Transcrição 1

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Do	
  DNA	
  ao	
  RNA	
  
Adriana	
  Taveira	
  
Por	
  que	
  o	
  DNA	
  é	
  o	
  material	
  gené7co?	
  
•  Instruções	
   gené7cas	
   escritas	
   em	
   um	
   alfabeto	
   de	
  
apenas	
  quatro	
  "letras“	
  
	
  	
  
Por	
  que	
  o	
  DNA	
  é	
  o	
  material	
  gené7co?	
  
•  Como	
   as	
   células	
   decodificam	
   e	
   usam	
   a	
   informação	
  
con7da	
  em	
  seus	
  genomas?	
  
	
  	
  
Por	
  que	
  a	
  sequência	
  de	
  aminoácidos	
  
da	
  proteína	
  é	
  importante?	
  
•  Sequência	
   de	
   aminoácidos	
   	
   determina	
   como	
   cada	
   proteína	
  
será	
   dobrada	
   para	
   produzir	
   uma	
   molécula	
   com	
   forma	
   e	
  
estrutura	
  química	
  caracterís7cas.	
  
Considerando	
  que	
  as	
  proteínas	
  são	
  os	
  principais	
  cons7tuintes	
  das	
  células,	
  
a	
  decodificação	
  do	
  genoma	
  determina	
  não	
  somente	
  o	
  tamanho,	
  a	
  forma,	
  
as	
  propriedades	
  bioquímicas	
  e	
  o	
  comportamento	
  das	
  células,	
  mas	
  
também	
  as	
  caracterís2cas	
  4picas	
  de	
  cada	
  espécie	
  na	
  Terra	
  	
  
	
  
Junk	
  DNA	
  
•  Pequenas	
   porções	
   de	
   DNA	
   codificante	
   (isto	
   é,	
   DNA	
   que	
  
codifica	
   para	
   uma	
   proteína)	
   estão	
   separadas	
   por	
   grandes	
  
blocos	
  de	
  DNA	
  aparentemente	
  sem	
  sen7do	
  
Junk	
  DNA	
  
Junk	
  DNA	
  
Síntese	
  de	
  proteína	
  envolve	
  RNA	
  
•  Quando	
   a	
   célula	
   necessita	
   de	
   uma	
   proteína	
   específica,	
   a	
   sequência	
   de	
  
nucleoRdeos	
  da	
  região	
  apropriada	
  de	
  uma	
  molécula	
  de	
  DNA	
  imensamente	
  
longa	
  em	
  um	
  cromossomo	
  é	
  inicialmente	
  copiada	
  sob	
  a	
  forma	
  de	
  RNA	
  	
  
Fluxo	
  da	
  informação	
  gênica	
  
•  Dogma	
  central	
  da	
  biologia	
  
Controle	
  da	
  transcrição	
  
•  Cada	
  gene	
  pode	
  ser	
  transcrito	
  e	
  traduzido	
  sob	
  taxas	
  diferente	
  
