Publicado por: Djalma Santos | 3 de outubro de 2010

Expressão da informação genética

Nas células eucarióticas, há uma grande quantidade de sequências de DNA que não são expressas em RNA ou em proteínas, não sendo, portanto, convertidas em “produtos funcionais”. Boa parte desse DNA não codificante consiste de curtos fragmentos com determinadas sequências de bases repetidas centenas ou milhares de vezes, vindo daí a denominação DNA repetitivo. Uma pequena fração desse DNA repetitivo não codificante faz parte das regiões centroméricas dos cromossomos. Outras sequências não codificantes estão localizadas entre os genes, separando um gene do vizinho (DNA espaçador) ou como pseudogenes, que se admite terem sido, um dia, ativos, mas que perderam sua atividade ao longo da evolução. Dessa forma, os pseudogenes (relíquias moleculares espalhadas pelo genoma humano) podem ser considerados verdadeiros fósseis moleculares. Devemos mencionar ainda que grande parte do DNA que especifica RNA mensageiro constitui íntrons dentro dos genes. Os íntrons (descobertos em 1977 por Berget), partes não codificadoras da transcrição inicial, separam, uma das outras, regiões codificantes dos genes, conhecidas como éxons. Nesse caso, como mostra a figura abaixo, todo o gene, conhecido como gene em mosaico, contendo éxons e íntrons, é transcrito em uma longa molécula de RNA (pré-RNAm), dotada de éxons e íntrons, denominada transcrito primário. Em seguida, ocorre remoção dos íntrons, o que reduz o tamanho do RNA inicial. Finalmente, os éxons se ligam formando o RNAm maduro funcional, que, contendo apenas segmentos codificadores (éxons), migra para o citoplasma, onde vai ser traduzido em proteína. Os íntrons, por seu turno, são degradados por RNAses inespecíficas. Esse processamento do RNA, chamado splicing, que ocorre no núcleo e consiste na remoção e digestão dos íntrons e posterior união éxons, é bastante complexo, já que a molécula de RNA deve ser clivada em locais exatos e os éxons devem ser unidos também de maneira exata. Dessa forma, é necessária uma extrema precisão das moléculas envolvidas no processo. A exclusão ou o acréscimo de um único nucleotídeo em um éxon pode levar a uma alteração da fase de leitura e à produção de uma proteína completamente diferente da original, portanto defeituosa. Neste contexto, algumas doenças como a talassemia podem ser causadas pela mutação em regiões intrônicas. Nessa doença, para se ter uma ideia, a mutação criou um novo local de corte para o íntron, produzindo um sinal de parada precoce da proteína. Tanto a clivagem do pré-RNA, para remoção dos íntrons, como a junção dos éxons, para a formação do RNA funcional, envolvem um complexo chamado spliceossomo (spliceossoma), estrutura com atividade catalítica formada por cerca de quatro dezenas de proteínas, de snRNA (pequenos RNAs nucleares) e de hnRNA (RNA heterogêneo nuclear) substrato, precursor do RNA funcional. Como se pode constatar, ele é formado por ribonucleoproteinas, a exemplo dos ribossomos. A formação e o funcionamento do spliceossomo requerem ATP que é transformado em ADP e Pi. Lembramos que o splicing só ocorre em células eucarióticas, já que o DNA das células procarióticas não possui íntrons.

01.INTRON

Os locais dos pontos de corte são determinados geneticamente. A análise das sequências de milhares de uniões íntro-éxon mostrou que a grande maioria dos íntrons começa com o dinucleotídeo GU (guanina-uracil) e termina com uma sequência AG (adenina-guanina), como mostra a figura abaixo. Além disso, os íntrons possuem ainda um importante ponto interno, uma adenina (indicada na figura pela letra A) chamada de ponto de ramificação, situada entre 20 e 50 nucleotídeos antes do ponto de corte 3’ e que não é muito conservado nos mamíferos. O restante do íntron é extremamente variável e não tem muita importância no splicing. O tamanho dos íntrons varia bastante, indo de cerca de 65 a mais de 10.000 nucleotídeos.

02.10.000

Foi estudando o splicing de RNA ribossômico de um protozoário ciliado (Tetrahymena thermophila) que Thomas Cech descobriu, em 1982, a ribozima (RNA dotado de função enzimática). No ano seguinte, Sidney Altman constatou que na Rnase P, enzima que catalisa a maturação de RNAt, a atividade enzimática é exercida pela parte ribonucleica (RNA) e não pela parte proteica da enzima. Thomas Cech e Sidney Altman receberam, em 1989, o Prêmio Nobel de Química. As bactérias (seres procariontes), como mencionamos acima, são desprovidas de íntrons. Nelas, o RNAm é sintetizado na forma funcional, não precisando, portanto, de processamento adicional (splicing). Assim sendo, as moléculas de RNAm que são traduzidas são cópias diretas dos genes.

FLUXO DE INFORMAÇÕES GENÉTICAS EM UMA CÉLULA EUCARIÓTICA

Pelo fato de, nas células eucarióticas, as informações genéticas, contidas no DNA, estarem localizadas no núcleo (excetuando-se as do DNA mitocondrial) e a síntese proteica, que tem por base essas informações, se processar no citoplasma, é necessário que elas sejam transferidas do núcleo para o citosol. Essa transferência requer a intervenção do RNA mensageiro (RNAm) que copia a informação (transcrito primário) depositada no DNA e sai, após o processamento (splicing), para o citosol, onde dirige a síntese de proteínas. Dessa forma, no núcleo, o DNA determina a sequência dos nucleotídeos do RNAm (transcrição) e, no citoplasma, esse RNA estabelece a ordem dos aminoácidos da cadeia proteica (tradução). Esse fluxo de informações que representa, em última análise, o dogma central da biologia molecular está esquematizado na figura a seguir. Esse dogma relaciona DNA, RNA e proteínas. O DNA pode se replicar e originar novas moléculas de DNA, bem como ser transcrito em RNA, e este, por sua vez, ser traduzido numa sequencia de aminoácidos, que constitui a cadeia proteica.

03.PROT

Alguns genes são extraordinariamente ricos em íntrons. Nos seres humanos, por exemplo, o gene do Fator VIII de coagulação sanguínea (que pode sofrer mutação em pessoas hemofílicas) possui 25 íntrons. Esse fator é uma grande proteína, com cerca de 2 mil aminoácidos, mas os éxons que a codificam constituem apenas 4% do comprimento total do gene. Os 96% restantes do gene são formado por íntrons. Há uma teoria que sustenta que os íntrons, verdadeiros intrusos moleculares, são meros vestígios de um passado evolutivo, um resquício dos primeiros dias de vida na Terra. A discussão, entretanto, continua acirrada em torno de como eles surgiram e qual é a sua função, se é que existe alguma, no grande código da vida.

Os genes que codificam as histonas e os interferons, por outro lado, são exemplos de genes de eucariontes que não contêm íntrons. As histonas são as principais proteínas que compõem o nucleossomo (unidade estrutural da cromatina) e foram descobertas em l884 por Albrecht Kossel. Elas funcionam como a matriz na qual o DNA se enrola (figura a seguir). Compactando o DNA, as histonas permitem que os genomas eucarióticos de grandes dimensões caibam dentro do núcleo celular. Por poderem sofrer modificações bioquímicas depois de produzidas, elas desempenham importante papel na regulação dos genes, intervindo na transmissão da mensagem genética. Lembramos que, até a década de 1990, as histonas eram vistas apenas como matriz de enrolamento do material genético (DNA). Só a partir dessa época é que foi descoberto o seu papel regulador. Os interferons, por seu turno, constituem uma família de pequenas moléculas proteicas sintetizadas pelas células em resposta a uma infecção viral, bem como a uma infecção bacteriana e a células cancerígenas. Eles impedem, por exemplo, a reprodução viral em células infectadas, bem como a infecção de células não infectadas. No caso do câncer, sua atuação consiste, basicamente, em diminuir ou parar a divisão das células cancerosas; reduzir a proteção dessas células ao sistema imunológico, e fortalecer o sistemas imunológico do organismo. Naturalmente, os interferons ocorrem no organismo em quantidades muito pequenas.

