A transcrição do DNA é um processo fundamental para a expressão gênica, onde a informação contida no DNA é copiada para RNA mensageiro (mRNA). Esse processo ocorre tanto em eucariotos, organismos cujas células possuem núcleo definido, quanto em procariotos, organismos cujas células não possuem núcleo. Em eucariotos, a transcrição ocorre no núcleo da célula e envolve a ativação de genes por fatores de transcrição e a síntese de pré-mRNA, que passa por processos de splicing e maturação antes de ser traduzido em proteínas. Já em procariotos, a transcrição ocorre no citoplasma e o mRNA é produzido diretamente a partir do DNA, sem a necessidade de processos de maturação. Ambos os processos são essenciais para garantir a correta expressão dos genes e a síntese de proteínas necessárias para o funcionamento celular.
Diferenças na transcrição entre eucariotos e bactérias: o que você precisa saber!
A transcrição do DNA é um processo fundamental para a expressão gênica, que envolve a síntese de RNA a partir de uma molécula de DNA. Porém, existem diferenças significativas na transcrição entre eucariotos e bactérias que é importante compreender.
Em eucariotos, a transcrição ocorre no núcleo da célula e envolve a presença de múltiplos fatores de transcrição, como a RNA polimerase II. Além disso, o pré-RNA produzido passa por um processo de splicing para remover os íntrons e formar um mRNA maduro antes de ser traduzido em proteínas.
Por outro lado, em bactérias, a transcrição ocorre no citoplasma, uma vez que esses organismos não possuem um núcleo definido. A RNA polimerase bacteriana é capaz de iniciar a transcrição sem a necessidade de fatores adicionais, o que torna o processo mais simples em comparação com os eucariotos.
Além disso, as bactérias frequentemente possuem operões, que são unidades de transcrição contendo múltiplos genes relacionados que são transcritos em conjunto. Isso permite uma regulação coordenada da expressão gênica em resposta às condições ambientais.
Compreender essas diferenças é essencial para avançar nosso conhecimento sobre regulação gênica e desenvolvimento de terapias para diversas doenças.
Processo de transcrição do DNA: Entenda como ocorre a transcrição do material genético.
A transcrição do DNA é um processo fundamental que ocorre em todos os organismos vivos, tanto eucariotos como procariotos. Esse processo é responsável por copiar a informação genética contida no DNA e transferi-la para o RNA, que por sua vez é utilizado na síntese de proteínas.
No caso dos procariotos, a transcrição ocorre no citoplasma da célula, onde o DNA está localizado de forma livre. Já nos eucariotos, a transcrição ocorre no núcleo da célula, onde o DNA está contido dentro do núcleo celular.
O processo de transcrição do DNA é dividido em três etapas principais: iniciação, alongamento e terminação. Na etapa de iniciação, a enzima RNA polimerase se liga ao promotor do gene, que é uma região específica do DNA onde a transcrição terá início. Em seguida, a RNA polimerase começa a desenrolar a dupla hélice do DNA e a sintetizar o RNA complementar.
No processo de alongamento, a RNA polimerase continua a sintetizar o RNA complementar, deslizando ao longo do DNA e adicionando nucleotídeos conforme a sequência de bases do DNA. Por fim, na etapa de terminação, a RNA polimerase atinge uma região específica do DNA que sinaliza o fim da transcrição, resultando na liberação do RNA recém-sintetizado.
Esse processo é essencial para a expressão dos genes e a produção de proteínas que são fundamentais para o funcionamento correto das células.
Diferenças na replicação do DNA entre procariontes e eucariontes: uma análise comparativa.
A replicação do DNA é um processo fundamental para a transmissão precisa da informação genética de uma célula para suas células filhas. No entanto, existem diferenças significativas na forma como a replicação do DNA ocorre em procariontes e eucariontes, devido às características distintas desses dois tipos de células.
Em procariontes, como as bactérias, a replicação do DNA ocorre de forma rápida e eficiente, devido à sua estrutura celular simples. O processo de replicação começa em um único ponto de origem no cromossomo circular e progride bidirecionalmente ao redor do DNA, resultando em duas moléculas de DNA idênticas.