RNA	
  
Estrutura	
  tridimensional	
  do	
  RNA	
  
•  As	
   cadeias	
   de	
   RNA	
   podem	
   dobrar-­‐se	
   sob	
  
diversas	
  formas	
  -­‐	
   	
  similarmente	
  ao	
  que	
  ocorre	
  
com	
  uma	
  cadeia	
  de	
  polipepRdios	
  
Duplicação	
  e	
  transcrição	
  
•  Semelhanças	
  
–  Abertura	
  da	
  fita	
  de	
  DNA	
  
–  Desespiralização	
  	
  
–  Uma	
  das	
  duas	
  fitas	
  da	
  
dupla-­‐hélice	
  de	
  DNA	
  serve	
  
de	
  molde	
  para	
  a	
  síntese	
  de	
  
uma	
  molécula	
  de	
  DNA/
RNA	
  
–  Sequência	
  de	
  nucleoRdeos	
  
da	
  cadeia	
  de	
  RNA	
  é	
  
determinada	
  pela	
  
complementaridade	
  do	
  
pareamento	
  de	
  bases	
  	
  
•  Diferenças	
  
–  A	
  fita	
  de	
  RNA	
  não	
  
permanece	
  ligada	
  por	
  
ligações	
  de	
  hidrogênio	
  à	
  
fita	
  de	
  DNA-­‐molde	
  
–  Tamanho	
  -­‐	
  as	
  moléculas	
  de	
  
RNA	
  são	
  muito	
  menores	
  
que	
  as	
  moléculas	
  de	
  DNA	
  
Transcrição	
  
Caracterís7cas	
  dos	
  RNAs	
  
•  RNA	
  mensageiro	
  –	
  leva	
  informação	
  do	
  gene	
  para	
  
os	
  ribossomos	
  
•  Citoplasmá2co	
  -­‐	
  mRNA	
  
–  1.000	
  a	
  10.000	
  nucleoRdeos,	
  dependendo	
  da	
  proteína	
  
–  Sinte7zado	
  no	
  nucleoplasma	
  
–  Bloqueado	
   na	
   extremidade	
   5’;	
   poli(A)	
   na	
   3’;	
  
sequências	
  não	
  traduzidas	
  nas	
  duas	
  extremidades	
  
•  Mitocondrial	
  -­‐	
  mt	
  mRNA	
  
–  9S	
  a	
  40S	
  
–  Sinte7zado	
  na	
  mitocôndria	
  
mRNA	
  
Modificações	
  do	
  mRNA	
  
•  5´cap	
  
•  Adição	
  de	
  uma	
  base	
  
me7l	
  guanosina	
  
•  Estabiliza	
  a	
  molécula	
  de	
  
RNA	
  e	
  auxilia	
  no	
  início	
  
da	
  tradução	
  
mRNA	
  da	
  cadeia	
  leve	
  de	
  	
  
imunoglobulina	
  de	
  camundongo	
  
Caracterís7cas	
  dos	
  RNAs	
  
•  RNA	
   transportador	
   –	
   transferência	
   de	
  
aminoácidos	
  para	
  o	
   complexo	
  mRNA-­‐ribossomo,	
  
na	
  ordem	
  correta	
  
•  Citosólico	
  –	
  tRNA	
  
–  65	
  a	
  110	
  nucleoRdeos	
  –	
  4S	
  
–  Sinte7zado	
  no	
  nucleoplasma	
  
–  Contém	
   muitas	
   bases	
   modificadas,	
   bases	
   pareadas,	
  
estrutura	
  comum	
  específica	
  
•  Mitocondrial	
  –	
  mt	
  tRNA	
  
–  3,2S	
  a	
  4S	
  
–  Sinte7zado	
  na	
  mitocôndria	
  
Bases	
  quimicamente	
  modificadas	
  
formam	
  o	
  tRNA	
  
Estrutura	
  dos	
  tRNAs	
  
tRNAPhe 
Estrutura	
  do	
  tRNA	
  
•  Extremidade	
  	
  3’	
  –	
  braço	
  
aceptor	
  (que	
  se	
  liga	
  ao	
  
aminoácido	
  específico)	
  
•  Braço	
  do	
  an7códon	
  –	
  3	
  
nucleoRdeos	
  que	
  
reconhecem	
  o	
  códon	
  
•  Transcrito	
  primário	
  
possui	
  íntrons	
  que	
  são	
  
removidos	
  
Caracterís7cas	
  dos	
  RNAs	
  
•  RNA	
  ribossômico	
  –	
  estrutura	
  dos	
  ribossomos	
  
•  Citosólico	
  -­‐	
  rRNA	
  
–  28S	
  –	
  5400	
  nucleoRdeos	
  -­‐	
  nucléolo	
  
–  18S	
  –	
  2100	
  nucleoRdeos	
  -­‐	
  nucléolo	
  
–  5,8S	
  –	
  150	
  nucleoRdeos	
  -­‐	
  nucléolo	
  
–  5S	
  –	
  120	
  nucleoRdeos	
  -­‐	
  nucleoplasma	
  
–  5,8S	
  e	
  5S	
  com	
  muitas	
  bases	
  pareadas;	
  28S	
  e	
  18S	
  com	
  
