Aula 16 - Metabolismo do RNA

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Universidade Federal do Ceará
Centro de Ciências
Departamento de Bioquímica
Síntese e Processamento de RNA
Profa. Dra. Lady Clarissa Rocha
Introdução
Dogma Central da Biologia Molecular
Introdução
Introdução
DNA x RNA
Introdução
• O RNA armazena e transmite a informação genética contida no
DNA;
• Todas as moléculas de RNA, exceto o RNA do genoma de
alguns vírus, são derivadas da informação contida no DNA;
• Em geral, são de fita simples;
• O RNA como catalisador – ribozimas.
Introdução
3 tipos de RNA transcritos a partir de sequências de DNA:
• RNA mensageiro (mRNA): codifica a informação oriunda do DNA
para a síntese proteica;
• RNA de transferência ou transportador (tRNA): transfere o
aminoácido codificado no mRNA para a cadeia de proteína durante
sua síntese;
• RNA ribossômico (rRNA): constituinte dos ribossomos, local onde a
síntese de proteína ocorre.
Introdução
Transcrição = Replicação:
• Mecanismo químico fundamental (união de nucleotídios através de
ligações fosfodiéster na extremidade 3’-OH livre);
• Polaridade: síntese na direção 5’  3’;
• Uso de molde: a RNA polimerase obedece o pareamento de bases de
Watson e Crick;
• 3 fases: iniciação, alongamento e terminação.
Introdução
Transcrição ≠ Replicação:
• A RNA polimerase não requer um iniciador (primer);
• A transcrição envolve segmentos limitados de DNA – genes;
• Apenas uma fita de DNA serve de molde. Assim, forma-se
temporariamente um híbrido DNA-RNA curto.
OBS.: Sequências reguladoras específicas determinam o início e o fim
dos segmentos de DNA a ser transcritos em um dado momento do
metabolismo celular e também definem a fita de DNA que deverá ser
usada como molde.
Mr 390.000
Mr 70.000
• A transcrição do DNA em RNA é realizada pela RNA polimerase, uma
enzima que requer:
- Um segmento de DNA molde;
- Os quatro ribonucleosídeos trifosfatos (ATP, UTP, GTP, CTP);
- Co-fatores enzimáticos: íons Mg2+ e Zn2+.
RNA polimerase
RNA polimerase
• A RNA polimerase de E. coli é uma enzima composta de 5
subunidades – α
2
ββ’ω – formando um núcleo e ainda uma sexta
subunidade, denominada σ, que se liga transitoriamente ao núcleo
da enzima e a direciona para sítios de ligação específicos no DNA.
RNA polimerase
• Núcleo + subunidade σ holoenzima;
• A subunidade σ é variável, dependendo do gene que será transcrito.
Assim, existem várias holoenzimas diferentes;
• A RNA polimerase não apresenta atividade exonucleásica 3’  5’
revisora como as DNA polimerases. Assim, sua taxa de erro é
maior: 1 a cada 104-105 nucleotídios adicionados.
RNA polimerase
• Por que não há reparo de erros de pareamento pela RNA polimerase
durante a transcrição?
- Muitos RNAs são transcritos para um dado gene;
- RNA tem vida curta: tão logo a proteína codificada por ele seja
sintetizada, ele é degradado;
- Ocorrência de erros na transcrição possivelmente produzem
proteínas defeituosas mas esse efeito não é permanente nem
tampouco herdável.
RNA polimerase
• Fita molde x Fita não molde (ou codificadora):
- A fita codificadora é idêntica em sequência de bases ao RNA
transcrito, apenas com T ao invés de U (uracila está presente
apenas no RNA);
- A fita molde varia entre as duas fitas de DNA, dependendo do
gene que será transcrito, e é complementar ao RNA;
- Por convenção, as sequências reguladoras da transcrição são
designadas pelas sequências na fita codificadora.
Síntese de RNA em procariontes
Síntese de RNA em procariontes
• A RNA polimerase não requer um primer para dar início a
transcrição, mas precisa reconhecer e se ligar a sequências
específicas no DNA, chamadas promotores;
• Essas sequências direcionam a transcrição de segmentos de DNA
adjacentes, que codificam um produto gênico – genes;
• Os promotores são regiões altamente conservadas do DNA que
serão reconhecidas pela subunidade σ da RNA polimerase.
