Após a descriptografia Código genético Surgiu a pergunta: como é a transferência da informação do DNA para a proteína? Estudos bioquímicos estabeleceram que a maior parte do DNA em uma célula está localizada no núcleo, enquanto a síntese de proteínas ocorre no citoplasma. Essa separação territorial de DNA e síntese de proteínas levou à busca de um mediador. Como a síntese de proteínas ocorreu com a participação dos ribossomos, o RNA foi apresentado como intermediário. Um diagrama foi criado ilustrando a direção do fluxo de informação genética em uma célula:
DNA → RNA → proteína
Ela tem o nome dogma central biologia molecular. F. Crick postulou que a síntese de macromoléculas de acordo com este esquema é realizada de acordo com o princípio da matriz. Demorou muitos anos para provar a exatidão deste postulado.
Inicialmente, assumiu-se que o RNA ribossômico desempenhava o papel de intermediário (“um gene - um ribossomo - uma proteína”). No entanto, essa suposição logo ficou clara. Foi demonstrado que o número de ribossomos não muda durante a síntese de proteínas; novo RNA não é sintetizado e, portanto, nova informação não chega. Logo, uma fração de RNA instável foi encontrada na composição dos ribossomos, cujas moléculas são frouxamente mantidas no ribossomo com a ajuda de cátions de Mg. A hibridização molecular mostrou que essas moléculas de RNA são cópias de certas seções de DNA. Ela tem o nome matriz, ou RNA mensageiro. Também foi chamado anteriormente de RNA-intermediário e mensageiro-RNA. A complementaridade dessas moléculas com certas regiões do DNA indicou que elas são sintetizadas de acordo com o tipo de molde no DNA.
Gradualmente, todo o caminho de transferência de informação do DNA para a proteína foi elucidado. Consiste em duas etapas: transcrições e transmissões. Na fase da transcrição, ocorre a leitura e transferência da informação genética do DNA para o mRNA. O processo de transcrição ocorre em três etapas: iniciação, alongamento e terminação. A informação é lida a partir de apenas uma fita de DNA (fita +), pois, com base nas propriedades do código genético, seções complementares de DNA não podem codificar a estrutura da mesma proteína devido à falta de degenerescência complementar do código. A enzima de transcrição é a RNA polimerase, que consiste em quatro subunidades (ααββ") e não possui especificidade para a fonte de DNA. Estado inicial transcrição - iniciação - a quinta subunidade, o chamado fator s, está ligada à enzima, que reconhece um sítio específico do DNA, o promotor. Os promotores não são transcritos. Eles são reconhecidos pelo fator s pela presença de uma sequência de nucleotídeos específica neles. Nos promotores bacterianos, é chamado de bloco Pribnow e tem a forma TATAAT (com pequenas variações). A enzima RNA polimerase se liga ao promotor. A cadeia de mRNA cresce em uma direção, a taxa de transcrição é ≈ 45-50 nucleotídeos por 1 segundo. No estágio de iniciação, apenas uma cadeia curta de 8 nucleotídeos é sintetizada, após o que o fator s é separado da RNA polimerase e o estágio de alongamento começa. A formação da cadeia de mRNA já é realizada pela proteína-tetrâmero. O site a partir do qual a informação é lida é chamado de transcrição. Ele termina com um terminador - uma sequência de nucleotídeos específica que desempenha o papel de um sinal de parada. Ao atingir o terminador, a enzima RNA polimerase para de funcionar e, com a ajuda de fatores de terminação da proteína, é separada da matriz.
Em células bacterianas, as moléculas de mRNA resultantes podem agir imediatamente como moldes para a síntese de proteínas; transmissão. Eles se conectam aos ribossomos, aos quais as moléculas de RNA de transporte (tRNA) entregam simultaneamente aminoácidos. As cadeias de RNA de transferência têm aproximadamente 70 nucleotídeos de comprimento. Uma molécula de tRNA de fita simples possui sítios de pareamento complementar, que incluem centros ativos: um sítio para reconhecimento do tRNA pela enzima tRNA sintetase, que liga o aminoácido ativado correspondente ao tRNA; um aceptor é um sítio ao qual um aminoácido está ligado e uma alça de anticódon.
