Aula 3 EXPRESSÃO GÊNICA

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE POTIGUAR - ESCOLA DA SAÚDE 
CURSO DE BIOMEDICINA 
 
 
 
 
 
BIOTECNOLOGIA E DIAGNÓSTICO I 
 
 
 
 
 
 
 
AULA 3 
EXPRESSÃO GÊNICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Natal/RN 
2016 
 
 
 
Expressão gênica é quando a informação no gene do DNA vai produzir uma proteína ou RNA 
funcional. O nosso DNA tem informações para produzir proteínas e RNA funcionais, tais como 
RNA ribossômicos, transportador, microRNAS e RNA interferente. O único RNA que não é 
funcional é o RNA mensageiro. 
O que é gene? 
 
 Uma sequência do DNA que tem a informação para produzir proteínas e RNA’s funcionais. 
A fita de DNA é constituída por nucleotídeos, no início do processo eu tenho uma fita de DNA, vai 
ser produzido o transcrito primário e partir dele vai formar o RNA mensageiro. DNA vai produzir 
RNA mensageiro. Transcrição de transcrito. 
 A partir dos nucleotídeos são formados os aminoácidos. A transcrição ocorre no núcleo e a 
síntese de proteínas ocorre no citoplasma. A síntese de proteínas ocorre no citoplasma, tendo em 
vista que os compostos necessários tais como ribossomos e aminoácidos estão no citoplasma. 
 Após a transcrição do DNA no núcleo, o transcrito primário sai da célula e vai para o 
citoplasma, por meio dos poros da carioteca. A partir daí, pode ocorrer a ação da Ribonuclease ou 
RNase, um tipo de nuclease que catalisa a degradação do RNA em componentes menores a partir 
das extremidades. Por essa razão, deve ocorrer uma proteção das extremidades do transcrito 
primário. 
 Dessa forma, inicia-se o capeamento na extremidade 5’, que consiste em uma ligação 
nucleotídica atípica do tipo 5´- 5´, de uma 7-metilguanosina na extremidade 5´ do transcrito 
primário pela enzima guanililtransferase. O nucleotídeo adicionada é referido como cap (ou quépe) 
e tem função de proteger a extremidade contra ataque de nucleases citoplasmáticas e permitir que o 
complexo de pré-iniciação da tradução reconheça a extremidade do mRNA para que ocorra a 
síntese de proteínas. A extremindade 5’ está de frente para a parte externa da carioteca, no sentido 
do citoplasma. 
 Nesta instância, para proteger a extremidade 3’ ocorre o processo de poliadenilação, que 
consiste na adição de uma sequência de adenosinas (de 100 a 300 em geral) na extremidade 3´ do 
transcrito. É realizada pela enzima poliA polierase. O filamento de adenosinas produzido é referido 
como cauda poli A. 
 O material genético está enovelado nas proteínas histonas. Dessa forma, é necessário que 
haja o desenrolamento da região que será utilizada para a produção de proteínas. O reconhecimento 
do gene que será necessário para a produção de proteínas é de responsabilidade de algumas 
 
 
 
proteínas específicas chamadas de Fatores de transcrição. Elas trazem o RNA polimerase para 
realizar a montagem dos RNAs. 
 Resumidamente, Para que o RNA polimerase consiga encontrar o ponto de início da 
transcrição ela necessita de proteínas conhecidas como Fatores de Transcrição. Essas proteínas são 
responsáveis por se ligar a sequências específicas de DNA (promotores) que caracterizem o local de 
início da transcrição e recrutar a RNA polimerase a esses sítios. 
 Na transcrição, uma determinada fita de DNA está aberta, ficando exposta a região do gene 
que será transcrito. A RNA polimerase vai adicionar nucleotídeos no sentido 5’-3’. Após esse 
processo teremos a formação do transcrito primário. A fita molde promove a produção do transcrito 
primário por meio da fita 5’-3’. O transcrito primário é semelhante ao trecho do gene que foi 
transcrito. 
A formação do RNA mensageiro ocorre 3 processos: 
 
