Bioquímica - Aula 04 - Transcrição

Transcrição (Síntese de RNAs) 

Transcrição nas E.Coli ( Bactérias) 

A transcrição assemelha-se à replicação: ambos apresentam a mesma direção de síntese, fases de iniciação, alongamento e terminação. A transcrição difere da replicação pelo fato de não requerer um iniciador, e apenas um dos lados é usado como molde.

Os trabalhos e definições das propriedades fundamentais da transcrição tiveram início com o isolamento e estudo da RNA polimerase. A RNA polimerase depende do DNA como molde, além de todas as quatros ribunucleosídeos- 5- trifosfato ( ATP, GTP, UTP, CTP) como precursores das unidades nucleotídicas do RNA, bem como o íon magnésio. A síntese do RNA tem muito em comum com a síntese do DNA: A RNA polimerase alonga uma fita de RNA adicionando unidades ribunucleosídeos na extremidade hidroxila 3’ construindo a fita de RNA na direção 5’-3’. 

A iniciação da síntese do RNA requer várias etapas, geralmente divididas em duas fases: as fases de ligação e de iniciação. Contudo ela tem inicio quando a RNA polimerase se liga a uma sequência especifica do DNA, chamadas promotores. A sequência do promotor não é idêntica para todas as bacterianas dessa classe, dessa forma, as sequências variam de promotor para promotor, todavia, as sequências em comum são denominadas: sequências consenso.

Durante a fase de alongamento da transcrição, a extremidade crescente da nova fita de RNA faz pareamento de bases temporariamente com o DNA molde para formar um híbrido RNA-DNA de dupla hélice, desfaz logo em seguida. Ainda nesta fase à formação das bolhas de transcrição.

Figura . Transcrição pela RNA polimerase na E.coli. Para sintetizar uma fita de RNA complementar a uma das duas fitas de DNA em duplas hélice, o DNA é transitoriamente desenrolado, em um determinado momento, uma bolha de transcrição é gerada, movendo-se da esquerda para a direita. O DNA é desenrolado na frente e reenrolado atrás, à medida que o RNA transcrito.

As duas fitas complementares do DNA possuem papéis diferentes na transcrição. A fita que funciona como molde para a síntese do RNA é chamada de fita molde. A fita não de DNA complementar ao molde, fita-não molde ou codificada que é idêntica na sua sequencia de bases ao RNA transcrito do gene, com U no lugar de T. O RNA polimerases não possuem uma atividade exonuclease 3’-5’ revisora, todavia, um erro em uma molécula de RNA é de menor conseqüência para a célula do que no DNA.

Transcrição nos Eucariotos.

A maquinaria transcricional no núcleo de uma célula eucariótica é muito mais complexa do que na bactéria. Os eucariotos possuem três RNA polimerases, designados I, II, III, que são complexos distintos, mas possuem certas subunidades em comum.

(1) As RNA polimerases

O RNA Polimerase I (Pol I) é responsável pela síntese de apenas um tipo de RNA, um transcrito de RNA pré-ribossomal, a principal função da RNA polimerase II (Pol II) é a sínstese dos mRNAs e alguns RNAs especializados. O RNA polimerase III ( Pol III) sintetiza tRNAs, o rRNA 5S e alguns outros RNAs pequenos especializados.  

( Pol II)

A pol II é central para a expressão dos genes eucarióticos e tem sido estudada extensivamente. Ela requer um dispositivo de outras proteínas, chamadas de fatores de transcrição, ordenadas para formar o complexo de transcrição ativo. O processo de transcrição pela pol II pode ser descrito em termos de várias fases- montagem, iniciação, alongamento e terminação. Uma vez completado o transcrito de RNA, a transcrição é terminada por mecanismos ainda não reconhecidos. A pol II é desfosforilada e reciclada, pronta para iniciar um outro transcrito. 

