Em formação

SS1_2019_Lecture_11 - Biologia


Desafio de projeto de replicação: revisão

Quando a célula começa a tarefa de replicar o DNA, ela o faz em resposta a sinais ambientais que dizem à célula que é hora de se dividir. Esta é uma tarefa difícil quando você considera que existem ~ 6.500.000.000 pares de bases no genoma humano e ~ 4.500.000 pares de bases no genoma de um típico E. coli cepa e que a Natureza determinou que as células devem se replicar em 24 horas e 20 minutos, respectivamente. Em ambos os casos, muitas reações bioquímicas individuais precisam ocorrer.

Embora idealmente a replicação ocorresse com fidelidade perfeita, a replicação do DNA, como todos os outros processos bioquímicos, é imperfeita - bases podem ser deixadas de fora, bases extras podem ser adicionadas ou podem ser adicionadas bases que não formam um par de bases adequado. Em muitos organismos, muitos dos erros que ocorrem durante a replicação do DNA são prontamente corrigidos pela própria DNA polimerase por meio de um mecanismo conhecido como revisão. No revisão, a DNA polimerase "lê" cada base recém-adicionada por meio da detecção da presença ou ausência de pequenas anomalias estruturais antes de adicionar a próxima base à fita em crescimento. Ao fazer isso, uma correção pode ser feita.

Se a polimerase detectar que uma base recém-adicionada foi emparelhada corretamente com a base na fita modelo, o próximo nucleotídeo é adicionado. Se, no entanto, um nucleotídeo errado for adicionado ao polímero em crescimento, a dupla hélice deformada fará com que a DNA polimerase pare e a fita recém-feita será ejetada do local de polimerização na polimerase e entrará em um local de exonuclease. Nesse local, a DNA polimerase é capaz de clivar os últimos vários nucleotídeos que foram adicionados ao polímero. Assim que os nucleotídeos incorretos forem removidos, novos serão adicionados novamente. Esse recurso de revisão vem com algumas desvantagens: usar uma polimerase de correção de erros / mais precisa requer tempo (a compensação é a velocidade de replicação) e energia (sempre um custo importante a se considerar). Quanto mais devagar você vai, mais preciso pode ser. Ir muito devagar, entretanto, pode impedi-lo de replicar tão rápido quanto seus concorrentes, portanto, descobrir o equilíbrio é fundamental.

Erros que não são corrigidos pela revisão tornam-se o que é conhecido como mutações.

Figura 1. A revisão pela DNA polimerase corrige erros durante a replicação.

Discussão sugerida

Por que a replicação do DNA precisa ser rápida? Considere o ambiente em que o DNA está e compare-o com a estrutura do DNA ao ser replicado.

Discussão sugerida

Quais são os prós e os contras dos recursos de revisão da DNA polimerase?

Erros de replicação e reparo de DNA

Embora a replicação do DNA seja tipicamente um processo altamente preciso, e a revisão das DNA polimerases ajude a manter a taxa de erro baixa, erros ainda ocorrem. Além de erros de replicação, danos ambientais também podem ocorrer ao DNA. Esses erros não corrigidos de replicação ou danos ambientais ao DNA podem levar a sérias consequências. Portanto, a natureza desenvolveu vários mecanismos para reparar DNA danificado ou sintetizado incorretamente.

Reparo incompatível

Alguns erros não são corrigidos durante a replicação, mas são corrigidos após a conclusão da replicação; este tipo de reparo é conhecido como um reparo de incompatibilidade. Enzimas específicas reconhecem o nucleotídeo adicionado incorretamente e o extirpam, substituindo-o pela base correta. Mas, como as enzimas de reparo incompatíveis reconhecem qual das duas bases é a incorreta?

No E. coli, após a replicação, a base nitrogenada adenina adquire um grupo metil; isso significa que, diretamente após a replicação, a fita de DNA parental terá grupos metil, enquanto a fita recém-sintetizada não os possui. Assim, as enzimas de reparo de incompatibilidade são capazes de varrer o DNA e remover as bases incorretamente incorporadas da fita não metilada recém-sintetizada, usando a fita metilada como o modelo "correto" a partir do qual incorporar um novo nucleotídeo. Em eucariotos, o mecanismo não é tão bem compreendido, mas acredita-se que envolva o reconhecimento de cortes não selados na nova fita, bem como uma associação contínua de curto prazo de algumas das proteínas de replicação com a nova fita filha após a replicação ter concluído.

Figura 2. No reparo de incompatibilidade, a base adicionada incorretamente é detectada após a replicação. As proteínas de reparo de incompatibilidade detectam essa base e a removem da fita recém-sintetizada por ação de nuclease. A lacuna agora é preenchida com a base emparelhada corretamente.

Reparo de excisão de nucleotídeo

Reparo de excisão de nucleotídeo as enzimas substituem as bases incorretas fazendo um corte nas extremidades 3 'e 5' da base incorreta. Todo o segmento de DNA é removido e substituído por nucleotídeos emparelhados corretamente pela ação de uma DNA polimerase. Uma vez que as bases são preenchidas, a lacuna restante é selada com uma ligação fosfodiéster catalisada pela enzima DNA ligase. Este mecanismo de reparo é frequentemente empregado quando a exposição aos raios ultravioleta causa a formação de dímeros de pirimidina.

Figura 3. A excisão de nucleotídeos repara dímeros de timina. Quando expostas aos raios ultravioleta, as timas adjacentes umas às outras podem formar dímeros de timina. Em células normais, eles são excisados ​​e substituídos.

Consequências de erros na replicação, transcrição e tradução

Algo importante para se pensar:

As células desenvolveram uma variedade de maneiras de garantir que os erros de DNA sejam detectados e corrigidos. Já discutimos vários deles. Mas por que tantos mecanismos diferentes evoluíram? Da revisão pelas várias DNA polimerases dependentes de DNA, aos complexos sistemas de reparo. Esses mecanismos não evoluíram para erros de transcrição ou tradução. Se você está familiarizado com os processos de transcrição e / ou tradução, pense em quais seriam as consequências de um erro de transcrição. Tal erro afetaria a prole? Seria letal para a célula? E os erros de tradução? Faça as mesmas perguntas sobre o processo de tradução. O que aconteceria se o aminoácido errado fosse acidentalmente colocado no polipeptídeo em crescimento durante a tradução? Como eles contrastam com a replicação do DNA? Se você não está familiarizado com a transcrição ou tradução, não se preocupe. Aprenderemos isso em breve e voltaremos a esta questão.

O fluxo de informação genética

Em bactérias, arquéias e eucariotos, o papel principal do DNA é armazenar informações hereditárias que codificam o conjunto de instruções necessário para criar o organismo em questão. Embora tenhamos ficado muito melhores na leitura rápida da composição química (a sequência de nucleotídeos em um genoma e algumas das modificações químicas que são feitas nele), ainda não sabemos como decodificar de forma confiável todas as informações dentro e todas dos mecanismos pelos quais é lido e, em última análise, expresso.

Existem, no entanto, alguns princípios básicos e mecanismos associados à leitura e expressão do código genético cujas etapas básicas são compreendidas e que precisam fazer parte do kit de ferramentas conceituais para todos os biólogos. Dois desses processos são a transcrição e a tradução, que são a manipulação de partes do código genético escrito no DNA em moléculas do RNA polimérico relacionado e a leitura e codificação do código de RNA em proteínas, respectivamente.

Em BIS2A, nos concentramos amplamente no desenvolvimento de uma compreensão do

processo

de transcrição (lembre-se de que uma história de energia é simplesmente uma rubrica para descrever um processo) e seu papel na expressão da informação genética. Motivamos nossa discussão sobre transcrição focalizando problemas funcionais (incluindo partes de nossa rubrica de solução de problemas / desafio de design) que devem ser resolvidos durante o processo a ocorrer. Em seguida, descrevemos como o processo é usado pela Natureza para criar uma variedade de moléculas de RNA funcionais (que podem ter várias funções estruturais, catalíticas ou regulatórias), incluindo as chamadas moléculas de RNA mensageiro (mRNA) que carregam as informações necessárias para sintetizar proteínas . Da mesma forma, nos concentramos nos desafios e questões associadas ao processo de tradução, o processo pelo qual os ribossomos sintetizam proteínas.

