Transcrição, Tradução e Regulação Gênica: Guia Completo

Transcrição em Procariotos

Upstream: região antes do gene.
Downstream: região após o gene.
TATA box: localizado no promotor na posição -10 (10 pares antes do início da transcrição) em procariotos.
RNA polimerase II: sintetiza RNA mensageiro. Há o reconhecimento e ligação na sequência do DNA próximo ao promotor.
Promotor: fragmento que está upstream ao gene e não é transcrito.
RNA polimerase: complexa, com subunidades chamadas de holoenzimas (apresentam vários domínios e formam complexos que representam a enzima como um todo).
O acoplamento da subunidade Sigma acontece no resto do complexo da RNA polimerase para que a polimerase reconheça o TATA box. A RNA polimerase terá que desacoplar da subunidade Sigma para conseguir caminhar sobre o gene, caso contrário ficará retida no promotor. A RNA polimerase abre a dupla fita, cria bolhas de transcrição e sintetiza o RNA.

Parada de Transcrição

• Mecanismo intrínseco: determinado ponto do gene onde a RNA polimerase encontra pares de base CG e depois sequências de adenina. O RNA mensageiro terá esses pares CG e essa sequência de uracila. A RNA polimerase chega nesse ponto onde há uma sequência de adenina (DNA) e uracila (RNA); por ser uma interação fraca, ela volta para corrigir e encontra uma estrutura de grampo (estrutura fechada). Logo, se solta e se desliga da molécula de DNA.
• Mecanismo Rho dependente: o RNA possui um sítio para o fator Rho; quando esse sítio é reconhecido, ele vai atrás da RNA polimerase, induzindo seu desligamento.

Diferenças entre Procariotos e Eucariotos

Procariotos: sem núcleo, sem sítio específico para a transcrição ocorrer. DNA no citoplasma, logo será lá que ocorrerá o processo de transcrição e tradução.
Eucariotos: o RNA mensageiro é gerado dentro do núcleo e exportado para o citoplasma, onde estão os ribossomos e a tradução acontece.

Transcrição em Eucariotos

Começa com um promotor e uma sequência TATA box dentro do promotor. Acontece a ligação da proteína de ligação ao TATA box; a partir dessa ligação, juntam-se as proteínas de fatores de transcrição que se ligarão ao DNA, sendo centrais no processo de transcrição, pois são regulatórios e podem estimular ou inibir a síntese de um gene.
Aparato basal ou complexo iniciador de transcrição: TBP + Fatores de transcrição + RNA polimerase.
A cauda da RNA polimerase se fosforila, permitindo que ela se desligue do aparato basal e passe a andar no gene para sintetizar a molécula de RNA mensageiro.

Processamento do RNA em Eucariotos

Primeiro o pré-RNA é feito e depois processado:

• Capeamento: adição do grupamento químico 7-metilguanosina (guanina metilada) na extremidade 5' (CAP). Funções: proteção e reconhecimento pelo ribossomo para iniciação da tradução.
• Cauda Poly A: adição na extremidade 3' de sequências de adeninas.
• Splicing: remoção de íntrons (não codificam) e união dos éxons (codificam).
• Splicing alternativo: diferentes maneiras de associar os éxons (ex.: actina no neurônio, pele e músculo).
• Spliceossoma: complexo de várias proteínas e RNAs com atividades enzimáticas. U1 e U2 ligam-se nas sequências conservadoras. A adenina reage com a guanina na interseção, formando uma estrutura fechada chamada de laço de cowboy. Na segunda reação, a extremidade 3'-OH livre do primeiro éxon reage com o segundo ponto de interseção, unindo os éxons e removendo o íntron.
• 5'UTR e 3'UTR: sequências não traduzidas que permitem que os ribossomos localizem a região codificadora.
• Íntrons autorremovíveis: em protozoários, o próprio RNA mensageiro faz sua autocatálise, removendo seus íntrons sem depender do spliceossoma.

Tradução

Processo pelo qual a mensagem de RNAs mensageiros forma proteínas.

• Início: o ribossomo procura uma sequência específica no RNA mensageiro (AUG - códon de iniciação metionina).
• Códon de parada: UAA, UAG e UGA (não codificam aminoácidos).
• Códon degenerado: existe mais de um códon possível para codificar um mesmo aminoácido.
• Aminoacil tRNA-sintetase: responsável por identificar o anticódon do RNA transportador e adicionar o aminoácido correspondente.
• Ribossomos: organela que sintetiza proteínas. Procariontes (70S) e Eucariontes (80S). Formado por duas subunidades (maior e menor). O ribossomo percorre o RNA mensageiro na direção 5' para 3'.

Estrutura interna do ribossomo (3 sítios)

• Sítio A (Aceptor): recebe o RNA transportador carregando o aminoácido.
• Sítio P: ocorre a ligação peptídica com os aminoácidos que estão chegando; a proteína é sintetizada.
• Sítio E (Exit/Saída): o RNA transportador sai sem aminoácidos.

Modificações pós-traducionais: Fosforilação (adição de fosfato), Desfosforilação (remoção de fosfato) e Ubiquitinação (marcação de proteínas para degradação).

Regulação Gênica

Operon Lac

• I: Produz proteína repressora.
• P (Promotor): RNA polimerase (transcrição).
• O (Operador): liga-se o repressor.
• Oc: Operador mutado (não ocorre ligação do repressor).
• Z: Gene B-galactosidase.
• Y: Gene Permease.

Operon Trp

• Alto nível de Triptofano: a estrutura cria um grampo de término de transcrição enquanto o ribossomo traduz.
• Baixo nível de Triptofano: não há formação do grampo; a bactéria sintetiza enzimas para produzir mais triptofano.

Regulação em Eucariotos

Controlado por estímulos hormonais, neurotransmissores e fatores de crescimento. Acentuadores são sequências distantes que levam a proteína ativadora para perto do aparato basal. Insuladores bloqueiam a ação de acentuadores (bloqueio) ou impedem a mistura de cromatinas (barreira). RNA de interferência degrada o RNA mensageiro.

Nível de Cromatina

• Heterocromatina: fechada.
• Eucromatina: aberta.
• Nucleossoma: DNA enrolado em histonas (caudas de lisina e arginina com carga positiva).
• Acetilação de histonas: neutraliza a carga positiva, abrindo a cromatina.
• Metilação de DNA: inibe a transcrição.

Mutações Gênicas

• Indel: inserção e deleção de bases.
• Substituição: Transição (purina por purina ou pirimidina por pirimidina) e Transversão (pirimidina por purina ou vice-versa).
• Consequências: Sinônima (silenciosa), Missense (troca de aminoácido - conservativa ou não) e Nonsense (cria códon de parada).
• Causas: Tautomerização, Crossing over desigual, Depurinação, Análogos de bases, Alquilação, Ácido Nitroso, Hidroxilação e Luz ultravioleta (dímeros de pirimidina).