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Transcrição e regulação da expressão gênica Resumo ↪O processo de transcrição, segundo qual um gene está ativado , ou seja um gene que está no DNA é transcrito para um DNA mensageiro ↪Dogma central – o fluxo da informação genética é unidirecional . Isso quer dizer que quando uma informação chega ao nível proteico ela nunca mais volta ao nível de ácido nucleico . ↪ Refutação definitiva da herança das características , uma vez que o nível proteico não influencia na informação do DNA. ↪ O transcripitoma é o conjunto de RNA que estão ativos a determinado momento - sendo eles chamados de genoma ativo que são os genomas que estão sendo expressos e produzidos a cada momento ↪O estudo do transcripitoma é feito por estudos comparativos , exemplo : células normais x células cancerígena, ou que foi administrado algum fármaco. . Transcrição ↪ Processo de cópia do DNA em RNAm ↪ A transcrição é o processo pelo qual uma molécula de RNA é sintetizada, utilizando como molde uma das fitas do DNA. Para que os genes consigam se expressar, é necessário que uma molécula de RNA seja formada a partir de uma molécula de DNA. Esse processo recebe o nome de transcrição, e sua enzima chave é a RNA polimerase Pra quê serve ? ↪ Ativação e desativação diferencial de genes ↪ Define o repertório de genes ativos a cada instante, o transcripitoma é diferente em cada tecido. Ele pode mudar de acordo com o tecido, alimentação e os estímulos ambientais Transcrição em procariotos ↪ Ocorre através de três fases iniciação, alongamento e terminação . ( veremos mais abaixo ) , cada um contendo fatores e transcrições específicos ↪ O RNA nascente sofre uma série de alterações, processamentos : aquisição de revestimento ( cap) na sua extremidade 5’ , cauda poli-A na extremidade 3’ e remoção exata de íntrons (splicing ) para a formação de mRNAs maduros com mensagens contínuas. ↪Obs : Alguns mRNAs maduros chegam a ser 10 vezes menores do que seus precursores ↪ Os genes Eucarioto são genes partidos no genoma – processamento : éxons e íntrons – outras formas de regulação gênica ↪ O RNAm em eucarioto ↓ O RNA ↪É feito no núcleo e depois vai pro citoplasma ↪Eucariotos :A RNA polimerase se liga ao DNA na região do gene específico e depois esse RNA é processado e vai para o citoplasma. Em procariotos : Nas bactérias a transcrição é acoplada à tradução por não terem núcleo. Pra quê serve o RNA? ↪Ele é um intermediário do DNA ( adaptador de Crick ) para regular a produção de uma proteína - Quanto mais se “precisa” da proteína, mais RNA dela é produzido = regulação de transcrição - Os fatores de transcrição respondem à estímulos Tipos de RNAs ↪RNA mensageiros – contém a informação do gene, levando-a do núcleo da célula para o citoplasma ↪RNA transportador – ajuda o ribossomo a produzir proteínas trazendo aminoácidos para que a tradução seja feita ↪RNA ribossômico – Faz parte do ribossomo, organela celular que produz proteínas. ↪Micro RNAs são pequenos RNAs não-codantes, conservados ao longo da evolução, capazes de regular a expressão de genes em nível pós-transcricional através da degradação ou repressão da tradução de moléculas-alvo de RNA mensageiro . RNA mensageiro ↪ Contém as instruções para a produções das proteínas que estão sendo necessárias em um determinado momento . ↪O RNA mensageiro pode ser dito como principal RNA ↪Custou a ser descoberto pela heterogeneidade em tamanho . OBS: O RNA é mais longo que a proteína , para 3 códons ( Nucleotídeos ) você têm um aminoácido. O gene ↪ A estrutura celular de um gene depende se o organismo é procarioto ou eucarioto. ↪ Os genes de eucariotos são interrompidos por regiões chamadas de introns ( retirados ) e éxons (reunidos). ↪Com a ligação dos éxons que o RNA pode produzir proteínas em eucariotos ↪ Todos os eucariotos possuem íntrons, mas em bactérias eles são raros ou inexistentes. ↪ As sequências codificantes são chamadas de éxons. Elas são intercaladas por regiões não codificantes, chamadas de íntrons, que são inicialmente transcritas em RNA no núcleo, mas não estão presentes no mRNA final no citoplasma, não sendo representada no produto protéico final. ↪Os éxons são sequências de bases transcritas e traduzidas ↪Os íntrons são sequências transcritas e não traduzidas ↪ A vantagem clara da presença dos íntros permite o processamento alternativo, gerando vários produtos protéicos a partir de um único gene ↪O éxons tendem a ser curtos (cerca de 150 nucleotídeos), enquanto os íntrons podem possuir várias centenas de nucleotídeos.. https://www.infoescola.com/biologia/eucariontes/ https://www.infoescola.com/reino-monera/bacterias/ https://www.infoescola.com/biologia/rna/ https://www.infoescola.com/genetica/rna-mensageiro/ https://www.infoescola.com/citologia/citoplasma/ https://www.infoescola.com/citologia/nucleotideos/ ↪ 90% dos genes são íntrons – sequêcias que ajudam na regulação da expressão gênica . Transcrição: iniciação. ↪ Para iniciar a transcrição de um gene, a RNA polimerase liga-se ao DNA do gene numa região denominada promotora. Basicamente, o promotor informa à polimerase onde "se sentar" no DNA e começar a transcrever. ↪Fita molde é a fita que é usada para a síntese do RNA. Genes podem estar numa ou noutra fita do DNA, contudo a escolha da fita molde depende da localização e orientação do promotor. ↪Fita codificadora : contêm a mesma informação do RNA porém ao invés de ter uracila tem timina A sequência promotora ↪ Ela está antes de começar o gene, e ele é o lugar onde os fatores de transcrição vão se ligar junto com a RNA polimerase para iniciar o processo de transcrição. ↪ O promotor faz parte do gene , embora é uma informação que nunca vai se transformer em proteína é uma informação importante para o funcionamento do gene e onde se ligam os fatores de transcrição e a RNA polimerase. ↪ Os promotores são sequências de DNA específicas importantes para o início da transcrição. Tais sequências são reconhecidas por algumas proteínas específicas, chamadas de fatores de transcrição, que trazem a RNA polimerase para realizar a montagem dos RNAs. ↪ Cada gene tem seu próprio promotor. Um promotor contém uma sequências de DNA e ele é quem permite que RNA polimerase ou as suas proteínas auxiliares se ligarem ao DNA. Promotores em bactérias ↪Em bactérias, genes relacionados são frequentemente encontrados agrupados no cromossomo, do qual podem ser transcritos por um promotor (sítio de ligação da RNA polimerase) Genes que são controlados por um só promotor são chamados de Cistron ou Operon. http://labs.icb.ufmg.br/lbcd/prodabi3/grupos/grupo1/transcricao.htm http://labs.icb.ufmg.br/lbcd/prodabi3/grupos/grupo1/fatores_de_transcr_.htm http://labs.icb.ufmg.br/lbcd/prodabi3/grupos/grupo1/rnas_polimerases.htm http://labs.icb.ufmg.br/lbcd/prodabi3/grupos/grupo1/rnas_polimerases.htm ↪ Operon – Sistema de regulação gênica que um promotor controla a transcrição de vários genes. ↪ OBS :Nos eucariotos cada GENE tem seu próprio promotor e não há Cistron ou Operons . Lac Operon ↪ Principal mecanismo que foi escolhido para explicar o funcionamento de um Operon. ↪ É o Operon que permite a quebra da Lactose (carboidrato ) ↪ Funciona com três genes em sequência : beta- galactosidase , permeasse , transacetilase ( controlados por um só promotor ) O RNAm do operon lac é dito policistrônico ou poligênico pois possui informação para codificar as 3 proteínas: beta-galactosidase, permease e transacetilase ↪ Região promotora e região operadora ↪ O Operon não são produzidos indefinitivamente ( não são house keeping genes = genes de manutenção) ↪ O repressor LAC (Vermelho)é produzido a todo momento em outro gene . ↪ O repressor LAC impede que o gene seja produzido, impedindo a RNA polimerase de chegar ao promotor desse cisto. ↪ Quando a lactose se liga ao repressor o repressor muda de forma (mudança alostérica ) se desligando do promotor do Operon Lac, permitindo que a RNA polimerase se ligue e transcreva os 3 genes, produzindo a quebra da lactose. ↪ .Esses três genes fazem o catabolismo da lactose. ↪ Quando não há lactose, um outro gene produz a proteína repressora do Operon LAC se ligando ao promotor, não permitindo que a RNA polImerase transcrever os genes. ↪ Quando o indutor lactose está presente no meio ela se liga a proteína repressora mudando a conformação dela e desencaixando-a do promotor permitindo que os 3 genes sejam transcritos. – controle da expressão gênica – ↪Regulação da transcrição ↪ Sistema indutível: transcrição bloqueada ↪ O repressor que se senta no operador impede que o gene seja produzido a menos que chegue o indutor que é a própria lactose, que se liga ao repressor deixando de reprimir ( operon lac ) Operon