Função Gene

Tópicos nesta página:

• Transcrição
• Translação
• Resumo da função do gene

Os cromossomas dentro das nossas células contêm uma enorme quantidade de informação. Estima-se que os humanos têm em algum lugar cerca de 30.000 genes. Cada gene codifica uma molécula de RNA que é usada diretamente ou usada como guia para a formação de uma proteína como a insulina mostrada anteriormente. A informação em nossas células geralmente flui em uma ordem previsível a partir da forma de armazenamento da informação (DNA) através da forma de trabalho (RNA) até o produto final (proteína). Mais informações sobre os tópicos desta página também podem ser encontradas na maioria dos livros de introdução à Biologia, recomendamos Campbell Biology, 11ª edição.1 Este caminho é utilizado por todos os organismos e está diagramado abaixo.

Como mostrado, o ADN é usado como guia ou modelo para a produção de mais ADN. Este processo, conhecido como replicação, é abordado aqui.

O processo em que determinadas secções de ADN (genes) são utilizadas para produzir RNA é conhecido como transcrição. Cobriremos a transcrição com algum detalhe porque alterações na transcrição de certos genes são muito importantes no desenvolvimento do câncer.

O conjunto de genes que estão “ligados” em um dado momento é crítico. O ambiente variável em que vivemos significa que diferentes genes precisam estar “ligados” em diferentes momentos. Por exemplo, se uma refeição contém grandes quantidades de lactose, um açúcar encontrado no leite, então o nosso corpo responde ligando (transcrevendo) os genes que levam à produção de enzimas que quebram a lactose. Se um açúcar ou nutriente diferente estiver presente, os genes corretos precisam ser ativados para processá-lo.

Transcrição

O objetivo da transcrição é fazer uma cópia do RNA de um gene. Este RNA pode direcionar a formação de uma proteína ou ser usado diretamente na célula. Todas as células com um núcleo contêm a mesma informação genética exacta. Como discutido, apenas uma pequena porcentagem dos genes está sendo usada para fazer RNA em um determinado momento em uma célula em particular. O processo de transcrição é muito bem regulado em células normais.

• Os genes devem ser transcritos no momento correto.
• O RNA produzido a partir de um gene deve ser feito na quantidade correta.
• SÓ os genes requeridos devem ser transcritos.
• Tirar transcrição é tão importante quanto ligá-la.

Pode imaginar isto como uma linha de produção sofisticada, como você encontraria em uma fábrica. Você gostaria que a linha de montagem funcionasse quando você precisasse do produto e desligasse quando você não precisasse mais do produto.

Cromossomos humanos contêm uma enorme quantidade de informação. Cada cromossoma é composto por um único pedaço de DNA extremamente longo, composto por milhões de nucleotídeos. Um gene individual ocupa apenas um pequeno trecho de um cromossomo.

Mostrada na animação abaixo está a organização do DNA em um cromossomo. O DNA é bem enrolado e enrolado para ocupar menos espaço, assim como um fio enrolado em uma bobina. O cromossoma mostrado abaixo foi copiado ou replicado e tem um formato X característico. Os cromossomas parecem-se com isto antes da divisão celular.

Passos de Transcrição

Para que a transcrição funcione, deve haver alguma forma de identificar onde o processo deve começar e parar. Isto é realizado por proteínas especiais, que se ligam ao início dos genes que devem ser transcritos. Estas proteínas são chamadas fatores de transcrição.

O processo de transcrição é dividido em vários passos:

1. Um fator de transcrição reconhece o local de início (promotor) de um gene que deve ser transcrito.

2. A enzima que faz o RNA (RNA polimerase) liga-se ao fator de transcrição e reconhece a região inicial.

3. A enzima prossegue pelo DNA fazendo uma cópia até que o fim do gene seja alcançado.

4. A enzima cai e o RNA é liberado. Este processo de cópia pode ser repetido inúmeras vezes.

5. Se o RNA for aquele que codifica uma proteína, ele deixará o núcleo e entrará no citosol.

Lembrar que o gene descrito acima é na verdade um trecho de nucleotídeos ao longo de uma molécula de DNA (o cromossomo).

A atividade inadequada dos fatores de transcrição foi identificada em quase todos os tipos de câncer conhecidos. Uma vez que estes factores são essenciais para as actividades ordenadas de uma célula, um componente mal comportado pode ter efeitos importantes para todas as outras partes da célula. Revisando a analogia da linha de produção, um fator de transcrição mal-comportado pode levar a que a linha de montagem esteja ligada quando não é suposto estar, criando um produto em excesso. Alternativamente, a linha pode não estar ligada quando ela é necessária, levando a um déficit de um produto em particular.