nucleoRdeos	
  me7lados	
  
•  Mitocondrial	
  –	
  mt	
  rRNA	
  
–  18S	
  –	
  1650	
  nucleoRdeos	
  –	
  mitocôndria	
  
–  12S	
  –	
  1100	
  nucleoRdeos	
  -­‐	
  mitocôndria	
  
Estrutura	
  dos	
  ribossomos	
  
•  Svedberg	
   –	
   unidade	
   para	
   medida	
   de	
   coeficiente	
   de	
  
sedimentação	
  igual	
  a	
  10-­‐13	
  segundos	
  
Estrutura	
  do	
  rRNA	
  5S	
  
As setas indicam regiões protegidas por 
proteínas nos ribossomos 
RNAr	
  
Caracterís7cas	
  dos	
  RNAs	
  
Transcrição	
  
•  A	
  transcrição	
  e	
  a	
  tradução	
  são	
  os	
  meios	
  pelos	
  quais	
  as	
  células	
  
leem,	
  ou	
  expressam,	
  as	
  instruções	
  gené7cas	
  de	
  seus	
  genes	
  	
  
Transcrição	
  
•  Unidade	
   de	
   transcrição	
   –	
   fragmento	
   de	
   DNA	
  
que	
  será	
  transcrito.	
  
Transcrição	
  
Síntese	
  de	
  
RNA	
  
RNA	
  polimerase	
  
	
  Muitas	
  cópias	
  de	
  RNA	
  podem	
  ser	
  
produzidas	
  a	
  par7r	
  do	
  mesmo	
  gene	
  	
  
Transcrição	
  simultânea	
  por	
  muitas	
  
RNA	
  polimerases	
  
Importância	
  da	
  orientação	
  da	
  RNA	
  polimerase	
  
•  A	
  fita	
  de	
  DNA	
  u7lizada	
  como	
  molde	
  deve	
  ser	
  
percorrida	
  no	
  sen7do	
  3'para	
  5’	
  	
  
Genes	
  no	
  cromossomo	
  de	
  E.	
  coli	
  
•  Sen7dos	
   de	
   transcrição	
   sobre	
   uma	
  pequena	
   porção	
  
de	
  um	
  cromossomo	
  bacteriano	
  
Os	
  sinais	
  codificados	
  no	
  DNA	
  
indicam	
  à	
  RNA-­‐polimerase	
  onde	
  
iniciar	
  e	
  onde	
  terminar	
  a	
  transcrição	
  
	
  
Síntese	
  de	
  RNA	
  
TRANSCRIÇÃO	
  EM	
  PROCARIOTOS	
  
	
  
RNA	
  polimerase	
  de	
  E.	
  coli	
  
•Sinte7za	
  todos	
  os	
  RNAs	
  bacterianos	
  
•  Complexo	
  mul7enzimá7co	
  
•  Subunidades	
  grandes:	
  	
  
–  β	
  (150	
  kDa)	
  
–  β’	
  (160	
  kDa)	
  
•  Subunidades	
  pequenas:	
  	
  
–  α	
  (36	
  kDa)	
  
–  σ	
  (70	
  kDa)	
  -­‐	
  destacável	
  
–  ω	
  (10	
  kDa)	
  
Transcrição	
  em	
  
E.coli	
  
Subunidade MW No. Função 
β’ 150 1 Ligação ao DNA 
β 160 1 Catálise 
σ 70 1 Reconhec. do promotor 
α 36 2 ? 
ω 10 1 ? 
RNA polimerase 
Promotores	
  fortes	
  de	
  E.	
  coli	
  
•  Duas	
  sequências	
  hexaméricas	
  
Promotores	
  fortes	
  de	
  E.	
  coli	
  
RNA	
  polimerase	
  
-35 -10 nucleotídeo de iniciação 
COMPLEXO FECHADO 
1.	
  A	
  RNA	
  polimerase	
  encontra	
  o	
  promotor	
  e	
   liga-­‐se	
  num	
  
complexo	
  fechado.	
  A	
  sequência	
  -­‐35	
  é	
  importante	
  para	
  
esse	
  reconhecimento.	
  
Transcrição	
  em	
  E.coli:	
  Iniciação	
  
RNA	
  polimerase	
  
-35 -10 nucleotídeo de iniciação 
COMPLEXO ABERTO 
2.	
  Forma-­‐se	
  o	
  complexo	
  aberto:	
  desenrolam-­‐se	
  17	
  pares	
  de	
  
bases,	
  começando	
  pela	
  sequência	
  -­‐10.	
  
