RNA polimerase: estrutura, funções, procariotos, eucariotos

A RNA polimerase é uma enzima essencial para a transcrição do DNA em RNA. Ela é responsável por sintetizar moléculas de RNA a partir de um molde de DNA. A estrutura da RNA polimerase é altamente conservada em todos os organismos, desde bactérias até seres humanos.

Nos procariotos, como bactérias, a RNA polimerase é composta por várias subunidades que trabalham juntas para reconhecer os promotores do DNA e iniciar a transcrição. Já nos eucariotos, a RNA polimerase é mais complexa, sendo dividida em várias formas que transcrevem diferentes tipos de RNA, como o RNA mensageiro, o RNA ribossômico e o RNA transportador.

Além de sua função principal na transcrição do DNA, a RNA polimerase também desempenha um papel importante na regulação da expressão gênica, respondendo a sinais internos e externos e ativando ou desativando a transcrição de genes específicos. Em resumo, a RNA polimerase é uma enzima fundamental para a síntese de RNA em todos os organismos, desempenhando um papel crucial na expressão gênica e no funcionamento celular.

Controle da atividade da RNA polimerase: mecanismos de regulação dentro da célula.

A RNA polimerase é uma enzima essencial para a síntese de RNA em todos os organismos. Ela desempenha um papel fundamental na transcrição do DNA em RNA mensageiro, que por sua vez é traduzido em proteínas. A regulação da atividade da RNA polimerase é crucial para o controle da expressão gênica e, consequentemente, para a homeostase celular.

Existem diversos mecanismos de regulação da atividade da RNA polimerase, tanto em procariotos quanto em eucariotos. Em procariotos, a regulação ocorre principalmente através de proteínas chamadas de fatores sigma, que se ligam à RNA polimerase e direcionam sua atividade para promotores específicos. Além disso, a ligação de proteínas ativadoras ou repressoras ao DNA pode modular a interação da RNA polimerase com o promotor, controlando assim a iniciação da transcrição.

Em eucariotos, a regulação da atividade da RNA polimerase é mais complexa, envolvendo uma variedade de proteínas acessórias e modificações pós-traducionais. Por exemplo, a fosforilação da RNA polimerase pela quinase dependente de ciclina pode estimular ou inibir a transcrição de determinados genes. Além disso, fatores de transcrição como os ativadores e repressores podem interagir com a RNA polimerase e regular sua atividade.

Em resumo, a regulação da atividade da RNA polimerase é um processo crucial para a expressão gênica adequada dentro da célula. A compreensão desses mecanismos de regulação é fundamental para o desenvolvimento de novas terapias e para o avanço da biologia molecular.

Diferenças na produção de MRNA entre eucariotos e procariotos: entenda as principais distinções.

A síntese de RNA mensageiro (mRNA) é um processo fundamental na expressão gênica, que difere significativamente entre eucariotos e procariotos. Uma das principais diferenças está relacionada à RNA polimerase, a enzima responsável por sintetizar o RNA a partir do DNA.

Nos procariotos, a RNA polimerase é composta por uma única subunidade, enquanto nos eucariotos, ela é formada por várias subunidades. Essa complexidade estrutural confere à RNA polimerase eucariótica a capacidade de reconhecer e transcrever regiões específicas do DNA, como os promotores e os enhancers, de forma mais precisa e regulada.

Além disso, a regulação da transcrição é mais complexa nos eucariotos, envolvendo a interação de fatores de transcrição, modificação de histonas e RNA polimerases especializadas para transcrever diferentes tipos de genes. Nos procariotos, a transcrição é mais direta e menos regulada, resultando em uma produção mais rápida e eficiente de mRNA.

Essas diferenças na produção de mRNA entre eucariotos e procariotos têm implicações significativas na regulação da expressão gênica e no funcionamento celular como um todo. Compreender as distinções na estrutura e função da RNA polimerase é essencial para elucidar os mecanismos que controlam a expressão dos genes em organismos de diferentes tipos.

Polimerase: entenda sua importância na replicação do DNA e RNA.

A polimerase é uma enzima essencial no processo de replicação do DNA e RNA. Ela tem a função de sintetizar novas cadeias de nucleotídeos a partir de uma molécula de DNA ou RNA existente. A polimerase atua como uma “máquina de escrever molecular”, copiando a informação genética e garantindo a transmissão correta das informações genéticas para as células filhas.

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No caso do RNA polimerase, essa enzima é responsável por transcrever o DNA em moléculas de RNA mensageiro (mRNA), que serão posteriormente traduzidas em proteínas. A RNA polimerase é essencial para a expressão dos genes e para a síntese de proteínas que são fundamentais para o funcionamento celular.

A estrutura da RNA polimerase varia entre procariotos e eucariotos. Nos procariotos, a RNA polimerase é composta por várias subunidades, incluindo a subunidade sigma, que reconhece o promotor do gene e inicia a transcrição. Nos eucariotos, a RNA polimerase é mais complexa, sendo formada por múltiplas subunidades que são responsáveis por regular a transcrição de diferentes tipos de RNA.

A RNA polimerase desempenha um papel crucial na regulação da expressão gênica, controlando quais genes serão transcritos e em que momentos. Ela pode ser influenciada por diversos fatores, como sinais celulares, proteínas regulatórias e modificações epigenéticas.

Em resumo, a RNA polimerase é uma enzima fundamental para a replicação do DNA e RNA, desempenhando um papel crucial na síntese de moléculas de RNA mensageiro e na regulação da expressão gênica. Seu funcionamento preciso e eficiente é essencial para a manutenção da integridade genômica e para o funcionamento adequado das células.

Tipos de RNA polimerases encontradas em organismos eucarióticos: uma análise detalhada.

As RNA polimerases são enzimas essenciais para a transcrição do DNA em RNA, um processo fundamental para a expressão gênica nos organismos. Nos organismos eucarióticos, existem três tipos principais de RNA polimerases, cada uma responsável pela transcrição de diferentes tipos de genes.

A RNA polimerase I é responsável pela transcrição dos genes que codificam o RNA ribossômico (rRNA). Este tipo de RNA é fundamental para a síntese de proteínas nas células eucarióticas. A RNA polimerase II é responsável pela transcrição dos genes que codificam o RNA mensageiro (mRNA), que contém as informações genéticas para a síntese de proteínas. Por fim, a RNA polimerase III é responsável pela transcrição dos genes que codificam o RNA de transferência (tRNA) e outros tipos de RNA pequenos.

Cada RNA polimerase é composta por várias subunidades que desempenham funções específicas durante o processo de transcrição. A RNA polimerase II, por exemplo, é composta por 12 subunidades diferentes que trabalham em conjunto para sintetizar o RNA mensageiro de forma precisa e eficiente.

Além disso, as RNA polimerases em organismos eucarióticos são reguladas por diversos fatores de transcrição que controlam a expressão gênica em resposta a estímulos internos e externos. Esses fatores de transcrição garantem que os genes sejam transcritos no momento e na quantidade correta, garantindo a homeostase celular.

Em resumo, as RNA polimerases desempenham um papel fundamental na transcrição do DNA em RNA nos organismos eucarióticos, garantindo a expressão correta dos genes e a síntese de proteínas essenciais para a sobrevivência celular.

RNA polimerase: estrutura, funções, procariotos, eucariotos

A polimerase de ARN é um complexo de enzima, que é responsável por mediar a polimerização de uma molécula de ARN , a partir de uma sequência de ADN utilizando como um modelo.Esse processo é o primeiro passo da expressão do gene e é chamado de transcrição. A RNA polimerase se liga ao DNA em uma região muito particular, conhecida como promotor.

Essa enzima – e o processo de transcrição em geral – é mais complexo em eucariotos do que em procariontes . Os eucariotos possuem múltiplas polimerases de RNA especializadas em certos tipos de genes, ao contrário dos procariontes, onde todos os genes são transcritos por uma única classe de polimerase.

RNA polimerase: estrutura, funções, procariotos, eucariotos 1

Estrutura da RNA polimerase em ação.
Fonte: I, Splette [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]

O aumento da complexidade dentro da linhagem eucariótica nos elementos relacionados à transcrição está provavelmente relacionado a um sistema de regulação de genes mais sofisticado, típico de organismos multicelulares.

