ATIVIDADE 04 - Transcrição, processamento do RNA e Tradução

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO PIAUÍ - IFPI
CAMPUS TERESINA-CENTRAL
DEPARTAMENTO DE FORMAÇÃO DE PROFESSORES, LETRAS E CIÊNCIAS - DFPLC
COORDENAÇÃO DO CURSO DE LICENCIATURA EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
DISCIPLINA: BIOLOGIA MOLECULAR CH: 45 H / PROF. WILLIAMS FILHO
4º ROTEIRO DE ESTUDO
Francisco Kassio Teixeira de moura
TEMA: TRANSCRIÇÃO, PROCESSAMENTO DO RNA E TRADUÇÃO
01) Sobre Transcrição:
a) Cite e explique a função das principais enzimas atuantes no processo de transcrição.
A principal enzima envolvida na transcrição é a RNA polimerase, que usa um modelo de DNA de fita simples, para sintetizar uma fita complementar de RNA. Especificamente, a RNA polimerase constrói uma fita de RNA na direção de 5' para 3' , adicionando cada novo nucleotídeos à extremidade 3' do filamento. As topoisomerases (enzimas que atuam no controle do super enrolamento) estão também diretamente relacionadas à transcrição. As RNA polimerases são enzimas grandes com múltiplas subunidades, mesmo em organismos simples como bactérias. Seres humanos e outros eucariontes têm três tipos diferentes de RNA polimerase: I, II e III. Cada um deles se especializa em transcrever determinadas classes de genes. As plantas têm dois tipos adicionais de RNA polimerase, IV e V, que estão envolvidos na síntese de certos RNAs pequenos.
b) o que são promotores? Cite os promotores que atuam na transcrição de procariotos e eucariotos.
As sequências específicas na molécula de DNA, que determinam o local de formação dos complexos e iniciam a transcrição, são denominados promotores, o promotor informa à polimerase onde "se sentar" no DNA e começar a transcrever. Nos procariotos o promotor é o conjunto de sequências do DNA onde o complexo RNAP se liga para iniciar a transcrição, ao passo que em eucariotos o promotor é o conjunto de sequências do DNA onde os fatores de transcrição gerais (TF) se ligam para posicionar a RNAP para o início da transcrição. Em eucariotos a RNAP não se liga diretamente as sequências de DNA do promotor, isso só ocorre após a ligação de alguns TFs ao promotor.
c) Diferencie o início da transcrição em procariotos e eucariotos.
A primeira etapa na transcrição em bactérias é o reconhecimento e a ligação do complexo RNAP holoenzima ao promotor. A energia necessária para esse processo não é obtida pela hidrólise de ATP, mas sim, provém dos rearranjos e interações entre as proteínas da RNAP e as sequências de DNA do promotor que geram energia livre. O complexo formado entre a RNAP e o promotor no momento da ligação é denominado complexo binário fechado (CBF), pois é composto por RNAP e DNA (hélice dupla). Em seguida, o complexo RNAP se alonga e cobre uma região de DNA desde a posição –55 até a posição +1 (TSS), que permanece em sua conformação de fita dupla com o CBF.
O início da transcrição em eucariotos envolve mais etapas e um número maior de fatores, quando comparado com os procariotos. Como visto, em bactérias, uma única proteína (o fator _) é necessária para a iniciação correta da transcrição pela bacRNAP. Nas arqueas existe apenas uma RNAP e somente dois TFs são necessários para o início da transcrição, por essa razão, servem como um modelo simplificado para o estudo do início da transcrição.
d) Explique o processo de alongamento da cadeia de RNA (durante a transcrição).
Durante a etapa de alongamento, o complexo RNAP deve desempenhar várias atividades: (1) separar (desnaturar) a hélice dupla do DNA na região a jusante do complexode iniciação, expondo a sequência de nucleotídeos a ser copiada; (2) manter as fitas de DNA separadas na região de síntese, acomodando a fita não molde; (3) catalisar a reação de incorporação dos ribonucleotídeos; (4) permitir o tráfego dos ribonucleotídeos ao centro catalítico e a saída dos pirofosfatos resultantes da reação de incorporação e dos ribonucleotídeos erroneamente incorporados; (5) manter estável o híbrido DNA-RNA na região de síntese; (6) separar o RNA sintetizado do híbrido e permitir a sua saída do complexo de transcrição; (7) renaturar o DNA na região a montante da bolha de replicação; e (8) responder a alterações ocasionadas pela ligação de proteínas regulatórias ao complexo e detectar estruturas secundárias e terciárias no DNA e no RNA.
e) Como ocorre o término da transcrição em procariotos e eucariotos.
