Transcrição e modificações pós-transcricionais Grazielle SLIDE 3

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BIOLOGIA MOLECULAR 
Transcrição e modificações 
pós-transcricionais 
Prof. Grazielle Ribeiro 
Departamento de 
Bioquímica e Imunologia 
UFMG 
Capacidade de replicação 
e capacidade de carregar 
informação 
A expressão da 
informação genética 
requer seu fluxo do DNA 
para o RNA e daí para a 
proteína 
Estrutura do RNA 
• Tipo de açúcar: ribose 
• Presença do grupo 2’-OH – maior instabilidade 
• Bases nitrogenadas: A, G, C, U 
• Geralmente é unifilamentar 
• Formação de pontes de hidrogênio entre bases complementares 
no mesmo filamento 
Estrutura do RNA 
Tipo de 
RNA 
Função 
mRNAs RNA 
mensageiro 
Codificam proteínas 
rRNAs RNA 
ribossômico 
Formam a estrutura básica dos 
ribossomos e catalisam a síntese protéica 
tRNAs RNA 
Transportador 
Agem como adaptadores entre o mRNA e 
os aminoácidos na síntese de proteínas 
snRNAs Small RNA 
nucleares 
Atuam em diversos processos nucleares 
incluindo o processamento do pré mRNA 
snoRNAs Small 
nucleolar 
RNAs 
Atuam no processamento de rRNAs 
(conduzindo modificações químicas) 
Outros Atuam em diversos processos celulares 
incluindo a síntese de telomerases, 
inativação de cromossomo X, transporte 
de proteínas para o retículo 
endoplasmático 
Síntese de RNA 
Processo de transcrever a informação da sequencia de DNA em uma 
sequência de informação do RNA. 
RNA polimerase 
• Catalisadora da transcrição 
• Enzima comum em todas as formas de vida 
1) Um molde 
2) Precursores ativados 
3) Um íon metálico divalente 
Ela necessita: 
Molde 
RNA polimerase 
O DNA fita dupla é um dos 
substratos, no entanto apenas 
uma das fitas é transcrita 
Filamento molde 
Filamento codificante 
Transcrito de RNA 
A sequência de mRNA é complementar 
a do filamento molde e corresponde a 
do filamento não molde (exceto pela 
substituição de U por T). 
Precursores ativados 
RNA polimerase 
Ribonucleotideos trifosfatos: 
ATP, GTP, UTP e CTP. 
Íon metálico divalente 
RNA polimerase necessita 
de um cofator catiônico 
divalente: Mg2+ ou Mn2+ 
Iniciação 
Alongamento ou 
Extensão 
Término ou 
Processamento 
A síntese compreende 3 estágios 
Transcrição em procariotos 
Como a RNA Polimerase determina onde 
começar a Transcrição? ? 
Promotores no molde de DNA 
São sequências de DNA que dirigem a RNA polimerase para o local apropriado 
de início da transcrição 
Inciação 
A subunidade s reconhece as sequências de consenso -35 e -10 do promotor 
s70 
s 32 
s 54 
Deslizamento da RNA polimerase 
17 pb aberto 
Complexo 
promotor 
fechado 
Complexo 
promotor 
aberto 
A RNA polimerase tem de desenrolar a dupla hélice molde 
• O primeiro nucleotídeo contem um trifosfato e é um pppG ou pppA. 
• A fase de alongamento começa após a primeira ligação fosfodiéster. 
• Bolha de transcrição – região de DNA onde o RNA é sintetizado 
• Velocidade de alongamento: cerca de 50 nucleotídeos/s 
• A velocidade de síntese do DNA é de 800 nucleotídeos/s 
 
 
Alongamento 
Alongamento 
A RNA polimerase desenrola o DNA à frente dela e reenrola 
o DNA que já foi transcrito 
Saída da subunidade Sigma faz com 
que a enzima fique fortemente ligada 
ao molde de DNA 
Transcrição até o 
sinal de término 
A síntese de RNA é igual a de DNA: 
 
O DNA como molde da transcrição 
• A transcrição ocorre no sentido 5’ → 3’ 
• O mecanismo de alongamento é semlhante: 
 
