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13.11: Transcrição
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13.11: Transcription

13.11: Transcrição

Overview

Transcription is the process of synthesizing RNA from a DNA sequence by RNA polymerase. It is the first step in producing a protein from a gene sequence. Additionally, many other proteins and regulatory sequences are involved in the proper synthesis of messenger RNA (mRNA). Regulation of transcription is responsible for the differentiation of all the different types of cells and often for the proper cellular response to environmental signals.

Transcription Can Produce Different Kinds of RNA Molecules

In eukaryotes, the DNA is first transcribed into a primary RNA, or pre-mRNA, that can be further processed into a mature mRNA to serve as a template for the synthesis of proteins. In prokaryotes such as bacteria, however, translation of RNA into polypeptides can begin while the transcription is still ongoing, as RNA can be quickly degraded. Transcription can also produce different kinds RNA molecules that do not code for protein, such as microRNAs, transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA)—all of which contribute to protein synthesis.

Regulation of Transcription Is Central to Development

With few exceptions, all of the cells in the human body have the same genetic information in them, from neurons in the brain to muscle cells in the heart. So how do cells assume such diverse forms and functions? To a large extent, the answer lies in the regulation of transcription during development of the organism. Specifically, transcriptional regulation plays a central role in cellular differentiation—the process of producing specialized cells, such as muscle cells, from less specialized precursor cells. To produce specialized cells, some genes must be turned on and others turned off in the precursor cells.

This process of cellular differentiation is orchestrated by DNA-binding proteins called transcription factors that control the level of transcription of genes that can determine cellular fate. For example, early during vertebrate development, cells in the ectoderm layer of the developing embryo receive several induction signals from proteins such as BMP, WNT, and SHH. These signals activate transcription factors that turn on or off a host of genes. In this way, transcriptional regulation determines whether ectoderm cells become skin cells or cells of the nervous system.

Responding to the Environment Often Requires Transcriptional Changes

Environments are rarely stable for long periods. Consider, for example, the changes in temperature, precipitation, and food availability that a plant is exposed to from day to day, and sometimes from hour to hour. In order to function properly, individual organisms must respond to such environmental changes by adjusting key traits, such as their growth rates, immunity, or behavior. These adjustments often require increasing or decreasing the level of transcription of large numbers of genes. For instance, when exposed to drought conditions, Arabidopsis thaliana plants quickly adjust the transcription of hundreds of genes in order to increase root growth and therefore scavenge as much water from the soil as possible.

Visão Geral

Transcrição é o processo de sintetização de RNA a partir de uma sequência de DNA pela RNA polimerase. É o primeiro passo para produzir uma proteína a partir de uma sequência genética. Além disso, muitas outras proteínas e sequências regulatórias estão envolvidas na síntese adequada do RNA mensageiro (mRNA). A regulação da transcrição é responsável pela diferenciação de todos os diferentes tipos de células e, muitas vezes, pela resposta celular adequada aos sinais ambientais.

A Transcrição Pode Produzir Diferentes Tipos de Moléculas de RNA

Em eucariotas, o DNA é primeiro transcrito para um RNA primário, ou pré-mRNA, que pode ser processado em um mRNA maduro para servir como molde para a síntese de proteínas. Em procariotas como bactérias, no entanto, a tradução do RNA para polipeptídeos pode começar enquanto a transcrição ainda está em curso, pois o RNA pode ser rapidamente degradado. A transcrição também pode produzir diferentes tipos de moléculas de RNA que não codificam proteínas, como microRNAs, RNA de transferência (tRNA) e RNA ribossómico (rRNA)—contribuindo todos para a síntese proteica.

A Regulação da Transcrição é Central no Desenvolvimento

Com poucas exceções, todas as células do corpo humano contêm a mesma informação genética, desde neurónios no cérebro até células musculares no coração. Então, como é que as células assumem formas e funções tão diversas? Em grande parte, a resposta está na regulação da transcrição durante o desenvolvimento do organismo. Especificamente, a regulação transcricional desempenha um papel central na diferenciação celular—o processo de produção de células especializadas, como células musculares, a partir de células precursoras menos especializadas. Para produzir células especializadas, alguns genes devem ser ligados e outros desligados nas células precursoras.

Este processo de diferenciação celular é orquestrado por proteínas de ligação de DNA chamadas fatores de transcrição que controlam o nível de transcrição de genes que podem determinar o destino celular. Por exemplo, no início do desenvolvimento de vertebrados, as células da camada da ectoderme do embrião em desenvolvimento recebem vários sinais de indução de proteínas como BMP, WNT e SHH. Esses sinais ativam fatores de transcrição que ligam ou desligam uma série de genes. Assim, a regulação transcricional determina se as células da ectoderme se tornam em células da pele ou células do sistema nervoso.

Responder ao Ambiente Muitas Vezes Requer Alterações Transcricionais

Os ambientes raramente são estáveis por longos períodos de tempo. Considere, por exemplo, as mudanças de temperatura, precipitação e disponibilidade de alimentos a que uma planta é exposta no dia-a-dia, e às vezes de hora em hora. Para funcionarem adequadamente, os organismos individuais devem responder a tais mudanças ambientais ajustando características-chave, como as suas taxas de crescimento, imunidade ou comportamento. Esses ajustes muitas vezes requerem o aumento ou diminuição do nível de transcrição de um grande número de genes. Por exemplo, quando expostas às condições de seca, as plantas Arabidopsis thaliana ajustam rapidamente a transcrição de centenas de genes, para aumentarem o crescimento das raízes e, portanto, captarem o máximo de água do solo possível.


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