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Dogma Central da Biologia
Como o DNA se relaciona com as proteínas?
- É feita uma cópia (negativa) de um trecho de DNA (transcrição)
- mRNA é traduzido em proteínas (tradução)
out/2007
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Gene
Definição molecular atual
São segmentos úteis de DNA (ou RNA – em alguns
organismos). Toda seqüência de nucleotídeos necessária
para a síntese de uma cadeia polipeptídica ou de RNA
funcionais.
Seqüência codante
ATG
Promotor
E1
I1
E2
Cauda de poliadenina
I2
E3
PoliA
Interruptor do gene
Seqüência não-codante
Fatores transcricionais
RNA polimerase
Splicing
TRANSCRIÇÃO
• Processo pelo qual uma molécula de RNA é
sintetizada a partir da informação contida na
seqüência de nucleotídeos de uma molécula de DNA
fita dupla.
• A transcrição representa a diversidade e a
complexidade da expressão dos genes contidos em
um determinado genoma.
• Enquanto a síntese de DNA deve ser precisa e
uniforme, a transcrição reflete o estado fisiológico da
célula e, portanto, é extremamente variável para
atender às suas necessidades.
TRANSCRIÇÃO
Características Gerais:
•Complementaridade
•Antiparalelismo ( T = U)
•Síntese 5'  3‘
•RNA Polimerase (RNAP):
• Funções
reconhecem e ligam-se
desnaturam DNA
mantém estável a dupla fita aberta
mantém estável DNA:RNA
terminam síntese
restauram DNA
TRANSCRIÇÃO
• Apenas uma das fitas do DNA é utilizada como
molde, portanto, a molécula de RNA sintetizada é
complementar à fita de DNA que lhe deu origem e
idêntica à outra fita de DNA, sendo as timinas
substituídas por uracilas
• Em 1960, Hurwitz, Stevens e Weiss descobriram,
independentemente, uma enzima capaz de sintetizar
RNA na presença de DNA fita dupla e dos
nucleotídeos A, U, C, G.
• Esta enzima foi denominada RNA polimerase.
DNA
Transcrição
DNA
RNA
RNA POLIMERASE
• Reconhece e liga-se a seqüências específicas de
DNA;
• Desnatura o DNA expondo a seqüência de
nucleotídeos a ser copiada;
• Mantém as fitas de DNA separadas na região de
síntese;
• Renatura o DNA na
posterior à da síntese;
região
imediatamente
• Sozinha, ou com o auxílio de
específicas, termina a síntese do RNA.
proteínas
RNA POLIMERASE
Em eucariotos existem vários subtipos de RNA
polimerases envolvidas na síntese de RNAs
específicos:
. RNA polimerase I – localizada no nucléolo e
responsável pela síntese do RNA ribossômico
. RNA polimerase II – localizada no nucleoplasma
e responsável pela síntese do RNA mensageiro
. RNA polimerase III – também localizada no
nucleoplasma e responsável pela síntese do RNA
transportador
TRANSCRIÇÃO
• Reação ocorre entre o radical hidroxil da
extremidade 3’ de um ribonucleotídeo e o grupo
fosfato do carbono 5’ do ribonucleotídeo a ser
incorporado
• A reação processa-se no sentido 5’
de DNA copiada é a de sentido 3’ 5’
3’ e a fita
• Diferentemente da DNA polimerase, a RNA
polimerase não necessita de um iniciador
(primer) para processar a síntese da nova fita
TRANSCRIÇÃO
1.INÍCIO
Reconhecimento de seqüências específicas no DNA
2. ALONGAMENTO
Incorporação dos ribonucleotídeos
3. TERMINAÇÃO
Seqüências no DNA são reconhecidas e a síntese é
interrompida
INÍCIO DA TRANSCRIÇÃO
• O DNA apresenta seqüências específicas,
denominadas PROMOTORES, que sinalizam
exatamente onde a síntese do RNA deve ser
iniciada.
• Os
promotores
são,
primeiramente,
reconhecidos por fatores de transcrição que,
ligados ao DNA, interagem com outros fatores,
formando um complexo ao qual a RNA
polimerase se associa.
INÍCIO DA TRANSCRIÇÃO
• As seqüências reguladoras da transcrição podem
ser divididas em:
. elementos promotores: seqüências de 100 a
200 nucleotídeos próximos ao sítio de início da
transcrição que possuem seqüências consenso TATA
denominadas “TATA box”
. elementos “enhancer” ou amplificadores:
seqüências pequenas de DNA que podem ocorrer na
região “upstream” do gene. Ativam a expressão do
mesmo.
Amplificam o sinal 100 vezes e
os fatores de transcrição que se
ligam a eles são chamados
ativadores
INÍCIO DA TRANSCRIÇÃO
As fitas do DNA se separam 10 bases
upstream ao sítio de iniciação, mais
especificamente no “TATA box”.
A fita molde fica exposta e, desta forma, a
síntese da cadeia complementar de RNA
pode ser iniciada.
