Microbiologia

Durante o processo de transcrição, a informação codificada dentro da seqüência de DNA de um ou mais genes é transcrita em uma fita de RNA, também chamada de transcrição de RNA. A molécula de RNA resultante, composta de ribonucleotídeos contendo as bases adenina (A), citosina (C), guanina (G) e uracil (U), atua como uma cópia molecular móvel da seqüência de DNA original. A transcrição em procariotas e em eucariotas requer a dupla hélice de DNA para desenrolar parcialmente na região de síntese do RNA. A região desenrolada é chamada de bolha de transcrição. A transcrição de um gene em particular procede sempre de uma das duas vertentes de ADN que actua como um modelo, a chamada vertente antisense. O produto RNA é complementar à cadeia de DNA modelo e é quase idêntico à cadeia de DNA não-modelo, ou cadeia de sentido. A única diferença é que no RNA, todos os nucleotídeos T são substituídos por nucleotídeos U; durante a síntese do RNA, U é incorporado quando há um A na cadeia complementar antisense.

Transcrição em Bactérias

Bactérias usam a mesma RNA polimerase para transcrever todos os seus genes. Assim como a DNA polimerase, a RNA polimerase adiciona nucleotídeos um a um ao grupo 3′-OH da cadeia nucleotídica em crescimento. Uma diferença crítica na atividade entre a DNA polimerase e a RNA polimerase é a exigência de um 3′-OH no qual se adicionam nucleotídeos: A DNA polimerase requer um grupo 3′-OH, necessitando assim de um primer, enquanto a RNA polimerase não requer. Durante a transcrição, um ribonucleotídeo complementar à cadeia de DNA modelo é adicionado à cadeia crescente de RNA e uma ligação fosfodiéster covalente é formada pela síntese de desidratação entre o novo nucleotídeo e o último nucleotídeo adicionado. Na E. coli, a RNA polimerase compreende seis subunidades de polipeptídeos, cinco das quais compõem a enzima núcleo da polimerase responsável pela adição de nucleotídeos de RNA a um cordão em crescimento. A sexta subunidade é conhecida como sigma (σ). O fator σ permite que a RNA polimerase se ligue a um promotor específico, permitindo assim a transcrição de vários genes. Existem vários fatores σ que permitem a transcrição de vários genes.

Iniciação

O início da transcrição começa em um promotor, uma seqüência de DNA na qual o mecanismo de transcrição se liga e inicia a transcrição. O par de nucleotídeos na dupla hélice de DNA que corresponde ao site a partir do qual o primeiro 5′ nucleotídeo de RNA é transcrito é o site de iniciação. Os nucleotídeos que precedem o site de iniciação são designados “upstream”, enquanto que os nucleotídeos que seguem o site de iniciação são chamados de nucleotídeos “downstream”. Na maioria dos casos, os promotores estão localizados a montante dos genes que eles regulam. Embora as sequências dos promotores variem entre genomas bacterianos, alguns elementos são conservados. Nas posições -10 e -35 dentro do DNA antes do local de iniciação (designado +1), existem duas seqüências de consenso de promotores, ou regiões que são semelhantes entre todos os promotores e entre várias espécies bacterianas. A sequência de -10 consensos, chamada caixa TATAAT, é TATAAT. A sequência -35 é reconhecida e ligada por σ.

Elongamento

O alongamento na fase de transcrição começa quando a subunidade σ se dissocia da polimerase, permitindo que a enzima núcleo sintetize o RNA complementar ao modelo de DNA em uma direção 5′ a 3′ a uma taxa de aproximadamente 40 nucleotídeos por segundo. Conforme o alongamento prossegue, o DNA é continuamente desenrolado à frente da enzima do núcleo e rebobinado atrás dela (Figura 1).

Figure 1. Durante o alongamento, a polimerase do RNA bacteriano segue o modelo de ADN, sintetiza o mRNA na direcção 5′ para 3′, e desenrola e rebobina o ADN tal como é lido.

Terminação

A partir do momento em que um gene é transcrito, a polimerase bacteriana tem de se dissociar do modelo de ADN e libertar o RNA recém-criado. Isto é referido como terminação da transcrição. O modelo de DNA inclui sequências repetidas de nucleotídeos que actuam como sinais de terminação, fazendo com que a RNA polimerase pare e liberte do modelo de DNA, libertando a transcrição do RNA.