Anticódoné um tripleto complementar ao códon correspondente na molécula de mRNA. A interação códon-anticódon ocorre pelo tipo de pareamento complementar, durante o qual um aminoácido é ligado a uma cadeia proteica em crescimento. O códon de iniciação em vários mRNAs é o códon AUG correspondente ao aminoácido metionina. Portanto, o tRNA com o anticódon UAC acoplado ao aminoácido metionina ativado é o primeiro a se aproximar do molde. As enzimas que ativam aminoácidos e os ligam ao tRNA são chamadas de aminoacil-tRNA sintetases. Todos os estágios da biossíntese de proteínas (iniciação, alongamento, término) são servidos por fatores de tradução de proteínas. Os procariontes têm três deles para cada estágio. No final do modelo de mRNA estão os códons sem sentido que não são lidos e marcam o fim da tradução.
No genoma de muitos organismos, de bactérias a humanos, foram encontrados genes e seus tRNAs correspondentes que realizam leitura de códons não padrão. Esse fenômeno recebeu o nome ambiguidade de transmissão.
Evita consequências negativas erros que ocorrem na estrutura das moléculas de mRNA durante a transcrição. Assim, quando códons sem sentido aparecem dentro da molécula de mRNA que podem interromper prematuramente o processo de transcrição, o mecanismo de supressão é ativado. Consiste no fato de que na célula aparece forma incomum tRNA com um anticódon complementar ao códon nonsense, o que não deve ser normal. Seu aparecimento é resultado da ação de um gene que realiza uma mudança de base no anticódon do tRNA, que tem composição semelhante ao códon nonsense. Como resultado de tal substituição, o códon sem sentido é lido como um códon significativo normal. Tais mutações são chamadas supressoras, porque. eles suprimem a mutação original que levou ao aparecimento do códon sem sentido.
O DNA - o portador de toda a informação genética na célula - não participa diretamente da síntese de proteínas. Nas células animais e vegetais, as moléculas de DNA estão contidas nos cromossomos do núcleo e são separadas por uma membrana nuclear do citoplasma, onde as proteínas são sintetizadas. Para os ribossomos - locais de montagem de proteínas - é enviado do núcleo um mediador portador de informação, capaz de passar pelos poros da membrana nuclear. O RNA mensageiro (i-RNA) é um intermediário. De acordo com o princípio da complementaridade, é lido do DNA com a participação de uma enzima chamada RNA polimerase. O processo de leitura (ou melhor, write off), ou síntese de RNA, realizado pela RNA polimerase, é chamado de transcrição (latim transcriptio - reescrita). O RNA mensageiro é uma molécula de fita simples, e a transcrição vem de uma fita de uma molécula de DNA de fita dupla. Se o nucleotídeo G está na fita de DNA transcrita, então a RNA polimerase inclui C no RNA, se for T, inclui A, se for A, inclui y (o RNA não inclui T) (Fig. 46) . Em comprimento, cada uma das moléculas de mRNA é centenas de vezes menor que o DNA. O RNA mensageiro não é uma cópia de toda a molécula de DNA, mas apenas parte dela - um gene ou um grupo de genes adjacentes que carregam informações sobre a estrutura das proteínas necessárias para desempenhar uma função. Nos procariontes, esse grupo de genes é chamado de operon. Você lerá sobre como os genes são combinados em um operon e como o controle da transcrição é organizado na seção sobre biossíntese de proteínas. No início de cada operon há uma espécie de local de pouso para a RNA polimerase chamado promotor. Esta é uma sequência específica de nucleotídeos de DNA que uma enzima reconhece por afinidade química. Somente ao se ligar ao promotor, a RNA polimerase é capaz de iniciar a síntese de mRNA. Ao chegar ao final do operon, a enzima encontra um sinal (na forma de uma certa sequência de nucleotídeos) indicando o fim da leitura. O mRNA finalizado se afasta do DNA e vai para o local da síntese de proteínas. Existem quatro etapas no processo de transcrição descrito:
1) Ligação da RNA polimerase ao promotor;
2) Iniciação - o início da síntese. Consiste na formação da primeira ligação fosfodiéster entre ATP ou GTP e o segundo nucleotídeo da molécula de RNA sintetizada;
3) alongamento - o crescimento de uma cadeia de RNA, ou seja, a ligação sequencial de nucleotídeos uns aos outros na ordem em que os nucleotídeos complementares estão na fita de DNA transcrita. A taxa de alongamento atinge 50 nucleotídeos por segundo;
4) terminação - conclusão da síntese do mRNA.
4. TRANSCRIÇÃO
A transcrição é a primeira etapa na implementação da informação genética em uma célula. Durante o processo, formam-se moléculas de mRNA que servem como matriz para a síntese de proteínas, bem como moléculas de transporte, ribossômicas e outros tipos de RNA que desempenham funções estruturais, adaptadoras e catalíticas (Fig. 4-26).
