Replicação, Tradução e Transcrição

Paloma Carvalho
30 de mar. de 2021
7 min de leitura

Atualizado: 7 de abr. de 2021

Lorena Drumond e Paloma Carvalho

FLUXO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA

→ As informações que programam todas as atividades celulares são codificadas na estrutura do DNA;

→ O DNA, no entanto, não está envolvido diretamente na realização dessas operações, ou seja, ele não consegue levar as informações adiante sozinho, precisa que outras moléculas façam esse papel;

→ As ferramentas para as funções biológicas consiste, principalmente, em proteínas. Por exemplo, o transportador de oxigênio nas hemácias é a proteína hemoglobina, e não o DNA que especifica sua estrutura.

Então, como ocorre esse fluxo de informação???

DOGMA CENTRAL - PRIMEIRA VIA DE INFORMAÇÃO

O DNA precisa se replicar para que se mantenha.

Transcrição → DNA como molde para fazer uma fita de RNA. Para o fluxo da informação não parar no RNA, é necessário que haja a tradução (formação da proteína - expressão gênica).

OUTRAS VIAS DE INFORMAÇÃO:

RNA → DNA: Transcrição Reversa.

RNA → RNA: Replicação do RNA. Essas situações estão muito relacionadas aos vírus. Por exemplo, o vírus HIV faz transcrição reversa, já que seu material genético é o RNA, e não o DNA.

REPLICAÇÃO DO DNA

Tem a molécula dupla-fita, cada fita vai ser complementar pra formação de mais uma fita. Mas na natureza não ocorre ao mesmo tempo, cada fita é molde de uma vez, em um momento cada, nunca as duas ao mesmo tempo. Já em vitro, como em uma PCR (veremos mais a frente), as duas fitas vão servir como moldes.

Característica Primordial (tanto in vitro, quanto in vivo): Semi-conservativo, pois cada fita nova vai transportar uma fita parental/antiga. Conserva parte da informação genética que estava na molécula de DNA anterior.

MODELO SEMI-CONSERVATIVO: EXPERIMENTOS DE MATTHEW MESELSON E FRANKLIN STAHL (1950)

INÍCIO DA REPLICAÇÃO

→ A replicação de um cromossomo inicia em pontos especiais chamados de origens de replicação: pequenas porções de DNA com sequências específicas de nucleotídeos.

O DNA é muito grande, mas não significa que em qualquer ponto pode acontecer uma replicação. Ela tem origens, pontos específicos aonde a replicação ou a transcrição podem acontecer. E essas origens são pequenas porções de DNA com sequências específicas (trechos) de nucleotídeos, para quando as enzimas olharem aquele trecho, vão identificar a região como lugar adequado para fazer a replicação.

→ O cromossomo de E. coli, assim como diversos outros cromossomos de bactérias, é circular e possui uma única origem de replicação.

Para os cromossomos de eucariotos, terão várias origens de replicação, vários trechos em que o DNA pode ser replicado. No bacteriano, tem apenas uma origem de replicação. E o DNA é circular, não retilíneo.

→ As proteínas que iniciam a replicação do DNA reconhecem essa sequência e se ligam ao DNA, separando as duas fitas e originando a “bolha” de replicação. É como se soprasse a fita, pra ter acesso ao material genético.

→ A replicação do DNA então prossegue nas duas direções, até que toda a molécula seja copiada.

→ Um cromossomo eucarioto pode possuir centenas, ou mesmo alguns milhares, de origens de replicação, pois ele é muito grande, a quantidade de informação genética está amplamente distribuída.

→ Em cada extremidade da bolha de replicação, está a forquilha de replicação, região em forme de Y em que as fitas de DNA parental estão sendo desenroladas. Ela naturalmente fica espiralada, por isso é preciso ocorrer a abertura.

→ As helicases são enzimas que desenrolam a dupla-hélice nas forquilhas de replicação, separando as duas fitas parentais e as tornando disponíveis como fitas-molde. “Helicase” vem de “Hélice”, são enzimas que desenrolam a dupla- hélice.

→ Após a separação das fitas parentais, proteínas de ligação à fita simples (SSB) ligam-se às cadeias de DNA não paralelas, evitando que elas se associem novamente, ajudando na estabilidade. Naturalmente, o DNA quer se enrolar, manter a dupla-hélice, então tem uma força que promove esse enrolar.

→ O desenrolamento da dupla-hélice leva ao aumento na torção da cadeia no trecho à frente da forquilha de replicação. As topoisomerases ajudam a aliviar esse aumento na tensão pela quebra, giro e religação das fitas de DNA.

→ Enzimas chamadas DNA-polimerases catalisam a síntese do novo DNA pela adição de nucleotídeos a uma cadeia preexistente (mãe). Para que esses nucleotídeos saiam do meio da célula e montem uma fita nova, é necessário que uma enzima faça isso. E essa enzima vai atuar com auxílio do primer (sequência pequena de oligonucleotídeos do RNA).

Esquema mostrando a fita antiga e a fita do DNA em construção.

O primer é chamado de iniciador porque ele inicia a fita nova do DNA. Ele que tem o trecho de reconhecimento pra DNA-polimerase se ligar. Quando o DNA enxerga o primer na região, automaticamente a DNA-polimerase vai pra lá.

SINTETIZANDO UMA NOVA FITA DE DNA

→ Em função da sua estrutura, as enzimas DNA-polimerases só podem adicionar nucleotídeos à extremidade 3’ livre de um oligonucleotídeo iniciador (primer) ou de uma fita crescente de DNA, e nunca à extremidade 5’.

→ Uma nova fita de DNA pode ser aumentada apenas no sentido 5’ → 3’.

→ DNA-polimerase tem atividade exonucleásica (corrige erros de incorporação de nucleotídeos durante a síntese).

A fita retardada tem um atraso mínimo em relação a contínua. Como a DNA-pol precisa de uma extremidade livre da região 3’ para se ligar, ela não consegue fazer isso de forma contínua na direção oposta, então ela vai fazendo de pouquinho, em fragmentos. São os chamados fragmentos de Okasaki.

Essa fita não fica com buraco porque as DNA ligase vão ligar os trechos. Na fita que consegue ter a inserção 5’ 3’ de forma contínua, a síntese será contínua. Mas na fita que tem o sentido oposto, para que a formação aconteça, vai ser preciso também 5’ 3’, mas dentro de outra orientação, e pra isso é preciso acontecer por fragmentos, por pedaços.

SENTIDO DA REPLICAÇÃO

Fonte: Apostila de Biologia Molecular da USP

PROCARIOTO X EUCARIOTO

A replicação não ocorre no DNA inteiro, e sim nas forquilhas de replicação.

Recentemente, em uma entrevista, me deparei com um assunto atual que envolve replicação...

Encontro com Fátimas Bernardes (24/03/21)

-> Paola Resende (Bióloga e pesquisadora - Fiocruz).

DETALHE: No dia anterior à entrevista, a Fiocruz havia feito um alerta sobre uma nova variante do vírus que foi identificada no Brasil, podendo deixá-lo mais resistente, inclusive, às vacinas.

Fátima: "O que seriam essas variantes e como elas surgem?"

Paola: "Desde o surgimento do coronavírus em humanos... ele saiu de um hospedeiro e passou a circular em humanos, e durante essa circulação, o vírus a cada PROCESSO REPLICATIVO, pode ganhar alterações nesse CÓDIGO GENÉTICO. Então desde os primeiros casos que ocorreram na China e foram se espalhando ao longo de todo o ano de 2020 pelo mundo, novas alterações no código genético foram ocorrendo. E dependendo do grupo de mutações que cada vírus foi acumulando, eles foram denominados VARIANTES, ou seja, NOVAS LINHAGENS. São grupos de vírus que apresentam mutações/alterações genéticas similares que circulam em determinado local. Então conseguimos monitorar como eles foram se espalhando ao redor do mundo, baseados nessas alterações genéticas".

Referência:

RESENDE, Paola. Encontro com Fátima Bernardes | Programa de 24/03/21. 2021. (38m53s). Disponível em: <https://globoplay.globo.com/v/9377626/programa/>. Acesso em: 24 mar. 2021.

TRANSCRIÇÃO

A transcrição é a formação do RNA a partir das informações contidas nas fitas de DNA, ou seja, elas são transcritas para o RNA. Logo, o termo “Transcrição” se refere ao RNA. Devido ao fato do DNA armazenar informações, mas não serem levadas adiante, faz-se necessário todo um caminho para que elas cheguem até o final, e esse é um deles.

A enzima RNA polimerase tem grande importância nesse processo, pois ela se liga em uma posição do gene e orientação específica (5’ 3’) no promotor (promove início da síntese), indicando o início da transcrição, e qual das duas fitas será utilizada, ao abrí-las. A partir daí, começa a leitura e vários nucleotídeos vão sendo inclusos à fita complementar, de acordo com o pareamento com a fita de DNA.

Lembrando que no lugar da timina, entra uracila para parear com adenina. Quando a enzima encontra o ponto final do gene, é concluída a formação do RNA mensageiro (mRNA).

É importante ressaltar que o processo de transcrição e tradução (veremos a seguir) ocorrem de uma forma nos procariotos, e de outra forma nos eucariotos, com algumas diferenças. Nos procariotos, tanto a transcrição, quanto a tradução, acontecem no citoplasma, já nos eucariotos, apenas a tradução é no citoplasma, pois o processo anterior, que também inclui o processamento do RNA, acontece no núcleo.

O processamento do RNA é necessário para o Pré-RNA se tornar maduro, pronto para ir pro citoplasma.

O processamento, também chamado de Splicing, acontece da seguinte forma:

O Pré-RNA é formado pelos íntrons (função estrutural), que logo serão eliminados, e pelos éxons (função condificante, de síntese). Ao retirar os íntrons, juntar o que permaneceu, adicionar uma estrutura química (podendo ser uma guanina, por exemplo) na região 5’ e entrar caldas poli-A na região 3’, forma-se o mRNA maduro, pronto para seguir para o citoplasma. Todo esse processo acontece no spliceossomo, que é também o responsável pela retirada dos íntros e aproximação do restante.

https://www.youtube.com/watch?v=0BOWnqRVLHU

O mRNA é organizado em códons, cada um deles contendo 3 nucleotídeos.

Ao sair do núcleo, ele encontra o ribossomo e RNA transportador (tRNA).

https://www.youtube.com/watch?v=6nxRxoGME_I

TRADUÇÃO

Na transcrição, tivemos a formação do mRNA com a informação do DNA. Agora, iremos dá prosseguimento a esse processo, que será uma tradução a partir do que foi realizado na transcrição.

1 códon (3 bases nitrogenadas) no mRNA codifica 1 aminoácido da proteína.

O tRNA interpreta a mensagem vinda do mRNA. Ele transfere aminoácidos presentes no citoplasma para o polipeptídeo (proteínas em formação) formado no ribossomo.

Região de cima - Carrega um aminoácido.

Região de baixo - Anticódon (se liga ao códon do RNA mensageiro).

CÓDIGO GENÉTICO

A partir desses 4 nucleotídeos (U, A, G, C), existem 64 combinações diferentes de códons.

Mas apenas 20 diferentes aminoácidos.

Iniciador - AUG

Stop Códon - UAA, UAG, UGA

RIBOSSOMO

PRIMEIRO,

Sítio P - O tRNA transportador está lá, se ligando ao 1º códon (AUG - Metionina).

LOGO DEPOIS,

Sítio A - Vem outro tRNA, que irá se ligar ao 2º códon.

Os aminoácidos que vão sendo formados começam a se ligar, dando origem à ligação peptídica...

EM SEGUIDA,

O tRNA ligado ao primeiro códon, é liberado; então, o ribossomo se locomove um pouco para alcançar o próximo códon, o que estava no Sítio A vai para o Sítio P, e ao passo disso, os tRNA vão sendo liberados e substituídos por outros.

O ribossomo continuará com esse processo até o momento em que encontrar um dos Stop Códons (UGA, UAA, UAG). Quando isso acontece, a proteína está formada!