05 Transcricao do DNA em RNA

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Transcrição
Prof. Asafe Costa Lopes
Replicação
Transcrição
Tradução
Dogma central da biologia molecular
• A informação é transferida do DNA
para o RNA: leva a informação
genética para o citoplasma;
18/01/2018 Transcrição 2
Transcrição
• Processo pelo qual uma molécula de RNA é sintetizada a
partir da informação contida na sequência de
nucleotídeos de uma molécula de DNA de fita dupla;
18/01/2018 Transcrição 3
Replicação
Transcrição
Tradução
Transcrição
• É o processo pelo qual uma molécula
de RNA é sintetizada a partir de um
gene (DNA);
• É o primeiro estágio da expressão
gênica – síntese de proteínas;
18/01/2018 Transcrição 4
Estrutura do RNA
• O RNA formado por uma cadeia de polinucleotídeos;
• Sua pentose – ribose (2’OH);
• Bases nitrogenadas – uracila;
• Unifilamentar;
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3’
mRNA
5’
Classes de RNA
• RNA mensageiro (RNAm) – transfere a informação
contida nos genes estruturais para o citoplasma;
• Após se ligar a um ribossomo, o RNAm especifica a
sequência de aminoácidos de uma cadeia polipeptídica;
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Classes de RNA
• RNA transportador (RNAt) – também é transcrito do
DNA;
• Associa-se aos aminoácidos por uma de suas extremidades;
• A códons determinados no RNAm pela outra extremidade;
• Leva os aminoácidos aos sítios de síntese proteica;
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Classes de RNA
• RNA ribossomal (RNAr) – transcrito de DNA:
• Associa-se à proteínas ribossômicas e formam os ribossomos;
• Local de montagem das proteínas;
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Genes
18/01/2018 Transcrição 9
Gene RNAm
(Codificadores)
Proteína
Gene RNAr
Gene RNAt
Gene RNAsn/sc
RNAs funcionais
G
e
n
e
 
E
s
tr
u
tu
ra
l
G
e
n
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s
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e
 R
N
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c
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if
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a
d
o
re
s
RNAs codificadores e não-codificadores
• O que são RNA codificadores?
• Aqueles que são traduzidos em proteínas;
• RNAm;
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Transcrição
Tradução
Gene
• A informação contida em um gene
estrutural tem que ser transcrita e depois
traduzida. As proteínas são o produto
final de um gene estrutural. Elas
desempenham funções importantes;
• Exemplos:
• Insulina produzida pelas células pancreáticas
é uma proteína importante;
• Hemoglobina presente nas hemácias;
18/01/2018 Transcrição 11
Início da 
tradução
Final da 
tradução
Região 
Promotora
Final da 
Transcrição
Características de um gene estrutural humano 
típico
• Um gene não inclui apenas as sequências codificadoras;
• Inclui também sequências adjacentes de nucleotídeos
necessárias para a transcrição correta do gene;
18/01/2018 Transcrição 12
Início da 
tradução
Final da 
tradução
Região 
Promotora
Final da 
Transcrição
Genes
• Extremidade 5’: região promotora: inclui sequências responsáveis pelo início correto
da transcrição. Faz parte do gene, mas não é transcrito;
• Extremidade 3’: região não-traduzida que contém um sinal para a poliadenilação
(adição de uma sequência de adeninas – cauda poli-A no RNAm maduro);
• Éxons - a região de um gene que é transcrita em RNAm e traduzida em proteína;
• Íntron - a região de um gene que é transcrita em RNAm, mas que não é traduzida em
proteína;.
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Para que mesmo serve o RNAm?
• Ele é um intermediário do DNA para regular a
produção de uma proteína:
• Quanto mais se “precisa” da proteína, mais RNAm dela
é produzido => Regulação da transcrição.
