AULA3-Transcriçao_2015

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Transcrição e 
processamento de 
RNA 
Disciplina: Biologia Molecular 
Curso: Ciências Biológicas 
Profa. Dra. Nedenia Stafuzza 
 
 2015 
Armazenamento e transferência de informação 
Função do DNA 
DNA 
RNA 
Proteína 
replicação transcrição 
tradução 
Transcrição 
Espelha o estado fisiológico da célula 
  varia conforme necessidades celulares 
Deve ser iniciada e terminada em pontos específicos 
 promotores / terminadores 
A célula deve controlar quais genes devem ser transcritos, quando e 
quanto RNA deve ser sintetizado 
Pelo processo de transcrição são sintetizados todos os tipos 
de RNA da célula 
Composição de um gene: 
 
Região reguladora: controle da transcrição 
Promotor: sítio no DNA onde se liga a RNA polimerase; 
Terminador: sequência nt que determina o desligamento da RNA 
polimerase da fita de DNA molde ao final do processo de transcrição; 
Região codificadora: éxons (codifica a sequência de aa da proteína 
ou a sequência do RNA estável) 
 Definição Molecular do Gene 
 
“sequência completa de ácidos nucleicos necessária para a 
síntese de um produto gênico funcional “ 
Proteína RNA 
3’ 5’ 
Características da Transcrição 
A síntese de RNA ocorre de modo semelhante a de DNA, exceto: 
 precursores são ribonucleosídeos trifosfatos (rNTP) e não 
desoxirribonucleosídeos trifosfatos (dNTP); 
 apenas 1 filamento do DNA é utilizado como molde para síntese de 
um RNA; 
 síntese pode ser iniciada sem a necessidade de um filamento 
(primer) pré-existente; 
A síntese da cadeia de RNA também ocorre no sentido 5’ 3’, com 
adição de nt ao grupo 3’-OH da ponta da cadeia 
 Porém a enzima utilizada é a RNA polimerase 
Replicação: o cromossomo inteiro é replicado 
Transcrição: apenas segmentos específicos do DNA são utilizados 
como molde (genes) 
transcrição apenas dos genes necessários em um determinado 
momento da vida do organismo 
 economia de tempo e de energia 
 
processo seletivo: enzimas e proteínas reguladoras devem ser 
capazes de distinguir sinais nas sequências de interesse 
 onde começar e terminar a transcrição 
 RNA - classes 
 RNA informacionais  intermediários no processo de 
decodificar os genes em cadeias polipeptídicas (mRNA) 
 PROCARIOTOS – transcrito primário = mRNA 
 EUCARIOTOS – transcrito primário (pré-mRNA) 
processado = mRNA 
 RNA funcionais  nunca são traduzidos 
 - papéis diversos: estruturais e funcionais 
 - tRNA, rRNA, snRNA, miRNA, lncRNA 
Convertido em aminoácidos 
(TRADUÇÃO) 
Tipos de RNA 
mRNA: RNA mensageiro 
Codificante de proteína 
ncRNA: RNA não codificante 
Transcrito com papel estrutural, funcional ou catalítico 
rRNA: 
RNA ribossômico 
Síntese proteica 
tRNA: 
RNA transportador 
Interface entre 
mRNA e 
aminoácidos 
snRNA: 
Pequenos 
RNAs 
nucleares 
Fazem parte do 
spliceossomo 
snoRNA 
Pequenos 
RNAs 
nucleolares 
Envolvidos nas 
modificações do 
rRNA 
lncRNA 
RNAs maiores, com 
 papel na estrutura 
da cromatina e 
imprinting 
siRNA: 
Pequenos RNAs de 
Interferência 
Moléculas ativas na 
interfência de RNA 
miRNA: 
MicroRNA 
Pequenos RNAs 
envolvidos na regulação 
de genes codificantes 
piRNA 
Piwi RNA 
otransposons 
Há 4 tipos de RNA que participam do processo da transferência da 
informação (DNA  proteína) 
Estrutura das moléculas de RNA 
 