04.PEQ

Na espécie humana, apenas cerca de 2% das sequências do DNA codificam proteínas funcionais, sendo o restante representado por DNA “não codificador”, o chamado “DNA lixo” (“junk DNA”), porém de grande utilidade para o organismo. Pesquisas recentes têm mostrado que muitos genes “não codificadores” (genes não convencionais) dão origem a RNAs bastante ativos, incluindo variedades dotadas da capacidade de silenciar ou regular os genes convencionais, denominados genes estruturais e representados pelos 2% acima referidos. Ao que parece, não há uma correspondência clara entre a complexidade de uma espécie e o número de genes que codificam proteínas em seu genoma. O importante, em última análise, não parece ser o número, mas os tipos de genes presentes no genoma. Trabalhos recentes no campo da genética molecular têm revelado, por exemplo, que as moscas-de-frutas possuem menos genes codificadores que os nematelmintos; e as plantas do arroz, mais que os humanos. A quantidade de DNA não codificador, entretanto, parece aumentar com a complexidade do organismo.

FLUXO DE INFORMAÇÕES GENÉTICAS NAS BACTÉRIAS

Pelo fato de as bactérias não possuírem membrana nuclear (carioteca), a maquinaria de transcrição não é separada da de tradução (síntese proteica, propriamente dita), como mostra a figura a seguir. O RNAm nascente pode interagir com os ribossomos e dirigir a síntese de proteínas antes do término da síntese do RNA. Nas células eucarióticas, como vimos acima, a maquinaria de transcrição é separada, graças à presença da carioteca, da de tradução.

05.TRA

SPLICING ALTERNATIVO

As estimativas iniciais eram de que o genoma humano possuía em torno de 100 mil genes. Esse número tinha por base a quantidade de diferentes proteínas humanas, estimada em cerca de 90 mil. Deveríamos, portanto, ter pelo menos 90 mil genes para codificá-las. Concluídos os trabalhos, constatou-se que esse número era bem mais baixo, da ordem de 25 mil genes estruturais. O reduzido número de genes presentes na espécie humana é hoje explicado pela sua grande versatilidade. Graças a um mecanismo chamado splicing alternativo (edição alternativa), em que os mecanismos celulares podem “decidir” remover um éxon ou manter um intron (figura abaixo) ou partes dele a informação armazenada nos genes dos organismos complexos pode ser editada de várias formas, fazendo com que uma única fita de RNAm recém-sintetizada (transcrito primário) sofra diversas possibilidades de processamento, aumentando consideravelmente o total possível de proteínas. Dessa forma, o splicing alternativo aumenta o número de proteínas que podem ser sintetizadas por cada gene. Em média, cada um dos nossos genes dá origem a três RNAm funcionais por meio desse splicing. Isso permite que os seres humanos possam produzir mais de 90 mil proteínas diferentes sem precisar manter 90 mil genes. Ressaltamos que a prevalência do splicing alternativo parece aumentar com a complexidade do organismo. No homem, por exemplo, cercade 40 a 60% dos genes estão sujeitos à edição alternativa, o que nos torna mais eficiente que outras espécies na geração de uma grande diversidade de produtos gênicos. Associado ao splicing alternativo, alterações bioquímicas que as proteínas podem sofrer, depois de produzidas também corroboram para explicar a “discrepante” relação entre o número de proteínas diferentes (cerca de 90 mil) e o número de genes estruturais (da ordem de 25 mil).

06.

Aparentemente, em comparação com organismos mais simples, o ser humano se beneficia mais dos genes que ativam a produção de proteínas múltiplas do que dos genes que codificam somente uma proteína. Assim, muito da complexidade biológica está baseada na seleção de diferentes combinações de proteínas e não em uma simples estrutura sequencial de aminoácidos.

FIXANDO

01. (UEFS) O esquema abaixo compara, de forma resumida, o processo de expressão da informação genética em seres procariontes e eucariontes.

01.T

A interpretação da figura e os conhecimentos atuais a respeito da expressão do código genético permitem concluir: a) A expressão da informação genética em bactérias ocorre através do processo de replicação do DNA circular.

b) Apenas o gene eucariótico apresenta regiões denominadas de íntrons, que não são traduzidas em sequências específicas de aminoácidos.

c) Os genes presentes no material genético de seres eucariontes produzem as proteínas necessárias para garantir a manutenção do metabolismo celular sem a necessidade de utilização do RNA.

d) O RNA polimerase transcreve apenas as regiões dos éxons na produção do pré-RNA mensageiro para que posteriormente possa ocorre a ação do splicing genético.

e) A expressão do código genético das bactérias ocorre através de processos que se modificaram acentuadamente ao longo da evolução desse grupo, o que provocou uma diferenciação significativa em relação ao padrão eucariótico.

