Aula 4 - Expressão Gênica

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FUNDAMENTOS DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como uma célula decodifica e usa 
essa informação? 
Processo de Replicação acontece quando a célula 
busca se dividir, isto é, como ela vai duplicar 
totalmente a informação contida no DNA e transmitir, 
de modo conservado, de uma célula às suas 
descendentes 
• DNA replicando = desespiralizado → Fase S 
• DNA = cromossomo → Fase G2, quase Fase M 
 
 
A informação contida em um gene estrutural tem que 
ser TRANSCRITA → TRADUZIDA → origem às proteínas 
 
 
 
Expressão Gênica é a conversão das instruções 
genéticas contidas no DNA para os RNAs e proteínas 
O fluxo de informação genética nas células vivas é 
• DNA → RNA → PROTEÍNA. 
 
O RNA pode ter antecedido o DNA e as proteínas na 
evolução: de acordo com essa hipótese, as moléculas 
de RNA proviam funções genéticas, estruturais e 
catalíticas para as primeiras células. Atualmente: 
• DNA = repositório de informação genética 
• Proteínas = desempenham a quase totalidade 
das funções catalíticas nas células. 
• RNA = funciona como um intermediário na 
síntese de proteínas 
o atua como catalisador em reações 
essenciais (incluindo síntese proteica). 
As transações de DNA e RNA ocorrem pelo pareamento 
de bases complementares e a ligação de várias 
proteínas a sítios específicos no DNA ou RNA. 
 
Introdução à Organização Gênica 
Genoma: toda informação que está codificada no DNA 
a. Proteoma = estudo das proteínas 
b. Transcriptoma = estudo do RNA 
1 gene = 1 proteína → INSUFICIENTE 
• +-25.000 genes → +- 1.000.000 proteínas 
1 Gene pode gerar múltiplas proteínas: 
• codificação alternativa 
• modificações pós-traducionais 
• organizações diferentes 
Proteínas funcionais trabalham em parceria 
• Temos o gene da alfa-globina e da beta-
globina, estas juntas, formam a hemoglobina 
Proteína: é uma combinação de aminoácidos ligados, 
numa sequência específica 
 
Genes 
Gene: segmento de molécula de DNA que contém um 
código para uma sequência de aminoácidos 
• É o primeiro estágio da expressão gênica 
(síntese de proteínas): é a partir de um gene do 
DNA que uma molécula de RNA é sintetizada 
Maioria dos genes (inclui o humano) são 
interrompidos: tem éxons interrompidos pelos íntrons 
 
ÍNTRONS = regiões não codificadoras de um gene, isto 
é, são transcritas, mas são retiradas antes da tradução 
• Transcritos no RNA (núcleo) mRNA primário 
→ não no mRNA final (que traduz a PTN fora) 
ÉXONS = sequências codificadoras e, que realmente 
determinam sequência de aminoácidos da proteína 
Proteína então é o gene sem a região intronica. 
Íntrons > éxons: tenho muito mais íntrons do que 
éxons no meu gene, no entanto, os éxons é que 
determina a minha proteína final 
• Gene distrofia no cromossomo X 
• 2m pares de bases (2000 kb) 
• 1% éxons 
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Conceitos Gerais 
O primeiro passo da célula para expressar um dos seus 
milhares de genes é a cópia da sequência nucleotídica 
desse gene sob a forma de RNA. 
 
Transcrição: informação, apesar de copiada sob uma 
nova forma química (DNA → RNA), permanece escrita 
essencialmente na mesma linguagem (linguagem dos 
nucleotídeos) → “transcrevi com outras palavras” 
 
RNA X DNA 
O RNA difere do DNA em diversos aspectos: 
• Tem o açúcar ribose, em vez de desoxirribose 
• Base uracila (U), em vez de timina (T) 
• RNA é sintetizado sob molécula de fita simples 
o frequentemente se dobra, assumindo 
estruturas tridimensionais complexas. 
 
