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BIOLOGIA MOLECULAR DOGMA CENTRAL REPLICAÇÃO DO DNA DNA Transcrição Transcrição Reversa (RNA-DNA) RNA Tradução PROTEÍNAS Replicação de RNA MAPA MENTAL: DOGMA CENTRAL, DNA, BASES NITROGENADAS, SEQUÊNCIA DO GENOMA HUMANO E ORGANIZAÇÃO DO GEMONA HUMANO DNA RNA X Pentose = desoxirribose BASE= ADENINA = TIMINA GUANINA = CITOCINA Pentose = ribose BASE= ADENINA = URACILA GUANINA = CITOCINA Essa ligação entre bases nitrogenada, ocorre pelo rompimento das pontes de hidrogênio, separando assim os 2 filamentos que compõe a molécula de DNA. DNA * Capacidade de autoduplicação (replicação semi-conservativa). * Uma molécula é usada para a sintese de RNA (transcrição). * Armazenamento de informações genéticas: cada individuo possui uma sequncia única de DNA. RNA RNAm = mensageiro (leva o código do DNA até o citoplasma. RNAt = transportador (transporta aminoácidos até a síntese proteíca). RNAr = ribossômico (faz parte da estrutura cromossômica, onde ocorre a síntese proteíca) . BASES NITROGENADAS São compostos que fazem parte da composição do DNA e do RNA e se classificam em: púricas ou pirimídicas Fosfato Pentose Base Nitrogenada Nucleosídeo = 2 ligações Nucleotídeo = 3 ligações Base Nitrogenada = Púricas A e G Pirimídicas T, C e U Processos bioquímicos que permitem identificar cada nucleotídeo em uma cadeia de DNA ou RNA. Consiste em 23 pares de cromossomos que está presente em cada célula diplóide humana, totalizando 46 células, sendo 2 pares de carater sexual SEQUÊNCIA DO GENOMA HUMANO Exame Cariótipo ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO REVISÃO BIOMOL – AV1 DOGMA CENTRAL – está definido como a base da Biologia e dos estudos da área da ciência, onde, pois ele explica como ocorre o fluxo de informações do código genético. DNA ↔ RNA → PROTEÍNA Onde a molécula de DNA, vai servir como molde para a criação da fita simples de RNA, para ser formada a proteína. A cadeia molde para a fita de RNA parte através de uma das fitas de DNA, ou seja, a fita que começa com 3’→5’, e o RNA passa a ser 5’→3’. Caso não tenha a fita de RNA (caso precise realizar a PCR em laboratório), poderá ser feita a transcrição reversa para obter a fita molde de DNA e assim realizar a análise desejada. Podemos ver esse exemplo abaixo: A partir do RNA sintetizado do seguinte seguimento abaixo (5’ UCGCAUC 3’), podemos realizar a transcrição reversa (pela enzima transcriptase reversa), para obter a dupla fita de DNA, denominada de DNA complementar. Conforme a ilustração acima, podemos determinar a cadeia molde pela transcriptase reversa, ou seja, o processo reverso do RNA → DNA, e obtemos assim a fita complementar do DNA que vai da 3’→5’ com a seguinte sequência: 3’ AGCGTAG 5’ (iniciando na 3’ com o carbono 3 ligado ao grupo hidroxila OH- e terminando na 5’ com o carbono 5 ligado ao grupo fosfato). Através dessa fita molde de DNA é replicado o RNA e assim obtém a seguinte sequência (conforme já mencionado na ilustração acima – ver desenho que vai no sentido 5’→3’): 5’ UCGCAUC 3’ (onde inicia na 5’ com o carbono 5 ligado ao grupo fosfato e termina na 3’ com o carbono 3 ligado a hidroxila OH-). 5’ 3’ U C G C A U C FITA DE RNA SINTETIZADA Transcriptase Reversa 3’ 5’ A G g g G g g G g g C g g A T T T C C g g C g g A G g g FITA DE DNA COMPLEMENTAR 3’ 5’ Cadeia molde para fazer a fita de RNA Resolução do RNA sintetizado para obter a fita molde de DNA Ponto de início 5’ Ponto de término 3’ Ponto de início 3’ Ponto de término 5’ O DNA é o responsável pelo armazenamento da informação genética utilizado no desenvolvimento dos organismos vivos. O RNA é responsável por sintetizar proteínas . DNA : ácido desoxirribonucleico, RNA: ácido ribonucleico. FUNÇÃO DO DNA X RNA DNA armazenar informação genética ,controlar atividade celular e produzir RNA RNA sintetizar proteínas e transferir informação do DNA ate o local de síntese de proteína nas