Contente
- Visão geral dos ácidos nucléicos
- Transcrição de DNA vs. Tradução
- As etapas da transcrição
- Procariontes vs. Eucariontes
Independentemente de você ser um iniciante em biologia ou um aficionado de longa data, as chances são excelentes de que, por padrão, você veja o ácido desoxirribonucléico (DNA) como talvez o conceito mais indispensável em toda a ciência da vida. No mínimo, você provavelmente está ciente de que o DNA é o que o torna único entre os bilhões de pessoas no planeta, dando-lhe um papel no mundo da justiça criminal, bem como o centro das palestras de biologia molecular. Você quase certamente aprendeu que o DNA é responsável por dotar você de quaisquer características que você herdou de seus pais e que seu próprio DNA é seu legado direto para as gerações futuras, caso você tenha filhos.
O que você talvez não saiba muito é o caminho que conecta o DNA em suas células às características físicas que você manifesta, abertas e ocultas, e a série de etapas ao longo desse caminho. Os biólogos moleculares produziram o conceito de um "dogma central" em seu campo, que pode ser resumido simplesmente como "DNA para RNA e proteína". A primeira parte desse processo - geração de RNA ou ácido ribonucleico do DNA - é conhecida como transcrição, e essa série bem-estudada e coordenada de ginástica bioquímica é tão elegante quanto cientificamente profunda.
Visão geral dos ácidos nucléicos
DNA e RNA são ácidos nucleicos. Ambos são fundamentais para toda a vida; essas macromoléculas estão intimamente relacionadas, mas suas funções, embora requintadamente entrelaçadas, são altamente divergentes e especializadas.
O DNA é um polímero, o que significa que consiste em um grande número de subunidades repetidas. Essas subunidades não são exatamente idênticas, mas são idênticas na forma. Considere uma longa série de contas compostas por cubos que vêm em quatro cores e variam ligeiramente em tamanho, e você obtém uma noção básica de como o DNA e o RNA são organizados.
Os monômeros (subunidades) dos ácidos nucleicos são conhecidos como nucleotídeos. Os próprios nucleotídeos consistem em tríades de três moléculas distintas: um grupo (ou grupos) de fosfato, um açúcar com cinco carbonos e uma base rica em nitrogênio ("base" não no sentido de "fundação", mas significando "aceitador de íons hidrogênio") ) Os nucleotídeos que compõem os ácidos nucléicos têm um grupo fosfato, mas alguns têm dois ou até três fosfatos ligados seguidamente. As moléculas adenosina difosfato (ADP) e adenosina trifosfato (ATP) são nucleotídeos de extraordinária importância no metabolismo da energia celular.
DNA e RNA diferem em vários aspectos importantes. Um, enquanto cada uma dessas moléculas inclui quatro bases nitrogenadas diferentes, o DNA inclui adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T), enquanto o RNA inclui os três primeiros, mas substitui o uracilo (U) para T. Dois, o açúcar no DNA é desoxirribose, enquanto que no RNA é ribose. E três, o DNA é de fita dupla na sua forma mais estável em termos energéticos, enquanto o RNA é de fita simples. Estas diferenças são de grande importância tanto na transcrição especificamente como na função destes respectivos ácidos nucleicos em geral.
As bases A e G são chamadas purinas, enquanto C, T e U são classificadas como pirimidinas. Criticamente, A se liga quimicamente a, e somente a, T (se DNA) ou U (se RNA); C se liga a e somente a G. As duas cadeias de uma molécula de DNA são complementares, o que significa que as bases em cada cadeia correspondem a cada momento à única base "parceira" na cadeia oposta. Assim, o AACTGCGTATG é complementar ao TTGACGCATAC (ou UUGACGCAUAC).
Transcrição de DNA vs. Tradução
Antes de investigar a mecânica da transcrição do DNA, vale a pena analisar a terminologia associada ao DNA e ao RNA, porque com tantas palavras de som semelhante na mistura, pode ser fácil confundi-las.
