BASES MOLECULARES DA HERANÇA

Prévia do material em texto

BASES MOLECULARES DA HERANÇA
SÍNTESE DE PROTEÍNAS
TRANSCRIÇÃO: EXPRESSÃO GÊNICA
A expressão gênica ocorre na medida em que as proteínas são produzidas e este processo ocorre em dois passos: 
Transcrição: DNA ------- RNA 
Tradução: RNA------- Proteína 
Em conjunto, estas duas etapas compreendem o Dogma Central da biologia: 
As proteínas são sintetizadas no citoplasma e não no núcleo onde o DNA se encontra. Este foi o primeiro sinal que o DNA não, é o responsável direto pela síntese protéica. Outra evidência foi que a síntese protéica está associada com os ribossomos, os quais se encontram fora do núcleo. Portanto, o Dogma Central da Biologia representa a rota onde o DNA presente no núcleo passa a mensagem (RNA) obtida durante o processo de transcrição para o citoplasma, e neste local a mensagem é lida e convertida em proteínas nos ribossomos pelo processo da tradução. 
No processo de transcrição o DNA serve como um molde para a síntese de RNA. O RNA transcrito possui praticamente o mesmo tamanho do gene presente no DNA. Os passos envolvidos na síntese de RNA são semelhantes àqueles envolvidos na replicação do DNA, mas a síntese de RNA é até 20 vezes mais rápida do que a do DNA. A transcrição ocorre em três etapas principais:
*** O primeiro passo começa com uma enzima especial, a RNA polimerase, que se liga a seqüência específica do gene. A RNA polimerase juntamente com vários fatores de transcrição de proteínas se ligam no sítio promotor, o qual representa uma seqüência especial do DNA presente na região 5' do gene e que funciona como sinal de iniciação para a transcrição. Para cada gene, apenas uma fita do DNA conhecida como antisense é usada como molde, ou seja, apenas uma fita contém as seqüências codificadoras para o polipetídeo. A outra fita não copiada é chamada de fita sense. Como que a RNA polimerase reconhece a fita codificadora entre as duas fitas do DNA? A chave para o reconhecimento é o sítio promotor. As seqüências variam entre os diferentes promotores, mas quase a totalidade deles possuem duas seqüências específicas de seus nucleotídeos, TATAAT e TTGACA, onde a RNA polimerase se liga. 
***O segundo passo, representa a fase de elongação, onde a RNA polimerase trabalhando em uma das fitas, e movendo sempre na direção 5' - 3', vai adicionando ribonucleotídeos (fornecidos como trifosfatos, ex. ATP) na fita de RNA que está sendo sintetizada. Esta adição segue a regra de pareamento de bases, onde para uma C presente na fita de DNA, uma G é inserida na fita de RNA; para cada G uma C e para cada T uma A. Entretanto, para cada A na fita do DNA guia a inserção da pirimidina uracila (U da uridina trifosfato, UTP). A exemplo da síntese do DNA, cada vez que o nucleosídeo trifosfato é adicionado no terminal 3' da cadeia de RNA em crescimento, os dois fosfatos terminais são removidos. 
A região de transcrição pode conter uma seqüência conhecida como líder de comprimento variável. Esta seqüência sem poder de codificação se localiza entre o promotor e o início do gene. Durante a última fase, a de término, a RNA polimerase após alcançar o final do gene, continua com a transcrição até o sinal de separação. Assim como a seqüência líder, a região extra no terminal 3' também não é uma região de codificação, isto é, não será traduzida em aminoácidos. 
Tipos de RNA
Vários tipos de RNA são sintetizados: 
RNA mensageiro (mRNA): tem como função ser traduzido em polipeptídeo de aminoácidos. Os mRNA produzidos apresentam tamanhos diferentes o que reflete no tamanho do polipeptídeo que ele codificá. A maioria das células produz pequenas quantidades de milhares tipos diferentes de mRNA, cada um para ser traduzido em uma proteína que a célula precisa. Muitos mRNA são comuns a maioria das células, codificando proteínas envolvidas em processos básicos das células, por exemplo as enzimas envolvidas na rota glicolítica. Outros mRNAs são específicos para um certo tipo de células, codificando proteínas específicas para o funcionamento desta célula particular, como exemplo, o mRNA para a 
hemoglobina presente nas células vermelhas do sangue. 
