Transcrição & Processamento RNA: eficiente & eficaz

Transcrição & Transcrição & ProcessamentoProcessamento

RNA: eficiente & RNA: eficiente & eficazeficaz

Dogma Central da Biologia Molecular

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-sedesnaturam DNAmantém estável a dupla fita abertamantém estável DNA:RNAterminam sínteserestauram 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.

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 região imediatamente posterior à da síntese;

• Sozinha, ou com o auxílio de proteínas específicas, termina a síntese do RNA.

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’ 3’ e a fita de DNA copiada é a de sentido 3’ 5’

• Diferentemente da DNA polimerase, a RNA polimerase não necessita de um iniciador 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 5’ 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

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.

INÍCIO DA TRANSCRIÇÃO

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

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 splicingremove intronune os éxons anteriores e posteriores

PROCESSAMENTO DO mRNA

Splicing:

•FUNÇÃO:

ajuda a clivar no sítio de splicingremove intronimpede afastamento dos éxonsune os éxons

PROCESSAMENTO DO PROCESSAMENTO DO mRNAmRNA

Estrutura do mRNAEstrutura 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

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

TRADUÇÃO

• Processo que se baseia na seqüência do mRNA para determinar e unir os aminoácidos formando, assim, a proteína.

• Cada aminoácido é codificado na seqüência de DNA como um códon contendo uma seqüência de três nucleotídeos.

• Moléculas de RNA transportador transferem a informação contida no genoma à uma seqüência de aminoácidos nas proteínas.

RNA TRANSPORTADOR

• Liga-se quimicamente à um aminoácido específico, através da enzima aminoacil –tRNA sintetase, sendo chamado, desta forma, de aminoacil-tRNA;

• Pareia com a seqüência do codon do mRNA adicionando o aminoácido que carrega à uma cadeia de peptídeos crescente.

RNA TRANSPORTADORRNA TRANSPORTADOR

RIBOSSOMOS

A eficiência da tradução se deve, principalmente, à ligação da molécula de mRNA e dos aminoacil-tRNAs ao maior complexo RNA-proteína da célula – o ribossomo – que direciona o crescimento da cadeia polipeptídica

Durante a síntese protéica, o ribossomo se move ao longo da cadeia de mRNA interagindo com vários fatores protéicos e o tRNA

CÓDIGO GENÉTICO

A relação entre a seqüência de bases no DNA e a seqüência correspondente de aminoácidos, na proteína, é chamada de código genético

O código genético encontra-se na forma de triplets – os códons

TRADUÇÃO

• O codon AUG, que codifica o aminoácido metionina, age como o codon de iniciação na maioria das moléculas de mRNA.

• O tRNAMet reconhece codons AUG internos, não carregando nunca uma metionina formilada.

• Quando AUG está colocado no início este é lido como uma formil-metionina; quando está dentro da região codificadora, é lido como metionina.

TRADUÇÃO

Durante a síntese de proteínas, os ribossomos deslocam-se ao longo do mRNA, possibilitando um pareamento entre esse e os tRNAs que carregam os diferentes aminoácidos que irão compor as proteínas

Os ribossomos deslocam-se ao longo do mRNA, na direção 5’ 3’, sintetizando a proteína no sentido amino-terminal para carboxi-terminal

TRADUÇÃO

A terminação da síntese de proteínas ocorre pelo aparecimento de códons de terminação na molécula de mRNA

O reconhecimento desses códons é realizado por proteínas e não por moléculas de tRNA, diferentemente do que ocorre nos outros códons

Dogma Central da biologia Dogma Central da biologia MolecularMolecular

Gene

RNA polimerase

hnRNA

mRNA

Citoplasma

Transcrição

Processamento

Núcleo

Tradução

proteína

Transcrição:

A C G T AT G C A T

A CG T A C

T G C A T G

5’ 3’

AT

5’3’

A C G U A

A C G U

A5’

3’

RNA polimerase

Molécula de RNA nascente

Gene ativo

Tradução:

Molécula de mRNA

A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A

CysMetAla

5’ 3’

AspGlu

Phe His

Direção do avanço do ribossomo

Ribossomo

Proteína

tRNA

aa livre

codon

Gly

A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A

CysMetAla

5’ 3’

AspGlu

Phe HisGly

A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A

Asp

MetAlaCys

5’ 3’

GluPhe His

Gly

A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A

Glu

MetAlaCysAsp

5’ 3’

PheGly

His

A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A

Phe

MetAlaCysAspGlu

5’ 3’

GlyHis

Ile

A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A

Gly

MetAlaCysAspGluPhe

5’ 3’

HisIle

Lys

A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A

His

MetAlaCysAspGluPheGly

5’ 3’

Ile

Lys

A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A

Ile

MetAlaCysAspGluPheGlyHis

5’ 3’

Lys

G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A A A A

Lys

MetAlaCysAspGluPheGlyHisIle

5’ 3’

Leu

U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A A A A U U A

Leu

MetAlaCysAspGluPheGlyHisIle

Lys

5’ 3’

