TRANSCRIÇÃO

DNA MOLDE: Ao contrário do que ocorre no processo de replicação do DNA, a transcrição não é feita ao longo de todo o comprimento da molécula deDNA, mas simde genes individuais ou grupos de genes seletivamente escolhidos.  Para isso, a enzimaRNA polimerase se acopla à determinada região da molécula deDNAa ser transcrita, o sítio promotor. O promotor, que fica upstream do sítio de início da transcrição, é necessário para que a transcrição ocorra, mas ele não é transcrito quando os genes codificadores de proteína são transcritos pela RNA polimerase II. Mais distante upstream ou downstream do sítio de início estão os ACENTUADORES, sequências de DNA que também regulam a transcrição. Nesse processo, todos os nucleotídios entre o sítio de início de transcrição e o sítio de término são transcritos em prémRNA, incluindo éxons, íntrons e uma longa extremidade 3′ que é posteriormente clivada a partir do transcrito. Observe que a extremidade 5′ do primeiro éxon contém a sequência que codifica a região 5′ não traduzida (5′ UTR), e que a extremidade 3′ do último éxon contém a sequência que codifica a região 3′ não traduzida (3′ UTR). O pré-mRNA é então processado para gerar um mRNA maduro.  Três regiões críticas estão incluídas em uma unidade de transcrição: um promotor, uma sequência codificadora de RNA e um terminador. O PROMOTOR é uma sequência de DNA que o aparato de transcrição reconhece e se liga. Ele indica qual das duas fitas de DNA deve ser lida como molde e qual será o sentido da transcrição. O promotor também determina o sítio de início da transcrição, o primeiro nucleotídio que será transcrito em RNA. Em muitas unidades de transcrição, o promotor está próximo ao sítio de início de transcrição, mas ele mesmo não é transcrito. A segunda região crítica da unidade de transcrição é a região codificadora de RNA (CDS), uma sequência de nucleotídios de DNA que é copiada em uma molécula de RNA. os genes de eucariotos superiores em geral são compostos por éxons (termo derivado da expressão em inglês expressed regions, ou seja, regiões expressas), que codificam partes das proteínas, e íntrons (de intervening region, regiões intercalares), que separam os éxons.  Observando-se a sequência de bases dos íntrons, constatou-se que 100% deles iniciam, em 5’ comGU e terminam em 3’ comAG. O terceiro componente da unidade de transcrição é o TERMINADOR, uma sequência de nucleotídios que sinaliza onde a transcrição deve terminar. Os terminadores são parte da sequência codificadora de RNA; a transcrição para somente após o terminador ter sido copiado em RNA. O molde para a síntese do RNA, assim como para a síntese de DNA, é uma fita simples da dupla-hélice do DNA. Diferente da replicação, entretanto, a transcrição de um gene ocorre em apenas uma das duas fitas de nucleotídios do DNA. A fita de nucleotídios usada para a transcrição é chamada de fita molde ou antisenso. A outra, chamada de fita não molde, não é transcrita é chamada de fitta senso. Assim, em um gene, apenas uma das fitas de nucleotídios é transcrita em RNA. Durante a transcrição, uma molécula de RNA complementar e antiparalela à fita molde de DNA é sintetizada. O RNA transcrito tem a mesma polaridade e sequência de bases que a fita não molde, com a exceção de que o RNA tem U em vez de T. Na maioria dos organismos, cada gene é transcrito a partir de uma fita simples senso, mas diferentes genes podem ser transcritos a partir de diferentes fitas. Uma UNIDADE DE TRANSCRIÇÃO é um segmento de DNA que codifica uma molécula de RNA e as sequências necessárias para sua transcrição.

RNA: É provável que o início da vida tenha sido centrado no RNA, que serviu como material genético original e como catalisador biológico. O RNA é geralmente uma cadeia de nucleotídios unifilamentar, não uma dupla hélice como o DNA.  Embora o RNA tenha habitualmente fita simples, regiões complementares curtas em uma fita de nucleotídios podem parear e formar estruturas secundárias. Essas estruturas secundárias de RNA são chamadas de estruturas grampo-alça ou haste-alça. Uma consequência é que o RNA é mais flexível e consegue formar uma variedade muito maior de formas moleculares tridimensionais complexas do que o DNA bifilamentar. O RNA, como o DNA, é um polímero composto por nucleotídios unidos por ligações fosfodiéster. o RNA é rapidamente degradado em condições alcalinas. O açúcar desoxirribose do DNA não tem esse grupo hidroxila livre; por isso, o DNA é uma molécula mais estável. O RNA é sintetizado a partir de trifosfatos de ribonucleosídios (rNTPs). Na síntese, novos nucleotídios são unidos, um de cada vez, ao grupo 3′-OH da molécula de RNA crescente. Dois grupos fosfato são rompidos a partir do trifosfato de nucleosídio de chegada; o grupo fosfato remanescente participa em uma ligação fosfodiéster que liga o nucleotídio à molécula de RNA crescente. Os nucleotídios são sempre adicionados à extremidade 3′ da molécula de RNA, e o sentido da transcrição é, portanto, 5′ → 3′, o mesmo que a síntese de DNA durante a replicação. A síntese de RNA é complementar e antiparalela a uma das fitas de DNA (a fita molde). Diferente da síntese do DNA, a síntese do RNA não precisa de um primer. Um filamento de RNA consegue dobrar-se de tal modo que algumas de suas próprias bases paream entre si. Tal pareamento intramolecular de bases é um determinante importante da forma do RNA. No RNA base uracila forma pontes de hidrogênio com a adenina do mesmo modo que a timina. Além disso, a uracila é capaz de parear com G. As bases U e G formam pares de bases apenas durante o dobramento do RNA, e NÃO durante a transcrição. As duas pontes de hidrogênio que podem ser formadas entre U e G são mais fracas que as duas que se formam entre U e A. A capacidade de U parear-se com A e G é o principal motivo pelo qual o RNA consegue formar estruturas complicadas, muitas delas importantes em processos biológicos. Os nucleotídios do RNA (chamados de RIBONUCLEOTÍDIOS) contêm as bases adenina, guanina e citosina, mas é encontrada a base pirimidínica uracila (abreviada por U) em vez de timina. O grupo hidroxila no átomo de carbono 2' facilita a ação do RNA em muitos processos celulares importantes. Os RNA podem ser agrupados em duas classes gerais. Uma delas codifica a informação necessária para fazer cadeias polipeptídicas (proteínas) e é denominada RNA MENSAGEIRO (mRNA) porque, como tal, serve como intermediário e passa a informação do DNA para a proteína. As outras classes denominam-se RNA FUNCIONAIS, porque o RNA não codifica a informação para fazer proteínas. Em vez disso, ele próprio é o produto funcional final. Todos os RNAs celulares são sintetizados a partir de moldes de DNA por meio do processo de transcrição. A formação de estruturas secundárias é importante na função do RNA. Elas são determinadas pela sequência de bases da fita de nucleotídios, então diferentes moléculas de RNA podem ter diferentes estruturas. Como sua estrutura determina sua função, as moléculas de RNA têm o potencial para muitas funções diferentes. Com suas fitas complementares formando uma hélice, o DNA está muito mais restrito na faixa das estruturas secundárias que pode assumir, e por isso tem menos papéis funcionais na célula. As moléculas de RNA têm várias funções na célula. O RNA ribossômico (rRNA) e as subunidades ribossômicas de proteína compõem o ribossomo, o sítio de montagem das proteínas. O RNA mensageiro (mRNA) carreia as instruções de codificação para as cadeias de polipeptídios do DNA para um ribossomo. Após se prender ao ribossomo, uma molécula de mRNA especifica a sequência de aminoácidos em uma cadeia de polipeptídios e fornece um molde para unir os aminoácidos. As moléculas precursoras maiores, que são chamadas de RNA pré-mensageiros (pré-mRNAs), são os produtos imediatos da transcrição nas células eucarióticas. Os pré-mRNAs são muito modificados antes de se tornarem mRNA e de serem encontrados no núcleo para tradução em proteína. As células bacterianas não têm pré-mRNA; a transcrição ocorre simultaneamente com a tradução nessas células. Existem duas classes gerais de RNA: os que codificam proteínas (mRNA) e os funcionais, como os ncRNA. Os RNA funcionais participam de vários processos celulares, incluindo a síntese de proteínas (tRNA, rRNA), o processamento do RNA (snRNA), a regulação da expressão gênica (miRNA) e a defesa do genoma (siRNA, piRNA). Como a síntese de proteínas e o processamento de mRNA ocorrem durante toda a vida da maioria das células, tRNA, rRNA e snRNA são sempre necessários. Desse modo, esses RNA são continuamente sintetizados (sua transcrição é denominada constitutiva). Em contraste, miRNA, siRNA, piRNA e lncRNA são transcritos e/ ou processados a partir de transcritos maiores, de modo intermitente, ou seja, apenas quando são necessários para cumprir suas funções na proteção do genoma e na regulação da expressão gênica. Pequenos RNA nucleares (snRNA) são parte de um sistema que processa os RNA transcritos nas células eucarióticas. Alguns snRNA unem-se a várias subunidades proteicas para formar o complexo ribonucleoproteico de processamento (o spliceossomo) que remove íntrons dos mRNA eucarióticos. Finalmente, um grupo grande de RNA funcionais suprime a expressão gênica em muitos níveis e mantém a estabilidade do genoma. Três classes desses RNA funcionais podem ser codificadas por grandes frações dos genomas eucarióticos: microRNA, pequenos RNA de interferência e RNA de interação piwi. MicroRNA (miRNA) recentemente foram reconhecidos pelos cientistas por terem um amplo papel na regulação da quantidade de proteínas produzidas por muitos genes. Pequenos RNA de interferência (siRNA) e RNA de interação piwi (piRNA) ajudam a proteger a integridade dos genomas de plantas e animais. Os siRNA inibem a produção de vírus, enquanto eles e os piRNA impedem a dispersão de elementos de transposição para outros cromossômicos. Os siRNA restringem os elementos de transposição em plantas, e os piRNA exercem a mesma função em animais. Recentemente, constatou-se que RNA não codificadores longos (lncRNA, às vezes na forma abreviada ncRNA) são transcritos da maioria das regiões dos genomas de seres humanos e outros animais e plantas. Embora alguns lncRNA participem nos fenômenos genéticos clássicos, como a compensação de dose, até o momento não se sabe qual a função da maioria dos lncRNA, se é que têm alguma.

RNA MENSAGEIRO: As etapas pelas quais um gene influencia o fenótipo são chamadas de expressão gênica. Para a grande maioria dos genes, o RNA transcrito é apenas um intermediário necessário para a síntese de uma proteína, que é o produto funcional final que influencia o fenótipo. O RNA mensageiro atua como molde para a síntese de proteína; ele carreia a informação genética do DNA para um ribossomo e ajuda a montar os aminoácidos na ordem correta. Nas bactérias, o mRNA é transcrito diretamente do DNA, mas nos eucariotos, um pré-mRNA (também chamado de transcrito primário) é transcrito primeiro, a partir do DNA, e então processado para gerar o mRNA maduro. No mRNA, cada aminoácido em uma proteína é especificado por um conjunto de três nucleotídios chamado CÓDON. As moléculas de RNA mensageiro têm três regiões principais: uma região 5′ não traduzida, uma região codificadora de proteína e uma região 3′ não traduzida. A região codificadora de proteína começa com um códon de início e termina com um códon de parada. As regiões 5′ e 3′ não traduzidas não codificam aminoácidos de uma proteína, mas têm informações importantes para a tradução, a estabilidade do RNA e a regulação da expressão gênica.

RNA FUNCIONAIS: evidente que os RNA funcionais pertencem a várias classes e têm papéis diversos. Novamente, é importante enfatizar que os RNA funcionais são ativos como RNA; eles nuNca são traduzidos em polipeptídios. As principais classes de RNA funcionais contribuem para várias etapas na transferência da informação do DNA para a proteína, no processamento de outros RNA e na regulação do RNA e dos níveis de proteínas na célula. Duas dessas classes de RNA funcionais são encontradas tanto em procariotos quanto em eucariotos: RNA transportadores e RNA ribossômicos. RNA TRANSPORTADOR (tRNA): é responsável por levar o aminoácido correto para o mRNA no processo de tradução. O RNA transportador (tRNA) serve como a ligação entre a sequência codificada de nucleotídios no mRNA e a sequência de aminoácidos de uma cadeia de polipeptídios. Cada tRNA se fixa a um tipo de aminoácido e o ajuda a ser incorporado em uma cadeia de polipeptídios. O gene que produz tRNAs pode estar em grupos ou disperso no genoma. Na E. coli, muitos tRNAs são transcritos juntos, como um grande tRNA precursor, que é então cortado em pedaços, cada um contendo um único tRNA. Nucleotídios adicionais podem então ser removidos um por vez nas extremidades 5′ e 3′ do tRNA, em um processo conhecido como aparo. As enzimas modificadoras de base, por sua vez, podem alterar algumas das bases padrão em bases modificadas. Em alguns procariotos, as sequências CCA encontradas nas extremidades 3′ dos tRNA são codificadas no gene do tRNA e transcritas em tRNA; em outros procariotos e eucariotos, essas sequências são adicionadas por uma enzima especial que adiciona os nucleotídios sem o uso de molde. Não existe uma via genérica de processamento para todos os tRNAs: diferentes tRNAs são processados de diferentes maneiras. Os tRNAs eucarióticos são processados de um modo semelhante aos tRNAs bacterianos: a maioria é transcrita como precursores maiores que são então clivados, aparados e modificados para produzir tRNAs maduros. As estruturas de todos os tRNAs são semelhantes, uma característica crítica para a função do tRNA. A maioria dos tRNAs tem entre 74 e 95 nucleotídios, alguns dos quais são complementares com outros e formam pontes de hidrogênio intramoleculares. Como resultado, cada tRNA tem uma estrutura de FOLHA DE TREVO. A folha de trevo tem quatro braços principais. Se começarmos do topo e seguirmos no sentido horário ao redor do tRNA apresentado à direita na, os quatro braços principais são o braço aceptor, o braço TψC, o braço ANTICÓDON e o braço DHU. Três desses braços (o TψC, o anticódon e o DHU) são compostos por uma haste e uma alça. A haste é formada pelo pareamento de nucleotídios complementares, e a alça fica no término da haste, onde não existe pareamento de nucleotídio. Em vez de ter uma alça, o braço aceptor inclui as extremidades 5′ e 3′ da molécula de tRNA. Todos os tRNAs têm a mesma sequência (CCA) na extremidade 3′, onde o aminoácido se fixa ao tRNA; então, evidentemente, esta sequência não é responsável por especificar qual aminoácido se fixará ao tRNA. O braço TψC é composto por bases de três nucleotídios em sua alça: timina (T), pseudouridina (ψ) e citosina (C). O braço anticódon fica na parte inferior do tRNA. Três nucleotídios na extremidade deste braço compõem o anticódon, que pareia com o códon correspondente no mRNA, para garantir que os aminoácidos se liguem na ordem correta. O braço DHU é chamado assim porque tem a base modificada di-hidrouridina. Embora cada molécula de tRNA se dobre formando uma folha de trevo em função do pareamento complementar das bases, o trevo não é a estrutura tridimensional (terciária) dos tRNAs encontrados na célula. Os resultados de estudos de cristalografia pelos raios X mostraram que a folha de trevo se dobra sobre si mesma em uma estrutura com formato em L. Observe que a haste aceptora está em uma extremidade da estrutura terciária e o anticódon está em outra. RNA RIBOSSÔMICO (rRNA) é o principal componente dos ribossomos, que são grandes "máquinas" macromoleculares que conduzem a montagem da cadeia de aminoácidos pelos mRNA e tRNA. As células eucarióticas apresentam dois tipos de genes de rRNA: um gene maior que codifica 18S rRNA, 28S rRNA e 5,8S rRNA, e um gene menor, que codifica o 5S rRNA. O RNA ribossômico é processado nas células bacterianas e eucarióticas. Na E. coli, cada gene de RNA é transcrito em um precursor 30S rRNA (Figura 14.20 A). Esse precursor 30S é metilado em vários locais, e então é clivado e aparado para produzir 16S rRNA, 23S rRNA e 5S rRNA, junto com um ou mais tRNAs. Uma série de enzimas é responsável pela clivagem, pela metilação e pelo aparo. Os rRNAs eucarióticos sofrem processamento semelhante (Figura 14.20 B). Pequenos RNAs nucleolares (snoRNAs) ajudam a romper e modificar os rRNAs eucarióticos e a montar os rRNAs processados em ribossomos maduros. Como os snRNAs participam no splicing do pré-mRNA, os snoRNAs associam-se com proteínas para formar partículas de ribonucleoproteínas (snoRNPs). Os snoRNAs têm grande complementaridade com as sequências de rRNA, onde ocorre a modificação. É interessante notar que alguns snoRNAs são codificados por sequências nos íntrons de outros genes codificadores de proteínas. O processamento de rRNA e a montagem do ribossomo nos eucariotos ocorrem no nucléolo. Foram encontradas classes adicionais de moléculas de RNA nos núcleos das células eucarióticas. RNAs nucleares pequenos (snRNAs) se combinam com pequenas subunidades de proteínas para formar ribonucleoproteínas nucleares pequenas (snRNPs). Alguns snRNAs participam do processamento do RNA, convertendo o pré-mRNA em mRNA. RNAs nucleolares pequenos (snoRNAs) participam do processamento do rRNA. Uma classe de moléculas de RNA muito pequena e abundante, chamada de microRNAs (miRNAs) e RNAs de interferência pequenos (siRNAs), encontra-se nas células eucarióticas e é responsável pelo RNA de interferência (RNAi), um processo no qual essas pequenas moléculas de RNA ajudam a acionar a degradação do mRNA ou inibem sua tradução em proteínas. Uma pesquisa recente descobriu outra classe de pequenas moléculas de RNA, chamadas de RNAs de interação com Piwi (piRNAs, posteriormente denominadas proteínas Piwi, com as quais elas interagem). Encontradas nos testículos de mamíferos, essas moléculas de RNA se assemelham a miRNAs e siRNAs; acredita-se que participem na supressão da expressão dos elementos transponíveis  nas células reprodutoras. Recentemente, um sistema semelhante de interferência de RNA foi descoberto nos procariotos, nos quais pequenos CRISPR RNAs (crRNAs) auxiliam na destruição de moléculas de DNA estranhas. O Quadro 13.2 resume algumas das diferentes classes de moléculas de RNA.

RNA POLIMERASE: A maioria das células eucarióticas tem três tipos diferentes de RNA polimerase, cada uma responsável por transcrever uma classe diferente de RNA: a RNA polimerase I transcreve rRNA; a RNA polimerase II transcreve pré-mRNAs; snoRNAs, alguns miRNAs e alguns snRNAs; e a RNA polimerase III transcreve outras moléculas de RNA pequenas – especificamente tRNAs, rRNA pequeno, alguns miRNAs e alguns snRNAs. As RNA polimerases I, II e III são encontradas em todos os eucariotos. Foram encontradas duas RNA polimerases adicionais nas plantas, RNA polimerase IV e RNA polimerase V. As RNA polimerases IV e V transcrevem RNAs que atuam na metilação do DNA e na estrutura da cromatina.

TRANSCRIÇÃO: A função de todo gene - DNA - é produzir uma cadeia polipeptídica, isto é, uma proteína. No entanto, emeucarioto sabemos que o DNAse encontra no núcleo das células, enquanto a síntese protéica se dá no citoplasma. Evidentemente, o DNAnão pode sair do núcleo paradirigir a síntese protéica no citoplasma. Assim, o DNAtransfere suas informações para moléculas deRNA, as quais atravessama membrana nuclear para comandar a síntese protéica no citoplasma. Esse processo de transferência de informações do DNA para o RNAchama-se transcrição. processo de transcrição é  a primeira etapa no dogma central, a via de transferência de informação do DNA (genótipo) para a proteína (fenótipo). A transcrição tem muitas semelhanças com o processo de replicação, mas a diferença fundamental está relacionada com o tamanho do molde usado. Na replicação, todos os nucleotídios do molde do DNA são copiados, mas, na transcrição, apenas pequenas partes da molécula de DNA – em geral um único gene, ou, no máximo, alguns genes – são transcritos em RNA. Como nem todos os produtos dos genes são necessários ao mesmo tempo ou na mesma célula, a transcrição constante de todos os genes de uma célula seria muito ineficiente. Além disso, boa parte do DNA não codifica um produto funcional e a transcrição de tais sequências não faria sentido. A transcrição é, de fato, um processo muito seletivo: os genes individuais são transcritos apenas se seus produtos forem necessários. O RNA é transcrito a partir do DNA de fita simples. Em um gene, apenas uma das duas fitas de DNA – a fita molde – é copiada em RNA. Os trifosfatos de ribonucleosídios são usados como substratos na síntese do RNA. Dois grupos fosfato são rompidos a partir de um trifosfato de ribonucleosídio, e o nucleotídio resultante é unido ao grupo 3′-OH da fita de RNA crescente. As moléculas de RNA são antiparalelas e complementares à fita molde de DNA. A transcrição é feita sempre no sentido 5′ → 3′, o significa que a molécula de RNA cresce para a extremidade 3′. A transcrição depende da RNA polimerase – uma enzima complexa, multimérica. A RNA polimerase tem um cerne, que é capaz de sintetizar RNA, e outras subunidades que podem se unir temporariamente para executar outras funções. Um fator sigma possibilita que o cerne da enzima da RNA polimerase se ligue a um promotor e inicie a transcrição. Os promotores têm sequências curtas importantes na ligação da RNA polimerase ao DNA; essas sequências consenso estão intercaladas com os nucleotídios, que não têm participação conhecida na transcrição. A RNA polimerase se liga ao DNA em um promotor, inicia a transcrição em um sítio de início do gene e termina a transcrição após um terminador ter sido transcrito. As enzimas topoisomerases removem o superenrolamento que se desenvolve à frente e atrás da bolha de transcrição à medida que o DNA é desenrolado e enrolado durante a transcrição. A transcrição nos eucariotos é semelhante à transcrição bacteriana, pois inclui início, alongamento e término, e os princípios básicos da transcrição já destacados também se aplicam à transcrição eucariótica. Entretanto, existem diferenças importantes. As células eucarióticas apresentam três diferentes RNA polimerases; cada uma transcreve uma classe diferente de RNA e identifica um tipo diferente de promotor. Assim, um promotor genérico não pode ser descrito para as células eucarióticas; de preferência, a descrição de um promotor depende se ele é identificado pela RNA