Por outro lado, em eucariontes, como as células humanas, a replicação do DNA é mais complexa devido à presença de múltiplos cromossomos lineares e organelas celulares. A replicação começa em vários pontos de origem em cada cromossomo e progride de maneira coordenada para garantir a replicação completa de todo o genoma.
Além disso, procariontes não possuem um núcleo definido, o que permite a transcrição e a tradução do DNA ocorrerem simultaneamente no citoplasma. Já em eucariontes, a transcrição do DNA ocorre no núcleo da célula, onde o RNA mensageiro é processado e transportado para o citoplasma para a tradução em proteínas.
Mecanismo de replicação do DNA em bactérias: entenda o processo de duplicação do material genético.
Muitas vezes nos perguntamos como é possível que um organismo consiga replicar seu DNA de forma tão precisa. Nas bactérias, esse processo é extremamente eficiente e essencial para a sobrevivência da célula. A replicação do DNA em bactérias é um mecanismo complexo, mas fundamental para a transmissão das informações genéticas de uma geração para outra.
O processo de replicação do DNA em bactérias começa com a separação das duas fitas da molécula de DNA. A enzima helicase é responsável por desenrolar a dupla-hélice, formando a chamada bolha de replicação. Em seguida, a enzima DNA polimerase entra em ação, sintetizando novas fitas complementares a cada uma das fitas antigas. As novas fitas vão se formando à medida que a enzima desliza ao longo do molde de DNA, adicionando nucleotídeos emparelhados de acordo com a sequência da fita antiga.
Um dos erros mais comuns durante a replicação do DNA é a incorporação de nucleotídeos errados. Para corrigir esses erros, as enzimas exonucleases atuam na prova de leitura do DNA, removendo os nucleotídeos incorretos e substituindo-os pelos corretos. Esse mecanismo de correção de erros garante a alta fidelidade da replicação do DNA em bactérias.
Após a síntese das novas fitas de DNA, as moléculas de DNA são ligadas pelas enzimas ligases, formando duas moléculas idênticas. Esse processo de replicação do DNA em bactérias é fundamental para a manutenção da integridade genética e para a transmissão das informações genéticas para as próximas gerações.
Transcrição do DNA: processo em eucariotos e procariotos
A transcrição do DNA é um processo essencial para a síntese de proteínas em todos os seres vivos. Em eucariotos, a transcrição ocorre no núcleo da célula, enquanto em procariotos, ela acontece no citoplasma. Apesar das diferenças de localização, o processo de transcrição é semelhante em ambos os tipos de organismos.
Durante a transcrição, a enzima RNA polimerase se liga ao DNA na região do gene a ser transcrito. A RNA polimerase desenrola a dupla-hélice de DNA e sintetiza uma molécula de RNA complementar a uma das fitas de DNA. Esse RNA mensageiro (mRNA) contém a informação genética necessária para a síntese de proteínas.
Após a síntese do mRNA, ele passa por um processo de maturação, no qual são removidos os íntrons e unidos os éxons. O mRNA maduro é então transportado para o citoplasma, onde ocorre a tradução da sequência de nucleotídeos em proteínas. Esse processo de transcrição do DNA é fundamental para a expressão dos genes e para a síntese de proteínas em todas as células.
Transcrição do DNA: processo em eucariotos e procariotos
A transcrição do DNA é o processo pelo qual as informações contidas no ácido desoxirribonucléico são copiadas como uma molécula semelhante, o RNA, como um passo para a síntese de proteínas ou para a formação de moléculas de RNA envolvidas na múltiplos processos celulares de grande importância (regulação da expressão gênica, sinalização etc.).
Embora não seja verdade que todos os genes de um organismo codifiquem proteínas, é verdade que todas as proteínas de uma célula, sejam eucarióticas ou procarióticas, são codificadas por um ou mais genes, em que cada aminoácido é representado por um conjunto de três bases de DNA (códon).
A síntese da cadeia polipeptídica pertencente a qualquer proteína celular ocorre graças a dois processos fundamentais: transcrição e tradução; ambos altamente regulados, pois são dois processos de grande importância para o funcionamento de qualquer organismo vivo.
Em que consiste a transcrição de DNA?
A transcrição envolve a formação de um “modelo” de uma molécula de RNA conhecida como “RNA mensageiro” (mRNA) a partir da sequência “modelo” codificada na região do DNA correspondente ao gene a ser transcrito.
Esse processo é realizado por uma enzima chamada RNA polimerase, que reconhece locais especiais na sequência de DNA, se liga a eles, abre a fita de DNA e sintetiza uma molécula de RNA usando uma dessas fitas de DNA complementares como modelo ou padrão, mesmo quando ele encontra outra sequência de prisão especial.
A tradução, por outro lado, é o processo pelo qual ocorre a síntese de proteínas. Consiste na “leitura” das informações contidas no mRNA que foi transcrito de um gene, na “tradução” dos códons de DNA em aminoácidos e na formação de uma cadeia polipeptídica.
A tradução das seqüências nucleotídicas do RNAm é realizada por enzimas conhecidas como aminoacil-RNAt sintetases, graças à participação de outras moléculas de RNA conhecidas como “RNAs de transferência” (RNAt de transferência) (RNAt), que são anticódons dos códons contidos no RNAm. MRNAs, que são uma cópia fiel da sequência de DNA de um gene.
Transcrição eucariótica (processo)
Nas células eucarióticas, o processo de transcrição ocorre dentro do núcleo, que é a principal organela intracelular onde o DNA está contido na forma de cromossomos. Começa com a “cópia” da região codificadora do gene que é transcrita em uma molécula de banda única conhecida como RNA mensageiro (mRNA).
Como o DNA está confinado aos referidos organelos, as moléculas de mRNA funcionam como intermediários ou transportadores na transmissão da mensagem genética do núcleo para o citosol, onde ocorre a tradução do RNA e existe todo o mecanismo biossintético para a síntese de proteínas (a ribossomos).
– Como são os genes eucarióticos?
Um gene consiste em uma sequência de DNA cujas características determinam sua função, uma vez que a ordem dos nucleotídeos na referida sequência é o que determina sua transcrição e tradução subsequente (no caso daqueles que codificam proteínas).
Quando um gene é transcrito, ou seja, quando sua informação é copiada na forma de RNA, o resultado pode ser um RNA não codificante (cRNA), que tem funções diretas na regulação da expressão gênica, sinalização celular etc. ou pode ser um RNA mensageiro (mRNA), que será traduzido em uma sequência de aminoácidos em um peptídeo.
Se um gene possui um produto funcional na forma de RNA ou proteína depende de certos elementos ou regiões presentes em sua sequência.
Os genes, eucarióticos ou procarióticos, têm duas cadeias de DNA, uma conhecida como cadeia dos “sentidos” e a outra cadeia “anti-sentido”. As enzimas responsáveis pela transcrição dessas seqüências “leem” apenas uma das duas cadeias, tipicamente a cadeia “sense” ou “coding”, que possui uma direção “5′-3 ‘”.
Todo gene tem sequências reguladoras em seus fins:
– se as sequências estiverem antes da região de codificação (a que será transcrita), elas são conhecidas como “promotoras”
– se forem separados por muitos kilobases, podem ser “silenciadores” ou “intensificadores”
– aquelas sequências que estão mais próximas da região 3 ‘dos genes são geralmente sequências terminadoras, que indicam à polimerase que a transcrição (ou replicação, conforme o caso) deve parar e terminar.
A região promotora é dividida em distal e proximal, dependendo de sua proximidade com a região de codificação. É na extremidade 5 ‘do gene e é o local que reconhece a enzima RNA polimerase e outras proteínas para iniciar a transcrição do DNA no RNA.
Na parte proximal da região promotora, os fatores de transcrição podem se ligar, os quais têm a capacidade de modificar a afinidade da enzima pela sequência que ela irá transcrever; portanto, eles são responsáveis por regular positiva ou negativamente a transcrição dos genes.
As regiões intensificadora e silenciadora também são responsáveis pela regulação da transcrição gênica, modificando a “atividade” das regiões promotoras, ligando-se aos elementos ativadores ou repressores “a montante” da sequência de codificação do gene.
Diz-se que os genes eucarióticos estão sempre “desligados” ou “reprimidos” por padrão ; portanto, eles precisam ser ativados pelos elementos promotores para se expressar (transcrever).
– Quem é responsável pela transcrição?
Qualquer que seja o organismo, a transcrição é realizada por um grupo de enzimas chamadas RNA polimerases, que, semelhantes às enzimas responsáveis pela replicação do DNA quando uma célula está prestes a se dividir, se especializam na síntese de uma cadeia de RNA de uma das cadeias de DNA do gene que é transcrito.
As polimerases de RNA são grandes complexos enzimáticos compostos de muitas subunidades. Existem diferentes tipos:
– RNA polimerase I (Pol I): que transcreve os genes que codificam a subunidade ribossômica “grande”.
– RNA polimerase II (Pol II): que transcreve os genes que codificam proteínas e produzem microRNAs.
– RNA polimerase III (Pol III): que produz o RNA de transferência usado durante a tradução e também o RNA correspondente à pequena subunidade do ribossomo.
– RNA polimerase IV e V (Pol IV e Pol V): são típicas das plantas e são responsáveis pela transcrição de pequenos RNAs interferentes.
– Qual é o processo?
A transcrição genética é um processo que pode ser estudado dividido em três fases: iniciação, alongamento e terminação.
Iniciação
A RNA polimerase (por exemplo, a RNA polimerase II como um exemplo) se liga à sequência da região promotora, que consiste em um trecho de 6 a 10 pares de bases na extremidade 5 ‘do gene, geralmente cerca de 35 pares de bases do site de início da transcrição.
A ligação da RNA polimerase leva à “abertura” da dupla hélice do DNA, separando as cadeias complementares. A síntese de RNA começa no local conhecido como “local de iniciação” e ocorre na direção 5′-3 ‘, ou seja, “a jusante” ou da esquerda para a direita (por convenção).
O início da transcrição mediada pelas RNA polimerases depende da presença concomitante de fatores de transcrição de proteínas conhecidos como fatores gerais de transcrição, que contribuem para a “localização” da enzima na região promotora.
Depois que a enzima começa a polimerizar, ela “se destaca” da sequência do promotor e dos fatores gerais de transcrição.
Alongamento
Ocorre quando a RNA polimerase “se move” ao longo da sequência de DNA e adiciona ao RNA em crescimento os ribonucleotídeos complementares com a fita de DNA que serve como “molde”. À medida que a RNA polimerase “passa” pela fita de DNA, ela se junta novamente à fita anti-sentido.
A polimerização realizada pela RNA polimerase consiste em ataques nucleofílicos do oxigênio na posição 3 ‘da cadeia de RNA crescente ao fosfato “alfa” do próximo precursor de nucleotídeo que será adicionado, com a conseqüente formação de ligações fosfodiéster e a liberação de um molécula de pirofosfato (PPi).
O conjunto formado pela fita de DNA, RNA polimerase e a fita de RNA nascente é conhecido como complexo de bolha ou transcrição.
Terminação
A terminação ocorre quando a polimerase atinge a sequência de terminação, que está logicamente localizada “a jusante” do local de início da transcrição. Quando isso ocorre, a enzima e o RNA sintetizado “se separam” da sequência de DNA que é transcrita.
A região de terminação normalmente consiste em uma sequência de DNA capaz de “dobrar” sobre si mesma, formando uma estrutura de “laço em gancho” .
Após o término, a fita de RNA sintetizada é conhecida como transcrição primária, que é liberada do complexo de transcrição, após a qual pode ou não ser processada pós-transcricionalmente (antes da tradução em proteína, se aplicável) através de um processo chamado “cortar e unir”.
Transcrição em procariontes (processo)
Como as células procarióticas não têm um núcleo envolvido por membrana, a transcrição ocorre no citosol, na região “nuclear” especificamente, onde o DNA cromossômico está concentrado (as bactérias possuem um cromossomo circular).
Deste modo, o aumento na concentração citosólica de uma determinada proteína é substancialmente mais rápido nos procariotas do que nos eucariotos, uma vez que os processos de transcrição e tradução ocorrem no mesmo compartimento.
– Como são os genes procarióticos?
Os organismos procarióticos têm genes muito semelhantes aos eucariotos: os primeiros também usam regiões promotoras e reguladoras para sua transcrição, embora uma diferença importante esteja relacionada ao fato de que a região promotora costuma ser suficiente para obter uma expressão “forte” da genes.
Nesse sentido, é importante mencionar que, geralmente, os genes procarióticos estão sempre “ativados” por padrão.
A região promotora está associada a outra região, geralmente “a montante”, que é regulada por moléculas repressoras e é conhecida como “região operadora”.
Uma diferença na transcrição entre procariontes e eucariotos é que os RNAs mensageiros dos eucariotos são normalmente monocistrônicos, ou seja, cada um contém as informações para sintetizar uma única proteína, enquanto que nos procariontes eles podem ser monocistrônicos ou policistrônicos, onde um único O MRNA pode conter as informações de duas ou mais proteínas.
Assim, é sabido que genes procarióticos que codificam proteínas com funções metabólicas semelhantes, por exemplo, são encontrados em grupos conhecidos como operons, que são transcritos simultaneamente em uma única forma de molécula de RNA mensageiro.
Os genes procarióticos são densamente compactados, sem muitas regiões não codificantes entre eles; portanto, uma vez transcritos em moléculas de RNA mensageiro linear, eles podem ser traduzidos em proteínas imediatamente (os mRNAs eucarióticos geralmente precisam de processamento adicional).
– Como é a RNA polimerase procariótica?
Organismos procarióticos como bactérias, por exemplo, usam a mesma enzima RNA polimerase para transcrever todos os seus genes, ou seja, aqueles que codificam subunidades ribossômicas e aqueles que codificam para diferentes proteínas celulares.
Nas bactérias E. coli , a RNA polimerase é composta por 5 subunidades polipeptídicas, duas das quais são idênticas. As subunidades α, α, β, β ‘compreendem a porção central da enzima e são montadas e desmontadas durante cada evento de transcrição.
As subunidades α são aquelas que permitem a união entre o DNA e a enzima; a subunidade β se liga aos ribonucleotídeos de trifosfato que serão polimerizados de acordo com o modelo de DNA na molécula de mRNA nascente e a subunidade β ‘se liga ao referido filamento de DNA modelo.
A quinta subunidade, conhecida como σ, participa do início da transcrição e é a que fornece especificidade à polimerase.
– Qual é o processo?
A transcrição em procariontes é muito semelhante à dos eucariotos (também é dividida em iniciação, alongamento e terminação), com algumas diferenças na identidade das regiões promotoras e nos fatores de transcrição necessários para a RNA polimerase exerça suas funções.
Embora as regiões promotoras possam variar entre as espécies procarióticas, existem duas sequências de “consenso” conservadas que podem ser facilmente identificadas na região -10 (TATAAT) e na região -35 (TTGACA) a montante da sequência de codificação.
Iniciação
Depende da subunidade σ da RNA polimerase, pois medeia a interação entre o DNA e a enzima, tornando-a capaz de reconhecer as seqüências promotoras. A iniciação termina quando alguns transcritos abortivos de cerca de 10 nucleotídeos são produzidos e liberados.
Alongamento
Quando a subunidade σ se separa da enzima, inicia-se a fase de alongamento, que consiste na síntese de uma molécula de mRNA na direção 5′-3 ‘(aproximadamente 40 nucleotídeos por segundo).
Terminação
A terminação em procariontes depende de dois tipos diferentes de sinais; pode ser dependente de Rho e independente de Rho.
Esse dependente de Rho é controlado por essa proteína que “segue” a polimerase à medida que progride na síntese de RNA até que esta atinja uma sequência rica em guanina (G), diminua a velocidade e entre em contato com a proteína Rho, dissociação de DNA e mRNA.
A terminação independente de Rho é controlada por sequências específicas de genes, geralmente ricas em repetições de guanina-citosina (GC).
Referências
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- Rosenberg, LE & Rosenberg, DD (2012). Genes e genomas humanos: ciência. Health, Society, 317-338.
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- Animações da McGraw-Hill, youtube.com. Transcrição e tradução de DNA.