Arroz. 4-26. Esquema para a implementação de informação genética em características fenotípicas. A implementação do fluxo de informação em uma célula pode ser representada pelo esquema DNA-"RNA-"proteína. DNA-"RNA" representa a biossíntese de moléculas de RNA (transcrição); RNA-"proteína" representa a biossíntese de cadeias polipeptídicas (tradução).
A transcrição em eucariotos ocorre no núcleo. O mecanismo de transcrição é baseado no mesmo princípio estrutural de pareamento de bases complementares na molécula de RNA (G ≡ C, A=U e T=A). O DNA serve apenas como molde e não muda durante a transcrição. Os ribonucleosídeos trifosfatos (CTP, GTP, ATP, UTP) são substratos e fontes de energia necessários para que a reação da polimerase ocorra, a formação de uma ligação fosfodiéster de 3,5" entre os ribonucleosídeos monofosfatos.
A síntese de moléculas de RNA começa em certas sequências (sítios) de DNA, que são chamadas de promotores, e termina nas seções de terminação (locais de rescisão). Um trecho de DNA delimitado por um promotor e um sítio de terminação é uma unidade de transcrição - transcrição. Em eucariotos, via de regra, um gene é incluído na transcrição (Fig. 4-27), em procariontes existem vários. Existe uma zona não informativa em cada transcrição; contém sequências de nucleotídeos específicas com as quais os fatores de transcrição regulatórios interagem.
Fatores de transcrição - proteínas que interagem com certos sítios regulatórios e aceleram ou retardam o processo de transcrição. A proporção de partes informativas e não informativas em transcriptons eucarióticos é em média 1:9 (9:1 em procariontes).
As transcrições vizinhas podem ser separadas umas das outras por regiões de DNA não transcritas. A divisão do DNA em muitos transcriptons permite a leitura individual (transcrição) de diferentes genes com diferentes atividades.
Apenas uma das duas fitas de DNA é transcrita em cada transcrição, o que é chamado de matriz, a segunda cadeia complementar a ela é chamada codificação. A síntese da cadeia de RNA vai da extremidade 5 "para a 3", enquanto a cadeia de DNA molde é sempre antiparalela ao ácido nucleico sintetizado (Fig. 4-28).
A transcrição não está associada a fases do ciclo celular; ele pode acelerar e desacelerar dependendo da necessidade de uma célula ou organismo para uma determinada proteína.
RNA polimerase
A biossíntese de RNA é realizada por RNA polimerases dependentes de DNA. Três polimerases de RNA especializadas foram encontradas em núcleos eucarióticos: RNA polimerase I, sintetizar pré-rRNA; RNA polimerase II, responsável pela síntese de pré-mRNA; RNA polimerase III, sintetizar o pré-tRNA. As RNA polimerases são enzimas oligoméricas que consistem em várias subunidades - 2α, β, β", σ. A subunidade o (sigma) desempenha uma função reguladora, este é um dos fatores de iniciação da transcrição, RNA polimerases I, II, III, reconhecendo diferentes promotores , contêm subunidades σ estruturalmente diferentes.
A. Etapas de transcrição
Existem 3 etapas no processo de transcrição: iniciação, alongamento e término.
Iniciação
O promotor é ativado por uma grande proteína - fator TATA, assim chamado porque interage com uma sequência de nucleotídeos promotora específica - TATAAA- (TATA-caixa)(Figura 4-29).
A fixação do fator TATA facilita a interação do promotor com a RNA polimerase. Os fatores de iniciação causam uma mudança na conformação da RNA polimerase e garantem o desenrolamento de aproximadamente uma volta da hélice do DNA, ou seja, formado garfo de transcrição,
Arroz. 4-27. A estrutura da transcrição.
Arroz. 4-28. Transcrição de RNA em fita molde de DNA. A síntese de RNA sempre ocorre na direção 5 "→ 3".
Arroz. 4-29. A estrutura do promotor eucariótico. Os elementos promotores são sequências de nucleotídeos específicas características de qualquer promotor que se liga à RNA polimerase. O primeiro elemento promotor, a sequência ATAAA- (TATA-box), é separada do local de início da transcrição por aproximadamente 25 pares de bases (pb). A uma distância de cerca de 40 (às vezes até 120) b.p. a sequência GGCCAATC- (caixa CAAT) está localizada a partir dele.
em que o molde está disponível para iniciar a síntese da fita de RNA (Fig. 4-30).