02. Suponha um gene de um eucarioto responsável pela síntese de uma proteína. Nesse gene, existem regiões do DNA cujas informações não estarão presentes por ocasião da formação da proteína em questão. Os segmentos do RNA transcrito, correspondentes a essas regiões, são eliminados após o processo de transcrição e antes da tradução. A figura abaixo representa o resultado de uma experiência de hibridação do RNA mensageiro com a cadeia de DNA que lhe deu origem.

02.T

Baseado na figura e nos seus conhecimentos, verifique as proposições a seguir.

I    II

0   0 – I representa o RNAm; II é o segmento do DNA original; B e D são íntrons.

1   1 – A, C e E são éxons. Representam as regiões funcionais do DNA, ou seja, as sequências de códons que darão origem a uma cadeia polipeptídica.

2   2 – I representa o DNA; II é o RNAm; B e D são íntrons.

3  3 – O corte (splicing) dos íntrons é realizado ainda no núcleo, como a participação de ribozimas.

4  4 – A sequência do DNA que codifica uma cadeia polipeptídica não é contínua, há regiões codificadoras, chamadas íntrons e regiões não codificadoras denominada éxons.

03. (UFCG)O DNA existente em um cromossomo contém os genes, mensagens codificadas na forma de sequências de nucleotídeos (tijolos básicos que compõem o material genético das células), onde estão as instruções para a formação de todas as células e tecidos do nosso corpo e para a síntese de proteínas (responsáveis por todos os processos biológicos), além de outras sequências capazes de sintetizar “mensageiros” que atuam na regulação de processos celulares e áreas que não carregam qualquer tipo de instrução, ou codificação. (Fonte: SBPC. Telômeros – os guardiães da vida. Revista ciência hoje, v. 39, p.17-23, 2006). Relacione essas informações às assertivas abaixo e marque a incorreta:

a) Um gene se expressa por meio da transcrição gênica, como é denominado o processo de síntese de RNA que tem por modelo o DNA.

b) A polimerase do RNA de eucarioto transcreve as regiões dos Exons e dos Introns, produzindo uma molécula de RNAm, correspondente a toda unidade de transcrição, chamada de pré-RNA mensageiro.

c) O processo de corte e emenda – splicing – de remoção dos Exons do pré-RNAm realizado pelo complexo spliceossomo ocorre no núcleo da célula.

d) Nos eucariotos, a maioria das cadeias polipeptídicas não é perfeitamente colinear à sequência de bases do DNA que as codifica. Em bactérias, há colinearidade entre as cadeias e os segmentos de DNA que as codificam.

e) Os genes humanos apresentam splicing alternativo. Os tipos de proteínas humanas são superiores ao número de genes.

04. (UPE) O esquema abaixo representa as fases para a expressão de um gene eucarioto, que codifica um polipeptídeo.

04.T

Com base no esquema e nos seus conhecimentos, analise as afirmativas abaixo.

I. Na etapa 1, a enzima RNA polimerase se liga à região promotora do gene, dando início ao processo de transcrição.

II. O pré-RNAm sofre alterações (etapa 2), incluindo o processo de retirada das regiões não codificantes (íntrons).

III. A etapa 3 é realizada no citoplasma, onde o RNAm será traduzido em polipeptídeo.

IV. A diminuição do tamanho do RNAm ocorre na fase 2, em decorrência da retirada dos éxons e da associação com o RNAr. Somente está correto o que se afirma em:

a) I e II.

b) III e IV.

c) I e IV.

d) I, II e III.

e) II, III e IV.

05. (UNIFAL-MG) A molécula de RNA recém sintetizada passa por uma série de modificações, como a remoção dos íntrons, até ser transformada em RNAm, quando, então, participará da síntese proteica. Considerando a informação acima, assinale a afirmativa correta:

a) O processo de corte e emenda ocorre no citoplasma antes da interação do RNAm com os ribossomos livres.

b) O processo denominado splicing ocorre assim que o transcrito primário é transferido para o citoplasma através dos poros do envoltório nuclear.

c) O processo de corte e emenda é denominado splicing e ocorre no núcleo das células eucarióticas.

d) A etapa denominada de splicing ocorre inicialmente durante a transcrição e termina no citoplasma das células eucarióticas.

