Síntese e processamento do rna

Síntese e processamento do rna

  • O planejamento genético fundamental de um organismo está contido na seqüência de desoxirrobonucleotídeos que constitui o DNA. Entretanto, é por meio do ácido ribonucléico (RNA) – as “cópias de trabalho” do DNA- que esse plano é fundamental é expresso. O processo de cópia, durante a qual a fita de DNA serve como molde, é chamado de transcrição.

No processo chamada de transcrição, um sistema enzimático converte a informação genética de um segmento de DNA numa fita de RNA com uma seqüência de bases complementar a uma das fitas do DNA. Três espécies de RNA são produzidas: RNA Mensageiro ( mRNA) RNA transferência (tRNA) RNA ribossômico (rRNA)

RNA MENSAGEIRO (RNAm)

  • Compreende apenas 5% do RNAm existente na célula.

  • RNAm transporta a informação genética do núcleo ao citosol, onde é usado como molde para a síntese de proteínas.

  • RNAm eucariótico possue na sua porção 3’- terminal uma longa cadeia de nucleotídeos adenina (cauda poli-A) e na sua porção 5’- terminal uma molécula de 7-metilguanosina trifosfatada.

RNA DE TRANSFERÊNCIA (RNAt)

  • Menor dos três tipos de RNA

  • Existe um tipo específico de RNA para cada um dos 20 aminoácidos (corresponde a 15% do RNAt existente na célula)

  • Cada RNAt transporta seu aa específico ao sítio de tradução (no RNAr).

RNA RIBOSSÔMICO (RNAr)

  • Estruturas complexas que servem como sítio para a tradução.

  • Estão presentes no citosol

  • Três espécies de tamanho distinto de RNAr nas células procarióticas: 23S / 16S / 5S.

  • Três espécies de tamanho distinto de RNAr em células eucarióticas: 28S / 18S / 5,8S e 5S

  • obs:. S = unidade de Svedberg relacionada ao PM

O processo de síntese de RNA, é chamado de transcrição.

Da síntese do RNA comparando-a com a replicação do RNA como descrito a transcrição é muito semelhante como a replicação em termos de mecanismos químicos, polaridade e uso de um molde. Diferem-se no fato que a transcrição não requer um iniciador, ela geralmente envolve apenas segmentos curtos de uma molécula de DNA e, dentro desses segmentos apenas umas das duas fitas do DNA funcionam como molde.

O RNA é sintetizado pelos RNAs polimerases.

  • RNA polimerase direcionada por DNA, requer além de um molde de DNA, todos os quatros ribonucleosídeos 5´trisfosfato (ATP, GTP, UTP e CTP) como precursores das unidades nucleotídicas do RNA.

A RNA polimerase alonga uma fita de RNA adicionado unidades ribonucleotídeas na extremidade hidroxila 3 de uma cadeia de RNA e, portanto, constrói cadeias de RNA na direção 5---3.

Ao contrário do DNA polimerase, a RNA polimerase não requer um iniciador para começar a síntese. A iniciação da síntese do RNA, entretanto, ocorre apenas em seqüências especificas chamadas de promotores.

A síntese do RNA usualmente começa com um resíduo de GTP ou ATP, cujo o grupo 5- trifosfato não é crivado para liberar PPi, mais permanecem intactos durante toda a transcrição. Durante a transcrição a nova fita de RNA faz pareamento de bases temporariamente com o DNA molde para formar um hibrido RNA- DNA de hélice dupla, de comprimento curto, que é essencial para a leitura correta da fita do DNA. O RNA, neste dúplex híbrido “ se desgruda” logo depois de sua formação

Para capacitar a RNA polimerase a sintetizar uma fita de RNA complementar a uma das fitas do DNA, o DNA dúplex deve se desenrolar uma pequena distância, formando uma “bolha” de transcrição.

Durante a transcrição, a RNA polimerase da E.coli geralmente mantêm cerca de 17 pares de bases desenroladas, desenrolando o DNA na frente e enrolando atrás.

A fita que funciona como síntese do RNA é chamada de fita molde ou fita menos (-). Em qualquer cromossomo, genes diferentes usam diferentes fitas como molde

Etapas na síntese do RNA: O processo de transcrição de um gene típico de E.coli pode ser divido em três fases: iniciação, alongamento e terminação.