Depois que um oligonucleotídeo de 8 a 10 resíduos de nucleotídeos é sintetizado, a subunidade σ é separada da RNA polimerase e vários fatores de alongamento são ligados à molécula da enzima.
Alongamento
Os fatores de alongamento aumentam a atividade da RNA polimerase e facilitam a separação das fitas de DNA. A síntese da molécula de RNA prossegue da extremidade 5" para a 3" da fita de DNA modelo complementar. Na fase de alongamento, na região de transcrição
forks são separados simultaneamente por aproximadamente 18 pares de nucleotídeos de DNA. A extremidade crescente da cadeia de RNA forma uma hélice híbrida temporária, cerca de 12 pares de bases, com a cadeia de DNA molde. À medida que a RNA polimerase se move ao longo do molde na direção da extremidade de 3" para a de 5", ocorre uma divergência na frente dela e, atrás dela, a dupla hélice do DNA é restaurada.
Terminação
O desenrolamento da dupla hélice do DNA na região do sítio de terminação a torna acessível ao fator de terminação. A síntese de RNA é concluída
Arroz. 4-30. etapas de transcrição. 1 - fixação do fator TATA ao promotor. Para que o promotor seja reconhecido pela RNA polimerase, o complexo de transcrição TATA-factor/TATA-box (promotor) deve ser formado. O fator TATA permanece associado à caixa TATA durante a transcrição, o que facilita o uso do promotor por muitas moléculas de RNA polimerase; 2 - formação de uma forquilha de transcrição; 3 - alongamento; 4.- rescisão.
seções estritamente definidas da matriz - terminadores (locais de rescisão). O fator de terminação facilita a separação do transcrito primário (pré-mRNA), complementar à matriz e RNA polimerase da matriz. A RNA polimerase pode entrar na próxima rodada de transcrição após a fixação da subunidade σ.
B. Modificação covalente (processamento) do RNA mensageiro
Os transcritos de mRNA primário sofrem uma série de modificações covalentes antes de serem usados na síntese de proteínas. Essas modificações são necessárias para que o mRNA funcione como um molde.
Modificação extremidade de 5"
As modificações do pré-mRNA começam no estágio de alongamento. Quando o comprimento do transcrito primário atinge aproximadamente 30 resíduos de nucleotídeos, tampando sua extremidade 5". O capeamento é realizado pela guanilil transferase. A enzima hidrolisa a ligação macroérgica na molécula GTP e liga o resíduo de difosfato de nucleotídeo com um grupo 5"-fosfato à extremidade 5" do fragmento de RNA sintetizado com o formação de uma ligação 5", 5"-fosfodiéster. A metilação subsequente do resíduo de guanina na composição de GTP com a formação de N7-metilguanosina completa a formação da capa (Fig. 4-31).
Arroz. 4-31. Modificação covalente de resíduos de nucleotídeos terminais do transcrito de mRNA primário.
A extremidade 5' modificada fornece iniciação da tradução, prolonga o tempo de vida do mRNA, protegendo-o da ação de 5'-exonucleases no citoplasma. O capeamento é necessário para iniciar a síntese de proteínas, uma vez que os trigêmeos iniciadores AUG, GUG são reconhecidos pelo ribossomo apenas se um cap estiver presente. A presença de uma tampa também é necessária para o funcionamento de um complexo sistema enzimático que garante a remoção de íntrons.
3" modificação final
A extremidade 3' da maioria dos transcritos sintetizados pela RNA polimerase II também é modificada, na qual uma sequência poliA (cauda poliA) consistindo de 100 a 200 resíduos de ácido adenílico é formada por uma enzima especial poliA polimerase.
O sinal para o início da poliadenilação é a sequência -AAAAAA- na fita de RNA em crescimento. A enzima poliA polimerase, exibindo atividade de exonuclease, quebra a ligação 3 "-fosfoéster após o aparecimento da sequência específica -AAUAAA- na cadeia de RNA. Para a extremidade 3" no ponto de ruptura, a poliA polimerase constrói uma cauda poliA. A presença de uma sequência poliA na extremidade 3" facilita a liberação de mRNA do núcleo e retarda sua hidrólise no citoplasma.
Enzimas de cache e poliadenilação ligam-se seletivamente à RNA polimerase II e são inativas na ausência de polimerase.