Todos apresentam papéis essenciais na expressão gênica 
 
 1. RNA mensageiro 
 2. RNA transportador 
 3. RNA ribossômico 
 4. Pequenos RNAs nucleares 
1. RNA mensageiro (mRNA) 
sintetizado a partir da molécula molde (3’--5’) de DNA 
função: molde na síntese das proteínas 
 mRNA determina a sequência de aminoácidos no polipeptídio 
mRNA: mesma sequência que a fita de DNA não molde 
(exceto U → T) 
Filamento não-molde (sense) 
Filamento Molde (anti-sense) 
Procariotos: 
-transcrito primário: mRNA exatamente complementar à 
molécula de DNA utilizada como molde. 
 
Eucariotos: 
-transcrito primário: pré-mRNA 
 processamento: mRNA 
2. RNA transportador (tRNA) 
 funcionam como adaptadores durante a tradução 
função: transportar os aminoácidos até o local de síntese das 
proteínas 
 
70-90 nt de comprimento e se dobram em estruturas em forma de 
trevo (pareamentos de bases); 
 aminoácidos específico ligado (3’-OH) 
 trinca de nucleotídeos (anticodon) 
 
1 a 4 tRNA para cada um dos 20 aminoácidos do código genético 
3. RNA ribossômico (rRNA) 
 componentes estruturais dos ribossomos: tradução de nucleotídeos 
(mRNA) em aminoácidos 
 
Procariotos: 
 interagem com mais de 50 proteínas ribossômicas para produzir a 
complexa estrutura do ribossomo; 
3 rRNA: 5S, 16S e 23S (denominadas pela velocidade de 
sedimentação durante centrifugação); 
 
Eucariotos: 
interagem com mais de 80 proteínas ribossômicas; 
4 rRNA: 5S, 5.8 S, 18S e 28S 
Ribossomo 
bacteriano 
70S (2,7 x 106) 
Ribossomo 
Eucarioto 
80S (4,6 x 106) 
30S 
4. Pequenos RNAs nucleares (snRNA) 
 componentes estruturais dos spliceossomos (excisam íntrons em 
eucariotos); 
tamanho: de 100 a 251 nucleotídeos; 
nunca deixam o núcleo; 
interagem com ~40 proteínas nucleares para formar os 
spliceossomos; 
pequenos RNAs fita-simples (~22 nt) formados a partir de 
transcritos em forma de grampo (hairpin = pre-miRNA ~70 nt) 
Micro-RNA (miRNA) 
Função: regulam negativamente os genes codificantes de proteína 
pela repressão da tradução ou degradação do mRNA 
podem ter expressão constitutiva ou com controle de expressão 
temporal- e/ou tecido-específica 
~30% dos genes codificante são regulados por miRNA 
 
Localização no genoma: regiões gênicas (éxons ou íntrons) e 
intergênicas 
Kim, 2005. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 6:376-385 
Localização dos micro-RNAs 
Em éxons de transcritos 
não codificantes 
Em íntrons de transcritos 
codificantes 
Em íntrons de transcritos 
não codificantes 
Winter et al., 2009. Nature Cell Biology 11: 228-234. 
 Transcrição 
 Processamento 
 Maturação 
 Função 
Atuação dos micro-RNAs 
Ligam-se a região 3’-UTR do mRNA (geralmente imperfeita) 
Degradação ou Inibição 
•quanto melhor o pareamento, maior a probabilidade de degradação 
do mRNA 
miRNA são altamente 
conservados em grupos 
filogenéticos afastados 
http://microrna.sanger.ac.uk 
Pequenos RNA de interferência (siRNA) 
pequenos RNAs fita-simples (21 a 25 nt) que ajudam a proteger a 
integridade do genoma de plantas e animais 
inibem a produção de vírus (degradam RNA viral) 
em plantas restringem os elementos de transposição 
RNA de interação piwi (piRNA) 
pequenos RNAs fita-simples (24 a 31 nt) que ajudam a proteger a 
integridade do genoma de plantas e animais 
 em animais impedem a dispersão de elementos de transposição 
para outros loci cromossômicos 
RNA não codificantes longos (lcnRNA ou ncRNA) 
pequenos RNAs fita-simples 
transcritos na maioria das regiões do genoma de eucariotos 
alguns lcnRNA participam de fenômenos genéticos clássicos (ex. 
compensação de dose) 
até o momento não se sabe qual a função da maioria dos lcnRNA 
Ex.: Gato Tortoiseshell 
Flexibilidade da molécula de RNA 
RNA é muito mais flexível que o DNA; 
 
