A expressão gênica é um processo celular pelo qual a informação codificada em um determinado gene é usada para produzir uma proteína funcional ou uma molécula de RNA. Ocorre em todas as formas de vida conhecidas, incluindo eucariotos, procariontes e também vírus. A transcrição de um gene em uma molécula de mRNA e a tradução do mRNA em uma cadeia polinucleotídica de uma proteína funcional são conhecidas como o dogma central da biologia molecular. A expressão gênica pode ser regulada em várias etapas do processo, como transcrição, modificações pós-transcricionais, tradução e modificações pós-tradução. A expressão diferencial de genes permite que a célula produza a quantidade necessária de proteínas para o funcionamento da célula.

Principais áreas cobertas

1. O que é expressão gênica - Definição, transcrição, tradução 2. Como a expressão gênica é regulada - Definição, regulação em eucariontes e procariontes

Termos-chave: Eucariotos, expressão gênica, mRNA, procariotos, proteína, transcrição, tradução

O que é expressão gênica

A expressão gênica é o processo pelo qual as instruções genéticas são usadas para sintetizar produtos gênicos. Geralmente, a informação flui do DNA para o mRNA para a proteína. As duas etapas principais da expressão gênica são a transcrição e a tradução. O dogma central da biologia molecular é mostrado na figura 1.

Figura 1: Dogma Central da Biologia Molecular

Transcrição

A transcrição se refere ao processo de copiar as informações de um gene em uma nova molécula de RNA. É a primeira etapa da expressão gênica tanto em eucariotos quanto em procariotos. A RNA polimerase é a enzima envolvida na transcrição. Três tipos diferentes de RNA são produzidos durante a transcrição: RNA mensageiro (mRNA), RNA de transferência (tRNA) e RNA ribossômico (rRNA). O mRNA carrega a informação genética do núcleo para o citoplasma. O tRNA é um RNA adaptador que serve como elo físico entre o mRNA e os aminoácidos. O rRNA forma as partes integrantes do ribossomo. O processo de transcrição é mostrado na figura 2.

Figura 2: Transcrição

No entanto, em alguns vírus, o material genético é um RNA de sentido negativo. Aqui, a RNA polimerase dependente de RNA transcreve o RNA de sentido negativo em um mRNA.

Modificações pós-transcricionais

As modificações pós-transcricionais referem-se ao processo de conversão do transcrito primário de RNA em uma molécula de mRNA madura. Eles ocorrem principalmente na expressão de genes eucarióticos. A molécula de mRNA produzida pela transcrição é conhecida como transcrito primário de RNA ou pré-mRNA. É processado para produzir a molécula de mRNA madura durante quatro etapas: capeamento 5 ', poliadenilação e splicing alternativo. o 5 'capping é a adição de um GTP à extremidade 5 'da molécula de pré-mRNA. Poliadenilação é a adição de uma cauda poli-A à extremidade 3 'da molécula de pré-mRNA. Tanto o cap 5 'quanto a cauda poli-A evitam a degradação da molécula de mRNA. Os genes eucarióticos consistem em íntrons e exons. Apenas os íntrons são codificados para a sequência de aminoácidos de um gene. Conseqüentemente, os exons são removidos durante o splicing do RNA. Splicing alternativo é a produção de sequências de codificação de várias cadeias polipeptídicas combinando diferentes padrões de íntrons. A modificação pós-transcricional no mRNA eucariótico é mostrada na figura 3.

Figura 3: Modificações pós-transcricionais

A maioria dos genes procarióticos ocorre em grupos conhecidos como operons. Os operons consistem em vários genes funcionalmente relacionados, regulados por um único promotor. Eles transcrevem para produzir uma molécula de mRNA policistrônica que sintetiza várias proteínas funcionalmente relacionadas.

Tradução

Tradução refere-se ao processo em que o código genético transportado por uma molécula de mRNA é decodificado, produzindo uma cadeia polipeptídica de uma proteína específica. Ocorre no citoplasma pelos ribossomos. Um sistema de três aminoácidos está envolvido na determinação de cada aminoácido na cadeia polipeptídica. Os três nucleotídeos do mRNA que representam um aminoácido são conhecidos como códons. O sistema de códons completo é conhecido como código genético. Diferentes moléculas de tRNA contêm anticódons que se fixam em cada códon do mRNA. Portanto, eles carregam o aminoácido correspondente para a síntese da cadeia polipeptídica. A tradução é mostrada na figura 4.

Figura 4: Tradução

Modificações Pós-Tradicionais

As modificações pós-tradução são a modificação covalente e enzimática da cadeia polipeptídica de uma proteína funcional. Diferentes polissacarídeos, lipídeos ou grupos inorgânicos são adicionados para produzir uma proteína funcional. Essas modificações são conhecidas como glicosilação, fosforilação, sulfatação, etc. Diferentes cofatores também podem ser adicionados para regular a função da proteína. As modificações pós-tradução da proteína insulina são mostradas na figura 5.

Figura 5: Modificações Pós-Translacionais

Como a expressão gênica é regulada

A célula regula a expressão do gene para aumentar ou diminuir o número de proteínas produzidas dentro da célula. Em eucariotos, pode ser alcançado por meio de várias etapas de expressão gênica, como transcrição, modificações pós-transcricionais, tradução e modificações pós-tradução. No entanto, em procariotos, a regulação da expressão gênica é alcançada durante o início da expressão gênica.

Conclusão

A produção de proteínas funcionais dentro da célula é realizada por meio da expressão de genes no genoma. As duas etapas principais da expressão gênica são a transcrição e a tradução em todos os tipos de organismos vivos, incluindo eucariotos, procariotos e vírus. A transcrição é a produção de uma molécula de mRNA baseada na sequência de nucleotídeos do gene. Tradução é a produção de uma cadeia polipeptídica baseada na sequência de códons da molécula de mRNA. Em eucariotos, a expressão do gene pode ser regulada em ambos os níveis transcricional e translacional. No entanto, a expressão gênica em procariotos é regulada durante o início da transcrição.

Referência:

1. “10.3.1 Expressão gênica e síntese protéica.” Plantas em ação, disponíveis aqui.

Cortesia de imagem:

1. “Central Dogma of Molecular Biochemistry with Enzymes” Por Dhorspool at en.wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 2. “Processo de transcrição (13080846733)” Por Genomics Education Program - Processo de transcrição (CC BY 2.0) via Commons Wikimedia 3. “Figura 15 03 02” Por CNX OpenStax - (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia 4. “0324 DNA Translation and Codons” Por OpenStax - (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia 5. “Caminho de insulina” Por Carregado por Fred the Oyster (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia