Aula de Transcrição

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
DISCIPLINA: BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR
FFLUXOLUXO DADA IINFORMAÇÃONFORMAÇÃO GGENÉTICAENÉTICAFFLUXOLUXO DADA IINFORMAÇÃONFORMAÇÃO GGENÉTICAENÉTICA
TTRANSCRIÇÃORANSCRIÇÃO: : BBIOSSÍNTESEIOSSÍNTESE DODO RNARNA
PROFA. LIA D’AFONSÊCA PEDREIRA DE MIRANDA
Fonte: Nature, 2001
• Para que os genes se expressem, eles devem ser transcritos em
moléculas de RNA
• O RNA é uma réplica (com poucas alterações) da fita de DNA
complementar à fita que serve de molde
1. CONSIDERAÇÕES GERAIS
complementar à fita que serve de molde
• O processo de síntese de RNA é denominado TRANSCRIÇÃO do
DNA
• A escolha dos genes a serem TRANSCRITOS é o que determina
todo o processo vital
2. A MOLÉCULA DE RNA
Bases nitrogenadas
Organização molecular
(blocos construtivos)
• Para que os genes se expressem, eles devem ser transcritos em
moléculas de RNA
• O RNA é uma réplica (com poucas alterações) da fita de DNA
complementar à fita que serve de molde
1. CONSIDERAÇÕES GERAIS
complementar à fita que serve de molde
• O processo de síntese de RNA é denominado TRANSCRIÇÃO do
DNA
• A escolha dos genes a serem TRANSCRITOS é o que determina
todo o processo vital
2. A MOLÉCULA DE RNA - TIPOS
2. A MOLÉCULA DE RNA - TIPOS
RNA mensageiro 
(3 a 5 %)
RNA transportador
(10 a 15% do RNA total celular)
RNA ribossômico
(75%)
Replicação X Transcrição
REPLICAÇÃO
Semelhantes em termos de mecanismos químicos, polaridade e uso 
de molde
um cromossomo inteiro é copiado
para produzir duas moléculas de DNA
filhas idênticas ao DNA parental
apenas genes ou grupos de genes
específicos são transcritos num certo
tempo
TRANSCRIÇÃO
Replicação X Transcrição (diferenças)
� RNA polimerase não necessita de um iniciador (primer)
� O RNA produzido não permanece ligado a fita molde
� Ausência de mecanismos de verificação� Ausência de mecanismos de verificação
� Copia seletivamente parte do genoma
� Regulação da transcrição - escolha da região a ser transcrita e 
a extensão da transcrição
TRANSCRIÇÃO – características
♦ Varias cópias de RNA podem ser produzidas a partir do mesmo gene
♦ É realizada por um complexo enzimático cuja enzima chave é a RNA
polimerase
♦ Para transcrever um gene a RNA polimerase passa por uma série de etapas,
definidas em três fases:
► iniciação
► alongamento
► terminação
Dois genes sendo transcritos por diversas RNAs polimerases simultaneamente
RNA polimerase (procariotos)
Enzima geralmente formadas por muitas cadeias polipeptídicas que catalisam
toda transcrição do DNA
Descoberta em 1960 (Hurwitz, Srevens e Weiss independentemente)
RNA polimerase de procariotos
Subunidade Número Papel 
α 2 
Participa da iniciação, liga-
se a seqüências reguladoras 
Lodish et al., Molecular Cell Biology, 5thed
α 2 
se a seqüências reguladoras 
β 1 
Participa da iniciação e 
alongamento, forma 
ligações fosfodiéster 
β’ 1 Liga-se a molde de DNA 
σ 1 
Reconhece promotor, inicia 
síntese (dissociando-se logo 
após) 
ω 1 Regulação (Zaha, 2001) 
 
Interage com proteínas ativadoras e repressoras que
modulam a taxa de expressão gênica das células
RNA polimerase
♦ Catalisa as ligações fosfodiéster 
entre os nucleotídeos
♦ Usa uma das fitas de DNA como 
molde 
♦ Sintetiza cadeias de RNA no 
sentido 5’ → 3’ 
Alberts et al., Molecular Biology of the Cell, 4thed
reconhecem e ligam-se a seqüências específicas de DNA
♦ desnaturam o DNA, expondo a seqüência de nucleotídeos a ser 
copiada
♦ mantêm as fitas de DNA separadas na região de síntese
As RNA polimerases
♦ mantêm as fitas de DNA separadas na região de síntese
♦ mantêm estável o híbrido DNA:RNA
♦ renaturam o DNA na região imediatamente posterior à síntese
♦ sozinhas ou com o auxílio de proteínas específicas, terminam a 
síntese de RNA
Transcrição em procariotos
Sequências promotoras
Fita codificadora
(senso)
Sítio de início
Promotor
(sinal de iniciação)
• duas sequências são altamente conservadas nos genes comparados, 
sequências consenso (TTGACA) e (TATATT) 
• as regiões -10 e -35 são separadas por 17±1 nucleotídeos
• o primeiro nucleotídeo a ser transcrito geralmente é uma purina (A ou G)
Alberts et al., Molecular Biology of the Cell, 4thed
Fita molde
(anti-senso)
Sítio de início
Transcrição em procariotos
A direção da RNA polimerase é definida pela orientação do promotor
A direção do movimento da RNA polimerase
determina qual das duas fitas do DNA será usada
Fita molde (anti-senso)
Fita codificadora (senso)
uma RNA polimerase que se move da 
esquerda para direita usa a fita inferior 
como molde
uma RNA polimerase que se move da 
direita para esquerda usa a fita 
superior como moldeAlberts et al., Molecular Biology of the Cell, 4thed
Transcrição em procariotos
Iniciação – reconhecimento da sequência de DNA
Polimerase se liga a 
sequência promotora na 
dupla hélice do DNA 
Complexo fechado
Lodish et al., Molecular Cell Biology, 5thed
Complexo fechado
Polimerase abre a dupla 
hélice do DNA, próximo 
ao sítio de início. 
Complexo aberto
Polimerase catalisa a ligação 
fosfodiester inicial entre dois 
rNTPs
Iniciação em procariotos: ação da RNA polimerase 
Subunidade sigma (σ) – reconhece 
a região promotora
Desenovelamento 
( formação da bolha de transcrição)
Ligação de 
fatores de 
alongamento
( formação da bolha de transcrição)
Alongamento
Ocorre após o desligamento do 
fator sigma
Alberts et al., Molecular Biology of the Cell, 4thed
Desligamento 
da subunidade δ
Alongamento em procariotos
Lodish et al., Molecular Cell Biology, 5thed
Polimerase avança na 
direção 5’ → 3’ na fita 
molde, abrindo a 
dupla hélice do DNA e 
adicionando rNTPs ao 
RNA nascente.
- Alteração na forma da RNA polimerase
- Formação de fita híbrida DNA:RNA
- A inclusão de um nucleotídeo envolve:
.. Redução do tamanho da região pareada no híbrido
.. Um par de base do DNA, à frente da bolha de transcrição deve ser desnaturado
.. O pareamento de um par de bases do DNA, na extremidade oposta deve ser restabelecido
.. A RNA polimerase deve mover-se um nucleotídeo sobre a fita de DNA para que seu sítio
de reação fique em contato com o próximo nucleotídeo na fita molde
Lodish et al., Molecular Cell Biology, 5thed
Terminação em procariotos
No sítio de parada, 
a polimerase 
libera o RNA 
completo e se 
Sequências específicas no DNA determinam o fim da transcrição
Lodish et al., Molecular Cell Biology, 5thed
completo e se 
dissocia do DNA
Fita completa 
de RNA
Término em procariotos
Parada da RNA polimerase 
Destruição parcial do híbrido RNA-DNA (proporcionando instabilidade da região 
que permanece ligada); 
Dissociação do RNA nascente da enzima RNA polimerase; 
Restabelecimento da região dupla-fita do DNA; 
Mecanismos em E. coli
Restabelecimento da região dupla-fita do DNA; 
Liberação da RNA polimerase da fita molde do DNA.
Rho(ρ) independente
Rho(ρ) dependente
DNA 5’ C C C A G C C C G C C T A A T G A G C G G G C T T T T T T T T G A A C A A A A 3’ 
 
3’ G G G T C G G G C G GA T T A C T C G C C C G A A A A A A AA C T T G T T T T 5’ 
 
 
 
sequências 
repetidas 
invertidas
Término 
Rho(ρ) – independente – sintetiza RNA contendo:
� região autocomplementar rica em GC e em AT;
� uma seqüência de adenilatos na fita molde do DNA que são transcritos em uridilatos na
extremidade do RNA.
Fita molde
 
5’ C C C A G C C C G C C U A A U GA G C G G G C U U U U U U UU - OH 3 ‘ 
 
 A 
 A UU G 
 C A 
 C G 
 G - C 
 C - G 
 C - G 
 C - G 
 G - C 
 5’ C C C A - U U U U U U U - OH 
 
RNA
(transcrito)
Transcrito 
formando grampo 
de terminação
Término
Rho (ρρρρ) dependente
� A proteína ρ ao se ligar ao RNA nascente, provoca a desestabilização
do complexo de transcrição.do complexo de transcrição.
� A proteína ρ é tem atividade RNA-DNA helicase dependente de ATP,
o que – provavelmente – rompe o híbrido.
Transcrição Procariotos x Eucariotos
♦ Localização
♦ Processamento do transcrito primário
Transcrição em eucariotos
Sistema mais complexo e menos conhecido que o de procariotos
diversidade dos eucariotos
pluricelularidade / diferenciação
tipos diferentes de RNAs polimerases
Etapas: iniciação, alongamento e terminação
Características da trancrição:
• Eucariotos necessitam de proteínas auxiliares das RNAs polimerases
(fatores de transcrição) para reconhecimento dos sítos de início da
transcrição (promotores)
• A maioria das proteínas regulatórias ativadoras (enhancer) podem atuar
a distância do promotor
• Os RNAs são processados no núcleo e trazidos ao citoplasma onde
ocorre a síntese de proteínas
Transcrição em eucariotos
RNA polimerase em eucariotos (núcleo)
Tipo Localização Transcritos celulares 
Efeito da αααα-
amanitina 
Três tipos de RNA polimerase (I, II e III)
amanitina 
I Nucléolo rRNA 18S, 5,8S e 28S Insensível 
II Nucleoplasma 
Precursores de mRNA e 
snRNA 
Fortemente inibida 
III Nucleoplasma tRNA e rRNA 5S 
Inibida por altas 
concentrações 
 
Transcrição em eucariotos
RNA polimerase em eucariotos (núcleo)
Tipos de RNAs polimerases Transcritos celulares
RNA polimerase I rRNA 5,8S; rRNA 18S; rRNA 28S
RNA polimerase II precursores do mRNA; snoRNA; miRNA;
siRNA e a maioria dos snRNAs
RNA polimerase III tRNA; rRNA 5,0; alguns snRNAs e outros
pequenos RNAs
Transcrição em eucariotos
RNA polimerase em eucariotos
RNA polimerase de mitocôndria – é codificada no núcleo e tem
apenas uma subunidade, sendo similar a polimerase de
bacteriófago
RNA polimerase de cloroplasto – é codificada pelo DNA do
próprio cloroplasto e é semelhante a polimerase de bactérias
Transcrição em eucariotos
RNA polimerase I ► transcrevem genes que
codificam o pré-RNA (80S) que dará origem
aos RNAs ribossômicos
Importância para a célula (107 moléculas de
rRNA para cada divisão celular)
Necessita de pelo menos quatro proteínas ou
complexos protéicos para a formação do
complexo de iniciação
RNA polimerase I
Transcrição em eucariotos
RNA polimerase III ► transcrevem genes codificadores dos rRNA 5S, tRNAs e
snRNA (10%)
Complexo formado por 14 subunidades, é a polimerase mais complexa, com
cerca de 700 kDa
Promotores localizados internamente no sítio de iniciação - regiões controladoras
internas (ICRs)
Fatores de transcrição
Transcrição em eucariotos
Iniciação
RNA polimerase II ► transcrevem
genes que codificam o hnRNA que dará
origem ao mRNA
Complexo formado por duas
subunidades maiores e várias
subunidades menores (6 a 8)
Transcreve a grande maioria dos genesTranscreve a grande maioria dos genes
eucarióticos
Fatores de transcrição:
TBP – proteína de ligação ao TATA box
TFIID – reconhecimento do TATA e posicionamento
do TFIIB e POL II
TFIIE – recrutamento do TFIIH
TFIIH – usa ATP para separar a dupla hélice e
fosforila a RNA polimerase II de modo que os TF
são liberados
Complexo de 
pré-iniciação
Iniciação
Complexo mediador
Proteínas ativadoras
Complexo remodelador de cromatina
Enzimas modificadoras de histona
Alongamento (Polimerase II)
TranscriçãoTranscriçãoTranscrição ememem eucariotoseucariotoseucariotos
Um novo conjunto de fatores estimula o alongamento pela RNA polimerase II 
A figura evidencia que as enzimas do processamento do RNA são recrutadas pela 
cauda da polimerase
Processamento do mRNA em eucariotos
Modificação na extremidade 5’ (ocorre quando o RNA possui 20 a 40 nt) 
Adição do Cap 5’ ou formação da “sequência lider”
• adição guanina no terminal 5’
• formação de uma ligação
Ocorre em todos os mRNAs eucarióticos,
exceto os das mitocôndrias e cloroplastos
• formação de uma ligação
incomum 5’-5’ envolvendo três
fosfatos PPP
• adição de um grupo metila na
posição 7 da guanina
Modificação na extremidade 3’
Adição da cauda poli A
Sequência sinal para poliadenilação
Fatores de clivagem
CstF (fator de especificidade de clivagem)
CPSF (fator de estimulação de clivagem)
Adição de resíduos de adenina
Terminação / processamento do mRNA
Adição de resíduos de adenina
Remoção da poli-A polimerase
Importância da cauda poli A e CAP 5’
� Estabiliza a molécula de mRNA
� Protege o mRNA contra a ação de endonucleases� Protege o mRNA contra a ação de endonucleases
� Atua como acentuadora da tradução
� Atua no transporte do mRNA para o citoplasma
ProcessamentoProcessamentoProcessamento do RNAdo RNAdo RNA
Transcrição de um gene eucariótico típico:
pré-RNAm ou hnRNA mRNA ou RNA funcional
Splicing - remove os íntrons e une os exons.
Excisão de íntrons
No pré-RNA, um nucleotídeo específico (A)
presente no íntron ataca a região 5’ de
splicing e corta a estrutura açúcar fosfato
neste ponto
A extremidade do íntron cortada torna-se
covalente mente ligada ao nucleotídeo de
adenina, formando um laço
Splicing
adenina, formando um laço
A extremidade 3’ OH livre do éxon reage
com extremidade do éxon adjacente,
formando uma fita contínua de RNA
codificante (mRNA)
Ribonucleoproteínas
Spliceossomo
Arranjo formado por 
snRNPs ( pequenas 
partículas de 
ribonucleoproteínas) e 
precursores de mRNA.
Splicing Catalizado por ribonucleoproteínas) snRNP (snurps) 
ETAPA 1
FORMAÇÃO DO LAÇO E 
CLIVAGEM DO SÍTIO DE 
SPLICING 
molécula precursora do 
mRNA
MONTAGEM DO 
SPLICEOSSOMO
precursores de mRNA.
ETAPA 2
CLIVAGEM DO SÍTIO DE SPLICING 3’ 
E UNIÃO DAS DUAS SEQUÊNCIAS 
DE EXONS
sequência do ítron cortada 
na forma de laço 
(será degradada no núcleo)
mRNA maduro
( sequências de 
exons ligadas) 
Splicing alternativo
Gene da 
troponina TW X
α Z
Z
W
α β
X Forma α da troponina T
Tradução 
Processamento 
Transcrição
Ocorre em genes interrompidos cujos exons codificam unidades estruturais ou funcionais de
proteínas. Essa organização confere ao gene a potencialidade de gerar formas alternativas
de proteínas processando o transcrito primário de diferentes maneiras
troponina TW X Z
ZW
α
β
β
X Forma β da troponina T
Transcrição 
Processamento 
Tradução
Um único gene para a troponina T pode gerar, por um mecanismo de splicing 
alternativo, as formas α e β dessa proteína
Transporte do mRNA
para fora do núcleo
Processamento de RNAs ribossômicos
Em procariotos
O transcrito primário contém pelo menos uma
cópia de cada uma dos três rRNAs (16S, 23S,
5S) e uma ou mais cópias de rRNA
organizados em operons.
O processamento envolve metilação e cortes 
por diferentes nucleases
Em eucariotos
Os rRNAs 5,8S, 18S e 28S – fazem parte de
uma única unidade de transcrição (precursor
45S)
O processamento ocorre no nucléolo onde
as subunidades ribossomais são construídas
Processamento de RNAs ribossômicos
Semelhante em procariotos e eucariotos
Modificações: adição,acréscimo de sequências terminais e modificação de bases
RNase P- responsável pela formação da extremidade 5’ em alguns organismos
Em procariotos os próprios genes codificam a sequência ACC e a Rnase D remove os 
nucleotídeos extras até chegar a sequência ACC
Em eucariotos a formação 
da extremidade 3’ envolve:
Remoção de nucleotídeos de extremidade 3’
Adição da sequência ACC é feita pela enzima 
nucleotidil-tRNA- transferase
tRNA +ATP +2CTP = tRNA-ACC + 3PPi
Introns em sistemas procarióticos
Considerados exceção a regra
- tRNA de arquebactérias
- Genes de bacteriófagos