Sequência de codificação

Tipos de sequências codificantes

Sequências codificantes são as sequências de nucleotídeos no DNA que são transcritas para mRNA e depois traduzidas em proteínas. Elas incluem éxons que fazem parte do produto final de mRNA e regiões codificantes. Aqui estão os principais tipos de sequências codificantes:

• Sequências codificantes de proteínas (CDS)

  Estas são as regiões do DNA ou RNA que são traduzidas em proteínas. Em eucariotos, estas sequências são encontradas dentro dos genes e consistem em éxons que são unidos para formar o mRNA. O mRNA é então traduzido em uma proteína pelo ribossomo, onde cada códon tripleto corresponde a um aminoácido específico.

• Sequências de RNA não codificantes

  Estas são sequências que são transcritas em RNA, mas não são traduzidas em proteínas. Elas incluem RNA ribossômico (rRNA) e RNA de transferência (tRNA), que desempenham papéis cruciais na síntese de proteínas. Outros RNAs não codificantes incluem microRNAs (miRNAs) e longos RNAs não codificantes (lncRNAs), que estão envolvidos na regulação gênica e em outros processos celulares.

• Variantes de splicing alternativo

  Estas são diferentes moléculas de mRNA que são produzidas a partir do mesmo gene pela inclusão ou exclusão de éxons específicos durante o processo de splicing. Este mecanismo permite que um único gene codifique múltiplas proteínas, aumentando a diversidade do proteoma e permitindo que as células produzam diferentes isoformas de proteínas com funções ou propriedades distintas.

• Sequências codificantes Utr

  Estas são as regiões nas extremidades 5' e 3' do mRNA que não são traduzidas em proteínas, mas desempenham papéis importantes na regulação da expressão gênica, na estabilidade do mRNA e na eficiência da tradução. O 5' UTR pode conter elementos reguladores que controlam o início da tradução, enquanto o 3' UTR geralmente contém sinais para degradação do mRNA e poliadenilação.

• Sequências codificantes de proteínas tumorais controladas por tradução

  Estas são uma família de proteínas que estão envolvidas no crescimento e diferenciação celular. Elas são frequentemente reguladas positivamente em células cancerosas e estão associadas à progressão tumoral. As TCTPs têm várias funções, incluindo a regulação do ciclo celular, apoptose e resposta ao estresse, tornando-as alvos importantes para pesquisa e terapia do câncer.

Projeto de sequências codificantes

• Quadros de leitura abertos (ORFs): A sequência codificante é a parte do quadro de leitura aberto que é traduzida em uma proteína. O ORF começa com um códon de início, geralmente AUG (adenina-uracila-guanina) no mRNA, e termina com um dos códons de parada (UAA, UAG ou UGA). A sequência entre esses códons é o que é traduzido em uma proteína, consistindo em aminoácidos ligados em uma ordem específica determinada pela sequência de nucleotídeos no DNA ou RNA.
• Éxons e Íntrons: Em organismos eucarióticos, as sequências codificantes são frequentemente interrompidas por sequências não codificantes chamadas íntrons, que são retiradas antes da tradução. As sequências codificantes restantes, conhecidas como éxons, são unidas para formar o mRNA final que é traduzido em proteína. Este processo de splicing é crucial para produzir uma molécula de mRNA madura que reflita com precisão a sequência codificante.
• Elementos regulatórios: Embora a própria sequência codificante seja crítica para a produção de proteínas, ela é flanqueada por elementos regulatórios que controlam a expressão. Estes incluem promotores, intensificadores e silenciadores, que podem estar localizados a montante ou a jusante da sequência codificante. Esses elementos ajudam a regular quando, onde e quanta proteína é produzida, garantindo que as proteínas sejam sintetizadas em resposta às necessidades da célula.
• Uso de códons: A sequência codificante é lida em tripletos chamados códons, cada um dos quais codifica um aminoácido específico ou um sinal de parada. Diferentes organismos e até mesmo diferentes genes dentro do mesmo organismo podem ter preferências variáveis para o uso de códons, o que pode afetar a eficiência da tradução de proteínas e os níveis gerais de expressão de proteínas.
• Modificações pós-traducionais: Após a tradução, a proteína produzida a partir da sequência codificante pode sofrer várias modificações pós-traducionais, como fosforilação, glicosilação e ubiquitinação. Essas modificações podem alterar a atividade, estabilidade e localização da proteína, influenciando ainda mais sua função dentro da célula.

Sugestões de uso/combinação de sequências codificantes

Sequências codificantes são as proteínas que são codificadas por genes. Elas precisam ser transcritas do DNA para o mRNA e traduzidas do mRNA para proteínas. Portanto, as sequências codificantes podem ser combinadas e usadas por produtos gênicos, que variam de acordo com a função e o organismo. Aqui estão algumas sugestões para usar e combinar sequências codificantes:

• Combinação funcional: Quando as sequências codificantes são combinadas umas com as outras, suas funções devem ser consideradas. Por exemplo, se uma sequência codificante é para um fator de transcrição, ela deve ser combinada com outra sequência para um gene alvo. Isso permitirá o estudo da regulação gênica. Além disso, as sequências codificantes podem ser usadas por bibliotecas de DNA genômico ou cDNA. Isso permite a identificação de novos genes ou a caracterização de genes conhecidos.
• Combinação de organismos: As sequências codificantes são combinadas de acordo com os organismos a que pertencem. Por exemplo, se uma sequência codificante é de um gene humano, ela deve ser combinada com outra sequência de um gene de camundongo. Isso permitirá o estudo da conservação e evolução gênica. Além disso, as sequências codificantes podem ser usadas por modelos de organismos. Isso permite a investigação da função e fenótipo gênico.
• Ferramentas computacionais: Várias ferramentas computacionais ajudam a combinar e alinhar sequências codificantes. Essas ferramentas usam algoritmos para encontrar semelhanças e diferenças entre sequências. Isso permite a previsão da estrutura e função da proteína. Algumas das ferramentas são BLAST, Clustal e MUSCLE.
• Validação experimental: A validação experimental é necessária para confirmar a combinação e função das sequências codificantes. Isso pode envolver técnicas como PCR, sequenciamento e clonagem. Além disso, as sequências codificantes podem ser expressas in vitro ou in vivo. Isso permite o estudo da atividade e interação de proteínas.

P&R

P1: Como se pode identificar o início e o fim de uma sequência codificante dentro de uma fita de DNA?

R1: O início de uma sequência codificante em uma fita de DNA é normalmente identificado por sequências de sinal específicas, particularmente o códon de início, que é frequentemente AUG (adenina-uracila-guanina) no mRNA, correspondendo à metionina em proteínas. Este códon geralmente segue um sítio de ligação de ribossomo em procariotos ou uma tampa 5' em eucariotos. O fim da sequência codificante é marcado por códons de parada (UAA, UAG ou UGA no mRNA) que sinalizam o término da síntese de proteínas. No DNA, esses são transcritos como TAA, TAG ou TGA. Ferramentas de análise de sequências também podem ajudar a identificar essas regiões comparando-as com bancos de dados conhecidos de genes e proteínas.

P2: Qual o papel dos íntrons nas sequências codificantes, apesar de não serem codificantes?

R2: Íntrons são regiões não codificantes intercaladas dentro de sequências codificantes (éxons) em transcritos de pré-mRNA. Embora os íntrons não sejam traduzidos em proteínas, eles desempenham vários papéis críticos. Eles podem influenciar a expressão gênica afetando a eficiência da transcrição e a estabilidade do mRNA. Os íntrons também fornecem sítios para splicing alternativo, um processo que permite que um único gene produza múltiplas variantes de proteínas reorganizando quais éxons são incluídos no mRNA final. Isso aumenta a diversidade de proteínas e permite diferentes isoformas de proteínas com propriedades funcionais e mecanismos regulatórios distintos. Além disso, os íntrons podem conter elementos regulatórios e sequências que contribuem para a adaptabilidade evolutiva do gene.

P3: Como as sequências codificantes procarióticas e eucarióticas diferem?

R3: As sequências codificantes em procariotos e eucariotos diferem de várias maneiras. Em procariotos, as sequências codificantes são frequentemente ininterruptas, com genes normalmente não contendo íntrons. O mRNA é traduzido diretamente em proteína sem processamento extenso. As sequências codificantes eucarióticas, por outro lado, são geralmente interrompidas por íntrons, que são removidos durante o processamento do RNA por meio do splicing, deixando apenas os éxons para serem traduzidos em proteína. Além disso, as sequências codificantes eucarióticas requerem elementos regulatórios mais complexos, como intensificadores e silenciadores, e envolvem processos de iniciação e término mais sofisticados envolvendo vários fatores e complexos proteicos.