ALONGAMENTO DA CADEIA
A polimerase desliza ao longo da fita molde
extendendo um cadeia de RNA crescente no
sentido 5’ 3’ através da adição de
ribonucleotídeos.
Este processo ocorre até a RNA polimerase
encontrar uma seqüência específica no DNA
que determina o término do alongamento.
TÉRMINO DA TRANSCRIÇÃO
• Quando a RNA polimerase encontra o sítio de
terminação na fita molde, ela se desliga do DNA
juntamente com a nova cadeia de RNA sintetizada
devido à uma desestabilização do complexo de
transcrição
• O desligamento do RNA do sistema provoca a
ruptura do complexo de transcrição e as fitas do
DNA são renaturadas
Diferenças e semelhanças entre eucariotos e procariotos
Em procariotos a tradução (síntese de proteínas) e a
transcrição são praticamente simultâneas
Mas, em eucariotos a transcrição está separada da síntese
de proteínas (tradução) pela membrana nuclear
Os eucariotos processam extensivamente o RNA destinado
a se tornar mRNA; transcritos primários em eucariotos
recebem um "capuz" na extremidade 5' e uma cauda poli A
na extremidade 3'
Nos eucariotos quase todos os mRNAs são clivados; introns
são retirados para formar mRNAs com mensagens
contínuas
O PROCESSAMENTO DO RNA
• Os diferentes RNAs sintetizados no processo
de transcrição são chamados de transcritos
primários;
• Na maioria das vezes, esses transcritos não
representam a molécula madura, ou seja, aquela
cuja seqüência e estrutura correspondem à
forma final do RNA funcional;
• Esses
transcritos
necessitam
sofrer
modificações
que
fazem
parte
do
processamento do RNA.
PROCESSAMENTO DO mRNA
O transcrito primário da molécula de mRNA é
também conhecido como pré-mRNA
Este RNA precursor é sintetizado no núcleo e
sofre várias alterações transformado-se no
que se chama mRNA maduro ou processado.
O RNA maduro é, então, transportado ao
citoplasma onde será traduzido
PROCESSAMENTO DO mRNA
• Após o início da transcrição da molécula de mRNA é
adicionado um resíduo de guanina à sua extremidade 5’.
• Este resíduo chamado “cap” sofre, então, metilação
(adição do radical metil) na posição 7 da guanina
resultando na formação do nucleotídeo 7-metilguanilato.
• O “cap” protege a extremidade 5’ da ação de
exonucleases
e,
também,
é
utilizado
para
reconhecimento, pelo ribossomo, do sítio de início do
processo de síntese protéica.
PROCESSAMENTO DO mRNA
• A maioria dos mRNAs possui uma seqüência de
resíduos de adenina na sua extremidade 3’ que é
chamada de cauda poliA e é adicionada à molécula
durante a transcrição.
• Quando se reconhece a seqüência AAUAAA,
altamente conservada e localizada 10 a 30
nucleotídeos “upstream” ao sítio de poliadenilação,
é um sinal de que a molécula está terminando e que
deve ser adicionada a cauda poliA à extremidade da
mesma.
PROCESSAMENTO DO mRNA
• Após a adição do “cap” 5’ e da cauda poliA, a molécula de
pré-mRNA sofre o processo de excisão dos introns e
junção dos exons, mecanismo conhecido como “splicing”
e migra para o citoplasma da célula.
• Os introns apresentam um grau de conservação maior do
que os exons além de apresentarem uma característica
muito importante:
Os primeiros e os últimos dois nucleotídeos da
extremidade 5’ e 3’, GU e AG, são altamente conservados.
RNAm liga-se as Ribonucleoproteínas
nucleares pequenas (snRNPs)
Splicing mediado por
spliceossomo:
Utiliza ATP
•FUNÇÃO:
 ajuda a clivar no sítio
de splicing
remove intron
une os éxons anteriores
e posteriores
PROCESSAMENTO DO mRNA
Splicing:
•FUNÇÃO:
 ajuda a clivar no sítio
de splicing
remove intron
impede afastamento
dos éxons
une os éxons
PROCESSAMENTO DO mRNA
Estrutura do mRNA
PROCESSAMENTO DO mRNA
• Um transcrito primário pode ser processado de
diferentes maneiras sendo que o que é intron
para um mRNA pode ser exon para outro mRNA
que provém do mesmo RNA precursor
• Esta diferença de processamento pode ser
devida à presença de dois ou mais sítios de
poliadenilação e/ou à diferença no processo de
“splicing” do pré-mRNA
•Control of alternative RNA splicing and gene expression by eukaryotic
riboswithces, Nature, vol. 447, pág. 497, 2007.
Processamento alternativo do RNA
23.000 genes
100.000 proteínas
MOLÉCULAS DE RNA
• RNA mensageiro – carrega a informação copiada
do DNA sob a forma de inúmeros “triplets” cada um
especificando um aminoácido
• RNA transportador – decifra o código representado
pelo mRNA
• RNA ribossômico – associa-se com uma série de
proteínas para formar os ribossomos