células. Estrutura: • O DNA possui duas cadeias polinucleotidicas que estão unidas por pontes de hidrogênio entre pares de bases azotadas, onde a adenina liga-se a timina e citosina liga-se a guanina. • O RNA é constituído por uma pentose, um fosfato e tem como bases nitrogenadas a adenina,guanina,citosina e uracila. Composto apenas por uma fita ela produzida no núcleo celular a partir de umas das fitas de moléculas de DNA. Composição: DNA é composto por nucleotídeos, que são três partes: • Uma cadeia de cinco carbonos (pentose) • Uma base nitrogenada • Um ou mais grupos de fosfato O açúcar presente no DNA é uma desoxirribose que é uma pentose. RNA é ácido ribonucleico, sintetizada a partir da molécula de DNA formada por um único filamento de nucleotídeos uma fita simples, suas bases nitrogenadas são: • adenina,e guanina(bases purinas) • citosina, uracila e timina (bases primidinas). • O açúcar presente no RNA é uma ribose que é uma pentose. NUCLEOTÍDEO = 3 GRUPOS Sempre será formado por: • Base nitrogenada • Pentose (cadeia com 5 átomos de carbono) • Radical fosfato NUCLEOSÍDEO = 2 GRUPOS Sempre será formado por: • Base nitrogenada • Pentose (cadeia com 5 átomos de carbono) Obs.: NÃO TEM A PRESENÇA DO GRUPO FOSFATO – RADICAL LIVRE É localizado no interior do núcleo onde ocorre a duplicação do DNA. Já o RNA pode ser encontrado em células eucariotas no citoplasma e também no núcleo onde RNA é produzido A diferença do açúcar do DNA para o RNA é a ausência ou presença do grupo hidroxila (OH-) no carbono 2 da pentose • Ribose = presença de hidroxila no carbono 2 • Desoxirribose = presença somente do hidrogênio no carbono 2 Tabela comparativas com a principais características de células procarionte e eucariontes TABELA COMPARATIVA Características Célula Procariótica Célula Eucariótica Definição são células que não possuem um núcleo celular definido e, por isso, o material genético celular fica disperso no citoplasma São células com núcleo delimitado por um envoltório nuclear e estão presentes em protozoários, fungos, animais e plantas. Tamanho da célula 1-10 µm de diâmetro 10-100 µm de diâmetro Material genético DNA com proteínas (não histonas), molécula de DNA simples, circular no nucleóide sem invólucro nuclear DAN complexo com proteína da família das histonas e outras organizado em cromossomos, além do núcleo bem definido com invólucro nuclear. Divisão celular Fissão binária sem mitose Mitose e Meiose Sistema sexual Ausente na maioria Presente em ambos os sexos (gametas fundem-se no zigoto) Nutrição Absorção na maioria, fotossíntese ou quimiossíntese em alguns casos Absorção, ingestão Energia metabólica Sem mitocôndrias, pois as enzimas oxidativas se ligam a membrana celular Mitocôndrias presentes com enzimas oxidativas Movimentos intracelulares Ausente Correntes citoplasmáticas, fagocitose e pinocitose Flagelo/cílios Quando presente não possuem o padrão ‘9+2’ Com padrão ‘9+2’ (nove pares de microtúbulos periféricos de tubulina, circundando um par de microtúbulos centrais) Parede celular Contém polissacarídeos com peptídeos (não celulósica) Quando presente, não possui polissacarídeos com peptídeos, mais sim celulose ou quitina Transcrição Ocorre no citoplasma Ocorre dentro do núcleo Componentes Célula Procariótica Célula Eucariótica Envoltório nuclear Ausente Presente Cromossomo Único Múltiplos Disposição dos cromossomos Circular Linear Aparelho mitótico Ausente Presente Núcleo Sem membrana Com membrana Ribossomos Soltos no citoplasma Aderidos a membrana Camadas superficiais Presente PresenteParede celular Presente Presente Organelas de locomoção Presente Presente Aparelho de golgi Ausente Presente Retículo endoplasmático Ausente Presente Lisossomos Ausente Presente Citoesqueleto Ausente Presente Exocitose e endocitose Ausente Presente Mitocôndrias Ausente Presente Organelas Nenhuma Várias GENOMA HUMANO • Genoma: é o termo utilizado para denominar