18/01/2018 Transcrição 14
Transcrição X Replicação
• Transcrição:
• Ocorre transcrição somente do gene que a célula está
necessitando naquele momento;
• Transcrição: reflete o estado fisiológico da célula;
• O conjunto de genes transcritos em uma dada situação é
variável;
18/01/2018 Transcrição 15
RNA
• Uma célula pode produzir
várias cópias de RNA e
proteína;
• Os processos de transcrição e
tradução são controlados;
18/01/2018 Transcrição 16
Um neurônio e um linfócito compartilham o 
mesmo genoma
18/01/2018 Transcrição 17
Transcrição
• Síntese de RNA a partir de um molde de DNA;
• Todos os tipos de RNA são sintetizados a partir de
um molde de DNA;
• Apenas pequenas partes da molécula de DNA (os
genes) são transcritos;
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O filamento molde
• Para formar uma cadeia de RNA a dupla fita de DNA se
abre;
• Os nucleotídeos de RNA se formam pareando-se com os
do DNA (complementariedade);
• A transcrição de um gene ocorre apenas em uma das
fitas de nucleotídeos de DNA;
• O filamento usado para a transcrição: filamento molde;
18/01/2018 Transcrição 19
Filamento não molde
• O outro filamento: filamento não-molde ou filamento
codificante;
• O RNA transcrito é igual em polaridade e sequência de
bases ao filamento não-molde (codificante);
• Exceção que a T do DNA que é substituído por U no RNA.
18/01/2018 Transcrição 20
M K F S T F L A V G A A L E stop
N-terminal C-terminalProteína
Síntese Protéica (Tradução)
5’-AUG AAG UUC UCC ACC UUU UUG GCA GUA GGG GCU GCC CUU GAA UAA-3’
5’-ATG AAG TTC TCC ACC TTT TTG GCA GTA GGG GCT GCC CTT GAA TAA-3’
3’-TAC TTC AAG AGG TGG AAA AAC CGT CAT CCC CGA CGG GAA CTT ATT-5’
DNA
Transcrição
mRNA
Qual das 2 fitas foi a molde ???
18/01/2018 Transcrição 21
Como as enzimas
reconhecem a unidade
de transcrição?
Como saber qual
filamento de DNA ler,
onde começar e onde
parar?
Unidade de transcrição
• É um trecho de DNA que codifica uma molécula de RNA;
18/01/2018 Transcrição 22
Unidade de Transcrição
• Em uma unidade de transcrição existem 3 regiões
críticas:
• Promotor;
• Sequência codificante de RNA;
• Finalizador;
18/01/2018 Transcrição 23
Promotor
• Sequência específica de DNA: as enzimas e proteínas
que realizam a transcrição reconhecem e se ligam;
• Indica qual filamento de DNA deve ser lido (molde);
• Determina o ponto de início da transcrição (o 1˚
nucleotídeo que será transcrito em RNA);
• Perto do ponto de início de transcrição - mas ele mesmo
não é transcrito;
18/01/2018 Transcrição 24
Sequência codificante de RNA 
• Sequência codificante de RNA;
• Sequência nucleotídeos de DNA copiada em uma molécula de
RNA;
18/01/2018 Transcrição 25
Finalizador
• Sequência nucleotídeos que indica onde termina a
transcrição;
• Fazem parte da sequência codificante;
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O substrato da transcrição
• O RNA é sintetizado a partir de
nucleotídeos livres;
• Cada nucleotídeo é adicionado ao grupo
3’OH do nucleotídeo anterior;
• O filamento do gene que serve como
molde para a síntese do RNA é sempre lido
na direção 5’ > 3’;
18/01/2018 Transcrição 27
O substrato da transcrição
• A síntese de RNA não requer um primer: a RNA
polimerase consegue iniciar a síntese de um filamento
de RNA a partir de um molde “nú”;
18/01/2018 Transcrição 28
A enzima da transcrição
• Apenas 1 enzima efetua todas as etapas para a
transcrição:
• RNA Polimerase;
• Várias proteínas acessórias (fatores de transcrição) agem
junto com a RNA polimerase;
• Cada proteína é responsável por regular uma função
especial;
18/01/2018 Transcrição 29
RNA polimerase I RNAr
RNA polimerase II RNAm
RNA polimerase III RNAt, RNAsn, RNAsc
A enzima da transcrição
• Procariontes: possuem 1 tipo de RNA polimerase;
• Sintetiza todas as classes de RNA bacteriano (RNAm,
RNAt, RNAr);
• Eucarióticas: possuem 3 tipos de RNA polimerase;
• Cada uma transcreve uma classe de RNA:
18/01/2018 Transcrição 30
O processo de transcrição
• Três estágios:
• Reconhecimento– Iniciação;
• Alongamento;
• Término;
18/01/2018 Transcrição 31
Iniciação
• Depende de:
• Sequências específicas no DNA: promotores;
• Fatores de transcrição;
• RNA polimerase;
• Iniciação: o aparelho de transcrição é montado no
promotor e começa a síntese de RNA;
• A iniciação requer que os fatores de transcrição e a RNA
polimerase reconheçam e se liguem ao promotor.