  • 1). Iniciação: o inicio da transcrição envolve a ligação da holoenzima RNA-polimerase em uma região no DNA que determina a especificidade da transcrição de um determinado gene. Aquela seqüência de DNA é conhecida como região promotora. Seqüências nucleotídicas “consenso” características da região promotora procariótica são altamente conservadas, ou seja, muitos promotores diferentes contêm algumas seqüências semelhantes ou idênticas.

  • 2). Alongamento: uma vez que a região promotora tenha sido reconhecida pela Holoenzima, a RNA-polimerase começa a sintetizar um transcrito a partir da seqüência de DNA e a subunidade é liberada. Ao contrario da DNA polimerase, a RNA-polimerase não necessita de um iniciador e não apresenta qualquer atividade conhecida pela endonulcease ou exonuclease. Ela, dessa forma, não possui capacidade para reparar erros no RNA, como faz a DNA polimera-se usa ribonucleosídeos trifosfatados e libera pirofosfato cada vez que um nucleotídeo é adicionado à cadeia em crescimento.

3). Terminação: o processo de alongamento da cadeia de RNA continua até que um sinal de terminação seja atingido. Uma proteína adicional, o fator p(rho), pode ser necessária para a liberação do RNA produzido. Alternamente, a RNA polimerase tetramérica pode, em algumas situações reconhecer as regiões de terminação no molde de DNA.

A síntese de RNA é iniciada nos promotores .

  • A RNA polimerase liga-se a seqüência especificas no DNA chamadas de promotores que direcionam a transcrição de segmentos adjacentes do DNA “genes”.

A RNA polimerase liga-se ao promotor em pelo menos duas etapas distintas. A holoezina liga-se primeiro ao DNA e migra para região – 35, formando que é chamado de “complexo fechado”, o DNA então desenrolado cerca de 17 pares de bases começando na região – 10, expondo a fita molde no sítio de iniciação. A RNA polimerase liga-se mais fortemente a esta região desenrolada, formando um “ complexo aberto”. A síntese do RNA então começa.

A iniciação da transcrição é regulada

  • Em diferentes etapas do desenvolvimento os requerimentos celulares para certo produto gênico podem variar grandemente. Para fornecer proteínas a transcrição de cada gene é regulada.

Um exemplo de proteína que ativa a transcrição é a proteína do gene ativador do catabolismo ( CAP), que aumentam a transcrição de genes que codificam enzimas que metabolizam a açúcares outros que não a glicose.

As células Eucarióticas possuem três espécies de RNA polimerases

  • A máquinaria transcrisional no núcleo de uma célula Eucariótica é mais complexa do que na bactéria. Os Eucariotes possuem três RNA polimerases diferentes, dexiguinadas I,II,III. Cada uma tem uma função especifica e liga-se a diferentes seqüências de promotores

A RNA polimerase I é responsável pela síntese de apenas um tempo de RNA, um transcrito de RNA pré ribossomo que contem o precursor dos rRNAs. A RNA polimerase II possui a função central de sintetizar RNAs, bem como umas alguns RNAs de funções especiais. A RNA polimerase III sintetiza tRNAs, o RNA 5S e alguns outros RNAs pequenos especializados.

Seqüências especificam sinalizam a terminação da síntese de RNA

  • A síntese de RNA prossegue até que a RNA polimerases encontra uma seqüência que desencadeie a sua dissociação o.

Na E. coli há pelo menos duas classes de tais sinais de terminação. Uma classe com uma proteína chamada de fator p (rho), e a outra é p- independente.

A classe p-independente possui duas características distintas. A primeira é uma região que é transcrita sem seqüências autocomplementares, permitindo a formação de uma estrutura de grampo centrada 15 a 20 nucleotídeos antes da extremidade do RNA.

Processamento do RNA:

  • Muitas moléculas de RNA na bactéria e praticamente em todas as moléculas de RNA nos eucarionte são processadas em certos grau depois que são sintetizadas.

Uma molécula de RNA recém sintetizada é chamada de um transcrito primário.

Talvez os processamentos mais extenso dos transcritos primário ocorram no mRNAs dos eucariotos nos tRNAs tanto de bactéria quanto nos eucarioticos.

Ao contrário, na maioria dos casos, a seqüência codificadora é interrompida por extensões não-codificadoras chamadas de íntrons e os segmentos codificadores são chamados de éxons.

Num processo chamado de emenda (splicing),os íntrons são removidos dos transcritos primários e os éxons unidos para formar uma seqüência contígua especificando um polipeptídio funcional.

