Independentemente de você ser um novato em biologia ou um aficionado de longa data, as chances são excelentes de que, padrão, você vê o ácido desoxirribonucléico (DNA) como talvez o conceito mais indispensável em toda a vida Ciência. 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 do palco na biologia molecular palestras. Você quase certamente aprendeu que o DNA é responsável por dotá-lo de quaisquer características que você herdou de seus pais, e que o seu próprio DNA é o seu legado direto para as gerações futuras, caso você tenha crianças.
O que você pode não saber muito sobre é o caminho que conecta o DNA em suas células às características físicas que você manifesta, tanto abertas quanto 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 para proteína." A primeira parte deste processo - geração de RNA, ou ácido ribonucléico, a partir do DNA - é conhecida como
transcrição, e esta série bem estudada e coordenada de ginástica bioquímica é tão elegante quanto cientificamente profunda.Visão geral dos ácidos nucléicos
DNA e RNA são ácidos nucléicos. Ambos são fundamentais para tudo na vida; essas macromoléculas estão intimamente relacionadas, mas suas funções, embora primorosamente interligadas, 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 um longo colar de contas consistindo de cubos que vêm em quatro cores e variam ligeiramente em tamanho, e você terá uma noção básica de como o DNA e o RNA estão organizados.
Os monômeros (subunidades) de ácidos nucléicos são conhecidos como nucleotídeos. Os próprios nucleotídeos consistem em tríades de três moléculas distintas: um grupo de fosfato (ou grupos), um açúcar de cinco carbonos e uma base rica em nitrogênio ("base" não no sentido de "base", mas significando "íon de hidrogênio aceitador "). Os nucleotídeos que formam os ácidos nucléicos têm um grupo fosfato, mas alguns têm dois ou até três fosfatos anexados em uma fileira. As moléculas difosfato de adenosina (ADP) e trifosfato de adenosina (ATP) são nucleotídeos de extraordinária importância no metabolismo energético celular.
O DNA e o RNA diferem de várias maneiras 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 uracila (U) T. Dois, o açúcar no DNA é a desoxirribose, enquanto no RNA é a ribose. E três, o DNA é de fita dupla em sua forma mais estável energeticamente, enquanto o RNA é de fita simples. Essas diferenças são de grande importância tanto na transcrição especificamente quanto na função desses respectivos ácidos nucléicos em geral.
As bases A e G são chamadas de purinas, enquanto C, T e U são classificadas como pirimidinas. Criticamente, A liga-se quimicamente a, e apenas a, T (se for DNA) ou U (se for RNA); C liga-se a e apenas a G. As duas fitas de uma molécula de DNA são complementares, o que significa que as bases de cada fita correspondem em todos os pontos à base "parceira" única da fita oposta. Assim, AACTGCGTATG é complementar a TTGACGCATAC (ou UUGACGCAUAC).
Transcrição de DNA vs. Tradução
Antes de mergulhar na mecânica da transcrição do DNA, vale a pena reservar um momento para revisar a terminologia associado a DNA e RNA, porque com tantas palavras com sons semelhantes na mistura, pode ser fácil confundir eles.
Replicação é o ato de fazer uma cópia idêntica de algo. Quando você faz uma fotocópia de um documento escrito (antiga escola) ou usa a função copiar e colar em um computador (nova escola), você está replicando o conteúdo em ambos os casos.
O DNA sofre replicação, mas o RNA, até onde a ciência moderna pode verificar, não; surge apenas da transcrição _._ De uma raiz latina que significa "uma escrita transversal", a transcrição é a codificação de uma mensagem particular em uma cópia de uma fonte original. Você pode ter ouvido falar de transcripcionistas médicos, cujo trabalho é digitar por escrito as notas médicas feitas como uma gravação de áudio. Idealmente, as palavras e, portanto, a mensagem, serão precisamente as mesmas, apesar da mudança no meio. Nas células, a transcrição envolve a cópia de uma mensagem genética do DNA, escrita na linguagem das sequências de bases nitrogenadas, na forma de RNA - especialmente, o RNA mensageiro (mRNA). Esta síntese de RNA ocorre no núcleo das células eucarióticas, após o qual o mRNA deixa o núcleo e se dirige para uma estrutura chamada ribossomo para sofrer tradução.
Enquanto a transcrição é a simples codificação física de uma mensagem em um meio diferente, a tradução, em termos biológicos, é a conversão dessa mensagem em ação intencional. Um comprimento de DNA ou mensagem única de DNA, chamado de gene, no final das contas resulta em células fabricando um produto proteico exclusivo. O DNA envia essa mensagem na forma de mRNA, que então leva a mensagem a um ribossomo para que seja traduzida na produção de uma proteína. Nessa visão, o mRNA é como um projeto 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 nucléicos fazem. Mas e a transcrição em particular?