18/01/2018 Transcrição 32
Iniciação
• Promotores:
• São sequências específicas de DNA sempre próximas do gene,
necessárias para o recrutamento da RNA polimerase;
• Com um local fixo em relação ao ponto de início da
transcrição;
• “Chave de ignição” ou o ponto de partida para a transcrição;
• Não fazem parte do RNA transcrito;
18/01/2018 Transcrição 33
Promotores eucarióticos
• Já foram identificadas diversas sequências específicas do
promotor;
• As mais comuns são:
• TATA – Mais comum, presente em muitos genes;
• CAAT – Menos comum que TATA, contribui para aumento no
nível de transcrição;
• GC – Presente em genes que não possuem TATA ou CAAT;
18/01/2018 Transcrição 34
Promotores eucarióticos
18/01/2018 Transcrição 35
Neste exemplo o promotor possui a sequência TATAAA (chamada 
sequência consenso) a cerca de 25 a 30 pb acima do sítio de início 
da transcrição.
O “TATA box”
-25
Início da transcrição
3’ 5’
• Os nucleotídeos em ambos os lados das sequências de consenso variam 
muito não tem similaridade alguma entre os diferentes genes.
Sequência comum em Promotores Eucarióticos
18/01/2018 Transcrição 36
Iniciação - Fatores gerais de transcrição
• Reconhecem e se ligam a essas sequências consenso na
região promotora e recrutam a RNA polimerase II;
• Formando o complexo de iniciação da transcrição;
• Montado próximo ao início da transcrição;
• As duas cadeias de DNA se separam, formando uma
bolha de transcrição;
• A RNA polimerase é liberada do complexo e é capaz de
iniciar a transcrição;
18/01/2018 Transcrição 37
A ligação do complexo enzima-
fator de transcrição sigma é na
região -10 e -35 do promotor.
Iniciação em procariontes – Apenas 1 fator de 
transcrição (sigma)
18/01/2018 Transcrição 38
Mutações em Promotores X Doenças genéticas
• Mutações em sequências consenso dos promotores levam a uma
redução ou inibição completa no nível de transcrição;
• Demonstrando a importância desses elementos para a expressão
gênica normal;
• Ex.: Mutações na sequência TATAAA no gene da ß-globina –
identificadas em pacientes com distúrbio ß-talassemia de
hemoglobina;
• TATAAA > TGTAAA
18/01/2018 Transcrição 39
Alongamento
• A RNA polimerase move-se ao longo do molde, abrindo
progressivamente o DNA na margem da bolha de
transcrição;
• Adicionando nucleotídeos à molécula de RNA (de acordo
com a sequência molde);
• Reenrolando o DNA na margem antecedente da bolha;
• O RNA emerge como uma cadeia unifilamentar livre;
18/01/2018 Transcrição 40
Alongamento
18/01/2018 Transcrição 41
Um geneAlongamento
• A própria RNA polimerase:
• Abre a dupla fita de DNA a ser transcrita;
• Mantem as fitas de DNA separadas somente na região de
síntese;
• Fecha o DNA imediatamente após a síntese;
18/01/2018 Transcrição 42
Alongamento
18/01/2018 Transcrição 43
Término
• A transcrição termina após a RNA polimerase transcrever
a sequência finalizadora;
• Tanto a RNA polimerase quanto a molécula de RNA se
soltam da bolha de transcrição;
18/01/2018 Transcrição 44
Término
18/01/2018 Transcrição 45
Resumo
• Na transcrição a informação é mantida na mesma
linguagem – nucleotídeos;
• A transcrição produz um RNA complementar a uma das
fitas do DNA;
• Existem RNAs que são traduzidos em proteínas e RNAs
não traduzidos. O RNA mensageiro é traduzido em
proteína;
• Quem executa a transcrição de RNAs mensageiros é a
RNA polimerase II;
18/01/2018 Transcrição 46
PROCARIOTOS
EUCARIOTOS
TRANSCRIÇÃO
TRANSCRIÇÃO
PROCESSAMENTO DO RNA
TRADUÇÃO
TRADUÇÃO
E DEPOIS QUE O RNA É TRANSCRITO??