RNA ribossomal (rRNA): faz parte dos ribossomos, organela responsável pela síntese de proteínas por meio da tradução do mRNA. Existem 4 tipos de RNA ribossomal. Em eucariontes eles são o 18S rRNA (uma dessas moléculas, juntamente com 30 proteínas diferentes faz parte da constituição da subunidade menor do ribossomo), 28S, 5,8S e 5S rRNA (um RNA de cada tipo deste, juntamente com 45 proteínas diferentes fazem parte da constituição da subunidade maior do ribossomo). O nome dado a cada tipo de RNA reflete a taxa na qual a molécula sedimenta em uma ultracentrífuga. Quanto maior o número, maior é o tamanho da molécula. As moléculas 28S, 18S e 5,8S são produzidas pelo processamento de um transcrito primário simples originado de um conjunto de cópias idênticas de um gene. As moléculas 5S são produzidas a partir de um conjunto diferente de genes idênticos. 
RNA transportador (tRNA): é a molécula de RNA que carrega aminoácidos para a cadeia do polipetídeo em crescimento. Existem 32 tipos diferente de tRNA em uma célula eucariótica típica, cada um sendo produto de um gene separado. São moléculas pequenas (-4S), contendo aproximadamente de 73 a 93 nucleotídeos. Muitas das bases presentes na cadeia formam pares produzindo seções de hélice dupla, enquanto que as regiões não pareadas formam 3 bolhas. Cada tipo de tRNA carrega na extremidade 3', um dos 20 aminoácidos, portanto para a maioria dos aminoácidos existe mais de um tRNA responsável por eles. Em uma das bolhas, 3 bases não pareadas formam o anticódon. O pareamento de bases entre o anticódon e o códon complementar presente na molécula de mRNA é o fator responsável pela adição correta do aminoácido na cadeia polipeptídica em crescimento. Detalhes deste processo serão discutidos durante a abordagem do processo de tradução. 
RNA pequeno nuclear (snRNA): durante a transcrição de genes que codificam mRNA, rRNA e tRNA ocorre a produção de um grande número de moléculas precursoras (transcritos primários) que devem ser processadas no núcleo para produzir a molécula funcional que será exportada para o citoplasma. 
Alguns dos passos de processamento são mediados por snRNA. Existem aproximadamente 12 genes diferentes para os snRNA, cada um presente em cópias múltiplas. Os snRNAs possuem várias funções durante o processamento dos outros tipos de RNA. Por exemplo, vários snRNA são parte do "spliceosome" que participa na conversão do pré-mRNA em mRNA pela excisão dos introns e união dos exons. 
Estrutura dos genes eucarióticos 
Todos os transcritos primários, conhecidos como hnRNA (RNA nuclear heterogêneo) produzidos no núcleo dos eucariontes devem ser processados para produzirem moléculas de mRNA funcionais que serão exportadas para o citossol. 
Etapas envolvidas no processamento dos hnRNA ----- mRNA 
a) Síntese do capacete: Aproximadamente após 30 bases transcritas, um segmento de três nucleotídeos modificados são adicionados à extremidade 5' do pré-mRNA. O capacete serve como um protetor da molécula de RNA contra degradação, sendo utilizado mais tarde também como um sinal de iniciação da tradução; 
b) Síntese da cauda poli (A): Este é um segmento de 100-200 nucleotídeos adenina afixados na extremidade 3' do pré-mRNA, que tem como objetivo proteger a região codificadora; 
c) Separação dos genes: A maioria dos genes eucarióticos são separados em segmentos (Fig. 11). Na região do gene que codifica proteína (seqüência codante ou "open reading frame") existem segmentos que serão representados na proteína e outros não. As regiões do DNA, que são transcrita em hnRNA mas não são traduzidas em proteínas, são chamadas de intron. Já as regiões do DNA que codificam aminoácidos para a proteína são conhecidas como exons. O número de exons que faz parte de um gene e a participação de cada um é variado. Por exemplo, o gene que codifica um tipo de colágeno encontradoem galinhas é separado em 52 exons, enquanto que um gene distrofina, o qual é mutado em garotos com distrofia muscular possui 79 exons. A remoção dos introns e união dos exons deve ser feita com grande precisão. Se um nucleotídeo de um intron é deixado ou se um é removido de um exon, a leitura dos nucleotídeos (códons) será alterada, produzindo novos códons que especificarão seqüências totalmente diferentes de aminoácidos a partir deste ponto até o final da molécula. Estas mudanças geralmente levam a uma interrupção prematura do crescimento da cadeia em função do aparecimento de um códon de parada. 