Splicing de transcritos de mRNA primários
Com o advento de métodos que permitem estudar a estrutura primária das moléculas de mRNA no citoplasma e a sequência nucleotídica do DNA genômico que a codifica, verificou-se que elas não são complementares, e o comprimento do gene é várias vezes maior que o mRNA "maduro". As sequências de nucleotídeos presentes no DNA, mas não no mRNA maduro, foram denominadas não codificantes, ou íntrons e as sequências presentes no mRNA são codificantes, ou exons. Assim, o transcrito primário é um ácido nucleico (pré-mRNA) estritamente complementar ao molde, contendo tanto éxons quanto íntrons. O comprimento dos íntrons varia de 80 a 1000 nucleotídeos. As sequências de íntrons são "cortadas" da transcrição primária, as extremidades dos exons são conectadas umas às outras. Essa modificação de RNA é chamada "emenda"(do inglês, para emendar- emenda). O splicing ocorre no núcleo e o mRNA "maduro" entra no citoplasma.
Os genes eucarióticos contêm mais íntrons do que éxons, de modo que moléculas de pré-mRNA muito longas (cerca de 5.000 nucleotídeos) após o splicing se transformam em moléculas de mRNA citoplasmática mais curtas (500 a 3.000 nucleotídeos).
O processo de "corte" de íntrons prossegue com a participação de pequenas ribonucleoproteínas nucleares (snRNPs). O snRNP é composto por um pequeno RNA nuclear (snRNA), cuja cadeia de nucleotídeos está ligada a uma cadeia principal de proteínas composta por vários protômeros. Vários snRNPs estão envolvidos no splicing (Fig. 4-32).
As sequências de nucleótidos de nitrões são funcionalmente inactivas. Mas nas extremidades 5'- e 3'-, eles têm seqüências altamente específicas - AGGU- e GAGG-, respectivamente (splicing sites), que garantem sua remoção da molécula de pré-mRNA. Alterar a estrutura dessas sequências afeta o processo de splicing.
No primeiro estágio do processo, os snRNPs se ligam a sequências específicas do transcrito primário (sítios de splicing), e então outros snRNPs se juntam a eles. Durante a formação da estrutura do spliceossomo, a extremidade 3' de um éxon aproxima-se da extremidade 5' do próximo éxon. O spliceossomo catalisa a reação de clivagem da ligação 3",5"-fosfodiéster na fronteira do éxon com o íntron. A sequência de íntrons é removida e os dois éxons são unidos. A formação de uma ligação 3",5"-fosfodiéster entre dois éxons é catalisada por snRNAs (pequenos RNAs nucleares) que fazem parte da estrutura do spliceossomo. Como resultado do splicing, moléculas de mRNA "maduras" são formadas a partir de transcritos de mRNA primários.
Splicing alternativo de transcritos primários de mPNE
Para alguns genes, foram descritas vias alternativas de splicing e poliadenilação para o mesmo transcrito. Um éxon de uma variante de splicing pode ser um íntron em uma via alternativa, de modo que as moléculas de mRNA formadas como resultado de splicing alternativo diferem no conjunto de éxons. Isso leva à formação de diferentes mRNAs e, consequentemente, diferentes proteínas de um transcrito primário. Assim, nas células parafoliculares da glândula tireoide (Fig. 4.33), durante a transcrição do gene do hormônio calcitonina (ver Seção 11), é formado um transcrito de mRNA primário, que consiste em seis éxons. A calcitonina de RNA mensageiro é formada pelo splicing dos primeiros quatro éxons (1-4). O último (quarto) éxon contém um sinal de poliadenilação (sequência -AAUAAA-) reconhecido pela poliA polimerase nas células parafoliculares da tireoide. A mesma transcrição primária nas células cerebrais durante outra (alternativa)
Arroz. 4-32. emenda de RNA. O processo de splicing envolve vários snRNPs que formam o spliceossomo. snRNPs, interagindo com o RNA e entre si, fixam e orientam os grupos de reação do transcrito primário. A função catalítica dos spliceossomos é devida aos componentes do RNA; esses RNAs são chamados de ribozimas.
Arroz. 4-33. Splicing alternativo do gene da calcitonina. Nas células da tireoide, o splicing do transcrito primário leva à formação de mRNA de calcitonina, que inclui 4 éxons e uma sequência poliA, que é formada após a clivagem do transcrito na primeira região do sinal de poliadenilação. Nas células cerebrais, o mRNA é formado contendo: éxons 1, 2, 3, 5, 6 e uma sequência poliA formada após o segundo sinal de poliadenilação.