podem apresentar sítios ativos que catalisam reações químicas; 
flexibilidade do RNA permite executar atividades fundamentais na 
célula: 
 -interpretar o código de nucleotídeos e codificá-loem aminoácidos; 
 -intermediar o fluxo de informações da célula (DNA  proteínas) 
replicação 
fita simples → emparelhamento de bases gera estruturas 
bastante complexas 
 produz todos os tipos de RNA 
 reconhecem e se ligam a sequências específicas de DNA (genes) 
 desnaturam a dupla hélice de DNA expondo a sequência de 
nucleotídeos a ser transcrita; 
 mantêm as fitas de DNA separadas na região de síntese 
 renaturam o DNA na região imediatamente posterior à síntese 
 sozinhas, ou com o auxílio de proteínas específicas terminam a 
síntese do RNA 
 mecanismo de revisão 
sintetizam somente no sentido 5’→ 3’ 
DNA molde no sentido 3’→ 5’ RNA polimerase 
identificam sinais específicos no DNA, os quais direcionarão a 
transcrição de genes específicos no momento adequado 
 
a região do gene que contém as sequências de 
reconhecimento: promotor 
 
 
 
 
há vários sinais nas regiões promotoras de genes 
 RNA polimerase se liga para dar 
início à transcrição 
locais importantes no controle da 
expressão gênica 
RNA polimerase 
Pode ser dividido em 3 fases: 
 
1. Iniciação 
2. Elongação (Alongamento) da cadeia 
3. Terminação 
 
O processo de transcrição 
Procariotos Eucariotos  
Transcrição em Procariotos 
Elementos da transcrição em procariotos: 
RNA polimerase – E. coli 
 transcreve todos tipos de RNA 
 formada por uma parte central (2, , ’, ω) + subunidade (σ - 
sigma) 
Subunidades : montagem da enzima e interações com 
proteínas reguladoras; 
Subunidade : sítio de ligação ao ribonucleotídeo trifosfato → 
centro catalítico do processo 
Subunidade ’: ligação ao DNA molde 
Subunidade σ (sigma): 
 
envolvida apenas no início da transcrição (posicionamento e 
montagem da enzima) e na regulação da expressão gênica; 
não tem papel no alongamento da cadeia; 
após o início da cadeia de RNA, σ é liberado; 
 
 FUNÇÃO: reconhecer e ligar a RNA polimerase ao ponto 
de início da transcrição (sítios promotores específicos: -10 e -
35) 
RNA polimerase possui mecanismos de correção 
(taxa de erro: 1 erro a cada 10.000.000) 
RNA polimerase – E. coli 
 
Os distintos fatores sigma reconhecem promotores diferentes: 
Transcrição em Procariotos 
-35 
(6bp) 
-10 
(6bp) 
A 
(16-19bp) 
 
+1 
-35 
(6bp) 
UP 
-10 
(6bp) 
B 
+1 
-10 
C 
+1 
-10 expandido 
Adaptada de Watson et al., 2006 
Promotores de genes – E. coli 
regiões altamente conservadas: sinalizam o início da transcrição: 
 Sequência -10 (TATAAT) - TATA box 
 Sequência -35 (TTGACA) 
promotores fracos X promotores fortes 
pouco transcritos muito transcritos 
Elementos da transcrição em procariotos: 
1. Iniciação 
Transcrição em Procariotos 
1. Ligação da RNA polimerase à região promotora (iniciadora) 
2. Desligamento da subunidade σ da RNA polimerase 
3. Desenrolamento do DNA pela RNA polimerase (região -10) 
formando a bolha de transcrição 
 filamento livre para o pareamento de bases com 
nucleotídeos 
4. Formação das ligações fosfodiéster entre os nucleotídeos na 
cadeia de RNA 
 
2. Elongação 
O alongamento do RNA é catalisado pelo cerne da enzima 
RNApolimerase, após a liberação do fator sigma 
A extensão da cadeia ocorre dentro da bolha de transcrição 
 segmento de DNA desenrolado (18 pb em E. coli) 
desenrola DNA dupla fita frente ao sítio 
reenrola DNA atrás do sítio 
RNA polimerase 
Sítio de enrolamento Sítio de desenrolamento 
Durante a elongação, a RNA polimerase: 
 
• rompe a dupla hélice 
• mantém a dupla hélice aberta, estabilizando a dupla hélice 
formando DNA/RNA sintetizado 
• reconhece se o nucleotídeo a ser incorporado é o correto 
• catalisa a incorporação dos nucleotídeo à cadeia de RNA 
• inicia a liberação da cadeia de RNA sintetizada 
• refaz o pareamento da dupla hélice do DNA 
 
RNA polimerase encontra o sinal de término 
 o complexo de transcrição se dissocia, liberando a 
molécula de RNA recém sintetizada 
 
 
 
 
Existem 2 tipos de terminadores: 
1.Dependentes da proteína rho (ρ) 
2.Independentes da proteína rho (ρ) 
 90% dos genes de E. coli 
3. Terminação 
Rho (46kDa) move-se ao longo do 
RNA acompanhando a RNA 
polimerase 
Com a pausa da RNA polimerase na 
sequência de terminação (rica em 
C), Rho alcança a enzima 
Rho desenrola o híbrido RNA-DNA 
 Término Indireto - dependente da proteína rho (ρ) 
Término Direto - independente da proteína rho (ρ) 
  região rica em G/C seguida de ~6bp A/T 
  estrutura em forma de grampo 
  terminal UUUU 
retardam 
movimento 
da RNApoli 
sinal para 
liberação da 
RNApoli 
Em PROCARIOTOS, a tradução e degradação da molécula de 
mRNA em geral começa antes da síntese completa do mRNA 
 meia vida do mRNA: ~5 minutos 
 
Iniciação 
Elongação 
Terminação 
 
Simultâneos 
Transcrição em Procariotos 
mRNA policistrônico (poligênico) 
-semelhante, porém mais complexa do que em procariotos 
-RNAs produzidos no núcleo devem ser transportados para 
citoplasma 
Transcrição em Eucariotos 
Diversas etapas envolvidas na expressão de genes em eucariotos 
TRANSCRIÇÃO 
SPLICING 
TRANSPORTE TRADUÇÃO 
meia vida do mRNA: 
 ~5 horas 
-RNA pol I: síntese de todos rRNA (exceto 5S) 
-RNA pol II: transcreve genes que codificam as proteínas (mRNA) e 
alguns snRNA 
-RNA pol III: síntese dos tRNA, rRNA 5S e alguns snRNAs 
-RNApol de mitocôndrias e cloroplastos: transcrevem genes 
dessas organelas, sendo menos complexas, mais parecidas com as 
RNApolimerases bacterianas. 
mais complexas que em procariotos: muitas subunidades 
necessitam da ajuda de proteínas (fatores de transcrição) para 
iniciar a síntese 
RNA polimerases 
Elementos da transcrição em eucariotos: 
Promotores 
sequências reguladoras conservadas, situadas antes do ponto 
inicial da transcrição, que servem de sítio de ligação do complexo de 
transcrição 
-promotores (upstream): sequências 100-200bp, próximos ao sítio 
de transcrição apresentando sequências consenso 
 Ex.: TATA(T/A)A(A/T) -TATA box. 
Fatores de transcrição – proteínas que reconhecem promotores, 
interagem com outros fatores de transcrição, formando um complexo 
onde a RNApolimerase se associa (≠ procariotos) 
 