18/01/2018 Transcrição 47
Onde fica o RNA?
• É feito no núcleo e depois vai para o
citoplasma
• Mas procarioto não tem núcleo...
• Por isso se diz que sua transcrição é acoplada 
com a tradução;
18/01/2018 Transcrição 48
Atenção: só em procariotos. Pois eles não têm núcleo.
O acoplamento transcrição-tradução em 
procariotos
18/01/2018 Transcrição 49
Eucariotos
• RNA recém-transcrito no núcleo (RNA
heterogêneo nuclear ou pré-RNAm):
• Sofre vários tipos de processamento antes de deixar
o núcleo;
• O RNAm maduro vai para o citoplasma;
• O RNAt e RNAr também sofrem um
processamento mais simples antes de deixar o
núcleo e irem para o citoplasma;
18/01/2018 Transcrição 50
O Processamento do pré-RNAm
Profa. Ester Siqueira Caixeta
Capping, Poliadenilação e Splicing
Processamento do pré-RNAm
• Nas células eucarióticas a transcrição ocorre no
núcleo;
• Pré-RNAm sofre processamento ainda no núcleo;
• São feitas mudanças:
• Na ponta 5’;
• Na seção codificante de proteínas;
• Na ponta 3’;
• Transcrito inicial – pré-RNAm;
• Transcrito final processado – RNAm;
18/01/2018 Transcrição 52
Processamento do pré-RNAm
• Adição do Cap 5’;
• Adição da cauda poli(A);
• Splicing;
18/01/2018 Transcrição 53
Adição do CAP 5’
• Capping (capeamento) – Cap 5'
• O que é:
• Adição de Guanina metilada (CH3) no 1˚nucleotídeo transcrito;
• Local:
• Primeiro nucleotídeo 5‘;
• Funções:
• Protege o RNA contra ribonucleases;
• Facilita o transporte do RNAm para o citoplasma;
• É necessário para a ligação do ribossomo;
• Quando:
• Assim que possível (logo após o início da transcrição);
18/01/2018 Transcrição 54
Processamento
18/01/2018 Transcrição 55
Adição da Cauda Poli(A)3’
• Poli-adenilação – adição da cauda poli (A);
• O que é:
• Adição de 50-200 Adeninas na ponta 3’ do pré-RNAm;
• Local:
• Na extremidade 3‘;
• Funções:
• Facilita transporte;
• Protege região codificadora ;
• Estabiliza o RNAm no citoplasma (aumenta o tempo que o RNAm
permanece disponível para a tradução);
• Quando:
• Após terminação;
18/01/2018 Transcrição 56
Processamento
18/01/2018 Transcrição 57
Recomposição (Splicing)
• Retirada de íntrons do pré-RNAm:
• Éxon - a região de um gene/pré-RNAm/RNAm que é traduzido
em proteína. Porção codificadora presente no RNAm;
• Íntron - uma região de um gene/pré-RNAm que não é
traduzido em proteína. Porção não codificadora presente
somente até o pré-RNAm;
• Splicing – o processo no qual os íntrons são removidos e
éxons são unidos para ser traduzido em uma única
cadeia polipeptídica;
18/01/2018 Transcrição 58
Splicing
• O que é:
• Retirada de introns, fusão de éxons;
• Local:
• Os íntrons no pré-RNAm começam com “GU” e terminam com
“AG” – são cortados nessas sequências (pequenas sequências
de consenso);
• Função:
• Tornar a molécula de RNAm útil;
• Quando:
• Logo após cap e poli-A;
18/01/2018 Transcrição 59