tripitofano ↪ ( house keeping gene, gene de manutenção ) – produz aminoácido triptofano ↪Sistema repressível: transcrição ativa ↪Operon triptofano ↪ Quando há pouco triptofano, transcreve todo o Operon. O estudo dos promotores ↪ Os promotores das bactérias são mais simples do que dos eucariotos, ↪ Box -35 e o TATA box ↪ Box -35 está a 35 nucleotídeos da posição de início do gene.. ↪Tata box são promotores genéricos que ligam fatores de expressão específicos .O TATA box é um dos principais promotores eucarióticos conhecidos e encontra-se a 5’ do ponto de início da transcrição da grande maioria dos genes ↪Os enhancer ( eucariotos) acentuadores ↪Os enhacers ou acentuadoras são sequências de DNA que aumentam a afinidade da maquinaria de transcrições por um certo promotor. Essas sequências podem estar localizadas acima (upstream ) , abaixo ( downstream) ou dentro do gene a ser transcrito e podem também estar distantes (muitos milhares de pares de base) e em qualquer uma das fitas. ↪ Acentuador (enhancer) podem estar em outra parte do genoma, fazendo com que o genoma se dobre e esteja perto do promotor do gene ajudando-o a ser transcrito. ↪ Silenciador : impede o gene de ser transcrito . Síntese (simultânea ) do RNA – Procariotos ↪ A liberação imediata permite a síntese de muitas cópias de RNA ao mesmo tempo. ↪A RNA polimerase das bactérias têm cinco tipos de subunidades que interagem com as regiões de fatores de transcrição com enhancer ,com os silenciadores modulando a expressão genica ↪ A RNA polimerase interage com proteínas ativadoras e repressoras que modulam a taxa de expressão gênicas nas células. ↪ O nucleotídeo trifosfato é quebrado e fornece energia para a ligação do fosfato ao oxigênio – fazendo uma ligação fosfodiéster – Síntese do RNA ↪ A fita recém formada não permanece ligada com a fita de DNA molde. ↪ A subunidade Sigma : O fator sigma é a subunidade da RNA polimerase que tem a função de direcionar o núcleo da RNA polimerase a uma classe específica de sequências promotoras. – pode ser reciclada - . ↪ A subunidade sigma (s) da RNA polimerase é fundamental opara o reconhecimento especifico da região promotora Ela ,juntamente ao cerne da enzima, desliza ao longo do DNA á procura do promotor, não precisando desenrolar a dupla hélice nem ligar-se e desligar-se a ela repetidamente fatores de transcrição ↪ São proteínas que respondem a estímulos e que ligam ao DNA recrutando a RNA polimerase. ↪Para que a RNA polimerase consiga encontrar o ponto de iniciação da transcrição ela necessita de proteínas conhecidas como Fatores de Transcrição. Essas proteínas são responsáveis por se ligar a sequencias específicas do DNA ( promotores ) que caracterizam o local de início da transcrição e recrutar a RNA polimerase a esses sítios ↪Um fator de transcrição típico se une ao DNA de uma certa sequência alvo. Uma vez unido, o fator de transcrição torna tanto mais difícil ou mais fácil para a RNA polimerase unir-se ao promotor do gene. Ativadores ↪Alguns fatores de transcrição ativam a transcrição. Por exemplo, eles podem ajudar os fatores de transcrição gerais ou a RNA polimerase a ligar-se ao promotor, como mostrado no diagrama abaixo. Repressores ↪Outros fatores de transcrição reprimem a transcrição. Essa repressão pode funcionar de várias maneiras. Por exemplo, um repressor pode atrapalhar os fatores de transcrição basal ou a RNA polimerase, impedindo assim sua ligação com o promotor ou o início da transcrição. Locais de ligação ↪Os locais de ligação para os fatores de transcrição estão geralmente próximos ao gene promotor. No entanto, eles também podem ser encontrados em outras partes do DNA, as vezes bem longe do promotor e ainda assim, afetarem a transcrição do gene. ( Enhacner – acentuadores ) ↪ A flexibilidade do DNA é que permite aos fatores de transcrição funcionarem em locais de ligação distantes ↪O complexo de iniciação da transcrição : quando a RNA polimerase está ligada a todos os fatores de transcrição na região promotora. ↪ Os fatores de transcrição continuam recrutando RNA polimerase até o estimulo sessar. ↪Para que a transcrição realmente se inicie é necessário que haja o reconhecimento do TATA box por uma proteína específica, conhecida como TBP – TATA Binding Protein ↪TATA Binding Protein (TBP) – pedaço do fator de transcrição que ligam o TATA BOX( nas bactérias ) ↪ O processo