 
 3’-OH ataca a fosforila mais interna 
 
 
A síntese de RNA é igual a de DNA: 
 
O DNA como molde da transcrição 
• A sínteses é impulsionada para frente pela hidrolise do pirofosfato 
 
 
A síntese de RNA é igual a de DNA: 
 
O DNA como molde da transcrição 
RNA polimerases: 
catalisa a adição 
primer X 
Estudos recentes indicam que a RNA 
polimerase apresenta alguma atividade de 
revisão de nuclease. 
Diferenças na síntese do RNA 
 
O DNA como molde da transcrição 
Velocidade de erro: 1 a cada 
104 ou 105 nucleotídeos 
É maior que para a 
replicação do DNA 
Estes erros no entanto não são transmitidos para os descendentes. 
Para a maioria dos genes muitos transcritos de RNA são sintetizados. 
Término 
O que determina onde a transcrição é finalizada? ? 
As regiões transcritas dos moldes de DNA 
contêm sinais de parada. ! 
Mas quais são esses sinais para o 
término? ? 
• Repetições invertidas ricas em 
CG seguidas por uma sequência 
de seis ou mais adeninas. 
 
• Região palindrômica 
 
Portanto suas bases podem se parear 
formando uma alça em forma de 
grampo 
Término: Mecanismo da alça em forma de Grampo 
Como esta alça 
termina a transcrição? ? 
A RNA polimerase parece parar imediatamente após ela ter sintetizado um 
trecho de RNA que se dobra em forma de grampo 
A hélice híbrida RNA-DNA produzida na cauda oligo(U) é instável, já que os 
pb rU-dA são os mais fracos dos quatros tipos de pb. 
Portanto a parada na transcrição permite que o RNA nascente ligado de 
modo fraco se dissocie do molde de DNA e daí da enzima. A fita de DNA 
se reúne novamente com sua parceira e a bolha de transcrição se fecha. 
A atividade de ATPase de r capacita a proteína a arrastar o RNA 
nascente, correndo em busca da da RNA polimerase 
Término: Mecanismo dependente da proteína Rô (r) 
• r se liga em trecho de 72 nucleotídeos em 
um RNA de fita única 
 
• O RNA passa pelo centro da proteína 
Término: Mecanismo dependente da proteína Rô (r) 
Quando Rô se colide 
com a Bolha de 
transcrição , ela quebra a 
hélice hibrida RNA-DNA 
Em procariontes, as moléculas de RNA mensageiro sofrem pouca 
ou nenhuma modificação após a síntese pela RNA polimerase. 
• Muitas moléculas de mRNA são traduzidas enquanto estão sendo transcritas. 
 
• As moléculas de RNA transportador e RNA ribossômico são geradas por clivagem 
de cadeias nascentes de RNA. 
Nucleases aparam esses precursores 
Vídeo de transcrição em procariotos 
 
http://www.youtube.com/watch?v=ztPkv7wc3yU&feature=related 
Transcrição em eucariotos 
As células eucarióticas têm capacidade de regular o tempo no 
qual cada gene é transcrito, e quando o RNA é produzido. 
Diferentes tipos celulares 
Célula 
epitelial 
Célula 
muscular 
Neurônios 
 
Células do tecido 
conectivo 
DNA é igual para todas as células do mesmo indivíduo 
No entanto, temos tipos especializados de células, 
que são bastante diferentes entre si 
O que torna uma célula diferente 
da outra? 
Organismos multicelulares 
Regulação diferencial de trancrição para criar 
diferentes tipos celulares: 
 
Síntese e acúmulo de diferentes RNAs e proteínas 
torna uma célula diferente da outra 
Dogma central da biologia molecular 
Igual para todas as células 
Diferentes RNAs podem 
ser gerados 
Diferentes proteínas podem 
ser geradas 
 
Transcrição 
Tradução 
1) Membrana nuclear 
Características eucarióticas que influenciam a 
expressão gênica 
A separação espacial e temporal entre transcrição e tradução permitem que os 
eucariontes regulem a expressão gênica de modos muito mais complexos, 
contribuindo para a riqueza de forma e função dos eucariontes. 
2) Regulação de transcrição mais complexa 
Características eucarióticas que influenciam a 
expressão gênica 
A sínteses é executada por 3 RNA polimerases diferentes dependentes 
de sequência promotoras 
 
Os Promotores podem se combinar de várias maneiras aumentando o 
número de tipos de promotores 
Processam amplamente o RNA nascente para se tornar mRNA. 
3) Processamento do RNA 
Promotores eucarióticos para o início da transcrição 
Elemento iniciador 
ribossômco (TATA) 
Elemento promotor 
antecedente 
Ligam-se a proteínas que servem para recrutar a 
RNA polimerase I 
O DNA ribossômico é disposto em várias centenas de repetições seguidas, cada 
uma contendo uma cópia de cada um dos três genes de rRNA. As sequências 
promotoras estão localizadas em trechos deDNA separando os genes 
Elemento 
iniciador 
Elemento promotor 
posterior 
Promotores eucarióticos para o início da transcrição 
Conjunto de elementos de sequência conservada que define o ponto de início e 
recruta a polimerase. 
Acentuadores 
Elemento 
iniciador 
Promotores eucarióticos para o início da transcrição 
Contêm sequencias conservadas que estão dentro de genes transcritos 
Elementos encontrados na região 
promotora da RNA Polimerase II 
Elemento 
iniciador 
Elemento promotor 
posterior 
(geralmente na 
ausência de TATA) 
Sequências reguladoras 
adicionais 
• As posições destas sequências 
antecedentes variam de um 
promotor para outro. 
• Podem ser eficazes quando 
presentes no filamento molde 
Esses elementos nos promotores eucarióticos são reconhecidos 
por outras proteínas que não a própria RNA polimerase 
Fatores de 
transcrição 
(TFII) 
Aparelho basal de 
transcrição 
Reconhe o trecho 
TATA 
TBP (TATA-Box 
binding protein) 
Fatores de 
transcrição 
(TFII) 
Aparelho basal de 
transcrição 
Reconhe o trecho 
TATA 
TBP (TATA-Box 
binding protein) 
Atrai outros TF’s e a RNA polimerase 
II para o promotor formando um 
complexo pré-iniciação chamado – 
Sistema de transcrição basal 
Fatores de 
transcrição 
(TFII) 
Aparelho basal de 
transcrição 
Reconhe o trecho 
TATA 
TBP (TATA-Box 
binding protein) 
Fosforilação da cauda do 
domínio carboxiterminal (CTD) 
pela TFIIH 
Estabiliza o alongamento da transcrição 
pela RNA polimerase II e recruta 
enzimas processadoras de RNA que 
agem durante o alongamento 
• Acentuadores – sequências de DNA que aumentam a transcrição de 
genes distantes 
• Silenciadores – sequências de DNA que reprimem a transcrição de 
genes distantes 
Reguladores do promotor 
Sequências consenso presentes nos promotores que aumentam ou 
diminuem a taxa de transcrição 
• Promotor 
 
 - Sempre encontrado adjacente ao 
 gene que ele regula 
 - Possui um local fixo com relação ao 
 ponto de início da transcrição 
 
• Acentuador e silenciador 
 
 - Não precisam estar adjacentes ao gene, podendo estar localizados a 
milhares de nucleotídeos de distância deste 
 - Suas posições com relação aos pontos de início da transcrição podem variar 
 - Podem estar localizados antecedente ou posterior ao gene, ou ainda dentro 
de um íntron do gene 
Vídeo de transcrição em eucariotos 
http://www.youtube.com/watch?v=slOneovpOEk 
Os produtos de transcrição das três 
polimerases eucarióticas são processados 
A recomposição alternativa 
aumenta o repetório de 
proteínas em eucariontes. 
 
Por isso o proteoma é mais 
complexo que o genoma. 
RNA Polimerase I produz três RNA Ribossômicos 
Os nucleotídeos são modificados: pequena ribonucleoproteínas nucleolares 
metilam grupamentos específicos de ribose e transformam uridinas selecionadas 
em pseudo-uridinas. Em seguida o pré-rRNA é clivado. 
40S 
60S 
rRNA 5S 
(PolIII) 
RNA Polimerase III produz RNA transportador 
As moléculas de Pré-mRNA são processadas para remoção dos 
íntrons e as pontas 3’e 5’são modificadas, originando mRNA 
Recomposição (Splicing); Capeamento; Poliadenilação; Edição do RNA 
Capeamento – Modificações na ponta 5`trifosfato 
- pré-mRNA começa 
com A ou G 
 
- é retirado um 
grupamento fosfato 
 
- o grupamento 
difosfato resultante 
reage o fósforo de 
guanosina. 
 
- O CAP sofre metilação 
Proteção da ação de exonucleases e reconhecimento do local de início 
da síntese de proteínas 
Poliadenilação – Modificações na ponta 3`OH 
Reconhece a 
sequência AAUAAA 
Adição de cerca de 
250 adenilatos à ponta 
3`do transcrito 
O ATP é o doador 
nesta reação 
Acentua a eficiência da tradução e a estabilidade do mRNA 
Vídeo processamento RNA 
http://www.youtube.com/watch?v=YjWuVrzvZYA 
A edição do RNA muda as proteínas codificadas pelo mRNA 
Mudanças na sequência de nucleotídeos do RNA após a transcrição 
por outros processos que não a recomposição (splicing) do RNA. 
Apoliproteína B  
transporte de 
triacilgliceróis e 
colesterol 
Transporte de lipídeos 
sintetizados nas células 
Leva gordura da 
alimentação sob a forma de 
quilomícrons 
Recomposição (Splicing) do pré-mRNA 
Características dos íntrons: 
 
O íntron começa com GU e termina com AG  Regra GU-AG (5´ 3´) 
 
Polipirimidinas  U ou C 
Uma determinada sequência indica o ponto de recomposição 
Ponto de 
ramificação 
Recomposição (Splicing) do pré-mRNA 
Requer a cooperação 
de vários pequenos 
RNAs e proteínas  
spliceossomo 
Recomposição (Splicing) do pré-mRNA 
Requer a cooperação de vários pequenos RNAs e proteínas  spliceossomo 
Clivagem da ligação 
fosfodiéster entre o éxon 
antecedente (éxon 1) e a 
ponta 5`de um íntron. 
Ataque pela OH 
2`de um adenilato 
ao ponto de 
ramificação 
Recomposição (Splicing) do pré-mRNA 
Formação de uma ligação 
fosfodiéster 2`-5`entre esta 
unidade A e o fosfato 5`terminal do 
íntron 
Ponto de ramificação: 
Adenilato é unido a três 
nucleotídeos por 
ligações fosfodiéster  
Laço intermediário 
Recomposição (Splicing) do pré-mRNA 
A OH 3` terminal do 
éxon 1 ataca a ligação 
fosfodiéster entre o 
íntron e o éxon 2 
Os exons 1 e 2 juntam-
se e o íntron é liberado 
em forma de laço  
Reação de 
transesterificação 
Recomposição (Splicing) do pré-mRNA 
A primeira reação gera um OH 3`livre na ponta 
3`do éxon 1 e a segunda ligação liga este 
grupamento ao fosfato 5`do éxon 2. 
Vídeo Splicing RNA 
http://www.youtube.com/watch?v=FVuAwBGw_pQ 
Combinações diferentes de éxons  um gene, várias proteínas 
Recomposição (Splicing) alternativa 
Aumento da complexidade  A presença de íntrons é tanto maior quanto 
mais alto estivermos na escala evolutiva 
• Genes nucleares de protozoários (tripanossomatídeos) não possuem íntrons 
• Genes nucleares de leveduras praticamente não possuem íntrons 
• Nos mamíferos, os íntrons não são encontrados nos genes mitocondriais, 
mas são a regra entre os genes nucleares 
 
Mecanismo de proteção contra mutações 
Diversidade: genomas e proteomas (splicing alternativo)  Variabilidade 
genética 
Regulação gênica 
 
A presença de íntrons nos genes eucarióticos, aparentemente, 
representa um enorme desperdício celular 
Então, por que a evolução nos presenteou com estas seqüências?