Definição de transcrição
A transcrição refere -se à primeira etapa da expressão gênica em que um polímero de RNA é criado a partir de um modelo de DNA. Essa reação é catalisada por enzimas chamadas polimerases de RNA e o polímero de RNA é antiparalelo e complementar ao modelo de DNA. O trecho do DNA que codifica uma transcrição de RNA é chamado de unidade de transcrição e pode conter mais de um gene.
Esses transcritos de RNA podem ser usados como mensageiros para conduzir a síntese de proteínas ou estar envolvidos em vários processos celulares diferentes. Esse RNA funcional ou não codificante pode ser RNA de transferência (tRNA), RNA ribossômico (rRNA) ou regulação do gene direto através da interferência do RNA (RNAi) e a formação de heterocromatina.
Função da transcrição
Diz-se que a vida na Terra começou a partir do RNA auto-replicante, uma vez que é a única classe de moléculas capazes de catálise e de informações genéticas. Com a evolução, as proteínas assumiram a catálise porque são capazes de uma maior variedade de sequências e estruturas. Além disso, as ligações no esquema fosfato de açúcar do RNA são vulneráveis a alterações até leves no pH e podem sofrer hidrólise alcalina. Portanto, o DNA emergiu como a molécula preferida para transportar informações genéticas, pois é mais estável e resistente à degradação. A transcrição mantém a ligação entre essas duas moléculas e permite que as células usem um ácido nucleico estável como material genético, mantendo a maior parte de suas máquinas de síntese de proteínas.
Além disso, a separação do DNA do local para a síntese de proteínas também protege o material genético das tensões bioquímicas e biofísicas de processos complexos e multicamadas. Pequenos erros na transcrição do RNA podem ser superados, pois a molécula de RNA tem uma meia-vida curta, mas as alterações no DNA se tornam mutações hereditárias. Além disso, a transcrição adiciona outra camada para a regulação genética complexa, especialmente em espécies com grandes genomas que requerem ajustes de minuto no metabolismo.
Nos eucariotos, a transcrição também desempenha um papel importante na transferência das informações do DNA para o citoplasma, porque o poro nuclear é muito pequeno para permitir que ribossomos, proteínas ou cromossomos passem. Embora o poro nuclear tenha um diâmetro de cerca de 5 a 10 nm, os ribossomos têm entre 25 e 30 nm de tamanho, muitas proteínas são mais largas que 10 nm e os cromossomos totalmente condensados podem ter mais de 2000 nm de tamanho. Portanto, a maquinaria primária para a síntese de proteínas não pode entrar no núcleo e os alongamentos do DNA não podem sair do núcleo.
Mecanismo de transcrição
A transcrição cria uma única molécula de RNA de fita a partir de DNA de fita dupla. Portanto, apenas as informações em um dos fios são transferidos para a sequência nucleotídica do RNA. Uma fita de DNA é chamada de fita de codificação e o outro é a fita de modelo. A maquinaria de transcrição interage com a fita de modelo para produzir um mRNA cuja sequência se assemelha à fita de codificação. Outros nomes para a fita de modelo incluem fita antisense e mestre fita.
Dois genes diferentes na mesma molécula de DNA podem ter sequências de codificação em fios diferentes.
A atividade transcricional é particularmente alta nas fases G1 e G2 do ciclo celular quando a célula está se recuperando da mitose ou se preparando para os eventos dramáticos do próximo ciclo da divisão celular.
Iniciação da transcrição
A transcrição começa com a ligação de um RNAP na presença de fatores gerais de transcrição para a região do promotor a montante do local inicial da transcrição no DNA. O RNAP procariótico se liga a um fator sigma, enquanto as polimerases de RNA eucariótico podem interagir com vários fatores de transcrição, bem como as proteínas ativador e repressor. Inicialmente, após a ligação do RNAP à região do promotor, o DNA permanece em uma forma de fita dupla. Isso é chamado de “complexo fechado” entre DNA e RNAP. Depois disso, o RNAP, juntamente com os fatores de transcrição, desenrola um segmento do DNA e interage com os nucleotídeos expostos em um complexo aberto, criando uma ‘bolha de transcrição’. O RNAP então viaja ao longo da digitalização de DNA para o local de início da transcrição dentro da bolha. Depois que o local inicial está localizado, os dois primeiros nucleotídeos da transcrição são ligados um ao outro.