O fluxo básico de informações genéticas em sistemas biológicos é freqüentemente descrito em um esquema conhecido como "o dogma central" (veja a figura abaixo). Este esquema afirma que a informação codificada no DNA flui para o RNA via transcrição e, finalmente, para as proteínas via tradução. Processos como a transcrição reversa (a criação de DNA a partir de um modelo de RNA) e replicação também representam mecanismos para a propagação de informações em diferentes formas. Este esquema, no entanto, não diz nada em si sobre como a informação é codificada ou sobre os mecanismos pelos quais os sinais regulatórios se movem entre as várias camadas de tipos de moléculas representadas no modelo. Portanto, embora o esquema abaixo seja uma parte quase necessária do léxico de qualquer biólogo, talvez um remanescente da velha tradição, os alunos também devem estar cientes de que os mecanismos de fluxo de informações são mais complexos (aprenderemos sobre alguns à medida que avançamos, e que "o dogma central" representa apenas algumas vias centrais).

figura 1. O fluxo de informações genéticas.
Atribuição: Marc T. Facciotti (trabalho original)

Genótipo para fenótipo

Um conceito importante nas seções a seguir é a relação entre as informações genéticas, o genótipo, e o resultado de expressá-lo, o fenótipo. Esses dois termos e os mecanismos que os ligam serão discutidos repetidamente nas próximas semanas - comece a se tornar proficiente no uso desse vocabulário.

Figura 2. A informação armazenada no DNA está na sequência dos nucleotídeos individuais quando lida na direção 5 'para 3'. A conversão da informação do DNA em RNA (um processo chamado transcrição) produz a segunda forma que a informação assume na célula. O mRNA é usado como molde para a criação da sequência de aminoácidos das proteínas (em tradução). Aqui, dois conjuntos diferentes de informações são mostrados. A sequência de DNA é ligeiramente diferente, resultando em dois mRNAs diferentes produzidos, seguidos por duas proteínas diferentes e, por fim, duas cores de revestimento diferentes para os camundongos.

Genótipo refere-se às informações armazenadas no DNA do organismo, a sequência dos nucleotídeos e a compilação de seus genes. Fenótipo refere-se a qualquer característica física que você pode medir, como altura, peso, quantidade de ATP produzida, capacidade de metabolizar a lactose, resposta a estímulos ambientais, etc. seleção. A figura acima mostra essa ideia. Observe também que, embora as discussões clássicas das relações genótipo e fenótipo sejam discutidas no contexto de organismos multicelulares, essa nomenclatura e os conceitos subjacentes se aplicam a todos os organismos, até mesmo organismos unicelulares como bactérias e arquéias.

Nota: possível discussão

Algo que você não consegue ver "a olho" pode ser considerado um fenótipo?

Nota: possível discussão

Os organismos unicelulares podem ter vários fenótipos simultâneos? Se sim, você pode propor um exemplo? Se não, por quê?

Genes

O que é um gene? UMA gene é um segmento de DNA no genoma de um organismo que codifica um RNA funcional (como rRNA, tRNA, etc.) ou produto de proteína (enzimas, tubulina, etc.). Um gene genérico contém elementos que codificam regiões regulatórias e uma região que codifica uma unidade transcrita.

Os genes podem adquirir mutações—Definidas como mudanças na composição e / ou sequência dos nucleotídeos — tanto nas regiões codificantes quanto regulatórias. Essas mutações podem levar a vários resultados possíveis: (1) nada mensurável acontece como resultado; (2) o gene não é mais expresso; ou (3) a expressão ou comportamento do (s) produto (s) do gene são diferentes. Em uma população de organismos que compartilham o mesmo gene, diferentes variantes do gene são conhecidas como alelos. Alelos diferentes podem levar a diferenças nos fenótipos dos indivíduos e contribuir para a diversidade na biologia que está sob pressão seletiva.

Comece a aprender esses termos de vocabulário e conceitos associados. Você estará um tanto familiarizado com eles quando começarmos a mergulhá-los com mais detalhes nas próximas aulas.