Met

G A C G A A U U C G G A C A C A U A A A A U U A A U G

Met

MetAlaCysAspGluPheGlyHisIle

LysLeu

5’ 3’

Asn

G A A U U C G G A C A C A U A A A A U U A A U G A A C

Asn

Met AlaCysAspGluPheGlyHisIle

LysLeuMet

5’ 3’

Pro

U U C G G A C A C A U A A A A U U A A U G A A C C C A

Pro

Met Ala CysAspGluPheGlyHisIle

LysLeuMetAsn

5’ 3’

Gln

G G A C A C A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A

Gln

Met Ala Cys AspGluPheGlyHisIle

LysLeuMetAsnPro

5’ 3’

C A C A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A

Met Ala Cys Asp GluPheGlyHisIle

LysLeuMetAsnProGln

5’ 3’STOP

A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A A A A

Ala Cys Asp Glu PheMet Gly

HisIle

Lys Leu

Met Asn

Pro Gln

5’ 3’STOP

A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A T A C

Ala Cys Asp Glu PheMet Gly

HisIle

Lys Leu

Met Asn

ProGln

5’ 3’STOP

A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A T A C

Ala Cys Asp Glu PheMet Gly

His Ile Gln Lys

Pro LeuAsn Met

5’ 3’

A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A T A C

Ala Cys Asp Glu PheMet

Gly His

Ile Gln Lys

Pro LeuAsn Met

5’ 3’

A U A A A A U U A A U G A A C AA AAA A C A A U A A T A C

Ala Cys Asp Glu PheMet

Gly His

Ile Gln Lys

Pro LeuAsn CYSCYS

5’ 3’

Muda aforma e função

VARIAÇÃO GENÉTICA=POLIMORFISMO

REPRESENTAÇÃO LINEAR A MOLÉCULA DO DNAREPRESENTAÇÃO LINEAR A MOLÉCULA DO DNA

5’ATTCGGCGCTATGCATGCTATGCG3’

aa1 aa2 aa3 aa4 aa5 aa6 aa7 aa8

PROTEÍNA - Queratina- cabelo- Albumina- sangue- Hemoglobina-sangue- Estrutura do cabelo- Proteína da cor do cabelo (Melanina)

VARIAÇÕES GENÉTICAS Acontecem no nosso DNA

Células germinativas

Passa para os filhos

Células somáticas

Não passa paraos filhos

Ex. câncerEx. cor dos olhos

Lembrar...RNApolimerasLembrar...RNApolimerasee

• É essencial na transcrição... (1ª etapa da expressão gênica)

• Sem a RNA polimerase não há vida!!!• Sem RNA polimerase não há enzimas!!!!• A inibição da RNA polimerase leva à morte do

organismo...

Correlação ClínicaCorrelação Clínica

• Antibióticos e Toxinas que têm como alvo a RNA Polimerase:– Toxina do cogumelo Amanita phalloides ou

“chapéu da morte”, altamente tóxico.– A toxina mais letal, -amanitina, inibe a

subunidade maior da RNA polimerase II, inibindo assim a síntese de mRNA.

• Gastrointerites, insuficiência hepática (RNA essenciais são degradados e não são substituídos).

– Ação do antibiótico Rifampicina, para TB

Correlação ClínicaCorrelação Clínica

• Síndrome do X frágil: uma doença da Cromatina?– Retardo mental hereditário– Inativação do gene FMR1– Doença resulta da repetição da sequência CGC

• Indivíduos normais 30-200 cópias• Indivíduos com síndrome 200-milhares de cópias

– A presença do número elevado de CGC induz a uma extensa metilação do DNA da região promotora do gene FMR1. O DNA metilado se torna inativo, de modo que o mRNA de FMR1 não é sintetizado.

– A ausência deste gene leva a patologia da doença

Correlação ClínicaCorrelação Clínica

• Fatores Transcripcionais na Carcinogênese– P53 (proteína supressora de tumor). Uma cópia mutada

desta causa a síndrome de Li-Fraumeni, uma pré-disposição ao ca de mama e a sarcoma de córtex adrenal, leucemina, etc.

– Mutações representam a perda da função ou estabilidade ou capacidade de se ligar ao DNA.

– A p53 inibe a transcrição de genes com sequência TATA, ligando-se ao complexo formado entre os fatores de transcrição e a sequência TATA. Paralelamente a p53 liga-se a pontos específicos de genes de reparo.

Correlação ClínicaCorrelação Clínica

• Auto –imunidade em doença do tecido conjuntivo: Lúpus eritematoso (splicing)

• Talassemia devido a defeitos na síntese de RNA mensageiro (anemia), mutações que levam à terminação prematura da síntese da beta-globina

• Síndrome de Cockayne, autossômica recessiva, pacientes apresentam alterações de desenvolvimento e neurológicas , deformidade faciel, etc. Morem 20 anos. Mutação afeta a transcrição de alguns genes (atividade da RNA polimeraseII).