 Adição do CAP (quepe): Uma adição de uma guanosina, por meio da adição de um metil 
aliada a uma guanina. Dessa forma, como a nucleasse pra fazer a degradação do DNA 
precisa reconhecer as 4 bases nitrogenadas: adenina, citosina, uracila e guanina, ela não irá 
degradar o material genético pelo fato de que ela não irá reconhecer a substituta da guanina, 
que passou por um processo de metilação. 
 Splicing: Os íntrons são sequências que não são utilizadas para a produção de proteínas 
específicas. Enquanto que os éxons são sequências que são utilizadas para a produção de 
determinadas proteínas. Dessa forma, os íntros precisam ser retirados da fita. 
O RNA mensageiro, em termos de tamanho, é menor que o transcrito primário. O transcrito 
primário possui região 5’ protegida da nucleasse, por meio da adição do quepe. Contudo, a 
região 3’ está desprotegidos. 
 Poliadenilação: Adição de uma sequência de adenosinas (de 100 a 300 em geral) na 
extremidade 3´ do transcrito. É realizada pela enzima poliA polierase. O filamento de 
adenosinas produzido é referido como cauda poli A. A quantidade de adenosinas incluídas 
dependem do tempo que o processo de tradução necessita do RNA mensageiro. Quanto 
maior o tempo de funcionalidade do RNA mensageiro, maior a quantidade de adenosinas na 
cauda Poli A. 
Quando o transcrito primário passa por esses três processos (Adição do quepe, Splicing e 
Poliadenilação) ele passa a se chamar de RNA mensageiro. 
 
 
 
1. POLIADENILAÇÃO 
 
 Além dos capacetes, a maioria dos RNA’s eucarióticos são alterados de forma a conter uma 
cauda de poliadenilato na sua extremidade 3’. Nessa cauda estão presentes cerca de 200 A’s, que se 
enrolam ao redor de várias cópias de uma proteína ligadora. Essa cauda tem a função de atuar como 
acentuadora da tradução, proteger o mRNA da digestão por nucleases presentes no meio e 
proporcionar uma maior estabilidade à molécula. Especula-se que ela também tenha um papel 
importante no transporte do mRNA para o citoplasma. 
 É interessante notar que o nucleotídeo que se encontra logo antes da cauda poli-A não é o 
último que será traduzido e podem haver mais centenas de nucleotídeos além da extremidade 3’ de 
um RNA maduro. Os nucleotídeos contendo a adenina não são codificados pelo DNA e são 
adicionados posteriormente ao mRNA. 
 
Como o mecanismo celular sabe onde deverá ser adicionada a cauda poli-A? 
 
 Estudos mostraram que os transcritos primários de RNA são clivados através de uma 
endonuclease específica que reconhece a seqüência AAUAAA. Entretanto, apenas essa seqüência 
não é suficiente para que ocorra o corte, é também necessário que haja um contexto ainda 
desconhecido de nucleotídeos próximos que caracterizem a região. Após o corte, uma 
enzima polimerase poli-A, dependente de ATP, acrescenta os nucleotídeos contendo a base adenina 
na extremidade 3’ do RNA. 
 
2. SPLICING 
 
 Os íntros estão intercalando os éxons. Ao final de um Éxon 5’ encontra-se uma Uracila 
ligada a uma Adenina por meio de um fosfato. No início de um Éxon 3’ encontra-se uma Guanina 
ligada a uma Uracila por meio de um fosfato. Uma Guanina ligada a uma hidroxila irá fazer um 
ataque nucleofílico. Dessa forma, a guanina vai introduzir a hidroxila na ligação Éxon 5’ e a 
hidroxila vai se ligar com a Uracila, eliminando a Adenina. 
 
 
 
 
 
 Dessa forma a Adeninia que estava ligada ao fosfato sai da cadeia e se uni com a guanina 
que antes estava ligada a hidroxila, formando o complexo (pG-pA). Nesta instância a extremidade 
5’ do íntron é liberada da molécula. O complexo (pG-pA) se liga a extremidade 5’ do íntron, que a 
partir de agora está solta do transcrito primário. 
 
 Por fim, a hidroxila que está ligada a uracila da extremidade 5’, vai fazer um ataque 
nucleofílico a guanina da outra extremidade (3’). Dessa forma, a hidroxila vai se unir a guanina que 
foi retirada por ela, formandoo complexo (G-OH) na extremidade 3’. 
 
 Dessa forma, teremos apenas uma cadeia de éxons. Onde a união entre as cadeias ocorrerá 
por meio da ligação UpU (duas uracilas ligadas a um fosfato). 
 
(Ver Splicing em artigo) 
 
 
 
 
A expressão gênica varia de acordo com o tipo celular e a estrutura do tecido, conforme o exemplo 
abaixo: 
 
 
TRADUÇÃO E CÓDIGO GENÉTICO 
 
 No citoplasma, o RNA mensageiro é traduzido em uma proteína pela ação de uma variedade 
de moléculas de RNA transportador, cada uma específica para um aminoácido. Essas moléculas 
notáveis, cujo o comprimento individual varia de 70 a 100 nucleotídeos, têm a tarefa de colocar os 
aminoácidos corretos na posição correta ao longo do molde do RNA mensageiro, para serem 
adicionados à cadeia de polipeptídios em crescimento. A síntese de proteína ocorre nos ribossomos, 
compostos de RNA transportador – codificado pelos genes de rRNA 18S e 28S – e várias dúzias de 
proteínas ribossômicas. 
 A chave da tradução é o código que relaciona aminoácidos específicos com combinações de 
três bases adjacentes ao longo do RNA mensageiro. Cada conjunto de três bases constitui um 
códon, específico para um determinado aminoácido. Teoricamente, são possíveis quase variações 
infinitas no arranjo das bases ao longo da cadeia do polinucleotídeo. Em qualquer posição, existem 
quatro possibilidades (A, T, C ou G). Então, para três bases existem 4
3
, ou 64, possibilidades de 
combinações de trincas. Esses 64 códons constituem o código genético. 
 
 
 
 Como existem somente 20 aminoácidos e 64 códons possíveis, a maioria dos aminoácidos é 
específica para mais de um códon, consequentemente se diz que o códon é redundante. Por 
exemplo, a base na terceira posição da trinca pode ser uma purina (A ou G) ou uma pirimidina (T 
ou C) ou, em alguns casos, qualquer uma das quatro bases, sem alterar o código da mensagem. A 
leucina e a arginina são, cada uma, específicos para um códon único. Três dos códons são chamados 
de códons de fim ou de término, pois designam o término da tradução do RNA mensageiro naquele 
ponto. 
 A tradução de um RNA mensageiro processado é sempre iniciado no códon que especifica a 
metionina. A metionina é, portanto, o primeiro aminoácido codificado (aminoterminal) de cada 
cadeia polipeptídica, embora seja geralmente removida antes que a síntese da proteína seja 
completada. O códon de iniciação para a metionina é o AUG. Ele estabelece a matriz de leitura do 
RNA mensageiro, cada códon subsequente é lido na sua vez para predizer a sequência de 
aminoácidos da proteína. 
 Os elos moleculares entre códons e aminoácidos são as moléculas de RNA transportador 
específicas. Um determinado local em cada RNA ribossômico forma um anticódon com três bases 
que é complementar a um códon específico no RNA mensageiro. A ligação entre um códon e um 
anticódon leva o aminoácido apropriado à próxima posição no ribossomo para a fixação, pela 
ligação de uma ligação peptídica, na terminação carboxila da cadeia de polipeptídios crescente. O 
ribossomo, então, avança exatamente três bases ao longo do RNA mensageiro, alinhando o próximo 
códon para reconhecimento por outro RNA transportador com o próximo aminoácido. Assim, as 
proteínas são sintetizadas a partir de aminoácidos da carboxila terminal, que corresponde à tradução 
do RNA mensageiro na direção de 5’ para 3’. 
 A tradução é finalizada quando um código de finalização (UGA, UAA, UAG) é encontrado 
na mesma matriz de leitura que o códon iniciador. Os códons de fim em qualquer outra matriz de 
leitura não-usada não são lidos e, portanto, não possuem nenhum efeito na tradução. O polipeptídeo 
completo é então liberado pelo ribossomo, que se torna disponível para iniciar a síntese de outra 
proteína. 
 Muitas proteínas sofrem modificações extensas após a tradução. A cadeia polipeptídica, que 
é o produto da tradução primária, é dobrada e ligada a uma estrutura tridimensional que é 
determinada pela própria sequência de aminoácidos. Duas ou mais cadeias polipeptídicas, produtos 
do mesmo gene ou de genes diferentes, podem combina-se para formar um único complexo de 
proteína madura. Por exemplo, duas cadeias de α-globina e duas cadeias de β-globina se associam 
 
 
 
de forma não-covalente para formar uma molécula de hemoglobina tetramérica. Os produtos 
proteicos podem também ser modificados quimicamente, por exemplo, pela adição de grupos metil, 
fosfatos ou carboidratos em locais específicos. Essas modificações podem ter uma influência 
significativa na função ou na abundância da proteína modificada. 
 Outras modificações podem envolver a clivagem de proteína, seja para remover sequências 
aminoterminais específicas após elas servirem para dirigir uma proteína para a sua posição correta 
na célula (p. exemplo, proteínas que funcionam no núcleo ou mitocôndrias) seja para separar a 
molécula em cadeias polipeptídicas menores. Por exemplo, duas cadeias que compõem a insulina 
final, uma com 21 e outra com 30 aminoácidos de comprimento, são originalmente parte de um 
produto de tradução primária de 81 aminoácidos chamado de proinsulina.