Nas bactérias os sinais de terminação não dependem diretamente do reconhecimento de sequências no DNA, mas sim das sequências já transcritas no RNA. Em bactérias existem dois mecanismos gerais de terminação da transcrição, a terminação intrínseca e a terminação dependente do complexo _ (proteína Rho). Sequências no DNA determinam o fim da transcrição, provocando a desestabilização do complexo de transcrição, e o RNA sintetizado participa ativamente da terminação de sua síntese, formando estruturas secundárias ou ligando a outros fatores. A principal dificuldade é que os RNAs sintetizados sofrem modificações significativas, denominadas pós-transcricionais, também na sua extremidade 3' antes que sejam funcionais Geralmente, antes da terminação da transcrição, o RNA nascente é clivado em sua porção 3', portanto, as sequências que demarcam a terminação da transcrição não estão presentes no RNA sintetizado. Na maioria dos casos, regiões de simetria invertida, como as que ocorrem em procariotos, não são encontradas. Da mesma forma, proteínas relacionadas a Rho não foram encontradas em eucariotos. A terminação da transcrição da RNAPIII é definida por sequências ricas em T no DNA. Esses oligômeros de T desestabilizam o complexo de transcrição e a RNAPIII se desliga do DNA-molde. Os transcritos sintetizados pela RNAPI são produtos de alto peso molecular e processados com rapidez, o que gera moléculas funcionais menores. A terminação da transcrição ocorre em uma região de cerca de 1.500 nt após a extremidade 3' dos RNAs processados. Sequências específicas ocorrem no DNA após o final da região correspondente ao RNA maduro. Essas sequências localizam-se em dois sítios, denominados T1 e T2. Algumas proteínas se ligam a estes sítios, onde também ocorre a clivagem do RNA que está sendo transcrito. Essa clivagem acontece de 15 a 50 após a extremidade 3' do RNA maduro e é mediada por uma endonuclease. A clivagem no RNA se assemelha àquela mediada pelo complexo de poliadenilação dos genes transcritos por RNAPII.
02) Sobre o processamento do RNA:
a) Em que tipo de organismo ocorre o processamento? Para que serve?
As três principais classes de RNA (tRNAs, rRNAs e mRNAs) são processadas para resultar em RNAs ativos. Tanto em organismos procarióticos quanto em eucarióticos, a maturação de rRNAs e tRNAs envolve diversas reações de clivagem para liberação das moléculas de RNA funcional e também modificações de bases. Os mRNAs de procariotos sofrem poucas alterações, muito mais complexas nos eucariotos. Especificamente em eucariotos, os hnRNAs (do inglês, heterogeneous nuclear), moléculas de RNAs nucleares precursoras dos mRNAs, são alvo de muitas modificações para sua maturação. Essas modificações ocorrem nas extremidades 5' e 3' e no interior dos hnRNAs. Conjuntamente à transcrição dos hnRNAs, ocorre a adição de nucleotídeos nas extremidades 5' e 3', denominadas respectivamente de adição de 5'-cap e poliadenilação. Outra modificação fundamental para a maturação de hnRNAs é o splicing, modificação caracterizada pela retirada ou excisão das sequências intervenientes (íntrons) presentes nas moléculas de hnRNA. O splicing depende de proteínas e de outras moléculas de RNA que não podem ser enquadradas nas três classes acima descritas (tRNAs, rRNAs e mRNAs). Estas moléculas catalíticas de RNA, também denominadas de ribozimas, têm corroborado teorias evolutivas de que organismos ancestrais baseavam o fluxo da informação apenas em RNA.
b) Explique os tipos de processamento para obter o RNAmensageiro.
