação), com algumas diferenças em termos de identidade das regiões promotoras e dos fatores de transcrição necessários para a RNA polimerase exercer suas funções.

Embora as regiões promotoras possam variar entre diferentes espécies procarióticas, existem duas sequências de "consenso" conservadas que podem ser facilmente identificadas na região -10 (TATAAT) e na região -35 (TTGACA) a montante da sequência de codificação.

Iniciação

Depende da subunidade σ da RNA polimerase, pois medeia a interação entre o DNA e a enzima, tornando-a capaz de reconhecer sequências promotoras. A iniciação termina quando alguns transcritos abortivos de cerca de 10 nucleotídeos são produzidos e liberados.

Alongamento

Quando a subunidade σ é separada da enzima, inicia-se a fase de alongamento, que consiste na síntese de uma molécula de mRNA na direção 5'-3 '(aproximadamente 40 nucleotídeos por segundo).

Terminação

A terminação em procariotos depende de dois tipos diferentes de sinais, pode ser Rho-dependente e Rho-independente.

O dependente de Rho é controlado por essa proteína que "segue" a polimerase à medida que avança na síntese de RNA até que esta, que atinge uma sequência rica em guaninas (G), pare e entre em contato com a proteína Rho. dissociando de DNA e mRNA.

A terminação independente de Rho é controlada por sequências específicas do gene, geralmente ricas em repetições de guanina-citosina (GC).

Referências

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Biologia molecular da célula. Garland Science. Nova York, 1392.
Griffiths, A. J., Wessler, S. R., Lewontin, R. C., Gelbart, W. M., Suzuki, D. T., & Miller, J. H. (2005). Uma introdução à análise genética. Macmillan.
Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M. P., Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Biologia celular molecular. Macmillan.
Nelson, D. L., Lehninger, A. L., & Cox, M. M. (2008). Princípios de bioquímica de Lehninger. Macmillan.
Rosenberg, L. E., & Rosenberg, D. D. (2012). Genes e Genomas Humanos: Ciência. Saúde, Sociedade, 317-338.
Shafee, T., & Lowe, R. (2017). Estrutura dos genes eucarióticos e procarióticos. Wiki Journal of Medicine, 4 (1), 2.
McGraw-Hill Animations, youtube.com. Transcrição e tradução de DNA.