Tipos funcionais de RNAs 
 
Existem duas classes gerais de RNA: as que codificam 
proteínas (mRNA) e as que são funcionais como RNA 
• Os RNA funcionais participam de uma 
variedade de processos celulares 
o Síntese de proteína: tRNA e rRNA 
o RNA de Processamento: snRNA 
o Regular expressão gênica: miRNA 
o Defesa do genoma: siRNA 
o Não-codificadores: incRNA 
Tenho apenas 1 RNA mensageiro, mas por possuir 
diferentes etapas em seu processo até conformar a 
proteína ele recebe nomes distintos 
 
São etapas sujeitas a erros → Variabilidade da proteína 
(para melhor, pior ou perder função) → PTN nova 
DNA/gene = enorme → Éxon/transcriptoma = pequeno 
 (Todo a molécula) (Efetivamente sintetiza) 
 
A maioria dos genes codificadores de proteínas é 
composta de regiões codificadoras (amarelo), 
denominadas éxons, intercaladas com regiões não 
codificadoras maiores (cinza), chamadas de íntrons. 
• Quando um gene (eucarioto) é transcrito do 
DNA → RNA, os éxons e íntrons são copiados. 
Os íntrons são removidos dos transcritos de RNA no 
núcleo por splicing do RNA, em uma reação catalisada 
por complexos ribonucleoproteicos = snRNPs. 
 
Splicing 
Os íntrons são removidos de pré-mRNAs pelo splicing 
do RNA – Para produzir um mRNA em uma célula 
eucariótica, o gene, em sua totalidade, incluindo tanto 
íntrons quanto éxons, é transcrito em RNA 
 
Durante o processo de splicing (ou encadeamento) do 
RNA, os íntrons são removidos do RNA recém-
sintetizado e seus éxons são unidos. 
• em diferentes combinações, permitem que 
múltiplas proteínas sejam produzidas a partir 
do mesmo gene. 
 
 
Se um transcrito já sofreu splicing e ambas as 
extremidades 5’ e 3’ foram modificadas, esse RNA é 
agora uma molécula funcional que pode então deixar 
o núcleo e ser traduzida em proteína. 
 
Ao mesmo tempo: cada gene pode ser transcrito, e seu 
RNA traduzido, a diferentes taxas → possibilitando que 
a célula produza grandes quantidades de algumas 
proteínas e pequenas quantidades de outras 
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Transcrição historinha 
Segmentos da sequência de DNA transcritos em RNA 
 
Gene → transcrição pré-mRNA → Processamento (CAP + 
cauda poliA + Splicing) → mRNA → saí da célula (exportina) 
 
• Proteína é produzida no citoplasma, porque é 
lá que existe a necessidade dela 
“Faz sentido eu ser igual a quem?” → RNA = fita senso 
 
Como padronização durante a transcrição, a fita molde 
é a que será transcrita no mRNA 
• Quero um mRNA = fica codificadora 
Processo para a RNA polimerase ocorre igual à da DNA 
polimerase: para ela polimerizar de 5’ → 3’, ela tem 
que ler o contrário, isto é, começando em 3’ na fita 
molde e, então, inserir as bases complementares 
• Exceto: RNA (U) e DNA (T) 
A RNA polimerase sempre vai escolher a fita molde 
que vai de 3’→5’ para polimerizar 
 
Importante: aqui eu não tenho FORQUILHA 
Se eu como açúcar, meu gene que tem que ser ativado, 
é o que codifica a proteína insulina. Assim, a RNA 
polimerase só é achada onde está esse gene na fita 
dupla e entra entre eles e começa o processo. 
 
 
Início da transcrição 
A transcrição produz um RNA que é 
complementar a uma das fitas do DNA. 
 
Tem início com a abertura e a desespiralização de uma 
pequena porção da fita dupla de DNA para que as bases 
das fitas sejam expostas. 
 
A fita de RNA não permanece ligada à fita de DNA 
molde. Em vez disso, em uma região imediatamente 
além da região onde os ribonucleotídeos estão sendo 
inseridos, a cadeia de RNA é deslocada e a dupla-hélice 
de DNA é reestruturada. 
 
A RNA Polimerase precisar saber onde começa o gene 
para reconhecer o início deste e ligar-se firmemente ao 
DNA sobre esse ponto, assim, sinais construídos no 
DNA indicam os pontos de início e de término de 
transcrição para a RNA-polimerase 
 
1. Região promotora (ou 5’ UTR): sequência 
específica de nucleotídeos → antecede todo 
gene 
a. 5’ UTR = região não transcrita 
b. Região TATAAT Box, CAAT Box 
i. Está a +- 25 pares de base do 
1° nucleotídeo do gene 
 
Lembrar: a célula do pâncreas é igual à célula do 
músculo do pé, o que muda é o estímulo para que uma 
delas seja expressa de uma maneira e a outra de outra 
• São nessas regiões promotoras, que se ligam 
intensificadores, ativadores, silenciadores e, 
por isso, a RNA polimerase não reconhece e 
não temos a expressão de determinadas 
características em células tão diferentes• Mutações nessa região pode causa a expressão 
de genes em locais que não deveriam. 
 