A via de splicing é convertida em mRNA para uma proteína semelhante à calcitonina responsável pela percepção do sabor. O RNA mensageiro desta proteína consiste nos três primeiros exons, que são comuns ao mRNA da calcitonina, mas inclui adicionalmente o quinto e o sexto exons, que não são característicos do mRNA da calcitonina. O sexto éxon também possui um sinal de poliadenilação -AAUAAA-, reconhecido pela enzima poliA polimerase nas células do tecido nervoso. A escolha de uma das vias (splicing alternativo) e de um dos possíveis sítios de poliadenilação desempenha um papel importante na expressão gênica específica do tecido.
Diferentes variantes de splicing podem levar à formação de diferentes isoformas da mesma proteína. Por exemplo, o gene da troponina consiste em 18 éxons e codifica inúmeras isoformas dessa proteína muscular. Diferentes isoformas de troponina são formadas em diferentes tecidos em certos estágios de seu desenvolvimento.
B. Processamento de transcritos primários de RNA ribossômico e RNA de transferência
Os genes que codificam a maioria dos RNAs estruturais são transcritos pelas RNA polimerases I e III. Os ácidos nucleicos - precursores de rRNA e tRNA - sofrem clivagem e modificação química (processamento) no núcleo.
Modificações pós-transcricionais do transcrito de tRNA primário (processamento de tRNA)
A transcrição primária do tRNA contém cerca de 100 nucleotídeos e após o processamento - 70-90 resíduos de nucleotídeos. Modificações pós-transcricionais de transcritos de tRNA primários ocorrem com a participação de RNases (ribonuclease). Assim, a formação da extremidade 3' do tRNA é catalisada pela RNase, que é uma 3'-exonuclease que "corta" um nucleotídeo até atingir a sequência -SSA, o mesmo para todos os tRNAs. Para alguns tRNAs, a formação da sequência -CCA na extremidade 3" (extremidade aceptora) ocorre como resultado da adição sequencial desses três nucleotídeos. O pré-tRNA contém apenas um íntron, composto por 14-16 nucleotídeos. Remoção de o íntron e o splicing levam à formação de uma estrutura chamada "anticódon",- um tripleto de nucleotídeos que assegura a interação do tRNA com o códon de mRNA complementar durante a síntese proteica (Fig. 4-34).
Modificações pós-transcricionais (processamento) do transcrito de rRNA primário. Formação de ribossomos
As células humanas contêm cerca de cem cópias do gene rRNA, localizadas em grupos em cinco cromossomos. Os genes de rRNA são transcritos pela RNA polimerase I para produzir transcritos idênticos. Os transcritos primários têm cerca de 13.000 resíduos de nucleotídeos (45S rRNA). Antes de deixar o núcleo como parte de uma partícula ribossômica, a molécula de rRNA 45S sofre processamento, resultando na formação de rRNA 28S (cerca de 5.000 nucleotídeos), rRNA 18S (cerca de 2.000 nucleotídeos) e rRNA 5,88 (cerca de 160 nucleotídeos), que são componentes ribossomos (Figura 4-35). O resto da transcrição é degradado no núcleo.
Arroz. 4-34. Processamento pré-tRNA. Certas bases nitrogenadas de nucleotídeos de tRNA são metiladas durante o processamento pela RNA metilase e convertidas, por exemplo, em 7-metilguanosina e 2-metilguanosina (bases menores). A molécula de tRNA também contém outras bases incomuns - pseudouridina, di-hidrouridina, que também são modificadas durante o processamento.
Arroz. 4-35. Formação e saída do núcleo das subunidades ribossomais. Como resultado do processamento, três tipos de rRNA são formados a partir da molécula precursora do rRNA 45S: 18S, que faz parte da subunidade pequena dos ribossomos, e 28S e 5,8S, que estão localizados na subunidade grande. Todos os três rRNAs são produzidos em quantidades iguais, uma vez que se originam do mesmo transcrito primário. A subunidade grande do ribossomo 5S rRNA é transcrita separadamente do transcrito 45S rRNA primário. Os RNAs ribossomais, formados durante as modificações pós-transcricionais, ligam-se a proteínas específicas e um ribossomo é formado.
O ribossomo é uma organela celular envolvida na síntese de proteínas. O ribossomo eucariótico (80S) consiste em duas subunidades, grandes e pequenas: 60S e 40S. As proteínas ribossomais desempenham funções estruturais, reguladoras e catalíticas.
Na biologia, os processos de transcrição e tradução são considerados no âmbito da biossíntese de proteínas. Embora no processo de transcrição, não ocorre síntese de proteínas. Mas sem ela, a tradução (ou seja, síntese direta de proteínas) é impossível. A transcrição precede a tradução.
A transcrição e tradução que ocorrem nas células são consistentes com o chamado dogma da biologia molecular (proposto por F. Crick em meados do século XX): o fluxo de informação nas células vai na direção dos ácidos nucléicos (DNA e RNA ) às proteínas, mas nunca vice-versa (ou seja, das proteínas aos ácidos nucléicos). Isso significa que um ácido nucléico pode servir como uma matriz de informação para a síntese de proteínas, mas uma proteína não pode atuar como tal para a síntese de ácidos nucléicos.
A transcrição é a síntese de uma molécula de RNA em uma molécula de DNA. Ou seja, o DNA serve como molde para a síntese de RNA.
A transcrição é catalisada por várias enzimas, sendo a mais importante a RNA polimerase. Deve ser lembrado que as enzimas são principalmente proteínas (isso também se aplica à RNA polimerase).
A RNA polimerase se move ao longo da fita dupla de DNA, separa as fitas e, em uma delas, de acordo com o princípio da complementaridade, constrói uma molécula de RNA a partir de nucleotídeos flutuando no núcleo. Assim, o RNA é essencialmente idêntico a uma seção de outra fita de DNA (na qual a síntese não ocorre), pois as fitas de uma molécula de DNA também são complementares entre si. Apenas no RNA a timina é substituída por uracila.
A síntese de ácidos nucleicos ocorre na direção da extremidade 5' das moléculas para a extremidade 3'. Neste caso, as cadeias complementares são sempre antiparalelas (dirigidas para lados diferentes). Portanto, o próprio RNA é sintetizado na direção 5" → 3", mas se move ao longo da cadeia de DNA na direção 3" → 5".
A seção de DNA na qual ocorre a transcrição (transcripton, operon) consiste em três partes: um promotor, um gene (no caso do mRNA, em geral, a parte transcrita) e um terminador.
Para iniciar (iniciar) a transcrição, são necessários vários fatores proteicos que se ligam ao promotor, após o que a RNA polimerase pode ser anexada ao DNA.
A terminação (final) da transcrição ocorre após a RNA polimerase encontrar um dos códons de parada.
Nas células eucarióticas, a transcrição ocorre no núcleo. Após a síntese, as moléculas de RNA sofrem maturação aqui (seções desnecessárias são cortadas delas, as moléculas assumem a estrutura secundária e terciária correspondente a elas). Mais longe tipos diferentes Os RNAs entram no citoplasma, onde participam do próximo processo após a transcrição - tradução.
A tradução é a síntese de uma cadeia polipeptídica (proteína) em uma molécula de RNA informacional (que também é matriz). De outra forma, a tradução pode ser descrita como a tradução de informações codificadas usando nucleotídeos (triplets-codons) em informações apresentadas como uma sequência de aminoácidos. Esse processo prossegue com a participação dos ribossomos (que incluem o RNA ribossômico) e do RNA de transferência. Assim, todos os três principais tipos de RNA estão envolvidos na síntese direta de proteínas.
Durante a tradução, os ribossomos são montados no início da cadeia de mRNA e depois se movem ao longo dela em direção ao seu final. É aqui que ocorre a síntese de proteínas.
Dentro do ribossomo, existem dois "slots" onde podem caber dois tRNAs. Os RNAs de transferência que entram no ribossomo carregam um aminoácido. Dentro do ribossomo, a cadeia polipeptídica sintetizada está ligada ao aminoácido recém-chegado associado ao tRNA. Depois disso, esse tRNA se move para outro “lugar” e o tRNA “antigo”, já livre da cadeia polipeptídica em crescimento, é removido dele. Outro tRNA com um aminoácido chega ao local vago. E o processo se repete.
O centro ativo do ribossomo catalisa a formação de uma ligação peptídica entre o aminoácido recém-chegado e o sítio protéico previamente sintetizado.
Dois códons (apenas 6 nucleotídeos) de mRNA são colocados no ribossomo. Os anticódons do tRNA que entram no ribossomo devem ser complementares aos códons nos quais o ribossomo "se assenta". Diferentes aminoácidos correspondem a diferentes tRNAs (que diferem em seus anticódons).
Assim, cada tRNA carrega seu próprio aminoácido. Deve-se ter em mente que existem apenas cerca de 20 aminoácidos envolvidos na biossíntese de proteínas, e existem cerca de 60 códons de sentido (denotando aminoácidos). Portanto, diferentes tRNAs podem carregar o mesmo aminoácido, mas seus anticódons correspondem ao mesmo aminoácido.
A transcrição é o processo de síntesemoléculasRNA ligadolocalADN usado como matriz. O objetivo da transcrição é transferência de informação genética do DNA para o RNA.
A molécula de DNA consiste em duas cadeias complementares, enquanto o RNA consiste em apenas uma. Durante a transcrição, apenas uma das fitas de DNA serve como molde para a síntese de RNA. Eles a chamam cadeia semântica. Uma exceção é o DNA mitocondrial, no qual ambas as fitas são fitas sensoriais e contêm genes diferentes. Além de uma exceção no DNA nuclear, alguns genes podem estar localizados em uma fita sem sentido.
Durante a transcrição, a molécula de RNA é sintetizada na direção da extremidade 5 "para a 3" (o que é natural para a síntese de todos os ácidos nucleicos), enquanto ao longo da cadeia de DNA a síntese prossegue em direção oposta: 3"→5".
Em eucariotos, cada gene é transcrito separadamente. Novamente, a exceção é o DNA mitocondrial, que é transcrito em uma transcrição multigênica comum, que é então cortada. Como nos procariontes os genes formam grupos, formando um operon, tais genes são transcritos juntos. De qualquer forma transcrição chamado de segmento de DNA consistindo de um promotor, uma região transcrita e um terminador.
Existem 3 etapas na transcrição: iniciação, alongamento, terminação.
Iniciação a transcrição permite que a síntese da molécula de RNA comece. A iniciação envolve a ligação de um complexo enzimático ao promotor. A principal delas é a RNA polimerase este caso DNA-dependente), que, por sua vez, é composto por várias subunidades de proteínas e desempenha o papel de catalisador do processo. Em eucariotos, a iniciação da transcrição é influenciada por regiões especiais do DNA: intensificadores (fortalecem) e silenciadores (suprimem), que geralmente estão a alguma distância do próprio gene. Existem vários fatores proteicos que afetam a capacidade de iniciar a transcrição.
Os procariontes têm apenas um tipo de RNA polimerase, enquanto os eucariotos têm três. A RNA polimerase-1 é usada para sintetizar três tipos de RNA ribossômico (existem 4 tipos de rRNA no total). A RNA polimerase-2 é usada para sintetizar RNA pré-mRNA (precursor mensageiro). A RNA polimerase-3 sintetiza um dos tipos de RNA ribossômico, de transporte e nuclear pequeno.
A RNA polimerase é capaz de reconhecer certas sequências de nucleotídeos e se liga a elas. Essas sequências são curtas e universais para todos os seres vivos.
Depois que a RNA polimerase se liga ao promotor, uma seção da dupla hélice do DNA se desenrola e as ligações nucleotídicas entre as cadeias dessa seção são quebradas. Aproximadamente 18 pares de bases não são torcidos.
No palco alongamento há uma ligação sequencial de acordo com o princípio da complementaridade dos nucleotídeos livres ao sítio de DNA liberado. A RNA polimerase une os nucleotídeos em uma cadeia de polirribonucleotídeos.
Durante a síntese de RNA, cerca de 12 de seus nucleotídeos são temporalmente complementares aos nucleotídeos de DNA. Quando a RNA polimerase se move na frente dela, as cadeias de DNA divergem e, por trás, são “costuradas” com a ajuda de enzimas. A cadeia de RNA cresce gradualmente e se move para fora do complexo RNA polimerase.
Existem fatores de alongamento que impedem o término prematuro da transcrição.
Terminação O processo de transcrição ocorre na região terminadora, que é reconhecida pela RNA polimerase devido a fatores especiais de terminação de proteínas.
Muitos nucleotídeos de adenina (poli-A) estão ligados à extremidade 3" da molécula de RNA sintetizada para evitar sua degradação enzimática. Ainda antes, quando a extremidade 5" era sintetizada, o chamado boné.
Na maioria dos casos, a transcrição não resulta em RNA finalizado. O RNA "bruto" ainda deve passar pelo processo em processamento, em que ocorrem suas alterações de modificação e torna-se funcionalmente ativo. Cada tipo de RNA eucariótico sofre suas próprias modificações. A formação de poli-A e cap é muitas vezes também referida como processamento.