Os transcritos primários da maioria dos tRNAs são também processados pela remoção de seqüências de cada extremidade (chamada de clivagem), e algumas vezes pela remoção de íntrons (emenda),. Muitas bases nos tRNAs são também modificadas; tRNAs maduros estão repletos de bases incomuns não encontradas em outros ácidos nucléicos.

Os íntrons transcritos no RNA são removidos pela emenda

  • A noção de que todos os genes são contínuos foi inesperadamente contestada, em 1997, com a descoberta de que os genes polipeptídicos nos eucariontes são frequentemente interrompidos pelas seqüências não-codificadores agora chamados de íntrons.

Os íntrons estão presentes na grande maioria dos genes que codificam certas histonas. A ocorrência de íntrons nos outros eucariontes é variável. Os íntrons são também encontrados em uns poucos genes procariontes.

Os íntrons são excisados do transcrito primário e os éxons são unidos para formar um RNA funcional maduro

Os íntrons foram descobertos quando o mRNA e o DNA do qual era derivado usando métodos comparados como na figura abaixo:

  • Definindo a estrutura do gene da ovoalbunina de galinha, por hibridização. O mRNA maduro foi hibridizado com o DNA desnaturado contendo o gene da ovolalbunina e as moléculas resultantes foram visualizadas com o microscópio eletrônico. Algumas regiões do DNA não possui complementos no mRNA por causa da emenda dos transcritos primários. As alças de fitas simples de RNA resultantes são evidentes eletromicrografia ( a). As alças definem as localizações e tamanhos dos íntrons.

Há quatro classes de íntrons. Os primeiros dois, chamados de grupos I e II, compartilham algumas características-chaves, mas diferem nos detalhes dos seus mecanismos de emenda.

Íntrons do grupo I são encontrados em alguns genes nucleares, mitocôndrias e cloroplastiais que codificam rRNAs; Em grupo hidroxila 2´ou 3´de uma ribose faz um ataque nucleofílico num fósforo e em cada etapa uma nova ligação fosfodiéster é formada à custa da velha, mantendo um equilíbrio energético.

A reação de emenda do grupo I requer um cofator de guanina, nucleosídeo ou nucleotídeo. Este cofator não é usado como fonte de energia, o grupo da hidroxila 3´é usado como um nucleofílico na primeira etapa da via de emenda. A hidroxila 3´,5´com a extremidade 5´do íntron. A hidroxila 3´do éxon que é descolada nesta etapa, age então como um nucleofílico numa reação semelhante na extremidade 3´do íntron. O resultado é a excisão precisa do íntron e a ligação dos éxons.

Nos íntrons do grupo II o padrão é semelhante, exceto para o nucleofílico na primeira etapa. Ao invés de um cofator externo, o nucleofílico é o grupo hidroxila 2´de um resíduo de adenilato dentro do íntron. Uma estrutura ramificada não usual, em laço, é formada como um intermediário.

O terceiro e maior grupo dos íntrons, encontrados nos transcritos primários dos mRNA nucleares, sofre emenda pelo mecanismo de formação do laço como íntrons do grupo II. Entretanto, eles não são auto-emendavéis.

A emenda requer a ação de complexos RNA – proteínas especializados, contendo uma classe de RNAs eucariotos, chamados de RNAs nucleares pequenos.

Os íntrons não são limitados aos eucariotos. Embora muito raros, vários genes com íntrons têm sido agora encontrados em bactérias e vírus bacterianos. O bacteriófago T4, por exemplo, possui vários genes com íntrons do grupo I. os íntrons parecem ser mais comuns na arqueobactérias do que na E. coli.

Os mRNAs eucarióticos sofrem processamento adicional.

  • Nos eucariotos, os mRNs maduros possuem características estruturais distintas nas duas extremidades. A maioria possui capacete 5´, um resíduo da 7-metilguanosina unido ao resíduo terminal 5´do mRNA através de uma ligação incomum 5´5 –trifosfato. Na extremidade 3´a maioria dos mRNAs possui uma “cauda” de 20 a 250 resíduos de adenilato, chamada de cauda poli (A).

As funções do capacete 5´e da cauda poli (A) são apenas parcialmente conhecidas. O capacete 5´liga-se a uma proteína e pode participar na ligação do mRNA ao ribossomo para iniciar a tradução. A cauda poli (A) também se liga a uma proteína especifica. Parece que o capacete 5´, a cauda de poli (A) e suas proteínas associadas ajudam a proteger o mRNA da destruição enzimática.

O capacete 5´é formado pela condensação de uma molécula de GTP com trifosfato na extremidade 5´ do transcrito.

A guanina é subseqüentemente metilada na N-7, e grupos metila adicionais frequentemente são adicionados nas hidroxilas 2´do primeiro e segundo nucleotídeos adjacentes ao capacete.

Os RNAs ribossômicos e de transferência também sofrem processamento

  • O processo pós-transcricional não é limitado ao mRNA. Os RNA ribossômicos tanto das bactérias quanto das células eucarióticas são sintetizadas a partir de precursores maiores chamados RNAs pré-ribossômico

Nas bactérias, os RNAs 16S, 23S e 5S originam-se de um único precursor de RNA de 30 S possuindo cerca de 6.500 nucleotídeos. O RNA de ambas extremidades do precursor 30S, e entre os RNAs, é removido por processamento.

A E. coli possui sete conjuntos de genes rRNA, cada um produzindo um transcrito precursor.

mRNAs celulares são dregadados com velocidades diferentes.

  • Quando a síntese e a degradação de um mRNA estiverem balanceadas, sua concentração permanece num nível constante, em equilíbrio estacionário. Um aumento de velocidade de síntese ou de degradação, leva acúmulo ou depleção do mRNA, respectivamente.

Nas células eucariontes, as velocidades da degradação do mRNA variam grandemente para os mRNAs derivados de diferentes tipos de genes.

Em média, a meia vida de um mRNA numa célula de vertebrado é cerca de três horas, o mRNA se renovando cerca de dez vezes em cada geração da célula. Nas células bacterianas, a meia vida vida dos mRNAs é apenas de 1,5 minutos, entretanto, pelo fato da bactéria se dividir muito mais rápido do que as células eucarióticas, os mRNAs bacterianos também se renovam cerca de 10 vezes em cada ciclo celular.

Estruturas grampos semelhantes podem conferir estabilidade em regiões selecionadas de um transcrito primário, levando à degradação não uniforme de alguns transcritos policistrônicos.

Nas células eucarióticas, a cauda poli (A) 3´pode ser importante para a estabilidade de muitos mRNAs. A remoção desta cauda leva a rápida degradação de alguns mRNAs normalmente instáveis. Estes processos degradativos garantem que os RNAs não se estabeleçam na célula e direcionam a síntese de proteínas desnecessárias.

A polinucleotídeo fosforilase sintetiza polímeros do tipo RNA aleatoriamente

  • A polinucleotídeo fosfarilase foi a primeira enzima encontrada que sintetiza ácido nucléico. A reação catalisada pela nucleotídeo fosforilase difere fundamentalmente das outras atividades polimerizantes discutidas até agora pelo fato que ela na ser direcionada por molde. A enzima requer ribonucleosídeos 5´difosfato e não agia com homólogos 5`trifostatos, com desoxirribonucleosideos 5´difosfatos

Síntese de RNA e DNA dependente de RNA O papel da fita molde tem sido reservado ao DNA. Entretanto, enzimas que usam um molde de RNA na síntese dos ácidos nucléicos são larga e surpreendentemente distribuídas. Com uma exação muito importante, estas enzimas desempenham apenas um modesto papel na vias da informação. A exceção são os vírus que possuem um genoma de RNA.

CONCLUSÃO:

  • Através desse trabalho, realizado por nós alunos e futuros enfermeiros da disciplina de Bioquímica, descobrimos o mundo fascinante da síntese e do processamento do RNA, descobrimos que não é uma coisa simples, uma sim complexa. Assim cada vez mais que são pesquisados os RNAs são descobertas várias coisas de grande importância para a humanidade e para os bioquímicos, biólogos e outros.

  • Como já sabiamos, existem três tipos principais de RNA que participam no processo de síntese protéica: RNA ribossomal, RNA transportador e RNA mensageiro. Eles são polímeros não ramificados de nucleotídeos, mas diferem do DNA por conterem ribose em vez da desoxirribose e uracila em vez de timina. O processo de síntese de RNA, é chamado de transcrição. Além de muito mais.

BIBLIOGRAFIA: PRINCIPIOS DE BIOQUÍMICA LEHNINGER

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