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Fatores gerais de transcrição 
RNA Polimerase sozinha não faz nada, ela precisa de 
fatores gerais de transcrição que permitem que a RNA 
polimerase reconheça e se ligue à região promotora 
para começar o processo 
 
RNA Polimerase II + Fatores Gerais de Transcrição 
= Holoenzima da RNA Polimerase II 
 
FATORES GERAIS (basais): Necessários para iniciar a 
transcrição de todos os genes 
• Boxe TATA e boxe CAT 
FATORES ESPECÍFICOS: 
• ATIVADORES: Ativam indiretamente alguns 
genes em estágios de desenvolvimento 
o Lá do processo embrionário 
• Intensificadores: aumentam a atividade 
transcripcional 
• Silenciadores: ajudam a reprimir a transcrição 
gênica 
Intensificadores e silenciadores são ativados e 
inativados o tempo todo no organismo 
• Não preciso produzir lactase o tempo todo, só 
quando eu precisar dela para digerir lactose 
• Hemoglobina (alfa+beta) precisa estar ativa o 
tempo inteiro para transporte 
 
Holoenzima da RNA Polimerase II 
 
 
O produto final da transcrição é o mRNA imaturo, ou 
seja, é um processo de formação de uma sequência de 
RNA a partir de uma fita molde de DNA. Terminado 
essa primeira etapa é necessária processar o mRNA 
para que ele seja 
 
• 
 
• 
Processamento do mRNA (etapa da transcrição) 
Esse é um processo de “beneficiamento” do mRNA, 
que foi já foi transcrito (sentido de 5’→3’OH) e agora 
vai passar por algumas etapas que o deixarão “melhor” 
 
1. Revestimento cap 5’ 
• Logo após início da síntese RNA → Adição 7-
metilguanosina na extremidade 5’ 
• Proteção e indicação do início para tradução 
o Enzimas degragadoras*¹ de RNA 
o tRNA vai entender que ali é o início 
(Revestimento é o início) 
2. Adição da cauda poli-A (adenina) na 
extremidade 3’OH 
• Sequência de término → adicionados 
códons*² de parada (UAA, UGA, UAG) → 
Adição de Adeninas (100 a 200) 
• Estabilização até o citoplasma 
(Cauda poli-A é o término) - ou terminador (sítio de 
parada, terminação ou término) 
 
 
3. Excisão dos íntrons – spliceossomo 
Os íntrons são removidos de pré-mRNAs pelo splicing 
do RNA. Spliceossomo = conjunto de proteínas 
específicas guiadas por sequências de aminoácidos, 
que reconhecem determinadas regiões nos genes 
a. 5’ → GT (GU): invariáveis e mediatamente 
adjacente ao local de recomposição 
b. 3’ → AG: obrigatório 
Pequenos RNAs 
nucleares (snRNAs) 
estão unidas a proteínas 
adicionais reconhecem 
sequências de sítios de 
splicing 
→ todo esse conjunto é 
o spliceossomo 
 
Splicing alternativo: acontece em locais e genes 
específicos → o gene tem que dar condições para que 
ocorra diferentes possibilidades de retirar íntrons. 
• Como produto final posso ter mais de um mRNA 
 
Formar mais 
de uma 
proteína 
 
 
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Relembrando: 
*¹ O RNA é muito instável e no citoplasma existem 
enzimas que degradam o RNA, por isso ele precisa 
desse elemento de proteção até que o seu objetivo 
final esteja concluído → TRADUÇÃO 
 
*² Códons → trinca de bases 
que identificam um aminoácido 
• Códons de Parada: 
UAA, UGA, UAG 
• Códon de início: AUG 
(Metionina) 
Um aminoácido pode ter mais de um códon de 
identificação, mas um códon só identifica um aminoácido 
 
 
 
Resultado é o mRNA transcrito maduro 
Se um transcrito já sofreu splicing e ambas as 
extremidades 5’ e 3’ foram modificadas, esse RNA é 
agora uma molécula funcional que pode então deixar 
o núcleo e ser traduzida em proteína. 
Os mRNAs eucarióticos 
maduros são exportados 
do núcleo 
 
Último estágio da expressão 
gênica → síntese proteica 
 
 
Nesse momento “mudamos 
de linguagem” 
Tradução 
A conversão da informação contida no RNA para 
proteína representa uma tradução da informação em 
outra linguagem, composta por símbolos diferentes. 
• Transcrição: DNA ou RNA = Nucleotídeos 
• Tradução: Nucleotídeos → Aminoácido (PTN) 
A tradução é o processo pelo qual a mensagem 
presente no mRNA dá origem a uma proteína, 
responsável pela execução da função. 
 