Na arquéia, a transcrição é semelhante ao processo que ocorre nos eucariotos, embora eles tenham apenas uma polimerase.

As polimerases não agem sozinhas. Para que o processo de transcrição comece corretamente, é necessária a presença de complexos de proteínas chamados fatores de transcrição.

Estrutura

A RNA polimerase mais bem caracterizada são as polimerases bacterianas . Consiste em múltiplas cadeias polipeptídicas. A enzima possui várias subunidades, catalogadas como α, β, β ′ e σ. Foi demonstrado que a última subunidade não participa diretamente da catálise, mas está envolvida na ligação específica ao DNA.

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De fato, se eliminarmos a subunidade σ, a polimerase ainda poderá catalisar sua reação associada, mas nas regiões erradas.

A subunidade α possui uma massa de 40.000 Daltons e existem duas. Das subunidades β e β ′, existe apenas 1, e elas têm uma massa de 155.000 e 160.000 Daltons, respectivamente.

Essas três estruturas estão localizadas no núcleo da enzima, enquanto a subunidade σ está mais distante e é chamada de fator sigma. A enzima completa – ou holoenzima – tem um peso total próximo a 480.000 Daltons.

A estrutura da RNA polimerase é amplamente variável e depende do grupo estudado. No entanto, em todos os seres orgânicos é uma enzima complexa, composta por várias unidades.

Funções

A função da RNA polimerase é a polimerização dos nucleotídeos de uma cadeia de RNA, construída a partir de um modelo de DNA.

Toda a informação necessária para a construção e desenvolvimento de um organismo está escrita em seu DNA. No entanto, a informação não se traduz diretamente em proteínas. A passagem intermediária para uma molécula de RNA mensageiro é necessária.

Essa transformação da linguagem do DNA para o RNA é mediada pela RNA polimerase e o fenômeno é chamado de transcrição. Esse processo é semelhante à replicação do DNA.

Em procariontes

Procariontes são organismos unicelulares, sem núcleo definido. De todos os procariontes, o organismo mais estudado foi Escherichia coli . Esta bactéria é um habitante normal da nossa microbiota e tem sido o modelo ideal para geneticistas.

A polimerase de RNA foi isolada pela primeira vez neste organismo e a maioria dos estudos de transcrição foi realizada em E. coli. Em uma única célula desta bactéria, podemos encontrar até 7000 moléculas de polimerase.

Ao contrário dos eucariotos que possuem três tipos de RNA polimerases, em procariontes todos os genes são processados ​​por um único tipo de polimerase.

Em eucariotos

O que é um gene?

Os eucariotos são organismos que possuem um núcleo delimitado por uma membrana e possuem diferentes organelos. As células eucarióticas são caracterizadas por apresentar três tipos de RNA polimerases nucleares, e cada tipo é responsável pela transcrição de genes particulares.

Um “gene” não é um termo fácil de definir. Normalmente, estamos acostumados a chamar qualquer sequência de DNA que finalmente se traduza em um “gene” da proteína. Embora a afirmação acima seja verdadeira, também existem genes cujo produto final é um RNA (e não uma proteína), ou são genes envolvidos na regulação da expressão.

Existem três tipos de polimerases, denominadas I, II e III. A seguir, descreveremos suas funções:

RNA polimerase II

Os genes que codificam proteínas – e envolvem um RNA mensageiro – são transcritos pela RNA polimerase II. Devido à sua relevância na síntese protéica , tem sido a polimerase mais estudada pelos pesquisadores.

Fatores de transcrição

Essas enzimas não podem direcionar o processo de transcrição por si mesmas, elas precisam da presença de proteínas chamadas fatores de transcrição. Dois tipos de fatores de transcrição podem ser distinguidos: geral e adicional.

O primeiro grupo inclui as proteínas envolvidas na transcrição de todos os promotores da polimerase II. Estes constituem o mecanismo básico da transcrição.

Em sistemas in vitro, foram caracterizados cinco fatores gerais indispensáveis ​​para o início da transcrição pela RNA polimerase II. Esses promotores têm uma sequência de consenso chamada “caixa TATA”.

A primeira etapa da transcrição envolve a união de um fator chamado TFIID à caixa TATA. Essa proteína é um complexo com várias subunidades – entre elas, uma ligação específica à caixa. Também é composto por uma dúzia de peptídeos chamados TAFs ( fatores associados à TBP ).