o conjunto de genes de uma célula, um indivíduo ou uma espécie • Gene: é uma sequencia de nucleotídeos do DNA que pode ser transcrita em uma versão de RNA e consequentemente traduzido em uma proteína. GENOMA Se analisarmos 100% desse genoma humano, ou seja, dessas bases nitrogenadas que está no nosso DNA, chegaríamos as seguintes conclusões: • 41% = pareamento de CITOSINA com GUANINA • 59% = pareamento de ADENINA com TIMINA • Região de Heterocromatina = cromatina extremamente compactada, onde não tem sequencias que codificam proteínas. • DNA de cópia única = genes contendo as regiões de éxons (codificam proteína) e Íntrons (não codificam proteínas). • DNA repetitivo = temos as Sequencias de Repetições Simples (STRs) que estão os DNA Satélite, minissatélite e microssatélite (a diferente entre eles são a quantidade de nucleotídeos). Dentro ainda do DNA repetitivo temos as duplicações segmentares, transposons e retrotransposons. o Transposons = são sequencias do DNA definidas como elementos genéticos móveis (sequencias que pulam em nosso genoma – descolando/movimentando-se) e o seu mecanismo é por excisão (remoção), onde cliva essa região do DNA e esse fragmento de DNA é inserido aleatoriamente no genoma que tem esse DNA repetitivo o Retrotransposons= é composto por elementos semelhantes a retrovírus, SINES E LINES. No Retrotransposons a sequencia de DNA é primeiro convertida na sequência de RNA pela enzima RNA Polimerase, e esse RNA Intermediário sendo transcrito reversamente para uma sequência de DNA, pela enzima transcriptase reversa, onde depois da transformação esse DNA é inserido aleatoriamente no genoma humano. PARADOXO DO VALOR C Com relação ao paradoxo do valor C, o mesmo refere-se à quantidade de DNA, expresso em pares de bases, de um genoma haploides, sendo importante enfatizar que não parece existir correlação geral entre o tamanho do genoma e a complexidade da espécie. Muitas espécies de planta, por exemplo, têm um genoma bem maior que o genoma humano. De modo geral, os genomas eucarióticos são maiores que os genomas procarióticos em termos de valor C, pois apresentam um número maior de genes, maior proporção de DNA não codificador, como as sequências repetitivas (STRs, repetições curtas em série utilizadas para a identificação de indivíduos são um exemplo) e maior número de sequências regulatórias. Podemos destacar ainda que são organizados em múltiplos cromossomos e apresentam processos de transcrição e tradução separados fisicamente dentro da célula. Com relação à estrutura gênica, os eucariotos apresentam uma característica fundamental, seus genes contêm sequências internas chamadas de Íntrons, as quais são removidas no RNA mensageiro (mRNA) por um processo chamado splicing. Portanto, tais regiões não são expressas, sendo que as regiões que produzirão as proteínas são os Éxons. As células eucarióticas apresentam mais de um genoma, pois há o genoma nuclear, localizado no núcleo celular e organizado em cromossomos lineares, e também o genoma mitocondrial, resultante da origem endossimbiótica dessa organela. Além do genoma mitocondrial, as plantas também têm o genoma dos cloroplastos o que torna uma grande diferença entre os genomas eucarióticos dos procarióticos. Alguns termos usuais: • Gene: É um segmento do DNA que contém o arquivo completo da sequência de aminoácidos para fabricar uma cadeia peptidica especifica. • Éxons: são regiões que codificam proteína, são parte do DNA que são convertidas em RNA mensageiro (RNAm), onde esse processo é denominado transcrição. EM seguida esse RNA mensageiro sofre o processo chamado tradução, onde ele é usado para sintetizar proteina, através do RNA de trasnferencia (RNAt) • Íntrons:região que não codificam proteínas, ou seja, não expresam informações necessárias para produzir a proteina e são removidos durante a fase do RNA de mensageiro do precursor (pre-mRNA) da maturação do mRNA pela