Fator de transcrição

Alguns exemplos de fatores de transcrição que não funcionam bem em cancros humanos são:

• p53 (TP53)- O gene que codifica o fator de transcrição (proteína) p53 é mutado em mais da metade de todos os cancros de qualquer tipo. A proteína que o gene p53 codifica é importante porque controla a transcrição de genes que estão envolvidos em causar a divisão das células. Mais informações sobre o gene p53 podem ser encontradas na seção sobre supressores tumorais.
• Rb – O produto protéico deste gene é um fator de transcrição com uma função interessante. Ele funciona bloqueando outros fatores de transcrição. Desta forma, Rb impede a transcrição de genes-chave necessários para que a divisão celular progrida. Inicialmente descrita como um gene mutado no retinoblastoma, um cancro do olho do qual o gene deriva o seu nome, a proteína Rb é agora conhecida por desempenhar um papel em muitos tipos diferentes de cancro. Mais informações sobre o gene Rb podem ser encontradas na seção sobre supressores tumorais.
• O receptor de estrogênio (ER) – Esta proteína se liga ao estrogênio que entra na célula. O estrogênio é um hormônio esteróide (lipídico) produzido pelos ovários. A combinação de proteína e hormônio age então como um fator de transcrição para ligar os genes que permitem que as células alvo se dividam. O receptor é ativo nas células dos órgãos reprodutivos femininos, tais como seios e ovários. Devido a isto, o estrogénio é reconhecido como um factor que aumenta o crescimento de determinados cancros que surgem nestes tecidos.

O mecanismo de acção do estrogénio é mostrado abaixo.

A pequena bola verde representa o estrogênio. É uma pequena molécula hidrofóbica e entra nas células atravessando a membrana lipídica. Uma vez na célula, o estrogênio se liga ao seu receptor (laranja colorido) e o complexo se liga ao DNA no núcleo, fazendo com que os genes sejam transcritos.

Foram desenvolvidas drogas ev evasivas para tentar bloquear a função ativadora do estrogênio. Um exemplo comumente prescrito é o tamoxifen, uma droga que inibe parcialmente a atividade do estrogênio. O tamoxifen é colorido de rosa na animação abaixo.

Estas drogas devem retardar o crescimento de cancros que estão crescendo em resposta à presença de estrogênio e seu receptor. Mais informações sobre os receptores de estrogênio e câncer podem ser encontradas na seção sobre tratamentos de câncer.

A importância dos fatores de transcrição para a divisão das células tem sido enfatizada várias vezes. O câncer resulta da divisão não controlada das células, portanto o próximo processo discutido é a divisão celular. É importante entender como este processo normalmente funciona para que possamos apreciar o que acontece quando as coisas dão errado.

Tradução

Depois que o RNA mensageiro (mRNA) é produzido através do processo de transcrição descrito anteriormente, o mRNA é processado no núcleo e depois liberado no citosol.

O mRNA é então reconhecido pelas subunidades do ribosomal presentes no citosol e a mensagem é ‘lida’ pelo ribossomo para produzir uma proteína. A informação para a direcção da formação da proteína é codificada na sequência de nucleótidos que compõem o mRNA. Grupos de três nucleotídeos (chamados códons) são ‘lidos’ pelo ribossomo e levam à adição de um aminoácido particular no polipéptido (proteína) em crescimento. O processo é representado esquematicamente na animação abaixo.

Após a formação da proteína, esta adquire o seu estado activo dobrado e é capaz de desempenhar as suas funções na célula. A dobragem adequada, transporte, actividade e eventual destruição das proteínas são processos altamente regulados.

Os genes que controlam estes processos são frequentemente danificados e não funcionam correctamente nas células cancerígenas.

Mais informações sobre este tópico podem ser encontradas no Capítulo 1 de The Biology of Cancer de Robert A. Weinberg.

Resumo da Função Genética

O Dogma Central

• O DNA em nossos cromossomos contém genes que são transcritos no RNA.
• Existem vários tipos diferentes de RNA (tRNA, mRNA, rRNA, etc.). Eles são compostos dos mesmos blocos de construção mas têm diferentes funções, localizações e estruturas.
• RNA do mensageiro (mRNA) pode ser traduzido em uma proteína. O fluxo de informação padrão é:
  • DNA→RNA→Protein
• O conjunto de genes que estão ‘ligados’ em um dado momento é crítico. Diferentes genes precisam estar ‘ligados’ em diferentes momentos, dependendo das necessidades e funções de qualquer célula em particular.

Transcrição

• O objetivo da transcrição é fazer uma cópia do RNA de um gene.
• Os fatores de transcrição ligam-se ao ponto inicial dos genes a fim de identificar o ponto onde a transcrição começa.
• p53, Rb, o receptor de estrogênio são todos fatores de transcrição que não funcionam bem em cancros.
• O processo de transcrição é dividido em várias etapas distintas:
  1. O factor de transcrição reconhece e liga-se ao local de início do gene (promotor).
  2. Uma enzima de fabrico de RNA (RNA polimerase) liga-se ao factor de transcrição.
  3. A enzima faz uma cópia do RNA do gene.
  4. A enzima cai e o RNA é liberado.
  5. O RNA ou permanece no núcleo ou sai para o citosol.

Tradução

• O objetivo da tradução é fazer uma proteína usando a informação codificada no mRNA.
• O processo de tradução é dividido em vários passos:
  1. MRNA deixa o núcleo e é reconhecido e limitado pelas subunidades ribossómicas no citosol.
  2. O ribossoma ‘lê’ os três nucleótidos do RNA (um códão) de cada vez.
  3. O ribossoma insere o aminoácido correspondente ao códon na proteína em crescimento.
  4. O ribossoma encontra um códon de paragem e termina a síntese proteica.
  5. A proteína entra num processo de dobragem altamente regulado e obtém uma estrutura totalmente dobrada.
• Genes que controlam a dobragem adequada, transporte, actividade e eventual destruição das proteínas são muitas vezes danificados ou com mau funcionamento no cancro.

• 1. Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., & Reece, J. B. (2017). Campbell Biology (11ª ed.). Pearson.