Transcrição de DNA: processo e mecanismo de transcrição de DNA

Leia este artigo para aprender sobre a transcrição do DNA: processo e mecanismo de transcrição do DNA

O processo de copiar informação genética da cadeia anti-sentido ou molde do DNA para o RNA é chamado de transcrição. Destina-se a levar as informações codificadas do DNA para o local onde é necessário para a síntese de proteínas. Princípios de complementaridade são usados ​​até mesmo na transcrição.

A exceção é que (i) o Uracilo é incorporado ao invés da timina oposta à adenina do molde; (ii) Somente a cadeia molde do DNA é transcrita. Ambas as fitas de DNA não podem ser copiadas na transcrição porque isso produzirá dois tipos de proteínas, uma com seqüência correta de aminoácidos e outra com seqüência reversa de aminoácidos.

Além disso, se dois RNAs complementares forem produzidos simultaneamente, eles teriam uma tendência a formar RNA de cadeia dupla resultando na não tradução de informação codificada em proteínas. Todo o exercício da transcrição pareceria fútil.

Unidade de Transcrição:

O segmento de DNA que participa da transcrição é chamado de unidade de transcrição (Fig. 6.16). Tem três componentes (i) um promotor, (ii) o gene estrutural e (iii) um terminador. Além de um promotor, os eucariotos também requerem um intensificador. Promotor está localizado a montante do gene estrutural. Por convenção, ele é chamado de 5 ′ final (da cadeia de codificação que é 3 ′ final da cadeia modelo). A região do terminador está presente a jusante do gene estrutural na extremidade 3 '(da cadeia de codificação que é na verdade a extremidade 5' da cadeia modelo). Promotor tem diferentes partes para ligação a vários fatores de transcrição.

Em muitos casos, o promotor tem uma região rica em AT denominada TATA box. A área tem um sulco ao qual componentes específicos de proteínas podem combinar. A região contendo TATA também é chamada de caixa Pribnow após o nome do seu descobridor.

O gene estrutural é o componente dessa cadeia de DNA que possui polaridade 3 '→ 5' (como a transcrição pode ocorrer somente na direção 5 '→ 3 ′). Este filamento de DNA é chamado strand template ou strand master ou antisense, ou strand (-). O outro fio que tem uma polaridade de 5 '→ 3 ′ é deslocado durante a transcrição. Este cordão não constituinte que não faz parte da transcrição é também chamado de cadeia de sentido ou de codificação ou cadeia mais (+) porque o código genético presente nesta cadeia é semelhante ao código genético (com base no ARNm), exceto que o uracilo é substituído por timina.

Mecanismo de Transcrição:

Nos eucariotos, a transcrição ocorre ao longo da fase I nas células diferenciadas, mas mais nas fases G ₁ e G ₂ do ciclo celular dentro do núcleo. Dependendo do requisito, um gene estrutural pode transcrever um para numerosas moléculas de RNA. Os produtos de transcrição passam para o citoplasma para tradução.

Nos procariotos, a transcrição ocorre em contato com o citoplasma, pois seu DNA está no citoplasma. A transcrição requer uma RNA polimerase dependente de DNA. Os eucariotos possuem três RNA polimerases, Pol I (Pol A) (para ribossomos ou rRNAs exceto 5S rRNA), Pol II (para mRNA, snRNS) e Pol III (para transferência ou RNAt, RNAr 5S e alguns snRNAs). ARN polimerases eucariicas tamb requerem factores de transcrio para iniciao.

Diferentes partes do DNA estão envolvidas na transcrição de vários ácidos ribonucleicos. Os procariotas possuem apenas uma RNA polimerase que sintetiza todos os tipos de RNAs. A polimerase Rna de Escherichia coli possui cinco cadeias polipeptídicas β, β ', α, α' e um fator σ (sigma). A holoenzima tem um peso molecular de 4, 50, 000. Sigma ou um fator reconhece o sinal de início ou a região promotora (caixa TATA) do DNA.

A parte da enzima polimerase sem o fator κ é chamada de enzima central (Fig. 6.17). Os polipéptidos α e α 'são protectores, enquanto β e β são de natureza catalítica.

Um fator de terminação chamado fator Rho (p) é necessário para a terminação da transcrição. Vários outros fatores também são necessários - para o desenrolar do duplex de DNA, estabilização da fita de DNA desenrolada, emparelhamento de bases, separação e processamento do RNA transcrito.

1. Ativação de ribonucleotídeos:

Os ribonucleótidos diferem dos desoxirribonucleótidos em ter açúcar ribose em vez de açúcar desoxirribose. O monofosfato de timidina é substituído pelo monofosfato de uridina. Os quatro tipos de ribonucleotídeos são monofosfato de adenosina (AMP), monofosfato de guanosina (GMP), monofosfato de uridina (UMP) e monofosfato de citidina (CMP). Eles ocorrem livremente no nucleoplasma. Antes da transcrição, os nucleotídeos são ativados através da fosforilação. A enzima fosforilase é necessária juntamente com energia. Os ribonucleótidos activados ou fosforilados são trifosfato de adenosina (ATP), trifosfato de guanosina (GTP), trifosfato de uridina (UTP) e trifosfato de citidina (CTP).

2. Modelo de DNA:

Em sinais específicos, segmentos de DNA correspondentes a um ou mais cistrons tornam-se deprimidos e prontos para transcrever. Cada um desses segmentos de transcri�o de ADN tem uma regi� promotora, local de inicia�o, regi� codificadora e uma regi� terminadora. A transcrição começa no local de iniciação e termina na região terminadora. Uma região promotora tem local de reconhecimento de RNA polimerase e local de ligação de RNA polimerase.

