Expressão gênica

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A expressão gênica é o processo pelo qual a informação codificada num gene é convertida em proteína ou alguma forma de ARN. O processo tem duas etapas chamadas transcrição e tradução. Em primeiro lugar a sequência de ADN é transcrita em ARN e, em seguida, geralmente--mas nem sempre-- traduzida em proteína.

Um gene é dito expressar-se, porque ele envia uma "mensagem" (ARN mensageiro) com instruções para uma proteína específica ser feita. O ARN mensageiro é, essencialmente, uma cópia do gene que é entregue a um aparelho celular (ribossoma), o qual usa as informações para a montagem de uma sequência específica de aminoácidos. Isto é conhecido como o dogma central da expressão gênica.

Transcrição

Durante a transcrição o gene (ADN de cadeia dupla) é copiado ou transcrito numa molécula de ARN mensageiro de cadeia simples, praticamente idêntica (ARNm). Em eucariontes este processo ocorre no núcleo.

Transcrição: 1) A RNA polimerase transcreve o DNA para fazer o RNA mensageiro (ARNm). 2) A seqüência de ARNm (cadeia vermelha escura) é complementar à sequência de ADN (cadeia azul).
Tradução: 3) Em ribossomos, ARN de transferência (ARNt) ajuda a converter o ARNm em proteína. 4) Aminoácidos vinculam-se para fazer uma proteína.

A transcrição é muito semelhante à replicação do ADN embora proteínas diferentes estejam envolvidas. A enzima mais importante é a RNA polimerase, uma enzima que influencia a síntese de ARN a partir de um molde de ADN. Para a transcrição ser iniciada, a ARN-polimerase deve ser capaz de reconhecer a sequência de início de um gene de modo a que ela saiba onde iniciar a síntese de um ARNm. Ela é direcionada para este sítio de iniciação pela capacidade de uma das suas subunidades em reconhecer uma sequência específica de DNA encontrada no início de um gene chamado a sequência promotora. A sequência promotora é uma sequência unidireccional encontrada em uma cadeia do ADN que instrui a polimerase de ARN, tanto onde iniciar a síntese e em que sentido a síntese deve continuar. A polimerase de ARN então desenrola a hélice dupla nesse ponto e inicia a síntese de uma cadeia de ARN complementar com uma das cadeias de ADN. Esta cadeia é chamada a cadeia anti-sentido (em inglês: antisense) ou molde, enquanto que a outra cadeia é referida como cadeia codificadora ou senso (em inglês: sense). A síntese pode então proceder de forma unidirecional.[1]

Embora muito se saiba sobre o processamento de transcrição, os sinais e eventos que instruem a RNA polimerase para parar de transcrever e deixar o modelo de DNA ainda não estão claros. Experiências ao longo dos anos têm indicado que as mensagens processadas em eucariotos ​​contêm um sinal de adição poli (A)(AAUAAA) em sua extremidade 3', seguida por uma seqüência de adeninas. Esta adição poli(A), também chamada o sítio poli (A), contribui não apenas para a adição da cauda de poli (A) mas também para a terminação da transcrição e a liberação da ARN polimerase a partir do molde de ADN. No entanto, a transcrição não pára aqui. Pelo contrário, ela continua por mais 200-2000 bases além deste local, antes de ser abortada. Ou é antes ou durante o processo de terminação que a transcrição nascente é clivada, ou cortada, no local da poli (A), que conduz à criação de duas moléculas de RNA. A parte a montante do recém-formado, ou nascente, ARN então passa por modificações adicionais, chamadas de modificação pós-transcricionais, e torna-se um ARNm. O ARN jusante torna-se instável e é rapidamente degradado.

Embora tenha sido estabelecida a importância do sinal de adição de poli (A), a contribuição das sequências a jusante permanece incerta. Um estudo recente sugere que uma região definida, chamada região de terminação, é necessária para a terminação da transcrição correcta. Este estudo também ilustrou que a terminação da transcrição ocorre em duas etapas distintas. No primeiro passo, o ARN nascente é clivado nas subsecções específicas da região de terminação, possivelmente levando a sua liberação a partir da RNA polimerase. Num passo subsequente, a RNA polimerase se desencaixa do ADN. Assim, a RNA polimerase continua a transcrever o ADN, pelo menos, por uma curta distância.[1]

Tradução

A mensagem (ARNm) do gene que é produzida por transcrição é, então, transportada para um organelo no citoplasma (ribossomo) onde é traduzida numa cadeia de aminoácidos (polipeptídeo). O gene é um código que consiste em mini unidades codificantes chamadas códons, que tem 3 nucleotídeos de comprimento. Estes códons especificam o aminoácido que está a ser inserido na cadeia peptídica em crescimento.