TFIID: 
-contém proteína de ligação ao TATA box (TBP) + pequenas 
proteínas 
-1º fator a interagir com o promotor 
 
TFIIF: liga-se a RNApoli II 
 complexo início transcrição 
 
TFIIE: liga-se ao DNA em seguida ao ponto de início da 
transcrição 
Proteínas necessárias para transcrição a partir de 
promotores reconhecidos pela RNA Pol II 
RNAs polimerases de eucariotos não iniciam a transcrição 
( procariotos) 
 Fatores de transcrição 
 se ligam a região promotora no DNA formando um 
complexo de iniciação para que a RNA polimerase se ligue e 
inicie a transcrição 
Transcrição em Eucariotos 
1. Iniciação 
 promotores e  fatores de transcrição são usados pelas  
RNA polimerases 
 RNA polimerase se acopla no 
ponto de início, começa a 
polimerização da nova cadeia 
de RNA (~ procariotos) 
 Ligações fosfodiéster ligam 
os nucleotídeos recém 
sintetizados 
2. Elongação 
3. Terminação 
Localização da sequência consenso AAUAAA, transcrição 
continua 11 a 30 nucleotídeos depois ocorre a clivagem 
Após a clivagem... etapas de processamento do pré-mRNA 
Pré-mRNA produzido nos eucariotos devem ser processados 
antes de saírem do núcleo; 
 pré-mRNA (transcritos primários, precursores de 
mRNA)ou RNAhn (RNA heterogêneo nuclear) 
Processamento do pré-mRNA 
 adição de revestimento (cap) na extremidade 5’; 
 adição da cauda poli A (POLIADENILAÇÃO); 
 retirada de sequências não codificantes (íntrons) 
 
mRNA maduro 
 
1. Adição de revestimento na extremidade 5’ 
No início do alongamento, 5’ dos pré-mRNA são modificadas pela 
adição de revestimento 7-metil guanosina (7-MG) 
1.fosfo-hidrolase retira um grupamento fosfato do 1º nt (que era 
trifosfatado); 
2.resíduo de G é ligado covalentemente ao 1º nt do pré-mRNA pela 
guanilil-transferase; 
3.grupamento difosfato reage com GTP, resultando uma ligação fosfato 5’--
5’ (ação da guanilil-transferase), com o resíduo G em posição inversa aos 
demais nucleotídeos; 
4.cap sofre metilação na posição 7 da G (catalisada pela 7-metil-
transferase), resultando em um nucleosídeo 7-metilguanilato 
Processamento do mRNA 
protege o mRNA da degradação por enzimas; 
importantes para o reconhecimento de fatores ligados ao processo 
de tradução 
2. Poliadenilação 
Adição da cauda poli (A) na extremidade 3´do pré-mRNA 
(transcrito primário): ~200 Adeninas; 
não é codificada no DNA e não existe nos rRNAs e tRNAs; 
produzida pela enzima poli(A)-polimerase. 
 reconhece a sequência AAUAAA no pré-mRNA (11 a 30 
nucleotídeos antes do sítio de poliadenilação), onde se liga dirigindo 
tanto a clivagem quanto a reação de poliadenilação 
sequência sinal de 
poliadenilação 
Processamento do mRNA 
 cauda poli(A) aumenta a estabilidade do mRNA; 
 papel importante no transporte do núcleo para o citoplasma 
 mRNA poliadenilado chega no citoplasma e sua cauda 
poli(A) vai diminuindo com o tempo devido ação de nucleases 
3. Retirada das sequências não codificantes (íntrons) 
os introns nos pré-mRNA são excisados por complexas estruturas 
ribonucleoproteicas chamadas splicessomos; 
esse processo de excisão é preciso, e garante que os exons sejam lidos 
corretamente durante a tradução. 
Processamento do mRNA 
Há diferentes tipos de íntrons, removidos de ≠s formas 
-splicing com auxílio de endonucleases: alguns tRNAs 
-auto-splicing: íntrons possuem atividade catalítica; 
-splicing com auxílio de ribonucleoproteinas: maioria dos mRNAs; 
Lewin, Genes IX, 2009 
Sequências conservadas em relação à remoção dos íntrons 
GU AG 
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sutils/splign/splign.cgi?textpage=online&level=form 
a) Splicing com auxílio de endonucleases 
b) Auto-splicing (Atividade auto-catalítica) 
c) Splicing com auxílio de ribonucleoproteinas (spliceossomos) 
Spliceossomos: estruturas complexas formadas por snRNA + 
proteínas ~ ribossomos 
snRNAs: 
U1, U2, U4, U5 e U6 
Variam de 100 a 215 nt 
Não existem como moléculas de RNA livres 
Presentes em complexos snRNA-proteínas 
denominado snRNP (pequenas 
ribonucleoproteínas nucleares) 
3. Retirada das sequências não codificantes (íntrons) 
 mRNA maduro 
Splicing Alternativo 
-um mesmo pré-mRNA origina 2 ou mais mRNAs maduros, 
dependendo da forma como é processado; 
 