As etapas da transcrição
O DNA, como ficou famoso, é tecido em uma hélice de fita dupla. Mas, dessa forma, seria fisicamente difícil construir qualquer coisa a partir dele. 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 de cada vez. Esta fita é conhecida como não codificador fita, pois, graças às regras de pareamento de bases de DNA e RNA, a outra fita de DNA possui a mesma sequência de bases nitrogenadas que o mRNA a ser sintetizado, tornando esta fita a codificação vertente. Com base nos pontos feitos anteriormente, você pode concluir que uma fita de DNA e o mRNA que ela é responsável pela fabricação são complementares.
Com a fita agora pronta para ação, uma seção de DNA chamada de sequência promotora indica onde a transcrição deve começar ao longo da fita. A enzima RNA polimerase chega a este local e torna-se parte de um complexo promotor. Tudo isso para garantir que a síntese de mRNA comece exatamente onde deveria na molécula de DNA, e isso gera uma fita de RNA que contém a mensagem codificada desejada.
Em seguida, no alongamento fase, a RNA polimerase "lê" a fita de DNA, começando na sequência do promotor e movendo-se ao longo da fita de DNA, como um professor subindo em uma fileira de alunos e distribuindo testes, adicionando nucleotídeos à extremidade crescente do RNA recém-formado molécula.
As ligações criadas entre os grupos fosfato de um nucleotídeo e o grupo ribose ou desoxirribose no próximo nucleotídeo são chamadas 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 vindo do posições terminais do átomo de carbono nos respectivos "anéis" terminais da ribose. À medida que a própria molécula de RNA cresce na direção 3 ', ela se move ao longo da fita de DNA na direção 5' direção. Você deve examinar um diagrama para ter certeza de que compreende totalmente 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) - para o alongamento da fita de mRNA requer energia. Isso, como muitos processos biológicos, é fornecido pelas ligações de fosfato nos próprios trifosfatos de nucleosídeo. Quando a ligação fosfato-fosfato de alta energia é quebrada, o nucleotídeo resultante (AMP, CMP, GMP e UMP; nestes nucleotídeos, o "MP" significa "monofosfato") é adicionado ao mRNA, e um par de moléculas de fosfato inorgânico, geralmente escrito PPeu, cair.
Conforme a transcrição ocorre, ela o faz, conforme declarado, ao longo de uma única fita de DNA. Esteja ciente, no entanto, de que a molécula de DNA inteira não se desenrola e se separa em fitas complementares; isso só acontece na vizinhança direta da transcrição. Como resultado, você pode visualizar uma "bolha de transcrição" movendo-se 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 esteira do objeto.
Finalmente, quando o mRNA atingiu seu comprimento e forma exigidos, o terminação fase começa. Como a iniciação, esta fase é ativada por sequências de DNA específicas que funcionam como sinais de parada para a RNA polimerase.
Nas bactérias, isso pode acontecer de duas maneiras gerais. Em um deles, a sequência de terminação é transcrita, gerando um comprimento de mRNA que se dobra sobre si mesmo e, assim, "se agrupa" enquanto a RNA polimerase continua a fazer seu trabalho. Essas seções dobradas de mRNA são freqüentemente chamadas de fitas em grampo e envolvem emparelhamento de bases complementares dentro da molécula de mRNA de fita simples, mas contorcida. A jusante dessa seção em grampo está um trecho prolongado de bases U, ou resíduos. Esses eventos obrigam a RNA polimerase a parar de adicionar nucleotídeos e se desprender do DNA, encerrando a transcrição. Isso é conhecido como terminação independente de rho 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 de mRNA em gancho ou resíduos U. Em vez disso, o fator rho se liga ao local necessário no mRNA e fisicamente puxa o mRNA para longe da RNA polimerase. Se a terminação rho-independente ou rho-dependente ocorre depende da versão exata da RNA polimerase que está agindo no DNA e no mRNA (existe uma variedade de subtipos), bem como as proteínas e outros fatores na célula imediata meio Ambiente.
Ambas as cascatas de eventos levam, em última análise, à liberação do mRNA do DNA na bolha de transcrição.
Procariotos vs. Eucariotos
Existem inúmeras diferenças entre a transcrição em procariotos (quase todos eles bactérias) e eucariotos (organismos multicelulares como animais, plantas e fungos). Por exemplo, a iniciação em procariotos geralmente envolve um arranjo de base de DNA conhecido como caixa de Pribnow, com a sequência de bases TATAAT localizada a cerca de 10 pares de bases de onde ocorre a própria iniciação da transcrição. Os eucariotos, no entanto, têm sequências potenciadoras posicionadas a uma distância considerável do local de iniciação, como bem como proteínas ativadoras que ajudam a deformar a molécula de DNA de uma forma que a torna mais acessível ao 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, beirando um por segundo) do que em eucariotos (cerca de 22 a 25 pares de bases por minuto). Finalmente, embora os mecanismos bacterianos de terminação sejam descritos acima, em eucariotos, esta fase envolve fatores de terminação específicos, bem como uma fita de RNA chamada poli-A (como em, muitos bases de adenina em uma fileira) "cauda". Ainda não está claro se a cessação do alongamento desencadeia a clivagem do mRNA da bolha ou se a própria clivagem termina abruptamente o alongamento processar.