06. O spliceossomo é um conjunto de RNA e proteínas encontrado:

a) Em qualquer tipo celular.

b) Apenas em bactérias.

c) Apenas no núcleo de células eucarióticas.

d) Apenas no citoplasma de células eucarióticas.

07. (ENEM) A figura seguinte representa um modelo de transmissão da informação genética nos sistemas biológicos. No fim do processo, que inclui a replicação, a transcrição e a tradução, há três formas proteicas diferentes denominadas a, b e c.

07.T

Depreende-se do modelo que

a) A única molécula que participa da produção de proteínas é o DNA.

b) O fluxo de informação genética, nos sistemas biológicos, é unidirecional.

c) As fontes de informação ativas durante o processo de transcrição são as proteínas.

d) É possível obter diferentes variantes proteicas a partir de um mesmo produto de transcrição.

e) A molécula de DNA possui forma circular e as demais moléculas possuem forma de fita simples linearizadas.

08. O genoma de organismos eucarióticos contém relativamente poucos segmentos de DNA codificantes (genes) e grande quantidade de DNA não codificantes (“DNA-lixo”). O que distingue um gene de um segmento de “DNA-lixo” é o fato de o gene:

a) Possuir bases nitrogenadas em sua composição.

b) Ser constituído por uma cadeia de DNA e outras de RNA.

c) Ser constituído por uma cadeia de DNA e por uma de cadeia polipeptídica.

d) Possuir uma região promotora que indica onde deve ter início a transcrição gênica.

09. (UnB) A síntese proteica envolve um complexo de estruturas celulares que trabalham harmonicamente, como mostra o esquema abaixo.

09.T

Com base no esquema e em conhecimentos correlatos, assinale a(s) alternativa(s) correta(s).

I    II

0   0 – O esquema mostra a síntese proteica em uma célula procariótica.

1  1 –  Os tipos de RNA necessários para a síntese proteica em procariotos e eucariotos são essencialmente diferentes. 2  2 – Na expressão de um gene eucariótico, a replicação e a tradução ocorrem simultaneamente.

3  3 – Uma molécula de RNAm pode ser utilizada para a síntese concomitante de várias moléculas da proteína.

4  4 – Nas células eucarióticas, a transcrição e tradução ocorrem, respectivamente, no núcleo e no citoplasma.

10. (UFSM)Analise as afirmativas a seguir relacionadas aos processos de síntese proteica.

I. Nas células procariontes, a informação genética é transmitida do citoplasma, onde está o DNA, para o nucleoide, onde serão produzidas as proteínas.

II. Nas cianobactérias, transcrição e tradução ocorrem no mesmo local porque essas células não possuem sistema de endomembranas.

III. Durante a transcrição, uma fita de DNA serve como molde para a produção do RNA que terá uma sequência de nucleotídeos complementar à fita-molde.

IV. Após a transcrição, ainda no núcleo, são removidas do RNAm primário as partes correspondentes aos íntrons e só então o RNAm passa para o citoplasma.

Está(ão) correta(s):

a) Apenas I e II.

b) Apenas II e IV.

c) Apenas III.

d) Apenas II e III.

e) Apenas II, III e IV.

GABARITO

 

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
B FVVVF C D C C D D FFFVV E

Responses

  1. Bom dia Prof. Djalma! Adorei os arquivos do seu blog tendo uma forma de explicação bastante clara e abrangente! Já está favoritado em meu navegador, muito obrigada por disponibilizar na internet. Abraços e sucesso!

  2. Muito bom esse arquivo, aprendi e exercitei direitinho!
    Faço jus ao comentário acima!! Serei visitante assídua aqui.

  3. gostei do programas

  4. Bom dia Prof Djalma, muito obrigado por você ter disponibilizado conteúdos muito valiosos para nós estudantes de Biologia, eu me sinto muito satisfeito em ter encontrado algo tão maravilhoso que é seu site.
    Att.
    Graduando em Ciências Biológicas Nasciso Guedes.


Deixe uma resposta

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair / Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair / Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair / Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair / Alterar )

Conectando a %s

Categorias

%d blogueiros gostam disto: