- Estrutura
- Recursos
- Em procariontes
- Em eucariotos
- O que é um gene?
- RNA polimerase II
- Fatores de transcrição
- RNA polimerase I e III
- Fatores de transcrição
- RNA polimerase em organelas
- Em archaea
- Diferenças com DNA polimerase
- Referências
A RNA polimerase é um complexo enzimático responsável por mediar a polimerização de uma molécula de RNA, a partir de uma sequência de DNA usada como molde. Esse processo é a primeira etapa da expressão gênica e é chamado de transcrição. A RNA polimerase se liga ao DNA em uma região muito particular, conhecida como promotor.
Essa enzima - e o processo de transcrição em geral - é mais complexa em eucariotos do que em procariotos. Os eucariotos possuem múltiplas RNA polimerases que se especializam em certos tipos de genes, em contraste com os procariotos, onde todos os genes são transcritos por uma única classe de polimerase.
Estrutura da RNA polimerase em ação.
Fonte: I, Splette
O aumento da complexidade dentro da linhagem eucariótica em elementos relacionados à transcrição está presumivelmente relacionado a um sistema de regulação gênica mais sofisticado, típico de organismos multicelulares.
Nas arquéias, a transcrição é semelhante ao processo que ocorre nos eucariotos, embora possuam apenas uma polimerase.
As polimerases não agem sozinhas. Para que o processo de transcrição comece corretamente, é necessária a presença de complexos proteicos chamados fatores de transcrição.
Estrutura
A RNA polimerase mais bem caracterizada são as polimerases de bactérias. Consiste em várias cadeias polipeptídicas. A enzima possui várias subunidades, catalogadas como α, β, β ′ e σ. Foi demonstrado que esta última subunidade não participa diretamente da catálise, mas está envolvida na ligação específica ao DNA.
Na verdade, se removermos a subunidade σ, a polimerase ainda pode catalisar sua reação associada, mas o faz nas regiões erradas.
A subunidade α tem uma massa de 40.000 daltons e há dois. Das subunidades β e β ′ existe apenas 1, e elas têm uma massa de 155.000 e 160.000 daltons, respectivamente.
Essas três estruturas estão localizadas no núcleo da enzima, enquanto a subunidade σ está mais distante e é chamada de fator sigma. A enzima completa - ou holoenzima - tem um peso total próximo a 480.000 daltons.
A estrutura da RNA polimerase é amplamente variável e depende do grupo estudado. No entanto, em todos os seres orgânicos, é uma enzima complexa, composta de várias unidades.
Recursos
A função da RNA polimerase é a polimerização de nucleotídeos de uma cadeia de RNA, construída a partir de um molde de DNA.
Todas as informações necessárias para a construção e desenvolvimento de um organismo estão escritas em seu DNA. No entanto, a informação não é traduzida diretamente em proteínas. A etapa intermediária para uma molécula de RNA mensageiro é necessária.
Essa transformação da linguagem de DNA em RNA é mediada pela RNA polimerase e o fenômeno é chamado de transcrição. Este processo é semelhante à replicação do DNA.
Em procariontes
Procariontes são organismos unicelulares, sem núcleo definido. De todos os procariontes, o organismo mais estudado foi a Escherichia coli. Essa bactéria é um habitante normal de nossa microbiota e tem sido o modelo ideal para os geneticistas.
A RNA polimerase foi isolada pela primeira vez desse organismo, e a maioria dos estudos de transcrição foram realizados em E. coli. Em uma única célula dessa bactéria, podemos encontrar até 7.000 moléculas de polimerase.
Ao contrário dos eucariotos que possuem três tipos de RNA polimerases, nos procariotos todos os genes são processados por um único tipo de polimerase.
Em eucariotos
O que é um gene?
Os eucariotos são organismos que possuem um núcleo delimitado por uma membrana e diferentes organelas. As células eucarióticas são caracterizadas por três tipos de RNA polimerases nucleares, e cada tipo é responsável pela transcrição de genes específicos.
Um "gene" não é um termo fácil de definir. Normalmente, estamos acostumados a chamar qualquer sequência de DNA que é traduzida em um "gene" de proteína. Embora a afirmação anterior seja verdadeira, também existem genes cujo produto final é um RNA (e não uma proteína), ou são genes envolvidos na regulação da expressão.
Existem três tipos de polimerases, designadas como I, II e III. Descreveremos suas funções a seguir:
RNA polimerase II
Os genes que codificam para proteínas - e envolvem um RNA mensageiro - são transcritos pela RNA polimerase II. Por sua relevância na síntese de proteínas, tem sido a polimerase mais estudada pelos pesquisadores.
Fatores de transcrição
Essas enzimas não podem dirigir o processo de transcrição por si mesmas, elas precisam da presença de proteínas chamadas fatores de transcrição. Dois tipos de fatores de transcrição podem ser distinguidos: gerais e adicionais.
O primeiro grupo inclui proteínas que estão envolvidas na transcrição de todos os promotores de polimerases II. Estes constituem o mecanismo básico da transcrição.
Em sistemas in vitro, cinco fatores gerais que são indispensáveis para o início da transcrição pela RNA polimerase II foram caracterizados. Estes promotores têm uma sequência de consenso denominada "TATA box".
O primeiro passo na transcrição envolve a ligação de um fator denominado TFIID à caixa TATA. Esta proteína é um complexo com várias subunidades - incluindo uma caixa de ligação específica. Também é composto por uma dúzia de peptídeos chamados TAFs (fatores associados ao TBP).
Um terceiro fator envolvido é o TFIIF. Após o recrutamento da polimerase II, os fatores TFIIE e TFIIH são necessários para o início da transcrição.
RNA polimerase I e III
Os RNAs ribossômicos são elementos estruturais dos ribossomos. Além do RNA ribossômico, os ribossomos são constituídos por proteínas e são responsáveis por traduzir uma molécula de RNA mensageiro em proteína.
Os RNAs de transferência também participam desse processo de tradução, levando ao aminoácido que será incorporado à cadeia polipeptídica formadora.
Esses RNAs (ribossômicos e de transferência) são transcritos pelas RNA polimerases I e III. A RNA polimerase I é específica para a transcrição dos maiores RNAs ribossômicos, conhecidos como 28S, 28S e 5.8S. O S se refere ao coeficiente de sedimentação, ou seja, as taxas de sedimentação durante o processo de centrifugação.
A RNA polimerase III é responsável pela transcrição dos genes que codificam os menores RNAs ribossômicos (5S).
Além disso, uma série de pequenos RNAs (lembre-se de que existem vários tipos de RNA, não apenas os mais conhecidos mensageiros, RNAs ribossômicos e de transferência), como pequenos RNAs nucleares, são transcritos pela RNA polimerase III.
Fatores de transcrição
A RNA polimerase I, reservada exclusivamente para a transcrição de genes ribossomais, requer diversos fatores de transcrição para sua atividade. Os genes que codificam o RNA ribossômico têm um promotor localizado a cerca de 150 pares de bases "a montante" do local de início da transcrição.
O promotor é reconhecido por dois fatores de transcrição: UBF e SL1. Estes se ligam cooperativamente ao promotor e recrutam a polimerase I, formando o complexo de iniciação.
Esses fatores são compostos por várias subunidades de proteínas. Da mesma forma, TBP parece ser um fator de transcrição compartilhado para todas as três polimerases em eucariotos.
Para a RNA polimerase III, o fator de transcrição TFIIIA, TFIIIB e TFIIIC foram identificados. Estes ligam-se sequencialmente ao complexo de transcrição.
RNA polimerase em organelas
Uma das características distintivas dos eucariotos são os compartimentos subcelulares chamados organelas. A mitocôndria e os cloroplastos possuem uma RNA polimerase separada que é uma reminiscência dessa enzima nas bactérias. Essas polimerases são ativas e transcrevem o DNA encontrado nessas organelas.
De acordo com a teoria endossimbiótica, os eucariotos vêm de um evento de simbiose, onde uma bactéria engolfou uma menor. Esse fato evolutivo relevante explica a semelhança entre as polimerases da mitocôndria com a polimerase das bactérias.
Em archaea
Como nas bactérias, nas arquéias existe apenas um tipo de polimerase responsável pela transcrição de todos os genes do organismo unicelular.
No entanto, a RNA polimerase de arquéias é muito semelhante à estrutura da polimerase em eucariotos. Eles apresentam uma caixa TATA e fatores de transcrição, TBP e TFIIB, especificamente.
Em termos gerais, o processo de transcrição em eucariotos é bastante semelhante ao encontrado em arquéias.
Diferenças com DNA polimerase
A replicação do DNA é orquestrada por um complexo enzimático chamado DNA polimerase. Embora essa enzima seja frequentemente comparada à RNA polimerase - ambas catalisam a polimerização de uma cadeia de nucleotídeos na direção 5 ′ a 3 ′ - elas diferem em vários aspectos.
A DNA polimerase precisa de um pequeno fragmento de nucleotídeo para iniciar a replicação da molécula, denominado primer ou primer. A RNA polimerase pode iniciar a síntese de novo e não precisa do primer para sua atividade.
A DNA polimerase é capaz de se ligar a vários locais ao longo de um cromossomo, enquanto a polimerase se liga apenas a promotores de genes.
Quanto aos mecanismos de revisão de enzimas, os da DNA polimerase são muito mais conhecidos, podendo corrigir os nucleotídeos errados que foram polimerizados por engano.
Referências
- Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). A célula: uma abordagem molecular (Vol. 2). Washington, DC: imprensa ASM.
- Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Biologia celular molecular. Macmillan.
- Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Biologia molecular da célula. 4ª edição. Nova York: Garland Science
- Pierce, BA (2009). Genética: uma abordagem conceitual. Panamerican Medical Ed.
- Lewin, B. (1975). Expressão genetica. UMI Books on Demand.