emenda do RNA • Retrotransposon: são um tipo de elemento genético que pode fazer cópias de si mesmo, ou seja, amplificar ele próprio no genoma. • Microssatélites: São unidades de repetição de pares de bases de DNA (AT, GC), que são utilizados como marcador genético em estudos de parentesco, migrações humanas e de origem humana. Os microssatélites apresentam taxas mais altas de mutação genética em relação a outras partes do DNA e, portanto, perfeito para estudar ancestralidade humana. CROMOSSOMOS - São estruturas formadas por uma molécula de DNA associada a moléculas proteicas. Nas células procariontes, observamos um cromossomo circular; nos eucariontes, os cromossomos são lineares e estão localizados no interior do núcleo. COMPACTADA FROUXA CARIÓTIPO – é o nome dado ao conjunto de cromossomos em uma célula. O exame chamado cariótipo visa analisar a quantidade e a estrutura dos cromossomos em uma célula. São 23 pares (46 cromossomos), sendo 22 pares homólogos e 1 par sexual, onde esses 46 cromossomos (23 vem da mãe e 23 vem do pai), com suas respectivas heranças genéticas. Caso haja alteração nesse número de cromossomos temos as mutações cromossômicas e possíveis síndromes por ex: TRISSOMIA DO CROMOSSOMO 21 (SÍNDROME DE DOWN). REPLICAÇÃO DO DNA – O processo de replicação acontece antes do processo de divisão celular, justamente para que cada célula filha receba a mesma quantidade de material genético. CICLO CELULAR • FASE G0 – ESTÁCIONÁRIA • FASE G1 – PREPARA A CÉLULA PARA A FASE S (CRESCIEMNTO CELULAR) • FASE G2 - PREPARA A CÉLULA PARA A DIVISÃO CELULAR • FASE M – PROCESSO DE DIVISÃO, ONDE CADA CÉLULA FILHA RECEBE A MESMA QUANTIDADE DE MATERIAL GENÉTICO (PROCESSO DE MITOSE) A replicação ela vai acontecer utilizando ambas as fitas de DNA (DNA dupla hélice), sendo uma fita 5’→3’ e outra fita 3’→5’ pela complementariedade das bases dessas fitas. A fita 3’→5’ será usada como molde para transcrever a fita de RNA. O material genético se duplica para depois se dividir e a replicação somente é realizada nas células somáticas. A replicação de um organismo procarionte, começa na origem de replicação (inicio) e nessa origem temos também a forquilha de replicação, onde atua diversas enzimas cada uma com a sua função, ajudando no processo de replicação desse material. Essa forquilha de replicação pode-se mover me ambas as direções (direções opostas ↔), para replicar o mais rápido possível esse material genético. Procariontes = 1 origem – forquilha em ambas as direções – DNA circular – duplicação Eucariontes = várias origens – DNA linear – Forquilha em ambas as direções - duplicação Enzimas da DNA POLIMERASE – Procariontes e Eucariontes Tabela comparativa das DNA Polimerases Procariontes Definição DNA Polimerase I Catalisa o crescimento da cadeia no sentido 5’→3’, possuindo a atividade exonuclease (clivam o DNA a partir do final da molécula 5’ → 3’ e/ou 3’ → 5’), onde preenche os pedaços pequenos de DNA durante a replicação e processo de reparo. DNA Polimerase II É um tipo de reparo alternativo, que pode replicar quando o filamento molde é danificado. DNA Polimerase III Catalisa o crescimento da cadeia no sentido 5’→3’, sendo também uma polimerase primária durante a replicação do DNA Eucariontes Definição DNA Polimerase Alfa Replicação do cromossomo nuclear (fita descontínua) – no núcleo DNA Polimerase Beta Está relacionado aos mecanismos de reparodo DNA, ou seja, corrige os erros desse mecanismo. DNA Polimerase Delta Replicação dos filamentos contínuos dos cromossomos. (localizado no núcleo) DNA Polimerase Gama Realiza a catalise (acelera o processo) da replicação do DNA mitocondrial. (presente nas mitocôndrias) DNA Polimerase Épsilon Reparo do DNA no cromossomo nuclear. (no núcleo) Funções de algumas enzimas no processo de replicação Função das enzimas no processo de replicação do DNA Enzimas Função Helicase Desmontar a estrutura da dupla hélice da cadeia de