A remoção dos introns e união dos exons é feita pelos "spliceosome" (Fig. 12). Este é um complexo de vários snRNAs com várias proteínas. Os introns na maioria dos pré mRNA começam com GU e terminam com AG. Supostamente estas seqüências pequenas são essenciais para orientar os "spliceosome". Uniões alternativas dos exons fornecem um mecanismo para produzir uma grande variedade de proteínas a partir de um número pequeno de genes. Os genes para rRNA e tRNA também são misturas de exons e introns e estes não codificam proteínas. 
 TRADUÇÃO (RNA PROTEÍNA)
 
O problema que surge no processo de tradução é explicar como uma seqüência particular de nucleotídeos presente no mRNA é a responsável por uma seqüência definida de aminoácidos que fará parte de uma proteína. A resposta é que cada tRNA é específico para um aminoácido e para uma trinca particular de nucleotídeos no mRNA chamada de códon. No mínimo, existe um tipo de tRNA presente na célula para cada um dos 20 aminoácidos envolvidos na síntese protéica. Alguns aminoácidos empregam o serviço de dois ou três tRNA diferentes, portanto a maioria das células possui os 32 tipos diferentes de tRNA. O aminoácido é afixado ao seu apropriado tRNA por uma enzima ativa (uma das 20 aminoacil tRNA sintetase) específica para aquele aminoácido e para o seu respectivo tRNA. Cada tipo de tRNA possui uma seqüência de três nucleotídeos não pareados (anticódon) o qual se liga por meio da regra de pareamento de bases, com a trinca de nucleotídeos complementar (códon) presente na molécula do mRNA. 
Anticódon: 3' CGA 5' 
Códon: 5' GCU 3' 
Os códons do RNA representam o código genético, isto é, um conjunto de três nucleotídeos que 
especifica um aminoácido. Usando três nucleotídeos, o código genético apresenta 64 possíveis códons 
Notas: 
A presença de 64 possíveis códons significa que existe mais trincas do que as necessárias para os 
20 aminoácidos e os sinais de parada. Portanto, alguns aminoácidos são codificados por mais de um 
códon diferente. Códons que codificam o mesmo aminoácido são chamados de códons sinônimos 
porque eles traduzem o mesmo produto. A diferença entre eles está na terceira posição do códon. Em 
alguns casos, um simples tRNA pode reconhecer dois ou mais destes códons sinônimos; 
O códon AUG serve de sinal para início da tradução e codifica a metionina, que geralmente é removida em processamento posteriores. 
O códon AUG presente no restante da molécula de mRNA codifica também para o aminoácido metionina mas este não é removido;
Três códons UAA, UAG e UGA, atuam como sinais de parada da tradução. São chamados de códons de parada e para eles não existem tRNA; 
O código genético apresenta especificidade, isto é, cada códon sempre codifica o mesmo aminoácido; 
Com poucas exceções, o código genético é universal, especificando os mesmos aminoácidos para todos os organismos; 
O código apresenta uma seqüência contínua de bases e é lido a partir de um ponto fixo de três em três nucleotídeos; 
Passos envolvidos na tradução: 
1) Ativação: cada aminoácido é ativado pela sua reação com uma molécula de ATP. O aminoácido ativado é então ligado à uma molécula de tRNA particular com a ajuda de uma enzima (aminoacil tRNA sintetase) que é específica para um aminoácido e para uma molécula de tRNA particular .
2) Iniciação: A tradução se inicia quando a subunidade menor do ribossomo se liga na região à montante (região 5') do início da mensagem presente no mRNA. A ligação é auxiliada por enzimas presentes na subunidade menor que reconhece a região capacete presente no mRNA. Esta subunidade se move no sentido 5'-3' até encontrar o códon de iniciação AUG. Esta subunidade consegue abraçar dois códons simultaneamente. O tRNA iniciador se liga ao sítio P do ribossomo (este sítio fictício representa o primeiro códon do mRNA que o ribossomo consegue abraçar). 
3) Término: ribossomo vai se movendo até encontrar a presença de um dos códons de parada. Neste caso, fatores de liberação (proteínas citoplasmáticas) reconhecem estes códons quando eles aparecem no sítio A. Estas proteínas ligando-se ao sítio A, fazem com que o polipetídeo seja liberado do ribossomo por meio da hidrólise da ligação entre o último aminoácido e o tRNA. Finalmente as subunidades dos ribossomos se separam .