• As regiões -35 e -10 do promotor são sequências consenso importantes
para o reconhecimento e ligação da subunidade σ da RNA polimerase.
Mutações nessas regiões diminuem a eficiência de ligação da enzima.
-70 +30
Síntese de RNA em procariontes
Síntese de RNA em procariontes
As fases do processo transcricional – iniciação e alongamento
• 1ª fase da iniciação: ligação da RNA
polimerase ao promotor e formação
do complexo aberto.
Síntese de RNA em procariontes
As fases do processo transcricional – iniciação e alongamento
• 2ª fase da iniciação: início da
transcrição; alteração da
conformação do complexo;
movimentação do complexo de
transcrição para longe do
promotor.
• Alongamento: após a adição de
ca. de 10 nucleotídios, o promotor
é desobstruído e a subunidade σ
se dissocia.
Síntese de RNA em procariontes
As fases do processo transcricional – terminação
• Sinais de terminação:
- Independente de um fator proteico denominado ρ (rô)
 Presença de uma região no DNA que produz um transcrito de
RNA com sequências autocomplementares, levando à formação
de uma estrutura em grampo;
Síntese de RNA em procariontes
As fases do processo transcricional – terminação
 Série conservada de 3 resíduos
A no DNA, transcritos como 3
resíduos U no RNA próximo ao
grampo;
 A formação do grampo rompe
o pareamento A-U no híbrido
DNA-RNA, facilitando a
dissociação do transcrito.
Síntese de RNA em procariontes
As fases do processo transcricional – terminação
• Sinais de terminação:
- Dependente do fator ρ
 Proteína com atividade DNA-RNA helicase;
 Proteína ρ se liga ao RNA e migra até encontrar o complexo
de transcrição parado no sítio de terminação, onde ela promove
a liberação do RNA.
• A regulação da expressão gênica pode ocorrer a nível de promotor e de
iniciação da transcrição capacidade de ligação ou de polimerização
da RNA polimerase.
Síntese de RNA em procariontes
Síntese de RNA em eucariontes
• Três RNA polimerases:
- RNA polimerase I (Pol I) – transcrito precursor dos rRNAs 18S; 5,8S
e 28S;
- RNA polimerase II (Pol II) – mRNAs e outros RNAs especializados;
- RNA polimerase III (Pol III) – tRNAs, rRNA 5S e outros
especializados.
Síntese de RNA em eucariontes
• A Pol II possui 12 subunidades, mas apresenta alto grau de semelhança
estrutural com a RNA polimerase bacteriana.
• A Pol II necessita de fatores de transcrição que reconhecem os
promotores dos genes eucarióticos.
Inibidores da síntese de RNA
• Actinomicina D
• Acridina
• Rifampicina
• α-amanitina
Impedem a movimentação da RNA polimerase ao longo
do molde de DNA por causar deformações na dupla hélice
Se liga à subunidade β da RNA polimerase
Bloqueia Pol II e Pol III
Processamento pós-transcricional
• “Capacete” 5’ – um resíduo de metilguanosina:
- Protege o RNA de ribonucleases;
- Participa na ligação do mRNA ao ribossomo para iniciar a tradução.
• “Cauda” poli-A: sequência de resíduos A na extremidade 3’:
- Protege o RNA de ribonucleases;
- Reação catalisada pela poliadenilato polimerase. Essa enzima não
requer iniciador, mas a clivagem de um segmento 3’ terminal do
RNA.
mRNA eucariótico
Processamento pós-transcricional
Processamento pós-transcricional
• Remoção de íntrons e junção de éxons para formar uma sequência
contínua que especifica um polipeptídio funcional. Processo
catalisado por ribozimas.
Processamento pós-transcricional
Panorama geral do processamento pós-transcricional em mRNA eucariótico
Processamento pós-transcricional
Processamento diferencial do RNA
• Processamentos diferentes do mesmo transcrito primário produzem
mRNAs maduros diferentes, originando cadeiaspolipeptídicas
diferentes.
- Ex.: cadeias pesadas das imunoglobulinas – presença de 2 ou mais
sítios de poliadenilação e/ou de clivagem.
Processamento pós-transcricional
Processamento pós-transcricional
rRNAs e tRNAs procarióticos e eucarióticos
Processamento pós-transcricional
• Splicing;
• Modificação de bases;
• Adição da sequência CCA na extremidade 3’, onde se liga o
aminoácido.