Tipos de RNA que participam desse processo 
mRNA contém a “mensagem” (código transcrito a 
partir do DNA) → interagem com o tRNA para realizar 
a síntese de proteínas. 
• Possui o códon 
tRNA +- 80 nucleotídeos (em fita simples) transportam 
aminoácidos até os ribossomos para síntese proteica. 
• Possui um anticódon complementar ao códon 
rRNA + proteínas formam a estrutura dos ribossomos 
• As subunidades maior e menor 
o São produzidas no nucléolo 
o Só se unem no momento de síntese 
• Se movem no sentido 5’→3’ no mRNA 
 
 
 
 
 
O código genético 
São regras pelas quais a sequência de nucleotídeos de 
um gene, passando pela intermediária mRNA, é 
traduzida na sequência de aminoácidos da proteína 
 
O código genético é degenerado (redundante) e 
universal, onde o mesmo aminoácido pode ser 
representado por 1 a 6 códons 
• Existem 64 códons possíveis (!) 
o Mas apenas 61 codificam proteínas 
o Códons de parada: UAA, UAG, UGA 
o Códon de início: AUG (Metionina) 
• 20 aminoácidos estão presentes nas proteínas 
Uma sequência de mRNA é decodificada em grupos 
de três nucleotídeos – CÓDONS x ANTI-CÓDONS 
Cada grupo de três nucleotídeos consecutivos sobre o 
RNA é denominado códon, e cada um desses códons 
especifica um aminoácido. 
3 nucleotídeos = 1 códon = 1 aminoácido 
 
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Os mRNAs maduros são exportados do núcleo para o 
citoplasma celular, visto que é a região onde são 
necessários para a produção da proteína 
• No citosol temos o maquinário disponível 
Uma molécula de mRNA pode ser traduzida várias 
vezes, gerando várias cópias da proteína: 
• o tempo que mRNA maduro permanece na 
célula altera o número de proteínas produzidas 
 
 
O ribossomo 
Reconhece o CAP na porção 5’-mRNA, assim, ele 
também se move de 5’→ 3’ 
• Avançando de códon em códon 
o 1° códons = AUG = amino metionina 
o Último códon = UAA / UAG / UGA 
Em cada unidade ribossomal é possível entrar 2 tRNA 
• Existem dois sítios 
Resumo do processo de tradução 
1. mRNA chega ao citoplasma e se associa ao rRNA 
 
2. Só tRNA com sequência do anticódon 
complementar ao códon entram no ribossomo. 
 
3. Uma enzima presente na subunidade maior do 
ribossomo realiza a ligação peptídica entre os 
aminoácidos. 
a. tRNA “livre” volta para o citoplasma para 
se ligar a outro aminoácido. 
 
4. O ribossomo se desloca uma distância de 1 códon 
a. o espaço vazio é preenchido por um outro 
tRNA com sequência do anticódon 
complementar à sequência do códon 
Assim, o ribossomo vai se deslocando ao longo do 
RNAm e os aminoácidos são ligados. 
 
5. Quando o ribossomo passa por um códon de 
terminação nenhum tRNA entra no ribossomo, 
porque não existe anticódon para essa sequência 
 
6. Todos os participantes, literalmente, se separam 
a. Proteína pronta para ser utilizada (RER e CG) 
b. mRNA é degradada, em nucleotídeos, por 
RNAses do citosol 
 
 
Correlações Clínica 
Buscar alvos terapêuticos, em células semelhantes às 
nossas e, testar o seu funcionamento 
Antibióticos e Toxinas 
• Têm como alvo a RNA Polimerase impedindo 
que o RNA bacteriano continue funcionando 
o Morre → não produz mais proteína 
• Ex.: Toxina do cogumelo = Amanita phalloides 
= “chapéu da morte” → altamente tóxico 
o A toxina mais letal, amanitina, inibe a 
subunidade maior da RNA polimerase 
II, inibindo assim a síntese de mRNA 
Fases da Tradução - Não precisa preocupar 
 
 
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Estudo dirigido – Exercícios 
1) Quais são as 4 principais características do código 
genético diante da síntese de uma proteína: 
a. Especificidade – um determinado códon 
sempre codifica o mesmo AA; 
b. Universalidade – é conservado em todas as 
espécies; 
c. Redundância ou Degeneração – um AA pode 
ter maisde 1 trinca que o codifica; 
d. Contínuo – sempre lido de 3 em 3 bases. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referências Bibliográficas 
• Introdução à genética – Griffiths 
o Cap 8 – pdf 253 
• Fundamento da Bio Cel – Alberts 
o Cap 7 – pdf 223