Figura 3. Um gene consiste em uma região codificadora de um produto de RNA ou proteína acompanhada por suas regiões regulatórias. A região codificadora é transcrita em RNA que é então traduzido em proteína.

Transcrição: do DNA para o RNA

Resumo da seção

Bactérias, arquéias e eucariotos devem transcrever genes de seus genomas. Embora a localização celular possa ser diferente (eucariotos realizam a transcrição no núcleo; bactérias e arquéias realizam a transcrição no citoplasma), os mecanismos pelos quais os organismos de cada um desses clados realizam esse processo são fundamentalmente os mesmos e podem ser caracterizados por três estágios : iniciação, alongamento e término.

Uma breve visão geral da transcrição

A transcrição é o processo de criação de uma cópia de RNA de um segmento de DNA. Uma vez que este é um processo, queremos aplicar a rubrica Energy Story para desenvolver uma compreensão funcional da transcrição. Qual é a aparência do sistema de moléculas antes do início da transcrição? Como fica no final? Que transformações de matéria e transferências de energia acontecem durante a transcrição e o que, se alguma coisa, catalisa o processo? Também queremos pensar sobre o processo do ponto de vista do Desafio de Design. Se a tarefa biológica é criar uma cópia do DNA na linguagem química do RNA, que desafios podemos supor ou antecipar razoavelmente, dado nosso conhecimento sobre outros processos de polímero de nucleotídeo, devem ser superados? Há evidências de que a natureza resolveu esses problemas de maneiras diferentes? Quais parecem ser os critérios para o sucesso da transcrição? Você entendeu a ideia.

Listando alguns dos requisitos básicos para transcrição

Vamos primeiro considerar as tarefas em mãos, usando alguns de nossos conhecimentos básicos e imaginando o que pode precisar acontecer durante a transcrição se o objetivo for fazer uma cópia de RNA de um pedaço de uma fita de uma molécula de DNA de fita dupla. Veremos que o uso de alguma lógica básica nos permite inferir muitas das questões e coisas importantes que precisamos saber para descrever adequadamente o processo.

Vamos imaginar que queremos projetar uma nanomáquina / nanobô que conduziria a transcrição. Podemos usar algum pensamento de Desafio de Design para identificar problemas e subproblemas que precisam ser resolvidos por nosso pequeno robô.

• Onde a máquina deve começar? Ao longo dos milhões a bilhões de pares de bases, para onde a máquina deve ser direcionada?
• Onde a máquina deve parar?
• Se tivermos sites de início e parada, precisaremos de maneiras de codificar essas informações para que nossa (s) máquina (s) possam ler essas informações - como isso será feito?
• Quantas cópias de RNA do DNA precisaremos fazer?
• Com que rapidez as cópias de RNA precisam ser feitas?
• Com que precisão as cópias precisam ser feitas?
• Quanta energia o processo consumirá e de onde virá a energia?

Essas são, é claro, apenas algumas das questões centrais. Pode-se cavar mais fundo, se desejar. No entanto, eles já são bons o suficiente para começarmos a ter uma boa noção desse processo. Observe, também, que muitas dessas questões são notavelmente semelhantes àquelas que inferimos que podem ser necessárias para entender sobre a replicação do DNA.

Os blocos de construção da transcrição

Os blocos de construção do RNA

Lembre-se de nossa discussão sobre a estrutura dos nucleotídeos que os blocos de construção do RNA são muito semelhantes aos do DNA. No RNA, os blocos de construção consistem em trifosfatos de nucleotídeos que são compostos por um açúcar ribose, uma base nitrogenada e três grupos fosfato. As principais diferenças entre os blocos de construção do DNA e os do RNA são que as moléculas de RNA são compostas de nucleotídeos com açúcares ribose (em oposição aos açúcares desoxirribose) e utilizam uridina, um nucleotídeo contendo uracila (em oposição à timidina no DNA). Observe abaixo que o uracil e a timina são estruturalmente muito semelhantes - o uracil está apenas sem um metil (CH3) grupo funcional em comparação com a timina.

figura 1. Os componentes químicos básicos dos nucleotídeos.
Atribuição: Marc T. Facciotti (trabalho original)