polimerase I, II e III. Outra diferença é a natureza da identificação do promotor e do início. Muitas proteínas participam da ligação das RNA polimerases eucarióticas aos moldes de DNA, e os diferentes tipos de promotores exigem diferentes proteínas. A transcrição requer que sequências no DNA sejam acessíveis à RNA polimerase e a outras proteínas. Entretanto, nas células eucarióticas, o DNA é complexado com as proteínas histonas na cromatina muito comprimida. As proteínas necessárias para a transcrição podem acessar o DNA eucariótico quando ele está complexado com as histonas poerque a estrutura da cromatina é modificada antes da transcrição, de modo que o DNA esteja em uma configuração mais aberta e mais acessível para o maquinário de transcrição. Vários tipos de proteínas têm papéis na modificação da cromatina. As ACETILTRANSFERASES adicionam grupos acetila a aminoácidos nas extremidades das proteínas histonas, o que desestabiliza a estrutura do nucleossomo e torna o DNA mais acessível. Outros tipos de modificação de histona também podem afetar o empacotamento da cromatina. Além disso, as proteínas chamadas proteínas REMODELADORAS de cromatina podem se ligar à cromatina e deslocar os nucleossomos dos promotores e outras regiões importantes para a transcrição. Uma diferença importante entre a transcrição nas bactérias e nos eucariotos é a existência de três RNA polimerases eucarióticas distintas, que identificam diferentes tipos de promotores. Nas células bacterianas, a holoenzima (RNA polimerase mais o fator sigma) identifica e se liga diretamente a sequências no promotor. Nas células eucarióticas, a identificação do promotor é feita pelas proteínas acessórias que se ligam ao promotor e então recrutam uma RNA polimerase específica (I, II ou III) para o promotor. Uma classe de proteínas acessórias inclui os fatores de transcrição gerais, que junto com a RNA polimerase formam o APARATO BASAL de transcrição – um grupo de proteínas que se reúnem próximo do sítio de início e são suficientes para iniciar os níveis mínimos de transcrição. Outra classe de proteínas acessórias é composta por proteínas ativadoras de transcrição, que se ligam a sequências específicas de DNA e elevam os níveis de transcrição ao estimular a montagem do aparato basal de transcrição no sítio de início. Um promotor para um gene transcrito pela RNA polimerase II é composto por duas partes principais: um cerne do promotor e um promotor regulador. O cerne do promotor está localizado imediatamente upstream do gene e é o sítio ao qual o aparato basal de transcrição se liga. O cerne do promotor inclui uma ou mais sequências consenso. Uma das sequências mais comuns é a TATA box, que tem a sequência consenso TATAAA e está localizada de −25 a −30 pb upstream do sítio de início.  Essas sequências são reconhecidas pelos fatores de transcrição que se ligam a elas e servem como uma plataforma para a montagem do aparato basal de transcrição. O promotor regulador está localizado imediatamente upstream do cerne do promotor. Podem ser encontradas várias sequências consenso diferentes nos promotores reguladores, e elas podem ser misturadas e unidas em diversas combinações. As proteínas ativadoras de transcrição se ligam a essas sequências e fazem contato direto ou indireto com o aparato basal de transcrição, e afetam a taxa na qual a transcrição é iniciada. As proteínas ativadoras de transcrição também regulam a transcrição ao se ligar a sequências mais distantes, chamadas de acentuadores (ENHANCERS). O DNA entre o acentuador e o promotor faz uma alça, e as proteínas ativadoras de transcrição ligadas ao acentuador podem interagir com o maquinário basal de transcrição no cerne do promotor.  Os fatores de transcrição gerais e a RNA polimerase se montam no aparato basal de transcrição, que se liga ao DNA próximo ao sítio de início e é necessário para que a transcrição ocorra em níveis mínimos. Proteínas adicionais, chamadas de ativadoras de transcrição, ligam-se a outras sequências consenso nos promotores e nos acentuadores e afetam a taxa de transcrição. A transcrição baseia-se no pareamento complementar de bases. Consideremos a transcrição de um segmento cromossômico que constitui um gene. Primeiro, os dois filamentos da dupla hélice de DNA separam-se localmente, e um dos filamentos separado atua como um molde para a síntese de RNA. No cromossomo em geral, ambos os filamentos de DNA são usados como moldes; mas, em qualquer gene, apenas um filamento é usado e, nesse gene, é sempre o mesmo filamento. Em seguida, os ribonucleotídios que foram quimicamente sintetizados em outra parte da célula formam pares estáveis com suas bases complementares no molde. Cada ribonucleotídio é posicionado em oposição à sua base complementar pela enzima RNA polimerase, que se liga ao DNA e move-se ao longo dele, unindo os ribonucleotídios alinhados para fazer uma molécula crescente de RNA. Para a informação ser utilizada, é necessária a síntese de uma molécula intermediária, que é uma cópia de um gene distinto com o uso da sequência de DNA como um guia. Essa molécula é o RNA, e o processo de sua síntese a partir do DNA é chamado de transcrição. Entretanto, antes que os RNA estejam prontos para serem transportados para o citoplasma para tradução ou outros usos, eles sofrem substancial processamento, incluindo a remoção dos íntrons e a adição de um revestimento ( cap) especial em 5' e uma cauda de nucleotídios adenina em 3'.