Figura . RNA polimerase II 

(2) A formação e processamento do RNA

A formação do RNAm primário ( Pré-síntese) 

Uma molécula de RNA recém-sintetizada é chamada de transcrito primário. O transcrito primário de um mRNA eucariótico usualmente contém sequencias cercando um gene, embora as sequencias codificadoras do polipeptídio possa não ser contínuas. Regiões não-codificadoras que quebram a região codificadora do transcrito são chamadas de íntrons, e os segmentos codificadores são chamados de éxons. Em um processo chamado de emenda, os íntrons são removidos dos transcritos primários e os éxons unidos para formar uma sequencia continua, especificando um polipeptídio funcional.

Figura . Pré-síntese do RNA m

Os mRNAs eucarióticos são também modificados em cada extremidade. Uma estrutura chamada de capacete é adicionada à extremidade 5’. A extremidade 3’ é clivada, a alguns resíduos de adenilato são adicionados para criar uma cauda poli(A)

Complemento: Há quatro classes de íntrons. As duas primeiras, chamadas de íntrons dos grupos I e II, diferentes em alguns detalhes de seu mecanismo de emenda.  Ambos são autocortáveis, nenhuma enzima está envolvida neste processo. As funções do capacete 5’ e da cauda poli(A) 3’ são apenas parcialmente conhecidas. O capacete 5’ liga-se a uma proteína específica e pode participar da ligação do mRNA ao ribossomo para iniciar a tradução. A cauda poli(A) também funciona como um sítio de ligação para uma proteína específica. É provável que o capacete 5’, a cauda poli(A) e suas proteínas associadas ajudem a proteger o mRNA da destruição enzimática. A transcrição dos íntrons consome recursos celulares e energia, sem retornar nenhum beneficio óbvio ao organismo; entretanto, os íntrons podem conferir uma vantagem ainda não considerada pelos cientistas. 

A formação do RNAr e RNAt primário ( Pré-síntese) 

O processamento não apenas limitado ao RNA mensageiro, os RNAs ribossômicos, tanto bacterianos, quantos eucarióticos, são sintetizados a partir de precursores denominados: pré-ribossômicos.

 Na E.Coli, por exemplo, os RNAs ribossomais 16S, 23S e 5S e alguns transportadores são originados de um único precursor por múltiplas cópias de gene RNA 30S. Nos eucariotos, um transcrito do RNA pré-ribossômico 45S é processado no nucléolo para formar os RNAs ribossomais 18S, 28S e 5,8S, característicos dos ribossomos eucarióticos.O processo de formação então, se dá através da clivagem por ribonucleoproteínas dos RNAs pré-ribossômicos resultando nos rRNAs tRNAs maduros que vão constituir o ribossomo e transportadores. A maioria das células possui 40 a 50 tRNAs distintos, e as células eucarióticas possuem múltiplas cópias de muitos dos genes de RNA transportador.

Os transportadores são derivados de precursores de RNA maiores, pela remoção enzimática das unidades nucleotídicas a partir das extremidades 5’ e 3’ da molécula madura e retirada do único íntron. O mecanismo de retirada íntron de RNAt ocorre em duas etapas: na primeira, ocorre a clivagem endonucleasica nas extremidades 5’-3’. Na segunda etapa ocorre a ligação dos dois exons para a formação do tRNA maduro. A ligação dos dois exons é feita por um RNA-ligase. 

Complemento

Os precursores de RNA transportador podem sofrer um outro processamento pós-transcricional. Este processo é a adição do trinucleotídeo 3’ terminal CCA(3’), ao qual um aminoácido será ligado durante a síntese de proteínas. Essa adição é realizada pela enzima tRNA nucleotidiltransferase. Essa definição de nucleotídeos é independente de um molde de DNA ou RNA.

O tipo final de processamento do tRNA é a modificação de algumas das bases por metilação, deaminação ou redução. Todo o processamento são regulados pela concentração de síntese e degradação dos RNAs. Quando a síntese e a degradação estiverem balanceados, sua concentração permanecerá em equilíbrio estacionário.