Transcrição em eucariotas

Prokaryotes e eucariotes realizam fundamentalmente o mesmo processo de transcrição, com algumas diferenças significativas (ver Tabela 1). As eucariotas utilizam três polimerases diferentes, RNA polimerases I, II e III, todas estruturalmente distintas da polimerase do RNA bacteriano. Cada uma transcreve um subconjunto diferente de genes. Curiosamente, as arcaias contêm uma única RNA polimerase que está mais estreitamente relacionada com a RNA polimerase eucariótica II do que com a sua contraparte bacteriana. Os mRNAs eucarióticos também são geralmente monocistrônicos, significando que cada um deles codifica apenas um único polipeptídeo, enquanto os mRNAs procarióticos de bactérias e arcaias são comumente policistrônicos, significando que eles codificam múltiplos polipeptídeos.

A diferença mais importante entre procariotas e eucariotas é o núcleo ligado à membrana deste último, o que influencia a facilidade de uso das moléculas de RNA para síntese de proteínas. Com os genes ligados em um núcleo, a célula eucariótica deve transportar moléculas de RNA codificadoras de proteína para o citoplasma a ser traduzido. As transcrições primárias codificadoras de proteína, as moléculas de RNA diretamente sintetizadas pela RNA polimerase, devem passar por vários passos de processamento para proteger estas moléculas de RNA da degradação durante o tempo que elas são transferidas do núcleo para o citoplasma e traduzidas em uma proteína. Por exemplo, mRNAs eucarióticos podem durar várias horas, enquanto o mRNA procariótico típico dura não mais que 5 segundos.

A transcrição primária (também chamada pré-mRNA) é primeiramente revestida com proteínas estabilizadoras de RNA para protegê-la da degradação enquanto é processada e exportada para fora do núcleo. O primeiro tipo de processamento começa enquanto a transcrição primária ainda está sendo sintetizada; um nucleotídeo especial de 7-metilguanosina, chamado de tampa 5′, é adicionado ao final da transcrição crescente 5′. Além de prevenir a degradação, fatores envolvidos na síntese proteica subsequente reconhecem a tampa, o que ajuda a iniciar a tradução pelos ribossomos. Uma vez concluído o alongamento, outra enzima de processamento adiciona então uma cadeia de aproximadamente 200 nucleotídeos adenina à ponta 3′, chamada de cauda de poli-A. Esta modificação protege ainda mais o pré-mRNA da degradação e sinaliza aos fatores celulares que a transcrição precisa ser exportada para o citoplasma.

Genes eucarióticos que codificam os polipeptídeos são compostos de seqüências codificadoras chamadas exons (ex-on significa que eles são expressos) e seqüências intervenientes chamadas introns (int-ron denota o seu papel interveniente). As sequências de RNA transcritas correspondentes a introns não codificam regiões do polipeptídeo funcional e são removidas do pré-mRNA durante o processamento. É essencial que todas as sequências de RNA codificadas por intron sejam completa e precisamente removidas de um pré-mRNA antes da síntese de proteínas, para que as sequências de RNA exon codificadas sejam devidamente unidas ao código de um polipeptídeo funcional. Se o processo erra mesmo por um único nucleotídeo, as seqüências dos exônios reentrantes seriam deslocadas, e o polipeptídeo resultante seria não funcional. O processo de remover seqüências de RNA intron codificadas e reconectar aquelas codificadas por exons é chamado de emenda de RNA e é facilitado pela ação de um spliceosome contendo pequenas proteínas de ribonucleo nuclear (snRNPs). As seqüências de RNA codificadas por introns são removidas do RNA pré-mRNA enquanto ele ainda está no núcleo. Embora não sejam traduzidas, os introns parecem ter várias funções, incluindo a regulação gênica e o transporte do mRNA. Ao completar estas modificações, a transcrição madura, o mRNA que codifica um polipéptido, é transportado para fora do núcleo, destinado ao citoplasma para tradução. Os introns podem ser emendados de forma diferente, resultando na inclusão ou exclusão de vários exons do produto final do mRNA. Este processo é conhecido como emenda alternativa. A vantagem da emenda alternativa é que diferentes tipos de transcrições de mRNA podem ser geradas, todas derivadas da mesma sequência de DNA. Nos últimos anos, foi demonstrado que alguns arcaicos também têm a capacidade de emendar seus pré-mRNA.

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