Resumo Transcrição e tradução do código genético (Biologia celular e molecular)

Prévia do material em texto

Tra��c��ção e Pro���s��e�t� do mR�A
Transcrição
★ Transcrição é a retirada da informação
contida no gene, na dupla fita do DNA e
transformar isso em uma fita simples do
nucleotídeo, que é o RNA mensageiro.
★ Diferenças de transcrição entre os
procariotos e os eucariotos que estão
relacionadas à estrutura e organização do
material genético, que difere nesses dois
tipos.
★ Compreender a transição da fita dupla e
fita simples: transformar a informação
contida na fita dupla do DNA, em uma
sequência de nucleotídeos só que em fita
simples, pois toda a informação vai estar
contida em um gene e o DNA possui
diversos genes diferentes.
★ Gene: sequência de DNA que contém
informação que codifica (fabrica) RNA ou
proteína. Não necessariamente apenas
mRNA (RNA mensageiro). O gene começa no
seu promotor (sequência que indica onde o
início da transcrição deve acontecer) e
termina no seu terminador.
★ Independente de ser uma célula
procariótica ou eucariótica, quem executa
a função de transcrição é a enzima RNA
polimerase.
★ Na transcrição, inúmeros tipos de RNA são
produzidos. Eles possuem funções
estruturais, catalíticas e regulatórias.
Como extrair a informação contida em um
gene?
Eucarioto
★ Transcrição: ocorre dentro do núcleo, pois
o material genético se concentra ali.
○ Após a transcrição, todo mRNA
deve ser exportado para fora do
núcleo.
★ Tradução: ocorre no citoplasma.
Procariotos
★ Transcrição e tradução: ocorrem no
citoplasma.
○ Isso acontece porque o material
genético está contido no próprio
citoplasma.
Como ocorre a transcrição em um procarioto?
★ RNA-polimerase é a responsável pela
síntese do mRNA na direção 5’-3’ (5 linha 3
linha).
★ RNA-polimerase precisa do auxílio do fator
sigma (σ)
a. O fator sigma faz o primeiro
passo da transcrição no
procarioto. É o responsável por
reconhecer a região promotora.
b. O fator sigma, se liga à região
promotora > RNA-polimerase se
associa ao fator sigma > inicia-se
a transcrição.
c. Antes disso, é preciso fazer a
separação da dupla fita, pois
RNA-polimerase lê a fita simples.
★ Em seguida, se dá início à transcrição.
RNA-polimerase vê o nucleotídeo e começa
o pareamento específico seguindo a regra
do pareamento específico. Contudo, no
caso do RNA é utilizado a uracila.
★ A transcrição continua e quando esse
mRNA tem um certo tamanho, perde-se a
interação do fator sigma com o promotor.
★ RNA-polimerase libera o fator sigma e
continua fazendo a transcrição de maneira
independente até encontrar a região
terminadora.
★ Ao encontrar a região terminadora,
forma-se uma espécie de grampo no mRNA
e a formação desse grampo faz com que
haja a dissociação (liberação) do mRNA do
RNA-polimerase dando origem ao mRNA
recém sintetizado.
★ Já que é um procarioto, esse mRNA pode
ser imediatamente traduzido, pois tem
apenas sequências codificantes.
★ Resumindo: rna-polimerase única que
precisa apenas do auxílio do fator sigma,
que tem como função reconhecer a região
promotora.
★ Esquema da transcrição:
★ É importante que no final temos um mRNA
maduro sem modificações na região 3’
como na região 5’.
★ RNA policistrônico: esse mesmo RNA contém
a informação para mais de um produto
proteico - fazem a transcrição de proteínas
correlatas, em blocos.
Como ocorre a transcrição em um eucarioto?
★ Grau de compactação diferente do material
genético.
★ Material genético compactado na forma de
cromatina, podendo apresentar a
heterocromatina ou eucromatina.
★ Organização estrutural diferente. No
eucarioto: sequências codificantes e não
codificantes.
★ RNA-polimerase II: codifica os mRNA e
precisa do auxílio de proteínas acessórias.
Esse conjunto de proteínas acessórias
diferentes é chamado de fatores gerais de
transcrição. Diferente da RNA-polimerase
do procarioto, que só precisa de uma
enzima acessória.
★ A iniciação da transcrição lida com
diferentes níveis de compactação do
DNA. A RNA-polimerase só tem acesso ao
gene na cromatina descompactada - só
tem acesso a fita dupla. Para ocorrer a
transcrição, é preciso que antes haja a
descompactação da região onde o gene
de interesse se encontra.
★ O mRNA precisa passar por
processamento.
○ Ele precisa passar por
modificações para que contenha
tudo que é preciso para que os
ribossomos no citoplasma
consigam fazer a tradução.