A abertura da cadeia ocorre na região ocupada pelos nucleotídeos TATAATG (caixa TATA) na maioria dos procariotos. Enzimas requeridas para a separação de cadeias são as unwindases, as girasses e as proteínas de ligação de cadeia simples. A região terminadora possui uma sequência de bases poli A ou uma sequência palindrómica (sequência de bases idêntica que corre em direcções opostas nas duas cadeias de ADN).

A RNA polimerase (comum em procariotas e específicos em eucariotos) liga-se à região promotora. As duas fitas de DNA desenrolam-se progressivamente do local de ligação da polimerase. Um dos dois filamentos de DNA (3'- »5 ') funciona como um modelo para a transcrição do RNA. É chamado de vertente principal, modelo ou anti-sentido. A formação de transcrição ocorre na direção 5 '-> 3'.

3. Emparelhamento de base:

Os trifosfatos de ribonucleósidos presentes no meio circundante ficam opostos às bases de azoto do molde de ADN (cadeia anti-sentido). Eles formam pares complementares, U oposto a A, A oposto a T, С oposto a G e G oposto a C. Um pirofosfato é liberado de cada ribonucleósido trifosfato para formar ribonucleotídeo. O pirofosfato é hidrolisado com a ajuda da enzima pirofosfatase. Isso libera energia.

4. Formação da Cadeia:

Com a ajuda da RNA polimerase, os ribonucleótidos adjacentes mantidos sobre o molde de DNA unem-se para formar a cadeia de RNA. Nos procariotos, uma única polimerase reconhece o promotor e a região de iniciação. Em eucariotos, existem fatores de transcrição separados e RNA polimerase para ativação da transcrição. À medida que a formação da cadeia de RNA inicia, o fator sigma (a) da RNA polimerase procariótica se separa. A RNA polimerase (enzima central) se move ao longo do molde de DNA causando o alongamento da cadeia de RNA na taxa de cerca de 30 nucleotídeos por segundo. A síntese de RNA pára assim que a polimerase atinge a região terminadora. O fator Rho (p) é necessário para isso. A região do terminador tem um sinal de parada. Também possui 4-8 nucleotídeos A.

5. Separação de RNA:

A terminação ou fator rho tem atividade de ATP-ase (Roberts, 1976). Isso ajuda na liberação da cadeia de RNA concluída. O RNA liberado é chamado de transcrito primário. É processado para formar RNAs funcionais. Em muitos procariotos, alguns dos genes estruturais de funções relacionadas são agrupados em operões. Um operon é transcrito como uma única unidade. Uma tal unidade de transcrio produz um ARNm policistrico. Em eucariotas, a unidade de transcrio produz um ARNm monocistrico.

6. Formação Duplex. Após a liberação do transcrito primário, as duas fitas de DNA estabelecem ligações entre os pares de bases complementares. Grases, unwindases e proteínas SSB são liberadas. Consequentemente, a forma helicoidal dupla do DNA é retomada.

7. Processamento Pós-Transcrição:

O transcrito primário é frequentemente maior que os RNAs funcionais. Este transcrito primário é chamado RNA nuclear heterogêneo ou hnRNA, especialmente no caso de mRNA. O processamento pós-transcrição é necessário para converter transcritos primários de todos os tipos de RNAs em RNAs funcionais (Fig. 6.18). É de quatro tipos:

(i) Clivagem:

Os precursores de RNA maiores são clivados para formar RNAs menores. O transcrito primário de rRNA é 45 S em eucariotos. É clivada para formar o seguinte:

O transcrito primário também é clivado por rfoonuclease-P (uma enzima de RNA). Um transcrito primário pode formar 5-7 precursores de ARNt.

(ii) emendando:

Transcritos eucarióticos possuem segmentos extras chamados introns ou sequências intervenientes ou seqüências não-codificadoras. Eles não aparecem em RNA maduro ou processado. As seqüências funcionais de codificação são chamadas de exons. O splicing é a remoção de introns e a fusão de exons para formar RNAs funcionais. Cada intron começa com dinucleotide GU e termina com dinucleotide AG (regra GU-AG).

Eles são reconhecidos por componentes do aparelho de splicing de Sn-RNPs (pronunciado como snurps) ou pequenas ribonucleoproteínas nucleares (viz-Ul, U2, U4, U5, U6). Um complexo chamado spliceosome é formado entre 5 ′ final (GU) e 3 ′ final (AG) do intron. Energia é obtida de ATR Remove o intron. Os exons adjacentes são reunidos. As extremidades são seladas por RNA ligase (Fig. 6.18).

Introns não são desenvolvimentos recentes. Eles apareceram quando a maquinaria genética centrada em RNA estava em vigor. Portanto, genes divididos e transcritos divididos são características antigas do sistema genético. O splicing continua a ser função catalítica mediada por RNA. Muitos outros processos dependentes de RNA estão surgindo.

(iii) Adições Terminais (Capping e Tailing):

São adicionados nucleótidos adicionais às extremidades dos ARNs para funções específicas, por exemplo, segmento CCA em ARNt, cap nucleótidos na extremidade 5 'do ARNm ou segmentos poli-A (200-300 resíduos) no extremo 3' do ARNm. Cap é formado por modificação de GTP em 7-metil guanosina ou 7mG.

(iv) Modificações de nucleotídeos:

Eles são mais comuns em tRNA - metilação (por exemplo, metil citosina, metil guanosina), desaminação (por exemplo, inosina da adenina), diidrouracil, pseudouracil, etc.

Nos procariotos, o mRNA não requer nenhum processamento elaborado para se tornar ativo. Além disso, a transcrição e tradução ocorrem na mesma região. Isso resulta no início da tradução antes mesmo de o RNAm estar completamente formado.

A síntese in vitro de RNA foi realizada pela primeira vez por Ochoa (1967).