Transcrição é a primeira etapa da expressão do gene. Envolve a cópia da sequência de DNA de um gene para produzir uma molécula de RNA

Transcrição

1 TRANSCRIÇÃO - Pontos Principais: Transcrição é a primeira etapa da expressão do gene. Envolve a cópia da sequência de DNA de um gene para produzir uma molécula de RNA A transcrição é realizada por enzimas chamadas RNA polimerases, que ligam nucleotídeos para produzir uma cadeia de RNA (usando uma cadeia de DNA como modelo). A transcrição tem três estágios: iniciação, alongamento e término. Nos eucariontes, as moléculas de RNA devem ser processadas após a transcrição: elas são emendadas e têm um cap 5' e uma cauda poli Acolocadas em suas extremidades. A transcrição é controlada separadamente para cada gene em seu genoma. Introdução Você alguma vez já teve que transcrever algo? Talvez alguém tenha deixado uma mensagem em seu de voz e você teve que anotá-la num papel. Ou pode ser que você tenha feito anotações na aula e então as tenha reescrito ordenadamente para ajudá-lo na revisão.

2 Como esses exemplos mostram, transcrição é um processo em que a informação é reescrita. Transcrição é algo que fazemos em nosso cotidiano, e também é uma coisa que nossas células precisam fazer, mas de uma forma mais especializada e bem definida. Em biologia, transcrição é o processo de cópia da seqüência do DNA de um gene para um alfabeto semelhante do RNA. Resumo da transcrição Transcrição é o primeiro passo na expressão gênica, no qual as informações de um gene são usadas para construir um produto funcional, como uma proteína. O objetivo da transcrição é fazer uma cópia de RNA a partir da sequência de DNA de um gene. Para um gene codificador de proteína, a cópia de RNA, ou transcrito, carrega as informações necessárias para construir um polipeptídeo (proteína ou subunidade de proteína). As transcrições eucarióticas precisam passar por algumas etapas de processamento antes da sua tradução em proteínas.

3 Na transcrição, uma região de DNA se abre. Uma fita, a fita molde (ou template, do inglês), serve como gabarito para a síntese de um transcrito de RNA complementar. A outra fita, a fita codificadora, é idêntica ao RNA transcrito quanto à sequência, exceto que ela tem bases uracila (U) no lugar de bases timina (T). Exemplo:

4 Fita codificante: 5'-ATGATCTCGTAA-3' Fita molde: 3'-TACTAGAGCATT-5' RNA transcrito: 5'-AUGAUCUCGUAA- 3' Para um gene codificador de proteína, o RNA transcrito contém a informação necessária para sintetizar um polipeptídeo (proteína ou sub unidade de proteína) com uma sequência de aminoácidos determinada. Neste caso: RNA transcrito (agindo como RNA mensageiro): 5'-AUGAUCUCGUAA-3' Polipeptídeo: Met-Ile-Ser-STOP RNA polimerase A principal enzima envolvida na transcrição é a RNA polimerase, que usa um modelo de DNA de fita simples, para sintetizar uma fita complementar de RNA. Especificamente, a RNA polimerase constrói uma fita de RNA na direção de 5' para 3', adicionando cada novo nucleotídeos à extremidade 3' do filamento.

5 A RNA polimerase sintetiza uma sequência de RNA complementar à fita de DNA molde. Ela sintetiza a fita de RNA na direção de 5 para 3, enquanto a leitura da fita molde de DNA ocorre na direção 3 para 5. A fita de DNA molde e a fita de RNA são antiparalelas entre si. RNA transcrito: 5'-UGGUAGU...-3' (pontos indicando onde os nucleotídeos ainda estão sendo adicionados no final 3 ) DNA molde: 3'-ACCATCAGTC-5' Etapas da transcrição

6 A transcrição de um gene ocorre em três estágios: iniciação, alongamento e término. Aqui, veremos um resumo de como essas etapas ocorrem nas bactérias. Você pode aprender mais sobre os detalhes de cada etapa (e sobre as diferenças da transcrição nos eucariontes) no artigo estágios da transcrição. 1. Iniciação. A RNA polimerase liga-se a uma sequência de DNA chamada promotor, encontrada próximo ao início de um gene. Cada gene (ou grupo de genes co-transcritos, nas bactérias) tem seu próprio promotor. Uma vez ligada, a RNA polimerase separa as fitas de DNA, provendo o molde de cadeia simples, de um só filamento, necessário à transcrição.

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8 A região promotora precede (e ligeiramente sobrepõe-se) à região transcrita, cuja transcrição especifica. Ela contém locais de reconhecimento para a RNA polimerase ou suas proteínas auxiliares se ligarem. O DNA se abre na região promotora para que a RNA polimerase possa começar a transcrição. 2. Alongamento. Um filamento de DNA, a fita molde, age como molde para a RNA polimerase. Conforme ela "lê" esse molde uma base por vez, a polimerase constrói uma molécula de RNA feita de nucleotídeos complementares, formando uma cadeia que cresce de 5 para 3. O transcrito de RNA carrega a mesma informação que o filamento não-molde (codificador) de DNA, mas ele contém a base Uracila (U) em vez de tiamina (T). [O que significam 5' e 3'?]

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10 A RNA polimerase sintetiza um transcrito de RNA complementar à fita de DNA molde na direção 5' para 3'. Ela avança ao longo da fita molde na direção de 3' a 5', abrindo a dupla hélice do DNA, conforme avança. O RNA sintetizado só permanece ligado à fita molde por um curto período, então, deixa a polimerase como uma cadeia pendente, que permite que o DNA volte a fechar e formar uma dupla-hélice. Neste exemplo, as sequências da fita codificadora, da fita molde e do transcrito de RNA são: Fita codificadora: 5'- ATGATCTCGTAA-3' Fita molde: 3'-TACTAGAGCATT-5' RNA: 5'-AUGAUC...-3' (os pontos mostram onde nucleotídeos ainda estão sendo adicionados à fita em sua extremidade 3') 3. Término. Sequências chamadas finalizadores sinalizam que o transcrito de RNA está completo. Uma vez transcritos os finalizadores, o transcrito se libera da RNA polimerase. Um exemplo de um mecanismo de término envolvendo a formação de um grampo no RNA é mostrado abaixo.

11 O DNA finalizador codifica uma região de RNA que forma uma estrutura em grampo, seguida por uma seqüência de nucleotídeos U. Essa estrutura em grampo no transcrito, faz com que a RNA polimerase pare. Os nucleotídeos U que vêm depois do grampo formam ligações fracas com os nucleotídeos A da fita molde de DNA, permitindo a separação do transcrito do molde e a finalização da transcrição. Modificações no RNA eucariota

12 Nas bactérias, os transcritos de RNA podem atuar imediatamente como RNAs mensageiro (RNAms). Nos eucariontes, o transcrito de um gene codificador de proteínas é chamado um pré-rnam e deve passar por um processamento extra antes de poder direcionar a tradução. Nos eucariotas os pré-rnams devem ter suas pontas modificadas, pela adição de um cap 5' (no começo) e uma cauda poli A 3' (no final). Em muitos eucariotas os pré-rnams sofrem splicing. Neste processo, partes do pré-rnam (chamadas íntrons) são cortadas fora e as peças remanescentes (chamadas éxons) são unidas novamente.

13 Parte superior da imagem: Diagrama de um pré-rnam com um cap 5' e 3' cauda poli-a 3'. O cap 5' está na extremidade 5' do pré-rnam e é um nucleotídeo G modificado. A cauda poli-a está na extremidade 3' do pré- RNAm e consiste de uma longa seqüência de nucleotídeos A (apenas alguns dos quais são mostrados). O pré-rnam ainda contém éxons e íntrons. Ao longo do comprimento do RNAm, há um padrão alternado de éxons e íntrons: Éxon 1 - Íntron 1 - Éxon 2 - Íntron 2 - Éxon 3. Cada um consiste de um trecho de nucleotídeos de RNA.

14 Durante o splicing, os íntrons são removidos do pré-rnam, e os éxons são unidos para formar um RNAm maduro. Parte inferior da imagem: RNAm maduro que não contém as sequências de íntrons (Éxon 1 - Éxon 2 - Éxon 3 apenas). Modificações nas pontas aumentam a estabilidade do RNAm, enquanto o splicing dá ao RNAm sua seqüência correta. (Se nos íntrons não forem removidos, eles serão traduzidos juntamente com os éxons, produzindo um polipeptídeo "sem nexo".) Para saber mais sobre modificações de pré-rnam em eucariontes, confira o artigo sobre processamento de pré-rnam. A transcrição acontece para genes individuais Nem todos os genes são transcritos todo tempo. Em vez disso, a transcrição é controlada individualmente para cada gene (ou, nas bactérias, para pequenos grupos de genes que são transcritos juntos). As células cuidadosamente regulam a transcrição, transcrevendo apenas os genes cujos produtos são necessários em um determinado momento.

15 Por exemplo, o diagrama abaixo mostra um "instantâneo" de RNAs de uma célula imaginária num dado momento. Nesta célula, genes 1, 2 e 3, são transcritos, enquanto o gene 4 não é. Além disso, os genes, 1, 2 e 3 são transcritos em diferentes níveis, significando que números diferentes de moléculas de RNA são feitas para cada um. Diagrama mostrando que os genes individuais são transcritos em diferentes quantidades. Uma região de DNA contendo quatro genes é mostrada, com a região transcrita de cada gene destacada em azul escuro. O número de transcritos de cada gene é indicado acima do DNA (no eixo-y). Existem seis transcritos do gene 1, um transcrito do gene 2, doze transcritos do gene 3 e nenhum transcrito do gene 4.

16 Isto não é uma ilustração de conjunto real qualquer de genes e seus níveis de transcrição, mas ilustra que a transcrição é controlada individualmente para genes e outras unidades de transcrição. Nos artigos seguintes, daremos atenção mais detalhada à RNA polimerase, às etapas da transcrição e ao processo de modificação do RNA nos eucariontes. Vamos também considerar algumas diferenças importantes entre a transcrição bacteriana e a transcrição em eucariontes.