INICIAÇÃO: A transcrição nos eucariotos é iniciada pela montagem do maquinário de transcrição no promotor. Esse maquinário é composto por RNA polimerase II e uma série de fatores de transcrição que formam um complexo gigante com 50 ou mais polipeptídios. A montagem do maquinário de transcrição começa quando as proteínas reguladoras se ligam ao DNA próximo do promotor e modificam a estrutura da cromatina para que ocorra a transcrição. Essas e outras proteínas regulatórias, então, recrutam o aparato basal de transcrição para o cerne do promotor. O aparato basal de transcrição é composto por RNA polimerase, uma série de fatores gerais de transcrição e um complexo de proteínas conhecido como mediador. Os fatores gerais de transcrição incluem TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF e TFIIH, no qual TFII representa o fator de transcrição para RNA polimerase II, e a letra final indica o fator individual. A RNA polimerase II e os fatores gerais de transcrição se reúnem no cerne do promotor, formando um complexo de préinício. Uma primeira etapa é a ligação do TFIID a TATA box no molde de DNA. O TFIID é composto por pelo menos nove polipeptídios. Um deles é a proteína ligadora de TATA (TBP), que identifica e se liga à sequência consenso TATA. A proteína ligadora de TATA liga-se ao sulco menor e fixa-se ao DNA como um selim molecular, dobrando o DNA e desenrolando-o parcialmente. Outros fatores de transcrição se ligam a sequências consenso adicionais no cerne do promotor e a RNA polimerase, e posicionam a polimerase sobre o sítio de início da transcrição. A transcrição é iniciada quando o aparato basal de transcrição, composto pela RNA polimerase e por fatores de transcrição, se monta no cerne do promotor e se torna um complexo aberto. Após a RNA polimerase e os fatores de transcrição serem montados no cerne do promotor, ocorrem mudanças conformacionais tanto no DNA quanto na polimerase. Essas mudanças fazem com que de 11 a 15 pb de DNA ao redor do sítio de início da transcrição se SEPAREM, produzindo um DNA de fita simples que serve como molde para a transcrição. O molde de DNA de fita simples é posicionado dentro do sítio ativo da RNA polimerase, criando uma estrutura chamada de complexo aberto. Após o complexo aberto ter sido criado, a síntese de RNA começa à medida que os grupos fosfato são separados dos trifosfatos de nucleosídio e os nucleotídios são unidos para formar uma molécula de RNA. A RNA polimerase pode gerar e liberar VÁRIAS moléculas de RNA pequenas na transcrição abortada antes que a polimerase inicie a síntese de uma molécula de RNA inteira, estes eventos são chamaods de EVENTOS ABORTIVOS.

ALONGAMENTO: Após cerca de 30 pb de RNA serem sintetizados, a RNA polimerase deixa o promotor e entra no estágio de alongamento da transcrição. MUITOS DOS FATORES DE TRANSCRIÇÃO SÃO DEIXADOS PARA TRÁS NO PROMOTOR e podem servir para reiniciar rapidamente a transcrição com outra enzima RNA polimerase. A RNA polimerase mantém a bolha de transcrição durante o alongamento, no qual cerca de oito nucleotídios de RNA permanecem pareados com a fita molde de DNA. A dupla-hélice do DNA entra na fenda na polimerase e é segurada por extensões semelhantes a pinças da enzima. As duas fitas de DNA são desenroladas e os nucleotídios de RNA complementares são adicionados à extremidade 3′ crescente da molécula de RNA. À medida que se afunila pela polimerase, o híbrido DNA-RNA encontra uma parede de aminoácidos e se dobra em ângulo quase reto; essa dobra posiciona a extremidade do híbrido DNA-RNA no sítio ativo da polimerase, e novos nucleotídios são adicionados à extremidade 3′ da molécula de RNA crescente. O RNA recém-sintetizado é separado do DNA e segue por outro sulco antes de deixar a polimerase.

TÉRMINO: As três RNA polimerases eucarióticas usam diferentes mecanismos para o término da transcrição. A RNA polimerase I requer o fator de término semelhante ao fator Rho usado no término de alguns genes bacterianos. Diferente de Rho, que se liga à molécula de RNA recém-transcrita, o fator de término para a RNA polimerase I liga-se a uma sequência de DNA downstream do sítio de término. A RNA polimerase III termina a transcrição após transcrever uma sequência terminadora que produz uma fita de nucleotídios uracila na molécula de RNA, como a fita produzida pelos terminadores independentes de Rho das bactérias. Diferente dos terminadores independentes de Rho nas células bacterianas, entretanto, a RNA polimerase III não precisa que a estrutura em grampo anteceda a fita de uracilas. O término da transcrição pela RNA polimerase II não ocorre em sequências específicas. Ao contrário, a RNA polimerase II continua a sintetizar RNA por centenas ou até milhares de nucleotídios depois da sequência de codificação necessária para produzir mRNA. A extremidade do pré-mRNA é rompida em um sítio específico, designado por uma sequência consenso, enquanto a transcrição ainda ocorre na extremidade 3′ da molécula. A clivagem corta o pré-mRNA em dois fragmentos: o mRNA que vai codificar a proteína e outro segmento de RNA que tem sua extremidade 5′ se arrastando para fora da RNA polimerase. Uma enzima (chamada Rat1 nas leveduras) se prende à extremidade 5′ desse RNA e se move para a extremidade 3′ onde a RNA polimerase continua a transcrição de RNA. A Rat1 é uma exonuclease 5′ → 3′ – uma enzima capaz de degradar o RNA no sentido 5′ → 3′. Como um torpedo guiado, a Rat1 se volta para a polimerase, “mastigando” o RNA à medida que se move. A transcrição termina quando a Rat1 alcança o maquinário de transcrição.  As três RNA polimerases eucarióticas diferentes usam mecanismos distintos de término. A transcrição em genes transcritos pela RNA polimerase II é encerrada quando uma enzima exonuclease se prende à extremidade 5′ rompida do RNA, desce o RNA e alcança a enzima polimerase.

PROCESSAMENTO DO PRÉ-MRNA: Nas células eucarióticas A transcrição ocorre no núcleo, enquanto a tradução ocorre no citoplasma; tal separação fornece uma oportunidade para que o RNA eucariótico seja modificado antes de ser traduzido. Na verdade, o mRNA eucariótico é muito alterado após a transcrição. As mudanças ocorrem nas extremidades 3′ e 5′ e na seção codificadora de proteína da molécula de RNA. A primeira etapa nesse processamento é a adição de um CAPACETE à extremidade 5′ do pré-mRNA .  Adição do capacete 5′ Facilita a ligação do ribossomo à extremidade 5′ do mRNA, aumenta a estabilidade do mRNA e potencializa o splicing do RNA. A seguir, a extremidade 3′ é clivada em um sítio downstream da sequência consenso AAUAAA no último éxon . Imediatamente após a clivagem, uma CAUDA POLI(A) é adicionada à extremidade 3′ oque Aumenta a estabilidade do mRNA e facilita a ligação do ribossomo ao mRNA. Finalmente, OS ÍNTRONS SÃO REMOVIDOS para gerar o mRNA maduro oque facilita a exportação do mRNA para o citoplasma, possibilita que múltiplas proteínas sejam produzidas por meio do splicing alternativo. Agora o mRNA tem as regiões 5′ e 3′ não traduzidas, que não são traduzidas em aminoácidos, e os nucleotídios que carreiam as sequências codificadoras de proteína. A transcrição pode ser vizualizada como uma arvore de NATAL onde A transcrição de cada gene inicia-se no topo da árvore; então, pouco do DNA foi transcrito e os ramos de RNA eram curtos.  À medida que o aparato de transcrição desce na árvore, transcrevendo mais o molde, as moléculas de RNA se prolongam, produzindo grandes ramificações no final da árvore. Outras modificações sofridas pelo pré-mRNAsão a adição de uma guanina metilada na extremidade 5', o capacete, e a formação de uma cauda de poli-A. Tanto o capacete quanto a cauda de poli-Afuncionamno sentido de proteger o mRNAcontra a ação destrutiva de certas enzimas. Ocapacete facilita tambéma ligação do mRNAaos ribossomos, durante a síntese protéica.

SPLICING:  Ocorre uma sériede modificações do RNAantes que ele possa servir como mediador na síntese de proteínas. Essas modificações são necessárias porque a grande maioria dos genes de organismos eucariotos é interrompida, isto é,oDNApossui segmentos que codificam aminoácidos, os éxons, separados por regiões que não os codificam, os íntrons. OsDNAs são transcritos em uma longa molécula de RNA, com tamanhos variáveis, chamada RNA nuclear heterogêneo – hnRNA ou pré-mRNA-, que, por sua vez, deve ser processada para produzir ummRNAcontendo apenas éxons, ou seja, sequências que codificamaminoácidos. Os segmentos que não codificamaminoácidos, íntrons, são cortados por enzimas específicas chamadas endonucleases. Após os cortes, os éxons são religados para formar a molécula de mRNAcompleta. O splicing requer três sequências no íntron. Uma extremidade do íntron é chamada de sítio de splicing 5′, e a outra extremidade é o sítio de splicing 3′ (Figura 14.8); esses sítios de união têm sequências consenso curtas. A maioria dos íntrons nos pré-mRNAs começa com GU e termina com AG, indicando que essas sequências têm um papel crucial no splicing. De fato, a mudança de um único nucleotídio em cada um desses sítios impede o splicing. O terceiro nucleotídio importante para o splicing é o ponto de ramificação, que é um nucleotídio de adenina localizado 18 a 40 nucleotídios upstream do sítio de splicing 3′. A sequência que circunda o ponto de ramificação não tem um consenso forte. A deleção ou mutação do nucleotídio adenina no ponto de ramificação evita o splicing. Uma estrutura biológica (chamada SPLICEOSSOMO) remove os íntrons e une os éxons (em um processo denominado recomposição ou splicing do RNA) para produzir um RNA maduro que contém a informação contínua necessaria para sintetizar uma proteina. Alguns íntrons nos pré-mRNAs dos eucariotos multicelulares usam um processo diferente de remoção, chamado de SPLICING MENOR. Os íntrons que sofrem splicing menor apresentam diferentes sequências consenso no sítio de splicing 5′ e no ponto de ramificação e usam um spliceossomo menor, com um conjunto diferente de snRNAs. Cerca de 700 a 800 genes no genoma humano têm íntrons que sofrem splicing menor. Alguns íntrons são do tipo AUTO-SPLICING ou autorremovíveis; eles têm a capacidade de se remover de uma molécula de RNA. Esses íntrons auto-splicing são divididos em duas categorias principais. Os íntrons do grupo I são encontrados em vários genes, incluindo alguns genes rRNA nos protistas, alguns genes mitocondriais nos fungos e até em alguns genes de bactérias e bacteriófagos. Embora o comprimento dos íntrons do grupo I varie muito, todos se dobram em uma estrutura secundária comum com nove hastes em alça, necessárias para o splicing. Os íntrons do grupo II, encontrados nos genes das eubactérias, da archaea e das organelas eucarióticas, também têm a capacidade de se autorrecompor. Todos os íntrons do grupo II também se dobram em estruturas secundárias. O splicing dos íntrons do grupo II é feito por um mecanismo com algumas semelhanças em relação ao splicing mediado pelo spliceossomo nos genes nucleares, e o splicing gera uma estrutura lariat. Por causa dessas semelhanças, foi sugerido que os íntrons do grupo II e os íntrons pré-mRNA nucleares estejam próximos em termos evolutivos; talvez os íntrons nucleares tenham evoluído a partir dos íntrons auto-splicing do grupo II e, posteriormente, adotaram as proteínas e os snRNAs do spliceossomo para fazer a reação de splicing. Quando ocorre o processamento do pré-mRNA no macho, o spliceossomo reconhece a extremidade 5’ do íntron3 e a extremidade 3’ do íntron 4 e elimina os dois íntronsmais o éxon 4 que ocorre entre esses dois íntrons. Emconsequência, o mRNA formado contém os éxons 1, 2, 3, 5 e 6. Esse mRNA orienta a síntese de uma nova proteína cuja função é bloquear adiferenciação sexual feminina. No processamento para eliminação de umou mais íntrons/éxons, o spliceossomo reconhece a extremidade 5’ do íntron por meio de snRNA U1 e U6, enquanto que a outra extremidade 3’ é reconhecida pelo U5. O snRNA U2 reconhece uma terceira sequência dentro do íntron. Os reconhecimentos dessas sequências são acompanhados por reações em que, inicialmente, a extremidade 5’ do íntron é cortada e levada até próximo da extremidade 3’, por meio de pareamento entre os snRNAs (Us). A extremidade 5’ ataca quimicamente a extremidade 3’, promovendo a união dos dois éxons adjacentes e eliminação do íntron. A sequência de reações é tão bemdelineada de tal forma que somente após o término do processamento e produção do mRNAque ele é levado para o citoplasma. Isso só é possível porque parte do complexo protéico do spliceossomo irá também fazer parte da ribonucleoproteína que contémomRNApara o seu transporte através do poro nuclear para o citoplasma. Após ocorrer todas as alterações do pré-mRNA, ele passa a ser o mRNA. Todas as reações de processamento do pré-mRNAse dão no núcleo da célula. A molécula deRNAéentão liberada para o citoplasma, na forma de ummRNAmaduro capaz de ser traduzido na forma de uma cadeia polipeptídica. Na passagem do núcleo para o citoplasma, o mRNAassocia-se a proteínas, que o protegem contra endo e exonucleases. Ao complexo mRNAe proteínas dá-se o nome de INFORMOSSOMO. PROCESSAMENTO ALTERNATIVO significaque umúnico pré-mRNApode ser processado de formas alternativas emórgãos ou organismos diferentes, resultando emmRNAs que codificam proteínas diferentes. Outro tipo de processamento alternativo requer o uso de sítios de clivagem 3′ múltiplos, no qual dois ou mais sítios potenciais para clivagem e poliadenilação são encontrados no pré-mRNA. O splicing alternativo pode produzir diferentes combinações de éxons no mRNA, mas a ORDEM DOS ÉXONS NÃO É ALTERADA. O processamento alternativo  de pré-mRNAs é comum nos eucariotos multicelulares. Por exemplo, os pesquisadores estimam que mais de 90% de todos os genes humanos sofrem splicing alternativo. Muitas vezes a forma de splicing é diferente entre os tecidos humanos: os tecidos do cérebro e do fígado humanos têm mais splicing alternativo quando comparados com outros tecidos. Às vezes o splicing varia até de uma pessoa para outra. As diferentes vias de processamento contribuem para a regulação gênica.

VARIAÇÃO/VARIABILIDADE: Em 2009, os geneticistas analisaram o DNA a partir dos ossos da família do Czar para determinar a natureza genética da hemofilia. Nas pessoas com a hemofilia ligada ao X, é comum ocorrer mutação em um dos dois genes no cromossomo X – o gene para o fator VIII ou o gene para o fator IX da coagulação sanguínea. O exame de sequências de DNA dos genes para os dois fatores de coagulação em Alexandra não revelou mutações nos nucleotídios que codificam os aminoácidos, mas ocorreu uma mutação em um dos íntrons de seu gene para o fator IX. Essa mutação alterou o splicing dos éxons, criando um novo sinal de parada na sequência codificadora do mRNA e produzindo um fator IX de coagulação truncado, defeituoso. Tanto os alelos normais quanto os mutantes foram detectados no DNA de Alexandra, como é esperado de um portador heterozigoto. O DNA de Alexei tinha apenas o alelo mutante, responsável por sua hemofilia. A maioria dos íntrons nos pré-mRNAs começa com GU e termina com AG, indicando que essas sequências têm um papel crucial no splicing. De fato, a mutação de um único nucleotídio em cada um desses sítios impede o splicing. O terceiro nucleotídio importante para o splicing é o ponto de ramificação, que é um nucleotídio de adenina localizado 18 a 40 nucleotídios upstream do sítio de splicing 3′. A sequência que circunda o ponto de ramificação não tem um consenso forte. A deleção ou mutação do nucleotídio adenina no ponto de ramificação evita o splicing. GERADOR DE VARIAÇÃO: EVITAR SPLINCING/SILENCIAR GENE/ADICIONAR CODON PARADA ANTES DO FIM. Pesquisa recente demonstrou que mesmo espécies muito próximas apresentam diferenças em como seus pré-mRNAs sofrem splicing, e o splicing alternativo é importante na especiação.