Replicação é o ato de fazer uma cópia idêntica de algo. Ao fazer uma fotocópia de um documento escrito (velha escola) ou usar a função copiar e colar em um computador (nova escola), você está replicando o conteúdo nos dois casos.
O DNA sofre replicação, mas o RNA, na medida em que a ciência moderna pode determinar, não o faz; ela surge apenas da transcrição _._ De uma raiz latina que significa "uma escrita transversal", a transcrição é a codificação de um particular em uma cópia de uma fonte original. Você já deve ter ouvido falar de transcriptionists médicos, cujo trabalho é digitar em forma escrita as anotações médicas feitas como uma gravação de áudio. Idealmente, as palavras e, portanto, as, serão exatamente as mesmas, apesar da mudança no meio. Nas células, a transcrição envolve a cópia de um DNA genético, escrito na linguagem das seqüências nitrogenadas de base, na forma de RNA - especialmente o RNA mensageiro (mRNA). Essa síntese de RNA ocorre no núcleo das células eucarióticas, após o qual o mRNA sai do núcleo e segue para uma estrutura chamada ribossomo a sofrer tradução.
Enquanto a transcrição é a codificação física simples de a em um meio diferente, a tradução, em termos biológicos, é a conversão disso em ação intencional. Um comprimento de DNA ou DNA único, chamado gene, em última análise, resulta em células fabricando um produto único de proteína. O DNA é enviado na forma de mRNA, que então o leva ao ribossomo para que ele seja traduzido na produção de uma proteína. Nessa visão, o mRNA é como um azul ou um conjunto de instruções para montar uma peça de mobiliário.
Espero que isso esclareça todos os mistérios que você tem sobre o que os ácidos nucleicos fazem. Mas e a transcrição em particular?
As etapas da transcrição
O DNA, bastante famoso, é tecido em uma hélice de fita dupla. Mas, dessa forma, seria fisicamente difícil criar algo com isso. Portanto, no iniciação fase (ou etapa) da transcrição, a molécula de DNA é desenrolada por enzimas chamadas helicases. Apenas uma das duas fitas de DNA resultantes é usada para a síntese de RNA por vez. Este fio é referido como o sem codificação cadeia, porque, graças às regras de emparelhamento de bases de DNA e RNA, a outra cadeia de DNA tem a mesma sequência de bases nitrogenadas que o mRNA a ser sintetizado, tornando essa cadeia a codificação vertente. Com base nos pontos apresentados anteriormente, você pode concluir que uma cadeia de DNA e o mRNA responsável pela fabricação são complementares.
Com a fita agora pronta para a ação, uma seção do DNA chamada sequência promotora indica onde a transcrição deve começar ao longo da fita. A enzima RNA polimerase chega a este local e se torna parte de um complexo promotor. Tudo isso é para garantir que a síntese do mRNA comece exatamente onde é esperado na molécula de DNA, e isso gera uma cadeia de RNA que contém o código desejado.
Em seguida, no alongamento Na fase inicial, a RNA polimerase "lê" a cadeia de DNA, iniciando na sequência do promotor e movendo-se ao longo da cadeia de DNA, como um professor subindo uma fila de estudantes e distribuindo testes, adicionando nucleotídeos à extremidade crescente da molécula de RNA em formação.
As ligações criadas entre os grupos fosfato de um nucleotídeo e o grupo ribose ou desoxirribose no próximo nucleotídeo são denominadas ligações fosfodiéster. Observe que uma molécula de DNA tem o que é chamado de terminal 3 ("três primos") em uma extremidade e um terminal 5 ("cinco primos") na outra, com esses números provenientes das posições terminais do átomo de carbono na extremidade. "ribose" terminal respectivo dos anéis. À medida que a própria molécula de RNA cresce na direção 3, ela se move ao longo da fita de DNA na direção 5. Você deve examinar um diagrama para assegurar-se de que entende completamente a mecânica da síntese de mRNA.
A adição de nucleotídeos - especificamente, trifosfatos de nucleosídeos (ATP, CTP, GTP e UTP; ATP é trifosfato de adenosina, CTP é trifosfato de citidina e assim por diante) - à cadeia de mRNA alongada requer energia. Isso, como muitos processos biológicos, é fornecido pelas ligações fosfato nos próprios nucleosídeos trifosfatos. Quando a ligação fosfato-fosfato de alta energia é quebrada, o nucleotídeo resultante (AMP, CMP, GMP e UMP; nesses nucleotídeos, o "MP" significa "monofosfato") é adicionado ao mRNA e um par de moléculas de fosfato inorgânico , geralmente escrito PPEu, caia fora.
À medida que a transcrição ocorre, ela o faz, como afirmado, ao longo de uma única cadeia de DNA. Esteja ciente, no entanto, de que toda a molécula de DNA não se desenrola e se separa em cadeias complementares; isso só acontece nas proximidades diretas da transcrição. Como resultado, você pode visualizar uma "bolha de transcrição" se movendo ao longo da molécula de DNA. É como um objeto que se move ao longo de um zíper que está sendo descompactado logo à frente do objeto por um mecanismo, enquanto um mecanismo diferente fecha novamente o zíper na ativação dos objetos.
Finalmente, quando o mRNA atinge o comprimento e a forma necessários, o terminação fase começa. Como a iniciação, essa fase é ativada por seqüências específicas de DNA que funcionam como sinais de parada para a RNA polimerase.
Nas bactérias, isso pode acontecer de duas maneiras gerais. Em uma delas, a sequência de terminação é transcrita, gerando um comprimento de mRNA que se dobra novamente e, assim, "se agrupa" à medida que a RNA polimerase continua a fazer seu trabalho. Essas seções dobradas de mRNA são freqüentemente chamadas de fios em gancho de cabelo e envolvem emparelhamento de bases complementares dentro da molécula de mRNA de fita simples, mas contorcida. A jusante desta seção em gancho de cabelo há um trecho prolongado de bases em U, ou resíduos. Esses eventos obrigam a RNA polimerase a parar de adicionar nucleotídeos e se separar do DNA, terminando a transcrição. Isso é chamado de terminação rho-independente, porque não depende de uma proteína conhecida como fator rho.
Na terminação dependente de rho, a situação é mais simples e não são necessários segmentos mRNA em gancho ou resíduos U. Em vez disso, o fator rho se liga ao ponto necessário no mRNA e puxa fisicamente o mRNA da RNA polimerase. A ocorrência de terminação independente ou dependente de rho depende da versão exata da RNA polimerase que atua no DNA e no mRNA (existe uma variedade de subtipos), bem como nas proteínas e outros fatores no ambiente celular imediato.
As duas cascatas de eventos acabam levando o RNAm a se libertar do DNA na bolha de transcrição.
Procariontes vs. Eucariontes
Existem numerosas diferenças entre a transcrição em procariontes (quase todos são bactérias) e eucariotos (organismos multicelulares, como animais, plantas e fungos). Por exemplo, a iniciação em procariontes geralmente envolve um arranjo de bases de DNA conhecido como caixa de Pribnow, com a sequência de bases TATAAT localizada a aproximadamente 10 pares de bases de onde ocorre a iniciação da transcrição. Os eucariotos, no entanto, possuem sequências intensificadoras posicionadas a uma distância considerável do local de iniciação, bem como proteínas ativadoras que ajudam a deformar a molécula de DNA de uma maneira que a torna mais acessível à RNA polimerase.
Além disso, o alongamento ocorre cerca de duas vezes mais rápido em bactérias (cerca de 42 a 54 pares de bases por minuto, na fronteira com um por segundo) do que nos eucariotos (cerca de 22 a 25 pares de bases por minuto). Finalmente, enquanto os mecanismos bacterianos de terminação estão descritos acima, em eucariotos, essa fase envolve fatores específicos de terminação, bem como um filamento de RNA chamado poli-A (como em muitas bases de adenina seguidas) "cauda". Ainda não está claro se a interrupção do alongamento desencadeia a clivagem do mRNA da bolha ou se a própria clivagem termina abruptamente o processo de alongamento.