Iniciação da transcrição

Promotores

As proteínas responsáveis ​​pela criação de uma cópia de RNA de um fragmento específico de DNA (transcrição) devem primeiro ser capazes de reconhecer o início do elemento a ser copiado. UMA promotor é uma sequência de DNA na qual várias proteínas, conhecidas coletivamente como a maquinaria de transcrição, se ligam e iniciam a transcrição. Na maioria dos casos, os promotores existem a montante (5 'da região de codificação) dos genes que regulam. A sequência específica de um promotor é muito importante porque determina se a porção de codificação correspondente do gene é transcrita o tempo todo, algumas vezes ou raramente. Embora os promotores variem entre as espécies, alguns elementos de sequência semelhante às vezes são conservados. Nas regiões -10 e -35 a montante do local de iniciação, existem dois promotores consenso sequências ou regiões que são semelhantes em muitos promotores e em várias espécies. Alguns promotores terão uma sequência muito semelhante à sequência de consenso (a sequência que contém os elementos de sequência mais comuns) e outros parecerão muito diferentes. Essas variações de sequência afetam a força com que a maquinaria de transcrição pode se ligar ao promotor para iniciar a transcrição. Isso ajuda a controlar o número de transcrições feitas e a frequência com que são feitas.

Figura 2. (a) Um diagrama geral de um gene. O gene inclui a sequência do promotor, uma região não traduzida (UTR) e a sequência de codificação. (b) Uma lista de várias sequências de promotores fortes de E. coli. A caixa -35 e a caixa -10 são sequências altamente conservadas em toda a lista de promotores fortes. Promotores mais fracos terão mais diferenças de pares de bases quando comparados a essas sequências.
Fonte: http: //www.discoveryandinnovation.co...lecture12.html

Nota: possível discussão

Que tipos de interação são alterados entre a maquinaria de transcrição e o DNA quando a sequência de nucleotídeos do promotor muda? Por que algumas sequências criariam um promotor "forte" e por que outras criam um promotor "fraco"?

Promotores bacterianos vs. eucarióticos

Em células bacterianas, a sequência consenso -10, chamada de região -10, é rica em AT, geralmente TATAAT. A sequência -35, TTGACA, é reconhecida e ligada pela proteína σ. Uma vez que essa interação proteína-DNA é feita, as subunidades do núcleo da RNA polimerase ligam-se ao local. Devido à estabilidade relativamente menor das associações AT, a região -10 rica em AT facilita o desenrolamento do molde de DNA, e várias ligações de fosfodiéster são feitas.

Os promotores eucarióticos são muito maiores e mais complexos do que os promotores procarióticos, mas ambos têm uma região rica em AT - nos eucariotos, é normalmente chamada de TATA box. Por exemplo, no gene da timidina quinase de camundongo, a caixa TATÁ está localizada a aproximadamente -30. Para este gene, a sequência exata da caixa TATA é TATAAAA, conforme lida na direção 5 'para 3' na fita não-modelo. Esta sequência não é idêntica ao E. coli -10 região, mas ambos compartilham a qualidade de ser um elemento rico em AT.

Em vez de uma única polimerase bacteriana, os genomas da maioria dos eucariotos codificam três RNA polimerases diferentes, cada uma composta de dez subunidades de proteína ou mais. Cada polimerase eucariótica também requer um conjunto distinto de proteínas conhecido como fatores de transcrição para recrutá-lo para um promotor. Além disso, um exército de outros fatores de transcrição, proteínas conhecidas como potenciadores e silenciadores ajudam a regular a síntese de RNA de cada promotor. Intensificadores e silenciadores afetam a eficiência da transcrição, mas não são necessários para o início da transcrição ou sua procissão. Fatores de transcrição basais são cruciais na formação de um complexo de pré-iniciação no molde de DNA que subsequentemente recruta a RNA polimerase para o início da transcrição.

O início da transcrição começa com a ligação da RNA polimerase ao promotor. A transcrição requer que a dupla hélice de DNA se desenrole parcialmente de modo que uma fita possa ser usada como molde para a síntese de RNA. A região de desenrolamento é chamada de bolha de transcrição.

Figura 3. Durante o alongamento, a RNA polimerase acompanha o molde do DNA, sintetiza o mRNA na direção de 5 'para 3' e desenrola, em seguida, rebobina o DNA à medida que é lido.

Alongamento

A transcrição sempre procede do vertente modelo, uma das duas fitas do DNA de fita dupla. O produto de RNA é complementar à fita modelo e é quase idêntico à fita não modelo, chamada de fita de codificação, com a exceção de que o RNA contém uma uracila (U) no lugar da timina (T) encontrada no DNA. Durante o alongamento, uma enzima chamada RNA polimerase prossegue ao longo do molde de DNA, adicionando nucleotídeos por emparelhamento de bases com o molde de DNA de maneira semelhante à replicação do DNA, com a diferença de que uma fita de RNA que é sintetizada não permanece ligada ao molde de DNA. À medida que o alongamento prossegue, o DNA é continuamente desenrolado à frente da enzima central e rebobinado atrás dela. Observe que a direção da síntese é idêntica à da síntese no DNA - 5 'para 3'.

Figura 4. Durante o alongamento, a RNA polimerase acompanha o molde de DNA, sintetizando mRNA na direção 5 'para 3', desenrolando e retrocedendo o DNA à medida que é lido.

Figura 5. A adição de nucleotídeos durante o processo de transcrição é muito semelhante à adição de nucleotídeos na replicação do DNA. O RNA é polimerizado de 5 'a 3' e, a cada adição de um nucleotídeo, uma ligação fosfoanidrida é hidrolisada pela enzima, resultando em um polímero mais longo e na liberação de dois fosfatos inorgânicos.
Fonte: http://utminers.utep.edu/rwebb/html/...longation.html

Nota: possível discussão

Compare e contraste a história da energia para a adição de um nucleotídeo na replicação do DNA com a adição de um nucleotídeo na transcrição.

Alongamento bacteriano vs. eucariótico

Nas bactérias, o alongamento começa com a liberação do σ subunidade da polimerase. A dissociação de σ permite que a enzima central prossiga ao longo do molde de DNA, sintetizando mRNA na direção 5 'para 3' a uma taxa de aproximadamente 40 nucleotídeos por segundo. O emparelhamento de bases entre DNA e RNA não é estável o suficiente para manter a estabilidade dos componentes da síntese de mRNA. Em vez disso, a RNA polimerase atua como um ligante estável entre o molde de DNA e as fitas nascentes de RNA para garantir que o alongamento não seja interrompido prematuramente.

Em eucariotos, após a formação do complexo de pré-iniciação, a polimerase é liberada de outros fatores de transcrição e o alongamento pode prosseguir como ocorre em procariotos com a polimerase sintetizando pré-mRNA na direção 5 'para 3'. Conforme discutido anteriormente, a RNA polimerase II transcreve a maior parte dos genes eucarióticos, portanto, esta seção se concentrará em como essa polimerase realiza o alongamento e a terminação.

Terminação

Em bactérias

Depois que um gene é transcrito, a polimerase bacteriana precisa ser instruída a se dissociar do molde de DNA e liberar o mRNA recém-formado. Dependendo do gene que está sendo transcrito, existem dois tipos de sinais de terminação. Um é baseado em proteínas e o outro é baseado em RNA. Rescisão dependente de Rho é controlada pela proteína rho, que segue atrás da polimerase na crescente cadeia de mRNA. Perto do final do gene, a polimerase encontra uma sequência de nucleotídeos G no molde de DNA e ele para. Como resultado, a proteína rho colide com a polimerase. A interação com rho libera o mRNA da bolha de transcrição.

Terminação independente de Rho é controlado por sequências específicas na fita modelo de DNA. À medida que a polimerase se aproxima do final do gene que está sendo transcrito, ela encontra uma região rica em nucleotídeos CG. O mRNA se dobra sobre si mesmo e os nucleotídeos CG complementares se ligam. O resultado é um estável grampo isso faz com que a polimerase pare assim que começa a transcrever uma região rica em nucleotídeos AT. A região UA complementar do transcrito do mRNA forma apenas uma interação fraca com o DNA molde. Isso, juntamente com a polimerase paralisada, induz instabilidade suficiente para a enzima do núcleo se separar e liberar o novo transcrito de mRNA.

Em eucariotos

O término da transcrição é diferente para as diferentes polimerases. Ao contrário dos procariotos, o alongamento pela RNA polimerase II em eucariotos ocorre de 1.000 a 2.000 nucleotídeos além do final do gene que está sendo transcrito. Esta cauda pré-mRNA é subsequentemente removida por clivagem durante o processamento do mRNA. Por outro lado, as RNA polimerases I e III requerem sinais de terminação. Os genes transcritos pela RNA polimerase I contêm uma sequência específica de 18 nucleotídeos que é reconhecida por uma proteína de terminação. O processo de terminação na RNA polimerase III envolve um grampo de mRNA semelhante à terminação independente de rho da transcrição em procariotos.

Em archaea

O término da transcrição nas arquéias é muito menos estudado do que nos outros dois domínios da vida e ainda não é bem compreendido. Embora os detalhes funcionais provavelmente se assemelhem a mecanismos que foram vistos em outros domínios da vida, os detalhes estão além do escopo deste curso.

Localização celular

Em bactérias e arquéias

Em bactérias e arquéias, a transcrição ocorre no citoplasma, onde o DNA está localizado. Como a localização do DNA e, portanto, o processo de transcrição não são separados fisicamente do resto da célula, a tradução geralmente começa antes do término da transcrição. Isso significa que o mRNA em bactérias e arquéias é usado como modelo para uma proteína antes que todo o mRNA seja produzido. A falta de segregação espacial também significa que há muito pouca segregação temporal para esses processos. A Figura 6 mostra os processos de transcrição e tradução ocorrendo simultaneamente.

Figura 6. A adição de nucleotídeos durante o processo de transcrição é muito semelhante à adição de nucleotídeos na replicação do DNA.
Fonte: Marc T. Facciotti (trabalho próprio)

Em eucariotos ....

Em eucariotos, o processo de transcrição é fisicamente segregado do resto da célula, sequestrado dentro do núcleo. Isso resulta em duas coisas: o mRNA é concluído antes que a tradução possa começar e há tempo para "ajustar" ou "editar" o mRNA antes do início da tradução. A separação física desses processos dá aos eucariotos a chance de alterar o mRNA de forma a estender a vida útil do mRNA ou mesmo alterar o produto proteico que será produzido a partir do mRNA.

Processamento de mRNA

5 'G-cap e 3' cauda poli-A

Quando um gene eucariótico é transcrito, o transcrito primário é processado no núcleo de várias maneiras. Os mRNAs eucarióticos são modificados na extremidade 3 'pela adição de uma cauda poli-A. Esta sequência de resíduos A é adicionada por uma enzima que não usa DNA genômico como molde. Além disso, os mRNAs têm uma modificação química da extremidade 5 ', chamada de capa 5'. Os dados sugerem que essas modificações tanto ajudam a aumentar o tempo de vida do mRNA (prevenir sua degradação prematura no citoplasma) quanto a ajudar o mRNA a iniciar a tradução.

Figura 7. os pré-mRNAs são processados ​​em uma série de etapas. Os íntrons são removidos, uma tampa 5 'e uma cauda poli-A são adicionadas.
Fonte: http: //www.discoveryandinnovation.co...lecture12.html

Splicing alternativo

O splicing ocorre na maioria dos mRNAs eucarióticos nos quais os íntrons são removidos da sequência de mRNA e os exons são ligados entre si. Isso pode criar um mRNA muito mais curto do que o inicialmente transcrito. O splicing permite que as células misturem e combinem quais exons são incorporados ao produto de mRNA final. Conforme mostrado na figura abaixo, isso pode fazer com que várias proteínas sejam codificadas por um único gene.

Figura 8. A informação armazenada no DNA é finita. Em alguns casos, os organismos podem misturar e combinar essas informações para criar diferentes produtos finais. Em eucariotos, o splicing alternativo permite a criação de diferentes produtos de mRNA, que por sua vez são usados ​​na tradução para criar diferentes sequências de proteínas. Em última análise, isso leva à produção de diferentes formas de proteínas e, portanto, diferentes funções de proteínas.
Fonte: http: //www.discoveryandinnovation.co...lecture12.html