Transcrição - Síntese de RNA
O DNA tem como função básica a síntese proteica e está localizado no núcleo da célula. No entanto, sabemos que essa síntese ocorre no citoplasma e não no núcleo, então surge uma dúvida: Como é que a síntese proteica ocorre no citoplasma se o DNA se encontra no núcleo da célula?
Para isto o DNA necessita do auxílio de outras moléculas, como o RNA, dessa forma ele transfere toda a informação para produção das cadeias polipeptídicas para o RNA que atravessa a membrana celular em direção ao citoplasma, onde ocorre a síntese proteica propriamente dita (tradução).
Essa transferência de informações do DNA para o RNA é conhecida como transcrição que diferentemente da replicação não ocorre ao longo de todo o DNA são realizadas ao longo de genes individuais ou grupos de genes específicos presentes na molécula de DNA, ou seja, apenas uma porção do DNA é copiada em RNA.
O processo de transcrição é baseada na complementariedade de bases, ocorre dentro da chamada bolha de transcrição e tem início quando a RNA polimerase se liga a uma sequência especial do DNA, conhecida como promotor, localizada no inicio de um gene. Nesta sequência existe uma região chamada de sítio de iniciação, que contém a primeira base do DNA a ser transcrita em RNA, a partir desse ponto, a RNA polimerase move-se ao longo do molde sintetizando o RNA a alcançar uma sequência de terminalização da transcrição.
Uma unidade de transcrição é uma sequência de DNA transcrita em uma unica molécula de RNA. Nos eucariontes uma unidade de transcrição é, em geral, composta por um único gene, enquanto que, nos procariontes uma unidade de transcrição contém, em geral, instruções para diversas cadeias polipeptídicas.
Em um segmento de DNA que corresponde a um gene, as duas cadeias se separam, uma das cadeias atua como cadeia molde para a síntese do RNA, a outra cadeia é chamada de cadeia código, que possuí a mesma sequência de bases do RNA, com a diferença de possuir timina (T) ao invés de uracila (U).
Em um cromossomo, normalmente, ambas as cadeias do DNA podem ser usadas como molde para o RNA, mas em determinado gene é sempre a mesma cadeia que é utilizada como molde.
Etapas da transcrição em procariontes:
- Reconhecimento do molde de DNA;
- Início da transcrição;
- Fase de alongamento.
A transcrição nos eucariontes ocorre no núcleo da célula realizadas ao longo de genes individuais ou grupos de genes específicos.
A RNA polimerase se liga fortemente ao DNA apenas quando ela encontra uma região promotora, causando o desemparelhamento da dupla hélice. Toda a região promotora contêm uma sequência de bases específica importante para marcar o local de início de síntese do RNA.
Fase de Iniciação
O início da transcrição se dá quando um primeiro nucleotídeo trifosfatado é posicionado sobre a cadeia molde de DNA, por ação da RNA polimerase . A RNA polimerase permanece ligada à região promotora enquanto são adicionados os primeiros nucleotídeos da cadeia de RNA sendo sintetizada, essa fase pode ser prolongada pela ocorrência de eventos abortivos, nos quais a enzima sintetiza transcritos de tamanho inferior a dez nucleotídeos.
Essa fase termina quando a RNA polimerase consegue estender a síntese além desse tamanho e segue para a próxima fase, fase de alongamento.
Fase de Alongamento
Após a fase de iniciação, a subunidade sigma da RNA polimerase se dissocia e diversos fatores de alongamento se associam à RNA polimerase, que passa a se deslocar ao longo do DNA, alongando a molécula de RNA.
Quando a RNA polimerase se move ao longo do DNA, ela desenrola a hélice, expondo um novo segmento da cadeia molde, os nucleotídeos vão sendo covalentemente unidos à extremidade 3' da cadeia de RNA em formação.
A formação do RNA mensageiro (mRNA) se dá na direção 5' → 3' com a incorporação dos nucleotídeos complementares aos da fitas molde do DNA.
A parte do RNA já formada vai se soltando do DNA e, atrás do locar onde ainda está ocorrendo a síntese, após a polimerase passar, a região do DNA já copiada volta a se emparelhar, refazendo a dupla hélice.
Fase de Término
Essa fase envolve o reconhecimento de uma sequência sinalizadora no DNA, que é conhecida como região terminalizadora, que indica que a transcrição deve parar.
Quando a última base é adicionada ao RNA a bolha de transcrição se desfaz, as duas cadeias do DNA finalizam seu emparelhamento e o RNA e a enzima se soltam.
Transcrição nos Eucariontes
Os genomas dos eucariontes são grandes e complexos, por isso os eventos que fazem parte da transcrição são mais complicadas.
Nos eucariontes há três tipos de RNA polimerase (I, II e III), cada uma delas responsável pela transcrição de um conjunto específicos de genes, essas enzimas são estruturalmente semelhantes entre si.
As diferenças entre os tipos de organismos começam pela regiões promotoras, que nos eucariontes são mais variadas, no que diz respeito ao número e aos tipos de sequências, que nos procariontes.
Uma outra diferença importante na iniciação eucariótica, quando comparada a procariótica, é que a RNA polimerase não se liga diretamente ao DNA, mas se liga a proteínas anteriormente ligadas à região promotora do DNA.