começa com a ligação de TF2D ao TATA box ou sequencia TAT ( sequência de DNA dupla hélice composta por nucleotídeos T e A ) ↪ A sequência TATA box não é a única que sinaliza o início da transcrição, mas é a mais importante. ↪ Alongamento da transcrição - quando a RNA polimerase pega a fita molde e os nucelotideos livres e produz o rna Transcrição : Alongamento ↪Após a formação da primeira ligação fosfodiéster e a dissociação da subunidade s, inicia-se a fase de alongamento. ↪Uma vez iniciada, a transcrição segue numa velocidade de aproximadamente 50 nucleotídeos por segundo, estando a RNA polimerase ligada à fita moldede DNA até encontrar o sinal de término da transcrição. ↪A RNA polimerase, diferente da DNA polimerase, não tem atividade de nuclease, ou seja não revisa a cadeia de RNA nascente. Consequentemente a fidelidade da síntese de RNA é bem menor do aquela observada para o DNA (REPLICAÇÃO) ↪Isso não caracteriza um grande problema, pois os erros cometidos na transcrição não são passados de geração a geração ( fluxo unidirecional ) Os RNAs que apresentam problemas são degradados e têm pouca probabilidade de serem prejudiciais Transcrição: Término O final da transcrição é um processo bem controlado no qual sequencias típicas dos transcritos de RNA (sinais de término) indicam o local para a finalização da síntese dessa molécula Mecanismo pouco conhecido : pares de nucleotideos A -T precedida por uma sequência de DNA duplamente simétrica ( terminação intrínseca ) ~ aparentemente nem todos os RNA terminam dessa mesma forma – Processamento pós Transcrição ↪Após a transcrição, o RNA resultante é chamado de transcrito primário ↪Os transcritos primários de RNA mensageiro (RNAm), em procariontes, sofrem pouco ou nenhum processamento após sua síntese e, em geral, são traduzidos ainda durante a sua produção ↪Entretanto, nos eucariotos, o transcrito primário necessita de algumas alterações para adquirir maior estabilidade e caracterizar a molécula de RNA que irá para o citoplasma ser traduzida. ↪O conjunto dessas alterações é chamado de processamento do RNA ↪ O processo de edição do RNA mensageiro incluemtrês modificações para que ele esteja perfeito e que possa ir para o citoplasma : Capeamento ("capping") do terminal 5’ , Poliadenilação ( poli-A ) do terminal 3’ e a montagem de segmentos codificadores ("splicing") ↪ OBS : Em alguns tecidos alguns éxons são retirados. e alguns éxons são iíntros e vice-versa . Para CAP ( capeamento ) ↪O capacete do RNA é uma modificação que ocorre na sua extremidade 5’, conhecido então como CAP 5’. ↪Confere estabilidade ,pois protege-a da ação de fosfotases e nucleases. ↪Aumenta a chance desse RNA ser capturado pelos sistemas eucarióticos de tradução ,levando a uma maior produção de proteínas ↪Essa modificação não acontece nos RNA’s transportadores e ribossômicos, acontecendo principalmente no RNA’s M ↪ Uma guanina é modificada e adicionada na região 5’, na parte terminal do RNAm, produzindo uma identificação característica do RNA celular. ↪ O nitrogênio que se encontra na posição 6 da guanina da extremidade sofre metilação ↪ A guanina fica invertida em sua extremidade ↓ Splicing ↪Até pouco tempo atrás, pensava-se que os genes celulares eram compostos por arranjos contínuos de nucleotídeos. Hoje, sabe-se que os transcritos primários de RNA contém a cópia de toda sequencia presente no DNA e que algumas partes dessa sequencia são recordadas dessa molécula de forma a produzir o RNA funcional. ↪As sequencias que são retiradas do transcrito primário foram chamadas de íntrons e aquelas que permaneceram como parte do RNA funcional, éxons . ↪ O splicing alternativo é um processo pelo qual os íntrons e os éxons de um transcrito primário são ligados de diferentes maneiras, ou seja , em um tecido ele pode ser um íntron e em outro tecido ele pode funcionar como éxon durante o processamento do RNA. Isso pode caracterizar funções específicas de uma mesma proteína em um determinado tecido. ↪Diferentes mecanismos parecem afetar a regulação do splicing alternativo, incluindo estresse metabólico ↪O splicing consiste na retirada dos íntrons de um RNA precursor, de forma a produzir um mRNA maduro funcional. ↪Essa exicisão dos íntrons do MRNA é um evento muito importante querer uma extrema precisão das enzimas envolvidas no processo. A falta ou o acréscimo de um único nucleotídeo em um éxon pode levar a uma alteração da fase de leitura e a produção de uma proteína completamente diferente da original Etapas de corte : ↪Durante a excisão dos íntrons dos precursores do mRNA acontece a formação de intermediários em forma de laço. ↪A reação se inicia com a clivagem da ligação fosfodiéster entre o último nucleotídeo do primeiro exon (upstream, mais próximo da extremidade 5’) e a ponta 5’ do primeiro íntron. Essa clivagem é feita através do ataque da extremidade 2’-OH de um adenilato no ponto de ramificação, formando uma ponte 2’-5’ fosfodiéster entre esse adenilato e o fosfato 5’ terminal do íntron (veja a figura). Esse adenilato realiza, portanto, ligações entre 3 nucleotídeos, gerando um intermediário em forma de laço. ↪Posteriormente, a extremidade 3’-OH do exon1 ataca a ponte fosfodiéster entre o íntron e o segundo exon, fazendo com que os exons fiquem unidos e liberando o íntron que contém ainda a adenosina pareada com 3 nucleotídeos. ↪Esse processo deve ser repetir para a retirada de cada um dos íntrons da seqüência precursora. Cauda de Poli- A ↪Todo o RNA eucariotico tem o sinal AAUAAA 200 – 300 bp de adeninas na extremindade 3’ , cortando o RNA ↪Feito pelo complexo de poliadenilação, que serve para proteger o RNA (INSTAVÉL) garante que o gene será produzido com toda informação. As sequências de Adeninas podem são feitas para serem perdidas ↪Além dos capacetes, a maioria dos RNA’s eucarióticos são alterados de forma a conter uma cauda de poliadenilato na sua extremidade 3’. Nessa cauda estão presentes cerca de 200 A’s, que se enrolam ao redor de várias cópias de uma proteína ligadora. Essa cauda tem a função de atuar como acentuadora da tradução, proteger o mRNA da digestão por nucleases presentes no meio e proporcionar uma maior estabilidade à molécula. Especula-se que ela também tenha um papel importante no transporte do mRNA para o citoplasma. ↪É interessante notar que o nucleotídeo que se encontra logo antes da cauda poli-A não é o último que será traduzido e podem haver mais centenas de nucleotídeos além da extremidade 3’ de um RNA maduro. http://labs.icb.ufmg.br/lbcd/prodabi3/grupos/grupo1/cap_5'.htm ↪Após o corte, uma enzima polimerase poli-A, dependente de ATP, acrescenta os nucleotídeos contendo a base adenina na extremidade 3’ do RNA. ↪A enzima poli-A polymerase adiciona Adenina ↪Conservação da estrutura exônica ↪Frequentemente conservada ↪Se não há conservação possivelmente teve algum tipo de evolução diferencial no gene entre organismos proximamente relacionados (grandes primatas, aves ) ↪A maioria dos gene são interrompidos , contém uma grande quantidade de intros ↪ A evolução por exon-shufflins ( embaralhamento de Éxons) Éxons com funções especificas ↪Quando é feita a transcrição do m RNA primeiro é gerado o transcrito primário, o m RNA não processado ( enorme ), então o m RNA transcrito primário é cortado e retirado os íntros e adicionais os capacetes e os poli-A Transporte para o citosol ↪Para o RNA m ser transportado para o citoplasma ele adquire várias proteínas ao longo da medida que ele é processado, e o conjunto todo de proteínas sinaliza ao poro nuclear que o RNA está completo e que foi corretamente processado O transporte seletivo dos m RNA’s ↪O transporte seletivo está associado ao processamento correto de RNA ↪O complexo do poro nuclear reconhece e transporta apenas m RNAs completos ↪ Na sua síntese , o RNA se liga a uma série de proteinas; Complexo de ligação à capa Proteínas de splicing (SR) Proteínas de ligação á cauda poli -A ↪ Controle da expressão gênica acontece em múltiplos níveis O RNA e a origem da vida ↪O mundo surgiu do RNA ↪Teoria mais aceita hoje em dia para explicar a origem da vida ↪Os processo de replicação e de transcrição são homólogos ( retrotranscrição) ↪Os replicadores e a seleção natural molecular( antes da existência de células ) ↪O RNA seria o primeiro porque : ↪Função catalítica ↪Função de armazenamento de informação ↪Mais simples ↪ tRNA ↪ Rna auto-sintetizantes Conclusão ↪ A transcrição é um processo de produção de RNA que define quais genes estão ativos na célula a cada instante ↪ O processo é precisamente regulado : ↪ Abertura do DNA, histonas ↪ Scanneamento do DNA pela RNA pol + sigma ↪ Produção e processamento do RNA ↪ Exportação do RNA
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