3.	
  A	
  transcrição	
  começa	
  no	
  nucleoRdeo	
  de	
  iniciação.	
  
Transcrição	
  em	
  E.coli:	
  Iniciação	
  
Transcrição	
  em	
  E.coli:	
  Elongação	
  
DNA 
Promotor Término 
Subunidade sigma 
RNA polimerase 
Nus A 
RNA 
Terminação	
  independente	
  de	
  fator	
  rho	
  
•  É	
  sinalizada	
  por	
  uma	
  região	
   repe7da	
  e	
   inver7da	
   rica	
  em	
  GC,	
  
seguida	
   por	
   4	
   resíduos	
   de	
   A.	
   As	
   repe7ções	
   formam	
   uma	
  
estrutura	
   estável	
   em	
   grampo,	
   causando	
   sua	
   dissociação	
   da	
  
molécula	
  de	
  	
  DNA	
  
Terminação	
  independente	
  de	
  fator	
  rho	
  
Terminação	
  dependente	
  de	
  fator	
  rho	
  
•  As	
  terminações	
  rho-­‐dependentes	
  (helicase	
  de	
  híbridos)	
  
Terminação	
  dependente	
  de	
  fator	
  rho	
  
RNA 
DNA 
Proteína Rho 
Visão	
  geral	
  
Síntese	
  de	
  RNA	
  
TRANSCRIÇÃO	
  EM	
  EUCARIOTOS	
  
As	
  RNA	
  polimerases	
  eucarió7cas	
  
•  Mitocondrial	
  	
  
– 65	
  kDa	
  
– Sinte7za	
  todos	
  os	
  mt	
  mRNAs	
  
As	
  RNA	
  polimerases	
  eucarió7cas	
  
•  Nucleares	
  
–  I	
  (A)	
  
•  Subunidades	
  grandes:	
  195-­‐197	
  e	
  117-­‐126	
  
•  Subunidades	
  pequenas:	
  61-­‐51,	
  49-­‐44,	
  29-­‐25	
  e	
  19-­‐16,5	
  
•  2	
  a	
  3	
  formas	
  variáveis	
  
•  Nucleolar	
  –	
  sinte7za	
  os	
  rRNAs	
  
–  II	
  (B)	
  
–  III	
  (C)	
  
As	
  RNA	
  polimerases	
  eucarió7cas	
  
•  Nucleares	
  
–  I	
  (A)	
  
–  II	
  (B)	
  
•  Subunidades	
  grandes:	
  240-­‐214	
  e	
  140	
  
•  Subunidades	
  pequenas:	
  41-­‐34,	
  29-­‐25,	
  27-­‐20,	
  19,5,	
  19,	
  
16,5	
  
•  3	
  a	
  4	
  formas	
  variáveis	
  
•  Sinte7za	
  os	
  mRNAs	
  
–  III	
  (C)	
  
As	
  RNA	
  polimerases	
  eucarió7cas	
  
•  Nucleares	
  
–  I	
  (A)	
  
–  II	
  (B)	
  
–  III	
  (C)	
  
•  Subunidades	
  grandes:	
  155	
  e	
  138	
  
•  Subunidades	
  pequenas:	
  89,	
  70,	
  53,	
  49,	
  41,	
  32,	
  29,	
  19	
  
•  2	
  a	
  4	
  formas	
  variáveis	
  
•  Sinte7za	
  os	
  tRNAs	
  e	
  o	
  rRNA	
  5S	
  
•  Sensível	
  a	
  α-­‐amani7na	
  
RNA	
  POLIMERASE	
  (nucleares)	
  
I	
   II	
   III	
  
SÍNTESE	
  DE:	
  	
  
• 	
  rRNA	
  
SÍNTESE	
  DE:	
  	
  
• 	
  mRNA	
  
• 	
  snRNA	
  	
  
• 	
  scRNA	
  
SÍNTESE	
  DE:	
  	
  
• 	
  tRNA,	
  
• 	
  snRNA	
  	
  
• 	
  scRNA	
  
RNA	
  POLIMERASE	
  	
  
MITOCONDRIAL	
  
SÍNTESE	
  DE:	
  	
