Aula5_DNA_RNA

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1/4/2011
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DNA, RNA e o fluxo da 
informação genética
O dogma central da biologia molecular
• Francis Crick (1958):
• DNA RNA Proteína
• O processo acima descreve o “fluxo da 
informação genética” em células normais (há 
exceções, como em vírus)
Transcrição Tradução
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DNA e RNA
• A “cadeia principal” dos 
ácidos nucléicos é 
composta de oses 
(açúcares) e fosfatos.
• No DNA, a ose é a 
desoxirribose, que tem 
esse nome por não ter 
o oxigênio ligado ao 
átomo 2’ da ribose.
Concatenação
• A “cadeia principal” dos ácidos nucléicos é 
chamada de “arcabouço”:
• A ligação é feita por pontes fosfodiéster, que 
têm carga negativa.
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Bases
• Há dois tipos de base: purinas e pirimidinas
• Uma base ligada a uma ose é chamada de 
nucleosídeo. Em RNA são adenosina, guanosina, 
citidina e uridina, em DNA são desoxiadenosina, 
desoxiguanosina, desoxicitidina e timidina.
Nucleotídeos
• Um nucleosídeo ligado a um ou mais fosfatos 
(geralmente através da hidroxila no C-5’ da 
ose) é chamado nucleotídeo. 
• E.g.: Fosfato+C-5’ da ose:
– Nucleosídeo 5’-fosfato
– Nucleotídeo 5’
• ATP: adenosina 5’-trifosfato.
• 3’-dGMP: desoxiguanosina 3’-monofosfato.
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Nucleotídeo
• Em DNA: desoxiadenilato, desoxiguanilato, 
desoxicitidilato e timidilato.
• Seqüências de DNA são denotadas 
abreviadamente como pApCpG (p denotando 
o fosfato) ou simplesmente ACG.
• Por convenção, a seqüência de bases é escrita 
no sentido de 5’ para 3’.
Cadeias de DNA
• Moléculas de DNA podem ter enorme 
variabilidade de comprimento.
– O vírus de polioma (capaz de causar câncer em 
alguns organismos) possui 5100 nucleotídeos de 
comprimento.
– O genoma de E. coli consiste numa [única 
molécula de DNA (dupla fita) de 4,6 milhões de 
nucleotídeos (cada fita).
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Estrutura do DNA
• Antes da obtenção de dados 
experimentais definitivos, vários 
modelos foram propostos para a 
conformação da molécula de 
DNA.
• A estrutura definitiva veio na 
década de 50, com Watson e 
Crick, a partir de dados de 
difração de raios-x em fibras de 
DNA.
Estrutura do DNA
• Duas fitas 
complementares de 
DNA formam uma 
hélice dupla (diâmetro 
de 20Å), estabilizada 
por pontes de 
hidrogênio, com bases 
no lado interno, 
separadas por 3.4Å.
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Estrutura do DNA
• O DNA pode se organizar de forma circular 
(comum em bactérias).
• Hélices podem também se organizar se 
enrolar sobre si formando super-hélices, 
estruturas mais compactas.
Pareamento
• A estrutura do DNA explica o fato de que suas 
moléculas apresentam valores semelhantes de 
adenina e timina ou de guanina e citosina.
• Esta relação é chamada de regra de Chargaff.
• Já a proporção entre A:G (ou T:C) varia 
bastante de acordo com a espécie (e.g.: 1,56 
para humanos, 0,7 para Serratia marcescens)
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Estrutura unifilamentar do DNA/RNA
• Quando estão na forma 
unifilamentar, o DNA e 
o RNA podem formar 
estruturas complexas, 
devido ao pareamento 
dentro da mesma fita.
• Em alguns casos, é 
interessante que formas 
complexas ocorram, 
como no caso das 
ribozimas.
Estruturas de alta resolução
• Com o advento das técnicas 
de biologia molecular, 
passou a ser possível obter 
pequenas porções de ácidos 
nucléicos, que por sua vez 
podem ser cristalizados e 
terem suas estruturas 
resolvidas por cristalografia, 
da mesma forma que as 
proteínas.
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Estruturas de alta resolução
Dissociação da dupla hélice
• Hélices de DNA podem se dissociar por calor, 
como num processo de fusão (por isso, a 
temperatura em que uma fita se dissocia é 
chamada Tm, do inglês melting temperature).
• Na célula, proteínas chamadas helicases são 
capazes de abrir as hélices quando isso é 
necessário (como na replicação).
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Dissociação da dupla hélice
Replicação do DNA
• Uma grande quantidade de enzimas está 
envolvida na replicação do DNA.
• A primeira delas, a DNA polimerase, foi 
descoberta em 1958. Descobriu-se que há várias 
dessas enzimas, capazes de catalisar a formação 
das ligações fosfodiéster.
• Para funcionar, as polimerases necessitam da 
presença dos desoxinucleosídeos e do íon Mg2+, 
além de uma seqüência iniciadora (primer)
• Muitas DNA polimerases são capazes também de 
corrigir erros no DNA, removendo nucleotídeos 
mal pareados (atividade de nuclease), fazendo 
com que a taxa de erro seja de 10-8 por par de 
base.
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Supra-estruturas de DNA
• Moléculas de DNA 
podem se apresentar na 
forma circular, ou em 
super-hélice.
• Direita: DNA 
mitocondrial na forma 
relaxada (acima) e 
como super-hélice 
(abaixo).
Genes de RNA
• Ao contrário de todos os organismos celulares, 
alguns vírus usam como material genético o 
RNA. Eles conseguem copiar seu material a 
partir de uma RNA polimerase dirigida por 
RNA.
• Em alguns vírus (como o HIV), o RNA é 
copiado em DNA devido à ação da enzima 
transcriptase reversa.
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Expressão gênica
• Enquanto o DNA armazena a informação, as 
proteínas são responsáveis pela maior parte dos 
processos celulares.
• Porém, têm-se descoberto cada vez mais papéis 
importantes para o RNA, molécula que pode se 
apresentar como:
– RNA mensageiro (mRNA): molde para síntese de 
proteínas (tradução).
– RNA transportador (tRNA): leva aminoácidos para o 
ribossomo para formar a ligação peptídica, de acordo 
com o molde de mRNA.
– RNA ribossômico (rRNA): principal componente dos 
ribossomos. É o catalisador da síntese de proteínas.
O Ribossomo
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RNAs em eucariotos
• Eucariotos possuem também:
– RNA nuclear pequeno (snRNA) – participam da 
recomposição dos éxons do RNA.
– Uma pequena molécula de RNA como componente 
essencial da partícula de reconhecimento de sinal, 
complexo que ajuda a direcionar proteínas.
– microRNA (miRNA): RNAs pequenos (~21 
nucleotídeos) que se ligam a moléculas 
complementares de RNA para inibir sua tradução.
– O pequeno RNA de interferência (siRNA): se ligam ao 
mRNA e facilitam sua degradação.
– RNA como componente da telomerase, enzima que 
mantêm os telômeros durante a replicação do DNA.
Síntese de RNA
• Todos os tipos de RNA celular são sintetizados 
por RNA polimerases, enzimas que catalizam a 
iniciação e alongamento das cadeias de RNA, e 
necessitam de:
– Um molde (hélice dupla de DNA 
preferencialmente, mas também DNA 
unifilamentar).
– Precursores ativados: ATP, GTP, UTP e CTP.
– Um íon metálico bivalente (Mg2+ ou Mn2+)
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Síntese de RNA
• O início da transcrição se dá em trechos de 
DNA chamados pontos promotores:
– Em procariotos pode ser o trecho de Pribnow 
(TATAAT), dez nucleotídeos antes do primeiro s ser 
transcrito e a região -35, de seqüência TTGACA.
– Em eucariotos, há o promotor TATAA (trecho TATA 
ou TATA box), e muitos promotores têm também 
um trecho CAAT e uma seqüência consenso 
GGNCAATCT centrada aproximadamente em -75.
Síntese de RNA
• O fim da transcrição, em procariotos, é um 
grampo de bases pareadas na molécula de 
RNA.
• Em eucariotos o fim da transcrição é menos 
conhecido, mas há um “capuz” (cap) na ponta 
5’ e uma série de adenilatos (cauda poli-A) na 
ponta 3’.
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Síntese de proteínas
• Cada aminoácido é determinado por três 
bases.
• O código genético é redundante (degenerado): 
diferentes códons podem resultar no mesmo 
aminoácido.
Síntese de proteínas
• O RNA mensageiro contém uma seqüência 
iniciadora – em eucariontes, geralmente o 
primeiro AUG (metionina), e o final da 
seqüência é determinado por um códon de 
parada (UAA, UAG ou UGA).
• Há casos conhecidos de códigos genéticos 
ligeiramente diferentes – em mitocôndrias, 
por exemplo.
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Genes eucarióticos
• Em bactérias, cadeias peptídicas sempre 
correspondem a um segmento contínuo de 
DNA.
• Em eucariotos, boa parte dos genes se 
apresentam como um “mosaico”, em que 
regiões codificantes (éxons) se alternam com 
regiões não codificantes (íntrons).
Genes eucarióticos
• O RNA é portanto processado (íntronsremovidos e éxons ligados).
• Esse procedimento permite uma variabilidade 
de proteínas a partir do mesmo gene, através 
da utilização diferente de íntrons e éxons.