 
-éxon em determinado evento e íntron em outro 
 
Resultado: 1 gene 
≠s proteínas com ≠s funções em ≠s células; em ≠s 
estágios do desenvolvimento ou em indivíduos de 
sexos ≠s 
éxons constitutivos X éxons facultativos 
Genoma humano: ~23.000 genes e + de 100.000 proteínas 
Transcrição 
1 2 3 
Poly(A) 
1 2 3 AAA(n)AOH 
Início de transcrição alternativa 
1 2 3 
Poly(A) 
1 2 3 AAA(n)AOH 
2 3 AAA(n)AOH 
Poliadenilação alternativa 
1 2 3 
Poly(A) Poly(A) 
1 2 3 AAA(n)AOH 
1 2 AAA(n)AOH 
Processamento Alternativo 
1 2 3 AAA(n)AOH 
1 2 3 
Poly(A) 1 2 3 AAA(n)AOH 
Retenção de íntron 
1 2 3 
Poly(A) 
1 2 3 AAA(n)AOH 
1 3 AAA(n)AOH 
Éxon alternativo 
2 1 2 3 
Poly(A) 
1 2 3 AAA(n)AOH 
1 2 3 AAA(n)AOH 1 
Sítio de processamento 
alternativo 5’ 
2 1 2 3 
Poly(A) 
1 2 3 AAA(n)AOH 
1 2 3 AAA(n)AOH 1 
Sítio de processamento 
alternativo 3’ 
1 2a 3 AAA(n)AOH 1 2a 3 
Poly(A) 
2b 
1 2b 3 AAA(n)AOH 
Exclusividade de éxon 
Duas diferentes proteínas Src são produzidas a partir do gene SRC porque a 
sequência do exon A está presente somente nas células nervosas. A forma 
neural apresenta maior atividade. (Levy et al. 1987. Mol. Cell Biol. 7:142-4145) 
Organização do gene SRC (Proto-oncogene tyrosine-protein kinase) 
Maioria das células Neurônios 
Proteína Src: 533aa Proteína Src: 539aa 
Griffiths, A.J. Introdução à Genética, 10ª ed., 2013 
Pré-mRNA transcrito do gene α-tropomiosina em rato, recomposto em 
diferentes tipos celulares 
36 éxons 15 isoformas 
31 éxons 
Splicing 
Procariotos Eucariotos 
Mamíferos tem maior número de exons/gene 
Tamanho de introns em 
vertebrados é variado 
Exons que codificam proteínas 
são usualmente pequenos 
http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/mrnaprocessing/movie.htm