DNA, rompendo as pontes de hidrogênio que fica entre os pares de bases nitrogenadas, para que a forquilha de replicação possa se movimentar. Proteínas que se ligam a fita simples de DNA Impedir que as fitas de DNA se liguem de novo e sofra torções, pois com as fitas livres é possível a conformação do DNA correto para o pareamento das bases e sua replicação ideal Primase Sintetizar os primers que são as sequencias curtas do RNA (10 nucleotídeos de comprimento) e iniciar a replicação. DNA pol. III O novo filamento de DNA, será alongado (a partir do primer), serão adicionados nucleotídeos a extremidade 3’ do mesmo (ou seja, no grupo hidroxila “OH”, que está presente no carbono 3 da pentose) DNA ligase Fecha as lacunas entre os fragmentos de DNA, favorecendo a adesão deles. Quando os dois pedaços de DNA tiverem terminações complementares, a ligase pode uni-las e se formará então uma molécula de DNA única e contínua. Topoisomerase Permitir as alterações no grande super enrolamento do DNA, quebrando ligações transitórias de fosfodiéster, onde funciona como uma espécie de tesoura que corta e alivia a torção na parte da fita que não está sendo replicada e gera uma forma intermediária, onde a proteína continuará ligada ao DNA, permitindo que as fitas de DNA passem umas sobre as outras alternando o super enrolamento da molécula. Mutações - podem acontecer a nível cromossômico ou genético. • Cromossomo = podem ser alterações numéricas (euplóidias e aneuploidias), ou seja, a variação do numero dos cromossomos no nosso genoma • Alterações estruturais = que podem ser balanceadas (quando não gera perda ou acréscimo) ou não balanceadas (que gera a perda ou acréscimo de material genético). Erros de Replicação - lesões Os erros que podem ocorre durante cada ciclo de replicação são denominadas lesões que se não forem reparadas podem gerar mutações permanentes resultando em diversos efeitos passando até para gerações futuras. Os tipos de lesões podem ser: Espontâneas – sem uma causa conhecida. • Desaminação • Depurinação Induzidas – resultantes da exposição a agentes físicos/químicos que causam mudanças no DNA. • Alquilação, • Dímeros de timina, • Adição de grupos volumosos. Lesão Espontâneas Tipo Função Desaminação Reação em que o grupo amina dessa base nitrogenada (C, A, T, G) é removido e forma outro tipo de molécula. Provocando alteração das propriedades de pareamento, levando à formação de um par incorreto. Por exemplo uma citosina desaminada se transforma em uma uracila, modificando seu pareamento. Depurinação tem a remoção dos anéis característicos das bases púricas adenina-guanina). A depurinação é a perda da purina, levando à ocorrência de sítios apurínicos, que não especificam uma base complementar. Lesão Induzidas Tipo Função Alquilação Tem a substituição do grupo de oxigênio com uma dupla ligação nesse carbono, ligação do grupo alquila. (alquilação de bases nitrogenadas podem resultar em alterações na codificação de proteínas a serem formadas). Dímero de Timina o DNA é susceptível à luz ultravioleta isso causa formação de ligações covalentes entre resíduos de pirimidina vizinhos que se chama fotodimerização. Dos três tipos possíveis de dímeros de pirimidina (C-C, C-T ou T-T), o dímero de timina (T-T) é o que se forma com maior frequência. A presença de dímeros de pirimidina na cadeia molde bloqueia a ação das polimerases do DNA isso impede a síntese da nova cadeia. Adição de grupos volumosos Compostos químicos adentram as bases nitrogenadas por exposição e quando em contato com essas moléculas ocorre uma mutação de espécie cancerígena. Por exemplo, o benzopireno é um potente agente cancerígeno, presente na fumaça de cigarros, carvão etc. Quando em contato com as nossas células ele consegue atravessar e chegar ao nosso DNA causando alterações e mutações que causam câncer, e por ser uma substância cancerígena danifica as células e pode se tornar uma lesão