Escapar do promotor
Depois que os primeiros nucleotídeos são adicionados à transcrição do RNA putativa, o RNAP entra em uma fase crítica e instável. Ele pode continuar em direção à iniciação produtiva ou puxar o DNA em sua direção, criando DNA aberto rastejado dentro da polimerase. Se o RNAP rebobinar a parte a jusante do DNA, a transcrição do RNA putativa será liberada porque o complexo DNA-RNAP reverte para sua configuração aberta inicial. Isso é chamado de iniciação abortiva.
No entanto, se a porção a montante do DNA for re -escondida e ejetada da enzima, o RNAP avançará. Sua interação com a região do promotor é quebrada e a transcrição do RNA atinge um comprimento de 14 a 15 nucleotídeos. Isso é chamado de fuga do promotor e é acompanhado por alterações nas interações proteína-proteína e proteína-DNA. Alguns fatores de transcrição são liberados e a transcrição se move para a fase de alongamento.
Alongamento da transcrição
Uma vez formado um oligonucleotídeo de RNA curto de mais de 15 bases, o RNAP prossegue ao longo da fita de DNA do modelo. A transcrição é idêntica à fita de codificação, exceto que o esqueleto nucleotídeo possui açúcar ribose em vez de desoxirribose, e os pares de bases de adenina com uracil, em vez de timina. O RNAP pode catalisar a formação de uma ligação de fosfodiester entre o quinto átomo de carbono de um nucleotídeo de entrada e o terceiro átomo de carbono do último nucleotídeo na transcrição existente.
Como a molécula de RNA possui um fosfato livre ligado ao quinto carbono no primeiro nucleotídeo e um grupo hidroxila livre no terceiro carbono do último nucleotídeo, o RNA é transcrito na direção de 5 ‘a 3’.
Terminação da transcrição
Ao contrário da replicação do DNA, onde a polimerase de DNA continua a adicionar nucleotídeos até atingir o final da molécula, a transcrição deve ser terminada em um local específico para regulação e expressão eficazes de genes. A terminação da transcrição procariótica pode ocorrer através da formação de uma região de fita dupla dentro do RNA ou através da ação de uma proteína chamada Rho.
O primeiro método envolve a transcrição de uma região rica de G: C, seguida por uma série de uracilos que formam ligações fracas de hidrogênio com DNA de modelo. A região rica de G: C pode se enquadrar em si mesma para formar uma estrutura semelhante a um gancho de cabelo, paralisando a maquinaria RNAP e de transcrição. Isso, combinado com as ligações mais fracas entre o uracil e o DNA do modelo, pode prêmio o RNA para longe da maquinaria de transcrição e levar ao término. Esse processo também envolve uma proteína chamada NUSA.
A terminação de transcrição dependente de Rho envolve a ligação da proteína Rho a uma sequência no RNA transcrito. Essa sequência, que é a jusante dos códons de parada de tradução, permite que Rho se liga ao RNA e navegue ao longo da transcrição de maneira dependente de ATP. Quando encontra um RNAP parado, se liga à enzima e faz com que a transcrição e sua maquinaria associados se dissociem do DNA.
A terminação da transcrição eucariótica é muito menos compreendida e a maior parte do trabalho se concentrou nos mecanismos do RNAP II. A terminação da transcrição em eucariotos também é acoplada às modificações e processamento pós-transcricional antes que o RNA maduro seja exportado para o citoplasma.
Tipos de transcrições de RNA
Tradicionalmente, três tipos de transcritos de RNA eram conhecidos – RNA mensageiro (mRNA), tRNA e rRNA – e todos os três estão intimamente associados à síntese de proteínas. Enquanto o mRNA determina a sequência de aminoácidos, o tRNA e o rRNA são cruciais para o mecanismo de traduzir o código do mRNA.
A polimerização por mRNA a partir de genes de codificação de proteínas contendo DNA é catalisada pela RNA polimerase II. Ocasionalmente, as proteínas usadas juntas são codificadas como uma única unidade, em uma molécula longa de mRNA e isso é particularmente comum entre os procariontes. As seqüências de DNA a montante da sequência de codificação contêm locais de ancoragem para a maquinaria de transcrição, bem como fatores regulatórios que modulam o tempo e a quantidade de atividade transcricional. O mRNA é então modificado e processado para dar origem à transcrição final usada para tradução.
O rRNA constitui quase cinquenta por cento do RNA de uma célula e é transcrito pela RNA polimerase I em regiões especializadas do núcleo chamado nucléolo. Os nucléolos aparecem como estruturas esféricas densas ao redor dos loci que codificam o rRNA. O rRNA procariótico é de três tipos e os ribossomos eucarióticos são feitos de quatro tipos de rRNA, com o maior contendo mais de 5000 nucleotídeos. Essas moléculas de RNA determinam a estrutura tridimensional dos ribossomos.