RNA mensageiro (RNAm)
Nos procariontes o RNAm transcrito é o próprio RNAm utilizado na síntese de proteína e posteriormente degradado. Porém, nos eucariontes o RNA transcrito passa por modificações, porque o DNA é dividido em segmentos de nucleotídeos que codificam os aminoácidos, os éxons e, segmentos de nucleotídeos que não codificam os aminoácidos, os íntrons.
Essas modificações no RNA são chamadas de maturação, que ocorre exclusivamente no núcleo, apenas quando o RNAm está maduro ele é exposto para o citoplasma e traduzido.
Nos eucariontes a transcrição, ocorre no núcleo da célula, formando uma longa molécula de RNA, chamada de RNA nuclear heterogêneo (hnRNA) que posteriormente é processada para formar o RNAm. Na formação do RNA mensageiro os íntrons são retirados pelas enzimas endonucleases.
No início da transcrição dos eucariontes é adicionado ao RNAm uma guanina metilada na extremidade 5', conhecida como capacete, que tem um papel fundamental nos passos iniciais da tradução do RNAm, além de proteger o RNA nascente de degradação.
A extremidade 3' do transcrito também é modificada, uma cadeia de nucleotídeos com base adenina é adicionada, formando a cauda poli-A, que possuí várias funções:
- Importante na exportação do RNAm maduro para o citoplasma;
- Acredita-se que ela afete a estabilidade do RNAm no citoplasma;
- Faz parte de um sistema de sinalização para o reconhecimento pelo ribossomo durante a tradução.
O RNA mensageiro associado a proteínas de proteção contra as enzimas exonucleases forma os infossomos.
RNA transportador (RNAt)
O RNAt é quem vai carregar os aminoácidos para a síntese de proteínas, eles também são formados pelo processo de transcrição.
Há uma tendência de que nas diferentes espécies os genes que codificam os RNAt fiquem agrupados em determinadas regiões dos cromossomos. As moléculas de RNAt são formadas a partir de moléculas de RNA precursoras, mais longas, que passam por clivagens e processos de maturação.
Os RNAt são pequenas moléculas de RNA, diferentemente dos demais ácidos nucleicos, eles apresentam diversas bases não usuais, ou seja, diferentes de A, G, C ou U, que se originam por modificações de bases usuais após sua incorporação na molécula de RNAt.
As bases das moléculas precursoras dos RNAt sofrem muitas modificações, importantes para que o RNAt desempenhem a sua função. A modificação mais evidente é a que permite o emparelhamento do RNAt com o RNAm, ocorre em uma trinca, conhecidas como anticódon, que vai se emparelhar com o RNAm durante a síntese proteica.
O sequenciamento de bases de centenas moléculas de RNAt de organismos procariontes e eucariontes mostrou que todos têm a mesma estrutura secundária, uma forma de folha de trevo mantida por emparelhamento de bases entre pequenas regiões de complementaridade.
Os quatro braços principais presentes na estrutura em forma de trevo receberam denominações relacionadas à sua estrutura ou à função que desempenham:
- Braço Aceptor: termina com uma sequência de bases não emparelhadas, cujos grupos hidroxila livres 2’ ou 3’ têm a capacidade de se ligar a aminoácidos,
- Braço ou Alça T: é assim denominado porque contém timina,
- Braço ou Alça Anticódon: contém a trinca do anticódon,
- Braço ou Alça D: contém a base dihidrouridina.
A estrutura secundária do RNAt se dobra, originando uma estrutura terciária mais compacta, em forma de L, com o anticódon em uma das extremidades
e o braço aceptor na outra. A estrutura terciária é mantida por meio de pontes de hidrogênio entre bases que se encontram desemparelhadas na estrutura secundária.
RNA ribossômico (RNAr)
Os ribossomos são estruturas ribonúcleoproteicas compostas por duas subunidades de tamanhos diferentes, que se encaixam uma na outra, estão presentes no citoplasmas das células e atuam na síntese de proteínas. Mais da metade dos ribossomos correspondem ao RNAr.
Existem uma grande quantidade de genes ribossomais, nos eucariontes, as múltiplas cópias dos genes ribossomais em um determinado cromossomo, ficam arranjadas em série, sendo que um gene é separado do outro por uma região espaçadora, que não é transcrita, e que varia em tamanho.
Por causa do grande número de genes ribossomais, eles são facilmente visualizados em preparações de microscopia eletrônica utilizando a técnica do espalhamento da cromatina.
Os RNAr são transcritos pelas RNA polimerases, nos eucariontes no núcleo das células e, assim que são sintetizados, os RNAr acumulam-se formando regiões conhecidas como nucléolos. Nesses locais, o RNAr combina-se com proteínas e origina os ribossomos.
Fonte:
RAMALHO, M.A.P., SANTOS, J.B., PINTO, C.A.B. Genética na agropecuária. Lavras: UFLA, 2008, 463p.
USP — UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO. Transcrição. Disponível em: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/2937177/mod_resource/content/2/BiologiaMolecular_texto02%20final.pdf. Acesso em: 30 mar. 2020.