Regra GU-AG
• Presença constante dos nucleotídeos GU (no início do
íntron) e AG no final do íntrons;
18/01/2018 Transcrição 60
Splicing
• Splicing mediado por Snurps:
• Snurps: um complexo formado por RNAsn + proteínas;
• Ajuda a clivar no sítio de splicing (GU e AG);
• Remove intron;
• Impede afastamento dos éxons;
• Une os éxons;
18/01/2018 Transcrição 61
Splicing
18/01/2018 Transcrição 62
Splicing
18/01/2018 Transcrição 63
Defeitos na recomposição X Doenças genéticas
• Mutações nas pequenas sequências de consenso de
remoção dos íntrons levam a uma síntese defeituosa do
RNAm maduro;
• Impedindo a tradução do RNAm em proteína;
• Ex.: Mutação na sequênciaAG (3’) do íntron 1 no gene ß-
globina - ß-talassemia;
• AG > GG;
18/01/2018 Transcrição 64
ß-Talassemia
• Doença genética causada por mutações que reduzem ou
impedem a síntese da cadeia ß-globina da hemoglobina.
• Proteína presente na hemácia – responsável pelo
transporte de oxigênio dos pulmões para os tecidos.;
• HbA (adulto) – 4 cadeias polipeptídicas (α2ß2) –
tetrâmero globular;
• 2 cadeias α (141 aa) - 16
• 2 cadeias ß (146 aa) - 11
18/01/2018 Transcrição 65
Pouca ou nenhuma produção da cadeia polipeptídica ß-globina –
necessária para a formação da hemoglobina (HbA).
ß-Talassemia
• Distúrbio monogênico:
• Mutações no gene ß-globina situado no cromossomo 11;
• Pode resultar de mais de 100 mutações diferentes:
• As principais mutações levam à uma síntese defeituosa de
RNAm:
• Recomposição do RNA;
• Promotores;
• Sítio cap;
• Defeitos no sinal de poliadenilação;
18/01/2018 Transcrição 66
ß-Talassemia
• Indivíduos com 2 alelos ß-talassemia:
• Talassemia maior;
• Portadores de 1 alelo ß-talassemia:
• Talassemia menor (condição assintomática ou podendo ter
uma anemia leve);
18/01/2018 Transcrição 67
Características Clínicas / Tratamento
• Anemia grave desde a infância;
• Sintomas clássicos de fadiga, fraqueza e sonolência;
• Deformidades esqueléticas – decorrentes da hipertrofia
da medula óssea – comprometida da parte rígida dos
ossos;
• Hepatomegalia (destruição de hemácias);
18/01/2018 Transcrição 68
Características Clínicas / Tratamento
• Atraso no crescimento;
• Sintomas podem ser aliviados com a transfusão
sanguínea;
• Transfusões sucessivas – aumento nos níveis de ferro no
organismo (coração, fígado, pâncreas, rins – falência
funcional);
• Controle do acúmulo de ferro – administração de
agentes quelantes;
• Transplante de medula óssea;
18/01/2018 Transcrição 69
O splicing alternativo
utiliza o mesmo pré-RNAm
para gerar RNAm que
possuem diferentes
combinações de éxons
Permite que uma mesma
sequência gênica codifique
proteínas diferentes.
Splicing alternativo ou edição do RNAm
18/01/2018 Transcrição 70
Splicing alternativo ou edição do RNAm
18/01/2018 Transcrição 71
Obrigado!
18/01/2018 Transcrição 72