  
• mRNA	
  
CLOROPLASTOS	
  
SÍNTESE	
  DE:	
  	
  
• 	
  mRNA	
  
RNA	
  polimerase	
  de	
  eucariotos	
  
Transcrição	
  
Procariotos	
  
•  RNA-­‐polimerase	
  bacteriana	
  
-­‐	
  única	
  proteína	
  adicional	
  
(fator	
  sigma)	
  para	
  que	
  
ocorra	
  iniciação	
  da	
  
transcrição	
  
•  Um	
  único	
  7po	
  de	
  RNA	
  pol	
  
Eucariotos	
  
•  RNA-­‐polimerases	
  
eucarió7cas	
  necessitam	
  de	
  
diversas	
  proteínas	
  
adicionais,	
  cole7vamente	
  
denominadas	
  fatores	
  gerais	
  
de	
  transcrição.	
  	
  
•  DNA	
  empacotado	
  em	
  
nucleossomos	
  e	
  sob	
  outras	
  
formas	
  de	
  estruturação	
  de	
  
croma7na	
  
Fatores	
  gerais	
  de	
  transcrição	
  
•  Funções:	
  
– Reconhecer	
  o	
  promotor	
  
– Abertura	
  da	
  dupla	
  fita	
  de	
  DNA	
  
– Liberação	
   da	
   RNA	
   polimerase	
   do	
   promotor	
  
(elongação)	
  
•  Cole7vamente	
  conhecidas	
  como	
  TFII	
  (fator	
  de	
  
transcrição	
  para	
  a	
  polimerase	
  II)	
  
Promotor	
  eucarió7co	
  transcrito	
  pela	
  RNA	
  
polimerase	
  II	
  
•  TATA	
  box	
  
•  A	
   subunidade	
   de	
   TFIID	
   que	
   reconhece	
   o	
   TATA	
   box	
   -­‐	
   TBP	
  
(TATA-­‐binding	
  protein)	
  
Formação	
  do	
  complexo	
  de	
  	
  
transcrição	
  da	
  RNA	
  pol	
  II	
  
Estrutura	
  da	
  TBP	
  ligada	
  ao	
  DNA	
  
TBP = TATA box 
binding protein 
Complexo	
  formado	
  por	
  TBP,	
  DNA	
  e	
  
TFIIB	
  
Outras	
  sequências	
  importantes	
  para	
  a	
  
transcrição	
  	
  	
  
Fatores	
  de	
  transcrição	
  necessários	
  
para	
  transcrição	
  mediada	
  por	
  RNApolII	
  
A	
  polimerase	
  II	
  necessita	
  de	
  proteínas	
  modificadoras	
  
de	
  croma7na,	
  a7vadoras	
  e	
  mediadoras	
  	
  
Transcrição	
  em	
  procariotos	
  e	
  
eucariotos	
  
Transcrição	
  em	
  procariotos	
  e	
  
eucariotos	
  
Modificações	
  pós	
  transcrcionais	
  no	
  
mRNA	
  -­‐	
  	
  5’cap	
  
Modificações	
  pós	
  transcrcionais	
  no	
  
mRNA	
  -­‐	
  	
  5’cap	
  
Poliadenilação	
  
Provê	
  uma	
  estrutura	
  especial,	
  
ou	
  cauda	
  para	
  a	
  extremidade	
  
3’	
  =	
  ~	
  200	
  nucleoRdeos.	
  
Este	
  processo	
  sinaliza	
  o	
  
término	
  da	
  transcrição	
  
	
  Splicing	
  (Remoção	
  dos	
  Íntrons)	
  
As	
   reações	
   de	
   splicing	
   ocorrem	
  
em	
  duas	
  etapas:	
  
1ª	
  Clivagem	
  do	
  sí7o	
  5’,	
  e	
  a	
  união	
  
desta	
  extremidade	
  do	
  íntron	
  com	
  
o	
  ponto	
  de	
  ramificação	
  (A)	
  =	
  laço,	
  
no	
  qual	
  o	
  íntron	
  forma	
  uma	
  alça;	
  
2ª	
   Clivagem	
   do	
   sí7o	
   3’	
   e	
   ligação	
  
simultânea	
  dos	
  éxons.	
  
Maquinaria	
  de	
  splicing