A RNA polimerase III catalisa a transcrição de precursores de tRNA no núcleo. Sequências promotoras que controlam a expressão dos genes tRNA podem ser intragênicas, localizadas dentro da sequência de codificação do gene. Os precursores de tRNA passam por extensas modificações, incluindo splicing. Os TRNAs procarióticos mantêm sua atividade catalítica e podem se auto-produzir, enquanto a modificação pós-transcricional eucariótica é realizada por enzimas especiais de endonuclease. Essas endonucleases reconhecem motivos estruturais específicos dentro do tRNA que têm como alvo a sequência de splicing.
Além desses três tipos de RNA, a célula contém um número de RNA menor envolvido em várias atividades celulares. Isso inclui a regulação gênica (mediada por micro RNA e sequências nas regiões não traduzidas 5 ‘de transcritos de mRNA), modificação pós-transcricional (RNA nuclear pequeno, pequeno RNA nucleolar), defesa do genoma (RNA de interação de PIWI e CRISPR) e a manutenção de Estrutura genômica (transcritos de telômeros e RNA que silenciam os cromossomos X).
Diferenças entre transcrição procariótica e eucariótica
A diferença óbvia entre a transcrição procariótica e eucariótica é a presença de uma membrana nuclear nos eucariotos. Os transcritos eucarióticos de RNA precisam ser exportados do núcleo, enquanto os procariontes conduzem transcrição acoplada e tradução no citoplasma. Isso é possível porque a transcrição procariótica não sofre modificação extensa e os procariontes não precisam de fatores de transcrição para iniciação. Portanto, a maquinaria de transcrição é mais simples e pode acomodar simultaneamente as enzimas da tradução.
Os procariontes também têm apenas uma RNA polimerase para catalisar todas as reações de transcrição da célula e uma única transcrição de RNA pode direcionar a síntese de múltiplas proteínas. Esses mRNA são chamados de mRNA policistrônico. Freqüentemente, todos os genes envolvidos em uma via bioquímica são transcritos e traduzidos juntos, permitindo que toda a via seja regulada como uma única unidade. Nos eucariotos, o mRNA policistrônico pode ser encontrado em cloroplastos.
Termos de biologia relacionados
- MRNA monocistrônico – transcrição do mRNA que codifica uma única proteína.
- Transposons – Pequenos segmentos de DNA que podem se mover ao redor do genoma, inserindo -se em loci distantes de seu local original, geralmente envolvendo um intermediário de RNA.
- hnRNA – O RNA nuclear heterogêneo é considerado os produtos originais da transcrição e consistem principalmente de precursores de mRNA.
- Poly-A polimerase-enzima que adiciona um trecho de nucleotídeos de adenina ao final de uma transcrição primária.
Questionário
1. Qual dessas propriedades faz do DNA um material genético mais estável? A. As ligações de hidrogênio entre as bases são mais fortes B. DNA é maior que o RNA C. Presença de bases de timina D. Resistência à degradação através da hidrólise alcalina
Resposta à pergunta nº 1
D está correto. A espinha dorsal do DNA do açúcar contém desoxirribose, o que o torna mais resistente à degradação através da hidrólise alcalina. As ligações de hidrogênio não são particularmente mais fortes no DNA em comparação ao RNA, apesar das alterações nas composições básicas.
2. Qual é o tamanho de um poro nuclear nos eucariotos? A. menos de 10 nm B. mais de 10 nm C. acima de 2000 nm D. 25-30 nm
Resposta à pergunta nº 2
A está correto. Os poros nucleares têm entre 5 e 10 nm de tamanho. Muitas proteínas são maiores que 10 nm, os ribossomos têm entre 25 e 30 nm de tamanho e os cromossomos totalmente condensados são maiores que 2000 nm. Os poros nucleares atuam como peneiras eficazes que controlam o movimento de macromoléculas para dentro e fora do núcleo.
3. Qual destes não é uma característica da expressão do gene procariótico? A. Transcrição e tradução acoplados B. Modificação pós-transcricional extensa da transcrição do RNA C. fator sigma para iniciação de transcrição D. Nenhuma das opções acima
Resposta à pergunta nº 3
B está correto. A ausência de um envelope nuclear permite que a transcrição procariótica e a tradução sejam acopladas e a transcrição é iniciada por fatores sigma. No entanto, diferentemente da expressão do gene eucariótico, a transcrição do RNA em procariontes tem menos íntrons e não é amplamente modificada.
Última atualização em 19 de agosto de 2022