★ Possuem 3 tipos de RNA-polimerases
diferentes:
● RNA-polimerase II: responsável
por fazer a transcrição do mRNA
no eucarioto.
★ Necessidade da descompactação da
cromatina
○ Sem descompactação, não se tem
expressão gênica no eucarioto.
○ Todo gene ativamente transcrito
se encontra em cromatina
descondensada.
○ Deve ocorrer a descompactação
para que a RNA-polimerase
consiga identificar a região
promotora e dar início à
transcrição.
★ Precisa de inúmeros fatores de
transcrição.
★ TFIID (fator de transcrição da
RNA-polimerase II) reconhece a região
TATA box, rica em timina e adenina, que
indica a região promotora da maioria
dos genes.
★ TFIIH (DNA-helicase) quebra as pontes
de hidrogênio para promover a
separação das fitas.
★ Complexo de iniciação da transcrição:
inúmeros fatores gerais de transcrição
se associam e permitem a chegada da
RNA-polimerase.
★ RNA-polimerase precisa trabalhar
juntamente com essa maquinaria molecular
abaixo:
★ O início da transcrição é dado graças à
estimulação. É preciso ativar a transcrição
induzindo a regulação dos estimuladores -
são sequências que indicam que tudo vai
bem e que a transcrição pode começar.
★ Isso é importante porque a RNA-polimerase
II é uma “fábrica” de mRNA, mas a sua única
função vai ser a de fazer a
complementaridade dos nucleotídeos - faz
a síntese e todos os outros fatores
envolvidos vão estar sob a
responsabilidade dos fatores gerais de
transcrição.
★ O que é o processamento do m-RNA?
○ Como existem sequências codificantes
e não codificantes, é necessário
identificar tanto a ponta 5’ como a 3’ e
no meio do processo, é preciso fazer o
splicing - retirada dos íntrons (não
codificantes) e união dos éxons (regiões
codificantes).
○ Se não houver esse processamento (o
capeamento da extremidade 5’, splicing
e a poliadenilação da extremidade 3’), o
mRNA que contém a informação para
codificação de uma proteína não vai
ser funcional. Também pode acontecer
do mRNA não conseguir ser exportado
para o citoplasma ou, caso seja, não vai
ser reconhecido pelo ribossomo. Por
isso, é necessário que um RNA passe
pelas 3 etapas do processamento com
êxito.
★ Capeamento da extremidade 5’
○ Serve para distinguir o mRNA de todos
os outros tipos de RNA.
○ Fosfatase remove um fosfato na
extremidade 5’ > Guanil-transferase
adiciona um GMP > Metil-transferase
adiciona um metil a guanosina >
formação do quepe.
○ Isso acontece logo no início da
transcrição. É assim que os primeiros
nucleotídeos começam a ser pareados
pela RNA-polimerase.
★ Splicing
○ Complexo de snRNAs e proteínas
envolvidas que realizam esse processo.
○ Retirada dos íntros (regiões não
codificantes) e une os éxons (regiões
codificantes).
○ Esse processo acontece à medida que
os íntrons e exons vão surgindo no
processo de transcrição: íntron surge >
spliciossomo identifica o íntrons >
promove a clivagem > promove a união
dos exons.
★ Splicing alternativo
○ Possibilidade de um gene produzir
produtos proteicos diferentes.
○ A partir da mesma sequência
codificante de éxons, faz-se splicings
alternativos.
○ O normal é que se aconteça o splicing
de maneira normal podendo a célula
executar ou não o splicing alternativo.
★ Poliadenilação da extremidade 3’
○ Fazer uma pequena clivagem na cauda
e adicionar 200 nucleotídeos de
adenina para identificar a cauda 3’.
○ No final, o mRNA eucariótico precisa ter
modificação nas extremidades 5’ e 3’.
○ mRNA maduro (que passou pelo
splicing), será um RNA monocistrônico -
cada mRNA só tem a informação para a
codificação de um único produto
proteico.
Depois de processado, o que acontece com o
mRNA?
★ mRNA se encontra no núcleo
★ Ribossomos no citoplasma
★ Necessidade de exportar o mRNA para o
citoplasma para que lá os ribossomos
possamencontrar esse mRNA e dar
continuidade com o processo de tradução.
★ A exportação só acontece de maneira
efetiva se a extremidade 5’ e 3’ forem
devidamente processadas.
○ Os fatores de exportação nuclear
identificam essas regiões e vão guiar o
mRNA pelo complexo de póro nuclear e
jogar esse mRNA do núcleo para o
citoplasma.
○ Ao chegar no citoplasma, o mRNA é
reconhecido pelo ribossomo e ele faz a
tradução.