Códons de nucleotídeos e
seus aminoácidos corespondentes.
Códon  -  Aminoácido
 TGC   =  Cisteína
 CTG   =  Leucina
 AGT   =  Serina
 GCA   =  Alanina

A maquinaria celular responsável pela síntese de proteínas é o ribossomo. O ribossoma consiste de RNA estrutural e cerca de 80 proteínas diferentes. No seu estado inativo, ele existe como duas subunidades: uma subunidade grande e uma subunidade pequena.Quando a subunidade pequena encontra um ARNm, o processo de tradução de um ARNm para uma proteína começa. Na subunidade grande, existem dois locais de aminoácidos para ligar e, assim, estar suficientemente perto uns dos outros para formar uma ligação. O "sítio A" aceita um novo RNA de transferência, ou ARNt—a molécula do adaptador, que age como um conversor entre o ARNm e proteína—tendo um aminoácido. O "sítio P" liga o ARNt que fica ligado à cadeia em crescimento.[1]

A molécula do adaptador que funciona como um conversor entre o ARNm e a proteína é uma molécula de ARN específica, o ARNt. Cada ARNt possui um local específico que se liga ao receptor de um tripleto de nucleótidos especial, chamado um códon, e um sítio anti-códon que se liga a uma sequência de três nucleótidos desemparelhados, o anti-códon, que pode então ligar-se ao códon. Cada ARNt também tem um carregador de proteína específica, denominada uma aminoacil-ARNt-sintetase. Esta proteína só pode vincular a esse particular, tRNA e anexar o aminoácido correto para o local receptor.

O sinal de início para a tradução é o códon ATG, que codifica para metionina. Nem todas as proteínas começam com a metionina, necessariamente, no entanto. Muitas vezes este primeiro aminoácido será removido em posterior processamento da proteína. Um ARNt carregado com metionina liga-se ao sinal de iniciação da tradução. A subunidade grande liga-se ao ARNm e a subunidade pequena, e assim começa a elongação, a formação da cadeia polipeptídica. Após o primeiro ARNt cobrado aparecer no sítio A, o ribossoma se desloca de modo que o ARNt está agora no local P. Novos ARNts carregados, correspondentes aos códons de ARNm, entram no sítio A, e uma ligação é formada entre os dois aminoácidos. O primeiro ARNt é agora lançado, eo ribossomo desloca novamente de forma que um ARNt carregando dois aminoácidos está agora no local P. Um novo tRNA carregado então liga-se ao sítio A. Este processo de alongamento prossegue, até que o ribossoma atinge o que é chamado um códon de parada, um tripleto de nucleotídeos que sinaliza o encerramento da tradução. Quando o ribossoma atinge um códon de parada, nenhum aminoacil ARNt se liga ao sítio vazio A. Este é o sinal de ribossoma para se separar em suas subunidades pequenas e grandes, libertando a nova proteína e o ARNm. No entanto, isto nem sempre é o fim da história. Uma proteína, muitas vezes, passa por modificação adicional, chamada de modificação pós-translacional. Por exemplo, ela pode ser clivada por uma enzima de corte de proteínas-chamada uma protease, em um local específico ou ter alguns dos seus aminoácidos alterados.[1]

Regulação

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A regulação da expressão do gene do sistema controla com precisão a quantidade de um produto do gene que é produzida e pode modificar ainda mais o produto depois de ter sido feito. Este controle requintado requer múltiplos pontos de entrada de regulamentação. Um ponto muito eficiente ocorre na transcrição, de modo a que um ARNm é produzido apenas quando um produto do gene é necessário. As células também regulam a expressão gênica por modificação pós-transcricional; permitindo que apenas um subconjunto dos ARNm continue a tradução; ou restringindo a tradução de mRNAs específicos para apenas quando o produto é necessário. Em outros níveis, as células regulam a expressão do gene através de dobragem de ADN, modificação química das bases de nucleótidos, e intrincados "mecanismos de feedback" em que alguns dos produtos de proteína do próprio gene dirigem a célula para cessar a produção de proteínas.[2]

Galeria

Referências

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 What is a Cell? by the National Center for Biotechnology Information.
  2. What is a Genome by the National Center for Biotechnology Information