Maquinaria da transcrição em procariotos

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O processo de Transcrição 
A origem do fenótipo 
Tópicos abordados 
•  A RNA polimerase 
•  Estrutura do promotor bacteriano 
•  Etapas da transcrição 
•  Elementos regulatórios 
 
 
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Transcrição x Replicação 
Aspectos Comuns: 
•  Polaridade 5’ → 3’; 
•  Necessidade de um molde; 
 
Aspectos Diferenciais: 
•  Não requer “primer” (iniciador) 
•  Apenas um segmento de DNA é Transcrito 
•  Apenas uma das fitas de DNA serve como molde 
•  Desoxiribonucleotídeos X ribonucleotídeos 
Etapas da 
transcrição 
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A RNA polimerase é multimérica 
 
Subunidades da RNA polimerase de Escherichia coli 
Subunidade Massa molecular (Da) Função 
Apoenzima (core) 
α (duas cópias) ~ 40.000 Montagem estrutural da enzima 
β ~ 155.000 Ligação aos nucleotídeos 
β´ ~ 160.000 Ligação ao molde de DNA 
holoenzima 
σ 28- 90.000 Reconhecimento e seletividade do Promotor 
O Ciclo de síntese do RNA em 
bactérias 
O Fator sigma é 
fundamental para o 
reconhecimento do 
promotor 
procariótico 
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•  A RNA pol associa-se facilmente ao DNA e difunde 
unidirecionalmente 
•  Na presença do fator σ a RNA pol ancora no promotor 
•  Existem dois elementos principais reconhecidos pelo 
fator σ70 
–  um a 35 pb acima do inicio da transcrição 
–  outro a 10 pares do início, a pribnow box 
O Fator σ (sigma) se adapta a 
RNA pol e lhe permite 
reconhecer o promotor 
Fator σ em violeta 
Centro catalítico 
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A região onde uma proteína 
se liga ao DNA pode ser 
mapeada pela técnica 
de footprinting 
A pegada da proteína 
sobre o DNA
Alguns promotores bacterianos 
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Existe um consenso nos sítios -10 e -35 
Os promotores dependente de σ70 
apresentam elementos -10 -35 mas 
permitem variações 
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O Fator σ é segmentado o que 
permite reconhecer os diversos 
elementos do promotor 
O Elemento UP ocorre em 
promotores de proteínas ribossomais 
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A RNA pol contem canais por onde 
entra DNA e sae DNA e RNA 
Existem vários fatores σ 
 
•  que determinam o conjunto de genes 
a ser expresso em um dado momento 
. 
 
Fatores σ em Escherichia coli 
Gene Massa 
molecular 
Sub-conjunto elemento -35 Separação elemento -10 
rpoD 70.000 Geral TTGACA 16-18 pb TATAAT 
rpoH 32.000 Choque-térmico CCCTTGAA 13-15 pb CCCGATNT 
rpoN 54.000 Nitrogênio CTGGNA 6 pb TTGCA 
fliA 28.000 Flagelar CTAA 15 pb GCCGAATAA 
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Os fatores sigma permite que 
conjuntos de genes sejam 
expressos em formas de ondas 
Promotores controladores de genes envolvidos na esporulação 
de bactérias são produzidos serialmente 
O Fator sigma define o conjunto 
de genes que será transcrito 
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O processo de transcrição 
•  O processo de Transcrição pode ser dividido em três 
etapas: 
–  Iniciação: ocorre o reconhecimento da região promotora pela 
RNA polimerase e formação do complexo aberto 
–  Elongação: ocorre a síntese propriamente dita com a 
incoração de NTPs e aparecimento da cadeia nascente 
–  Terminação: ocorre quando a RNA polimerase encontra uma 
região de terminação. A cadeia nascente é liberada e a o 
complexo se desfaz  
A iniciação 
 A RNA polimerase quando encontra um promotor, muda 
de conformação estacionando sobre o DNA. formando 
um complexo fechado. 
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A iniciação 
 Acontece uma transição com o aparecimento de 
uma bolha de transcrição entre a região -10 e +1. 
Esta conformação é conhecida como complexo 
aberto. 
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A iniciação 
 São polimerizadas as primeiras 8 a 10 bases de forma 
abortiva. Quando a polimerase vence esta barreira 
inicial abandona o promotor liberando o fator σ e 
iniciando a elongação. 
 
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Transcritos abortivos limitam o início da 
transcrição, e a liberação do fator σ 
marca o fim da iniciação 
Modelos 
propostos 
O mais 
aceito 
Elongação 
•  Nesta etapa ocorre a polimerização propriamente dita. 
–  A fita nascente de RNA deixa o sítio catalítico enquanto a bolha de 
transcrição avança por sobre o DNA. 
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O Complexo de Elongação 
Terminação 
•   A transcrição prossegue até a RNA polimerase alcançar um 
terminador de transcrição 
•  Cada cistron em E. coli termina com uma região terminadora 
–  Região de sequências repetitivas invertidas seguida por uma região 
rica em T(U) 
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Terminadores intrínsecos incluem regiões 
palindrômicas que formam grampos 
Os terminadores intrínsecos 
apresentam 2 características 
essenciais: 
 -um grampo na estrutura 
secundária (rico em GC) 
 - uma sequência de cerca 
de 6 U 
Adaptado de Lewin, B. (2000) Genes VII/
Benjamin Lewin; Artmed Editora, 2001. 
A formação do grampo induz a 
terminação 
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Terminação ρ dependente 
•  Em E. coli 
existe um 
segundo tipo 
de terminador 
de transcrição, 
aquele 
dependente do 
fator ρ 
Estrutura do Fator ρ 
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Controle da transcrição 
•  Nível de iniciação 
•  Nível de elongação 
•  Nível de terminação 
 
Bases da regulação 
 Interação proteínas-Ácidos 
nucléicos 
http://www.grs-sim.de/research/computational-biophysics/research-activity/hiv-1.html 
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Observando a interação DNA-Proteína 
Gel de retardo 
Gel shift assay 
Ideia básica: 
Ativadores e Repressores 
Níveis basais de transcrição 
Transcrição reprimida 
Transcrição ativada 
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Ativação alostérica 
O Operon Lac 
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A RNA pol reconhece o 
promotor lac 
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O Repressor lac reconhece o 
Operador 
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A disponibilidade de glicose/
lactose controla o promotor lac 
Ambiente + Genótipo 
= Fenótipo