○ A tradução acontece de duas maneiras
nos eucariotos:
1. Com o ribossomo livre no
citoplasma
2. No retículo endoplasmático
rugoso.
Procariontes Eucariontes
Transcrição e tradução ocorrem no citoplasma Transcrição ocorre no núcleo
Tradução ocorre no citoplasma
Única RNA-polimerase que precisa do auxílio do
fator sigma (partícula móvel responsável pelo
reconhecimento da região promotora nos genes
dos procariotos)
3 tipos de RNA-polimerase (precisam do auxílio
dos fatores de transcrição)
Origina diretamente um mRNA maduro Origina um pré-mRNA (imaturo) que precisa ser
processado: capeamento da extremidade 5’,
splicing, poliadenilação da extremidade 3’
mRNA contém a informação de várias proteínas mRNA maduro contém a informação para um
único produto proteico
mRNA maduro precisa ser exportado do núcleo
para que no citosol os ribossomos possam
encontrar o mRNA e proceder com o processo de
tradução
Tra��ção do códi�� ge�éti��
Tradução
Dogma central - do DNA à proteína
★ Retirar a informação contida na dupla fita
de DNA ➡ transformar isso em uma fita
simples de RNA ➡ traduzir em uma
sequência de aminoácidos.
★ A leitura do mRNA é feita em trincas
(códons). A cada 3 nucleotídeos, tem-se um
código que representa um aminoácido
específico.
★ Como a transcrição e tradução nos
procariotos acontecem no citoplasma, elas
podem acontecer simultaneamente. À
medida que vai fazendo a transcrição, o
ribossomo vai começar a fazer a tradução.
★ Nos eucariotos, quando o mRNA é
exportado para fora do núcleo, ele é
traduzido pelos ribossomos - transformado
em uma sequência de proteínas. Essas
proteínas vão poder ir para o citoplasma,
núcleo, mitocôndria, peroxissomos e
cloroplastos.
★ Mas, se essas proteínas forem traduzidas
pelos ribossomos que se aderem ao retículo
endoplasmático, elas vão ser destinadas ao
retículo endoplasmático, complexo de golgi,
lisossomos, membrana plasmática ou
secretadas.
★ O procarioto não tem essa
compartimentalização interna. O mRNA vai
produzir proteínas que vão atuar no
próprio citoplasma, membrana plasmática,
parede celular ou serão secretadas.
Integrantes do processo de tradução
★ É o mesmo para procariotos e eucariotos.
★ mRNA, ribossomo e tRNA (RNA
transportador).
mRNA
★ O mRNA contém a mensagem.
tRNA
★ O tRNA é o responsável por transportar os
aminoácidos. Tem-se um tRNA para cada
tipo de aminoácido.
Ribossomos - atores principais
★ O ribossomo faz a ponte entre a
informação que está “escrita” no mRNA e a
conexão com os devidos tRNA. Ele é
formado por duas subunidades (uma maior
e outra menor).
★ São formados por proteínas ribossomais e
RNAs ribossomais (rRNAs). Eles são
formados no nucléolo - estrutura que fica
dentro do núcleo que é responsável pela
união das proteínas ribossomais e rRNAs e
monta a subunidade maior e a subunidade
menor no eucarioto. No procarioto isso é
realizado no próprio citoplasma.
★ Sem ribossomos nossas células não
conseguem sobreviver, independente se são
eucarióticas e procarióticas. A célula não
teria a capacidade de converter a
informação contida no nosso DNA em uma
sequência de aminoácidos que constituem
as nossas proteínas, que são as unidades
funcionais das nossas células.
★ Subunidade grande
○ Formação da cadeia polipeptídica, ou
seja, união dos aminoácidos
propriamente ditos - ribossomos
catalisam essa reação.
★ Subunidade pequena
○ Realiza o pareamento do tRNA com o
mRNA. O códon do mRNA vai combinar
com o anticódon do tRNA.
★ Enquanto não estão fazendo a tradução,
as subunidades encontram-se separadas.
Elas se juntam quando estão ativas
fazendo o processo de tradução.
Leitura do mRNA
★ Um aminoácido é codificado por 3
nucleotídeos consecutivos do mRNA: o
códon.
★ Cada trinca representa um códon diferente.
★ Cada códon possui 3 posições diferentes -
importante, pois gera uma diversidade de
possibilidades.
★ O mRNA é traduzido em uma cadeia de
aminoácidos enovelada com uma
conformação tridimensional e depois vai
passar a ser uma proteína funcionalmente
ativa.
★ Temos em nosso DNA a receita para
produzir as 33 mil proteínas que as células
precisam para sobreviver.
Código genético
★ É a relação entre a sequência de
nucleotídeos do DNA e dos aminoácidos
nas proteínas.
Características
★ 64 códons possíveis➡ 61 codificantes. Eles
expressam a informação para os 20 tipos
de aminoácidos .
★ Emparelhamento de bases nitrogenadas
○ DNA: A-T e C-G. Representado em duas
espécies de fitas, as quais são unidas
pelas bases nitrogenadas através de
pontes de hidrogênio.
○ RNA: A-U e C-G. Ao contrário do DNA, o
RNA é apresentado em apenas uma
fita.
★ Códon de iniciação é o AUG. Ele codifica
para a metionina. Ou seja, todas as
proteínas vão começar com o aminoácido
metionina
★ 3 códons de terminação (UAA, UGA e UAG)
que vão sinalizar o final do processo de
tradução. Esses códons não são
reconhecidos pelo tRNA e no final do
processo, toda vez que forem expressos
durante a leitura, eles vão fazer a
finalização da tradução.
★ Pode variar na 1, 2 ou 3 posição e às vezes
uma troca de nucleotídeo não expressa
necessariamente uma mudança de
aminoácido.
★ O código genético é redundante. Muitas
vezes, o mesmo aminoácido pode ser
expresso por mais de um códon diferente.
Leitura
★ A leitura dos códons é realizada da
extremidade 5’-3’, a partir do primeiro
código de iniciação.
★ Existem 3 fases de leitura e apenas uma
contém a informação correta para a
proteína funcional - estabelecida pelo
códon AUG.
Como extrair a informação contida em um
mRNA?
★ Iniciação (etapa 1): encontrar o códon de
iniciação, que é a metionina
★ Alongamento (etapa 2): crescimento da
cadeia polinucleotídica. Termina quando o
códon de terminação
★ Terminação (etapa 3): encontro do códon de
terminação.
★ Proteínas que auxiliam no processo de
síntese proteica
○ Tantos procariotos como eucariotos
são auxiliados por essa proteína.
○ Fatores de iniciação (IF), fatores de
alongamento (EF) e fatores de
terminação - a depender de onde a
proteína trabalha, há um nome
específico
Tradução: iniciação
★ Procariotos
o mRNA não tem marcação em nenhuma das
extremidades ➡ o ribossomo procura por uma
sequência Shine-Delgamo. Essa sequência
indica para o ribossomo que a partir dali,
seguindo na direção 3’, quando ele encontrar o
primeiro códon de iniciação, a tradução deve
começar.
★ Eucarioto
O ribossomo identifica o quepe na região 5’
➡começa procurar o primeiro códon de
iniciação➡tradução começa.
Tradução: alongamento
1. A subunidade menor encontra o códon
de iniciação ➡ a subunidade maior se
acopla➡ a primeira coisa que acontece
é a ligação do tRNA, que é a combinação
do códon do mRNA com o anticódon do
tRNA.
2. Formação da ligação peptídica. O
aminoácido 3 se liga ao aminoácido 4.
3. Translocação da subunidade maior. Ela
passa para o códon seguinte
4. Translocação da subunidade menor. Ela
passa para frente. Após esse processo,
chega um novo mRNA, uma nova ligação
peptídica e isso se repete quantas vezes
for preciso até que encontre o códon de
parada.
Tradução: terminação
★ É a liberação da cadeia polinucleotídica.
Ligação de um fator de liberação quando o
ribossomo possui um códon de parada
posicionado no sítio A.
★ Esse códon de parada não é reconhecido
por nenhum tRNA, mas é reconhecido por
um fator de liberação que se liga ao
ribossomo fazendo com que esse
ribossomo perca a afinidade pelo mRNA
➡subunidade maior e menor se dissocia
➡liberação do mRNA e consequentemente
a liberação cadeia polinucleotídica
➡proteína recém formada.
★ Toda vez que o ribossomo encontra o
códon de terminação é o sinal que é o fim
do processo de tradução.
★Formação dos polirribossomos/polissomos
- arranjos citoplasmáticos compostos de
vários ribossomos separados por cerca de
80 nucleotídeos sobre um mesmo mRNA.
○ O mesmo mRNA pode ser
simultaneamente traduzido por vários
ribossomos. Isso irá depender da
necessidade da célula.
○ Otimiza-se a tradução e ganha-se
tempo - produção da mesma proteína
em larga escala.
Tradução
Procariontes Eucariontes
Pode ocorrer simultaneamente à transcrição Ocorre no citoplasma (ribossomos livres ou no
retículo endoplasmático)
Ocorre no citoplasma (ribossomos livres) Iniciação dependente do quepe 5’
Iniciação dependente da sequência
Shine-Delgarno
Síntese de uma única proteína por mRNA - é
monocistrônico (só carrega a informação para
uma única proteína)
Síntese de várias proteínas a partir do mesmo
mRNA - é um RNA policistrônico (contém
informações para várias proteínas).