Um terceiro fator envolvido é o TFIIF. Após o recrutamento da polimerase II, os fatores TFIIE e TFIIH são necessários para o início da transcrição.

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RNA polimerase I e III

Os RNAs ribossomais são elementos estruturais de ribossomas . Além do RNA ribossômico, os ribossomos são feitos de proteínas e são responsáveis ​​pela tradução de uma molécula de RNA mensageiro em proteína.

Os RNAs de transferência também participam desse processo de tradução, levando ao aminoácido que será incorporado na cadeia polipeptídica em formação.

Esses RNAs (ribossômicos e de transferência) são transcritos pelas RNA polimerases I e III. A RNA polimerase I é específica para a transcrição dos maiores RNAs ribossômicos, conhecidos como 28S, 28S e 5.8S. OS refere-se ao coeficiente de sedimentação, ou seja, as taxas de sedimentação durante o processo de centrifugação .

A RNA polimerase III é responsável pela transcrição dos genes que codificam os RNAs ribossômicos menores (5S).

Além disso, uma série de pequenos RNAs (lembre-se de que existem vários tipos de RNA, não apenas os RNAs mensageiros, ribossômicos e de transferência mais conhecidos), como os pequenos RNAs nucleares, são transcritos pela RNA polimerase III.

Fatores de transcrição

A RNA polimerase I, reservada exclusivamente para a transcrição de genes ribossômicos, requer vários fatores de transcrição para sua atividade. Os genes que codificam o RNA ribossômico têm um promotor localizado a cerca de 150 pares de bases “a montante” do local de início da transcrição.

O promotor é reconhecido por dois fatores de transcrição: UBF e SL1. Estes cooperativamente se ligam ao promotor e recrutam a polimerase I, formando o complexo de iniciação.

Esses fatores são formados por várias subunidades de proteínas. Da mesma forma, a TBP parece ser um fator de transcrição compartilhado para as três polimerases em eucariotos.

Para a RNA polimerase III, foram identificados os fatores de transcrição TFIIIA, TFIIIB e TFIIIC. Estes se ligam sequencialmente ao complexo de transcrição.

RNA polimerase em organelas

Uma das características distintivas dos eucariotos são os compartimentos subcelulares chamados organelos. As mitocôndrias e cloroplastos tem uma reminiscência da polimerase de ARN separado referida enzima em bactérias. Essas polimerases são ativas e transcrevem o DNA encontrado nessas organelas.

De acordo com a teoria endossimbiótica, eucariotos provêm de um evento de simbiose, onde uma bactéria envolveu uma menor. Esse fato evolutivo relevante explica a semelhança entre as polimerases das mitocôndrias e a polimerase das bactérias.

Na arquéia

Como nas bactérias, nas arquéias existe apenas um único tipo de polimerase responsável pela transcrição de todos os genes do organismo unicelular.

No entanto, a RNA polimerase da arquéia é muito semelhante à estrutura da polimerase nos eucariotos. Eles apresentam uma caixa TATA e fatores de transcrição, o TBP e o TFIIB, especificamente.

Em geral, o processo de transcrição nos eucariotos é bastante semelhante ao encontrado nas arquéias.

Diferenças com a DNA polimerase

A replicação do DNA é orquestrada por um complexo enzimático chamado DNA polimerase. Embora essa enzima seja geralmente comparada à RNA polimerase – ambas catalisam a polimerização de uma cadeia nucleotídica na direção de 5 ‘a 3’ – ela difere em vários aspectos.

A DNA polimerase precisa de um pequeno fragmento de nucleotídeo para poder iniciar a replicação da molécula, chamada iniciador ou iniciador. A RNA polimerase pode começar a síntese de novo e não precisa da primeira para sua atividade.

A polimerase de DNA é capaz de se ligar a vários locais ao longo de um cromossomo, enquanto a polimerase se liga apenas a promotores de genes.

Quanto aos mecanismos de revisão de enzimas, os da DNA polimerase são muito mais conhecidos, podendo corrigir os nucleotídeos errôneos que foram polimerizados por engano.

Referências

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