permanente pois os reparos não funcionam. Mecanismos de reparo Os mecanismos de reparo permitem que o DNA corrija erros contidos neles e para que não fiquem danificados, ou seja, volta ao seu aspecto normal. Mas quando essa lesão não é reparada uma mutação permanente é introduzida resultando em efeitos diversos no organismo. Os mecanismos divididos da seguinte forma: 1- Reparo do DNA por reversão direta da lesão É um mecanismo do reparo que não exige um molde e é aplicada a dois tipos principais de dano. • Fotorreativação • Remoção de agentes alquilantes 2- Reparo do DNA por excisão É um tipo de mecanismo onde o reparo é realizado em uma base nitrogenada ou bases nitrogenadas que contenha a lesão/erro, sendo corrigida por excisão (corte/remoção) e substituição da região danificada pela base correta. Existem 3 tipos de mecanismos: • Reparo por excisão de base; • Reparo por excisão de nucleotídeos • Reparo por malpareamento Mecanismo de Reparo - Por reversão direta da lesão Tipo Função Fotorreativação reparo direto nos dímeros de timina através da enzima fotoliase que quebra essa ligação reparando o DNA (somente presente em bactérias, plantas e leveduras) Remoção de agentes alquilantes ação enzima 06-metilguanina metiltransferase, onde se retira grupo metil da base nitrogenada guanina e voltando a sua origem. Mecanismo de Reparo - Por excisão Tipo Função Reparo por excisão de base o surgimento de uma base errada na cadeia, ou seja, a troca do seu pareamento que causa um erro na fita de DNA, onde a enzima DNA glicosilase vai fazer a remoção da base nitrogenada errada por excisão e colocando no lugar um SITIO AP, ou seja, uma sinalização sem a base nitrogenada. Em seguida, uma segunda enzima entra em ação a Endonuclease, que reconhece o SITIO AP vazio e corta a ligação de fosfodiéster entre carbono 4 e o fosfato dessa fita de DNA. Logo após, vem a ação de uma terceira enzima a Desoxirribose Fosfodiesterase que catalisa, ou seja, acelera o processo da formação dessa ligação. Finalmente DNA polimerase age repondo a base nitrogenada que faltava e DNA liga se restaura a ligação da fita de DNA finalizando o reparo. 3- Reparo do DNA por recombinação É um tipo de reparo que lida com quebras de fitas geradas por agentes externos ou pelo metabolismo do organismo, lesões do tipo de dímeros de pirimidina ou timina. Mecanismo de Reparo - Por excisão Tipo Função Reparo por excisão de nucleotídeos Com a formação de dímeros de timina ao longo da cadeia de DNA, a enzima nucleasse reconhece o erro e corta a sequência de DNA de várias bases nitrogenadas. Depois DNA polimerase vai atuar preenchendo a região que não tem os nucleotídeos e DNA ligase vai restaurar a ligação da cadeia por completo Reparo por mal pareamento Esse malpareamento acontece devido aos nucleotídeos não estarem pareados corretamente (Adenina com Timina) e (Citosina com Guanina), sendo que quando há uma inversão nessas bases surge a lesão. A correção desse erro é feita por três enzimas a mutH, mutS e mutL. A mutH, tem a função de reconhecer qual é a fita molde, qual a fita parental, pois essa fita tem grupo metil e não será mexida. Já a mutS e mutL, elas clivam (cortam/removem) a sequência onde tem um malpareamento, e depois de remover essa sequência errada DNA polimerase coloca a basenitrogenada correta então a DNA ligase restaura a ligação. Mecanismo de Reparo - Por recombinação Tipo Função Reparo por recombinação Em uma fita parental no DNA, onde ocorre a formação de dímeros de pirimidina ou de timina, a replicação fica bloqueia por conta do dímero e só continua após a lesão deixando uma falha no caminho, pois DNA não reconhece essa falha. Para reparar a lesão a fita parental intacta tira um pedaço dela para cobrir a falha (porém deixa uma falha também na fita parental intacta) e com isso DNA Polimerase e a DNA ligase preenche essa falha.
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