Adição de 5'-cap em hnRNAs No início da transcrição, as moléculas de hnRNA sendo transcritas são caracterizadas pela presença de um nucleotídeo trifosfatado (geralmentepppG ou pppA). Uma das estratégias desenvolvidas pelas células para que hnRNAs não sejam rapidamente degradados por exonucleases ocorre pela proteção da extremidade 5' do hnRNA por adição de um nucleotídeo utilizando uma ligação pouco comum. A adição de uma molécula de 7-metil-guanosina (5'-cap) na extremidade 5' do hnRNA é a primeira etapa de modificação pós-transcricional que ocorre em hnRNAs, sendo extremamente importante para a expressão gênica, pois além de determinar as taxas adequadas de transcrição do gene, participa da associação com os ribossomos, o que determina a sua tradução.
Poliadenilação em hnRNAs Grande parte dos mRNAs eucarióticos possui em sua extremidade 3' uma sequência com cerca de duas centenas de adenilatos, denominada de cauda de poli(A). Diferentemente de outros RNAs, este grande trecho de RNA não é transcrito pela RNAPII, mas é uma modificação pós-transcricional dependente da atividade da enzima poli-A polimerase e outras enzimas, e tem relação direta com o término da transcrição. A adição da cauda de poli(A) é um evento necessário para formação de mRNAs maduros, uma vez que está associado a fatores como a estabilidade, já que previne a degradação do mRNA por 3' – 5' exonucleases, assim como no transporte para o citoplasma. Apesar da cauda de poli(A) ser geralmente associada a hnRNAs eucariotos, os quais possuem uma importante atividade contra a degradação, transcritos poliadenilados também podem ser encontrados em organismos procarióticos. Entretanto, ainda não são plenamente conhecidas as implicações deste tipo de modificação na funcionalidade de mRNAs em procariotos. Nos organismos eucarióticos, uma exceção importante são os genes de histonas de alguns organismos, cujos mRNAs, em geral, não apresentam a cauda de poli(A).
Splicing em hnRNAs consiste na retirada dos íntrons de um RNA precursor de forma produzir um mRNA maduro funcional.
c) O que é splicing?
É o processo de maturação de um pré-mRNA (RNA precursor), nesse processo as regiões não codificantes (íntrons) são retiradas do pré-mRNA, que passa a conter somente as regiões codificantes (exons). O splicing pode ocorrer durante e/ou após a transcrição do pré-mRNA.
d) O que é splicing alternativo?
É o processo pelo qual os exons de um transcrito primário são ligados de diferentes maneiras durante o processamento do RNA levando a síntese de proteínas distintas. 
03) Explique como ocorre o início da tradução (síntese de proteínas) em procariotos e eucariotos.
Em bactérias, o início da síntese de proteínas ocorre por meio da formação de vários complexos intermediários entre o ribossomo, o tRNA iniciador e o mRNA. Esses complexos diferem em composição e estrutura, sendo formados em etapas sucessivas do processo de início da tradução. Se compararmos os domínios Eukarya, Archaea e Bacteria, o início da tradução, nesse último, contém o menor número de elementos atuando em trans, como fatores de tradução.
Em organismos eucarióticos, o início da síntese de proteínas também pode ser considerado como contendo três principais complexos intermediários. Os processos que conduzem a formação do ribossomo 80S consistem em vários estágios interligados, sendo mediados pelos fatores de início da síntese de proteínas
04) Considerando a TABELA DO CÓDIGO GENÉTICO UNIVERSAL descrita abaixo, responda:
A seguir é dada a sequência inicial do primeiro exon de um gene eucariótico (fita sense). Os códons estão separados por pontos.
3’ - TAC.AAA.CGC.TAC.TTT.AGT - 5'
a) Qual é a sequência do mRNA correspondente à sequência acima?
AUG UUU GCG AUG AAA UCA
b) Qual é a sequência de aminoácidos correspondentes à sequência acima?
Metionina, fenil-alanina, alanina, metionina, lisina, serina
05) Com base na tabela de códigos universal da questão 04, considere a seguinte fita molde abaixo. Os introns estão sublinhados.
DNA – 3’ TAC GGC CAA TCA TAA TGA TGC GAA CCG CTT TAA ACC ATC – 5’
Após sua análise faça o pré-mRNA, o mRNA e a proteína correspondente a esta fita molde. 
a) Pré-mRNA:
b) mRNA:
c) Proteína: