TRANSCRICAO, REPLICAOCAO

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Prof. Dra. Adriana Dantas
UERGS – Bento Gonçalves
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Watson e Crick propuseram, em 1953, um modelo de molécula de DNA, que seria em DUPLA HÉLICE e em ESPIRAL, com duas cadeias de nucleotídeos ligados por PONTES DE HIDROGÊNIO.
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Informações disponíveis, quais eram:
1- a molécula de DNA era grande, longa, fina e composta de nucleotídeos: adenina; guanina; timina e citosina;
2- Os estudos de difração de raios X, realizados por Maurice King e Rosalind Franklin sugeriam a forma helicoidal;
3- Linus Pauling (1950), descreveu a estrutura helicoidal com um filamento mantida por pontes de hidrogênio em proteínas e sugeriu que o mesmo pudesse ocorrer com o DNA;
4- Erwin Chargaff havia demonstrado que a proporção entre os nucleotídeos A e T era de 1:1, o mesmo acontecendo entre G e C.
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Difração de Raios-X
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O Ácido Desoxirribonucléico é um polinucleotídeo formado por duas “fitas” ou hélices ligadas entre si por pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas.
O pareamento das bases sempre segue a mesma ordem: Adenina com Timina e Guanina com Citosina.
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Polímero longo:
1. A ligação entre a base nitrogenada e a pentose é feita covalentemente através de uma ligação N-glicosídica com a hidroxila ligada ao carbono-1 da pentose.
2. Os nucleotídeos são unidos por ligações fosfodiéster covalentes que ligar o carbono 5´de um grupo desoxirribose (pentose + base) ao carbono 3´do próximo
Base
Pentose
2
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Portanto:
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1) ÁCIDOS NUCLEICOS são compostos por nucleotídeos ligados entre si através de ligação covalente.
2) NUCLEOTÍDEOS são as unidades fundamentais dos ácidos nucléicos. Cada nucleotídeo é constituído por um grupo fosfato, uma pentose e uma base.
DNA  RNA
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Guanina
Adenina
Purinas
Citosina
Timina
Uracil
Pirimidinas
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Transportar muita informação, de célula para célula e de geração para geração;
Capacidade de produzir cópias exatas de si mesmo, pois os cromossomos são copiados em cada divisão celular;
Capacidade de “replicar erros” de cópia, como se fossem o gene original;
Apresenta mecanismo de decodificação da informação armazenada, traduzindo-as através da produção de enzimas/proteínas;
O DNA é chamado de “molécula da vida” pois contém o código pra construção das proteínas em todos os seres vivos;
Nos eucariontes, o DNA é encontrado no núcleo celular formando os cromossomos e também nas mitocôndrias e nos cloroplastos;
Nos procariontes encontra-se uma molécula de DNA circular (cromossomo bacteriano) e outras moléculas circulares chamadas plasmídeos;
A Importância do DNA
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As seqüências ose-fosfato são representadas pelas linhas, e as seqüências de pares de bases é aleatória
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Se replicação é semi-conservativa e a polimerização deve ser sempre no sentido 5´→3´
Mas o DNA é antiparalelo ou seja, uma fita ocorre no sentido 5’ → 3’ e a outra no sentido 3’ → 5’
Como ocorre então a replicação nos dois sentidos? 
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A dupla hélice é como um zíper que se abre, começando por uma ponta, a deselicoidizaçao dos dois filamentos irá expor as bases isoladas de cada filamento.
Cada base exposta irá se parear apenas com sua base complementar;
Um dos filamentos isolados irá agir como molde e começará a formar uma dupla hélice idêntica a que foi aberta;
Os nucleotídeos será adicionados supostamente vem de reservatório livre presentes na células
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O mecanismo de replicação está baseado no pareamento das bases da dupla hélice do DNA.
A estrutura do DNA contém a informação necessária para perpetuar sua seqüência de bases
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A replicação da E. coli começa a partir de uma origem fixa, progride bi-direcionalmente 
A forquilha se move em ambas as partes, terminando num local chamado término
A origem única é chamada oriC, tem 245 pb de comprimento;
Seqüência em tandem com 13 pb, chamada seqüência de consenso;
Seqüência de pontos de ligação com uma proteína, onde ocorre etapa inicial na síntese do DNA
Origens de replicação
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Nos eucariotos são abertos várias "bolhas de replicação" ou replicons
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Autoradiografias feitas por J. Cairns (1963) em DNA de E. coli tratadas com meio contendo Trimidina comprovaram que a replicação é semi-conservativa, bidirecional e que o DNA e circular.
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Replicon: 
Origem + Término
Ativados apenas uma única vez em cada ciclo celular
O genoma de uma célula procariótica constitui um único replicon
Cada cromossomo eucariótico constitui vários replicons e todos são ativados uma única vez no ciclo celular ainda que não simultaneamente
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 A velocidade da forquillha de replicação bacteriana é 50000pb/min
 Um única origem de replicação em E.coli (OriC, 245 pb)
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 A velocidade da forquillha de replicação eucariótica é 2000 pb/min
 Os replicons eucarióticos tem 40-100 kb e são iniciados em tempos diferentes
 Fase S demora ~ 6hrs em uma célula somática
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A síntese de DNA deve ser iniciada com um primer, oligonucleotideos curtos, que gera um segmento de DNA duplex;
A replicação de cromossomos de E. coli usa primers de RNA, são sintetizados ou pela RNA polimerase ou pela enzima primase;
Primase sintetiza um trecho curto (aproximadamente 30 pb) de RNA complementar a uma região especifica do cromossomo;
A Cadeia de RNA é então amplificada com DNA pela DNA polimerase
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A primase de E. coli forma um complexo com o molde de DNA e proteínas adicionais, com dnaB, dnaT, priB e priC. O complexo total é chamado de primossomo;
DNA polimerase sintetizam novas cadeias no sentido 5’- 3’;
Devido a polaridade inversa da molécula de DNA, movem-se no sentido 3’- 5’no filamento molde;
Enquanto o filamento leading(novo) é sintetizado continuamente, o lagging é sintetizado em segmentos curtos e descontínuos
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O novo filamento cresce em sentido oposto da forquilha de replicação
Em E.coli a poli III faz a maior parte da síntese do DNA em ambos os filamentos, a poli I completa os espaço deixados no filamento lagging, que então são fechados pela DNA ligase
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 A síntese de DNA ocorre pela adição de nucleotídeos a extremidade 3´OH da cadeia em crescimento. 
 O precursor da síntese é o desoxiribonucleosídeo 5´trifosfato
 Sentido da síntese sempre é 5’  3’
 A replicação é um processo extremamente fiel. As DNA-polimerases tem atividade revisora
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A DNA polimerase estendem a cadeia, (polimerização) mas não podem iniciar a cadeia
DNA polimerase - enzima que catalisa a reação de replicação
Reação funciona com as formas de trifosfato dos nucleotídeos
Quantidade total de DNA ao final da reação pode ser de até 20 vezes a quantidade original de DNA.
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As enzimas e suas ações
Polimerases: todas podem tanto adicionar como remover nucleotídeos, somente no sentido 5’ → 3’;
Quando removem do final do filamento são chamadas de exonucleases
Se os removem em algum outro lugar do filamento, são chamadas de endonucleases.
A remoção é feita no sentido inverso, ou seja 3’ → 5’.
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Desoxiribonucleosídeo 5´trifosfato (precursor)
Fita sendo polimerizada
Fita molde
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Atividade revisora 3’  5’ garante a fidelidade da replicação
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Helicases são enzimas que rompem pontes de hidrogênio que unem os dois filamentos de DNA na dupla hélice;
Entre as helicases de E.coli estão a proteína dnaB e rep;
Gera torções no DNA circular que tem que ser removidas para permitir que a replicação continue;
A superelicoidizaçao pode ser criada ou relaxada por enzimas chamadas topoisomerases;
As topoisomerases podem induzir ou remover alças, ou ligações em uma cadeia.
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Proteínas de iniciação identificam a origem da replicação e participam da ligação da DNA helicase ao DNA;
A proteína de iniciação acoplada à DNA helicase abre o DNA na junção “Y”. 
As pontes de H se rompem e a molécula se abre como um zíper e se desespiraliza e a ela unem-se a primase e outras proteínas
(DNA helicase + primase + outras proteínas = primossomo)
As fitas se mantêm separadas durante a replicação graças à ação de uma proteína a Single-strand binding proteins - SSB
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A primase (que é uma RNA-polimerase) constrói o primer de RNA em uma região não coberta pelas SSB;
A topo isomerase alivia a tensão da espiralização provocada pela abertura do DNA Ex. DNA girase;
A DNA polimerase (III) sintetiza as novas cadeias. 
Capturam os nucleotídeos, prontos com um trifosfato, os levam ao molde, retiram dois fosfatos e os ligam ao C 3’ do nucleotídeo anterior. 
A polimerização ocorre muito rapidamente (100.000 nucl./min). 
Outras DNA polimerases preenchem as falhas e corrigem erros.
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Os Fragmentos de Okazaki (complementam o filamento lagging);
É formado um primer de RNA pela enzima primase;
Os primers são continuados pela DNA polimerase III até o primer do próximo fragmento de Okasaki;
DNA polimerase I retira o primer de RNA e completa o pedaço com nucleotídeos corretos;
Os fragmentos são ligados pelas DNA ligases.
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Duas DNA polimerases III ficam unidas e trabalham conjuntamente, a helicase e a primase movem-se ao longo do DNA;
O filamento leading é alimentado imediatamente pela polimerase;
O filamento lagging não é complementado pela polimerase até que um primer seja colocado sobre o filamento.;
Isto significa: que um longo pedaço de DNA fica aberto durante o processo e que a replicação que ocorre primeiro no filamento leading enquanto a do filamento lagging ocorre em pulsos 
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A subunidade Beta da DNA-polimerase III envolve o duplex das fitas-filhas
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Proteínas presentes na origem de Replicação de E.coli
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A síntese do DNA é semi-descontínua e requer um iniciador (primer) de RNA
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 Fragmentos de Okasaki ocorrem na fita descontínua
 A DNA polimerase III é responsável pela síntese da maior parte do DNA
 A DNA polimerase I remove o primer de RNA e preenche as lacunas
 A DNA ligase sela as quebras
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A DNA ligase sela as quebras
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Proteínas presentes na forquilha de Replicação de E.coli
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O complexo de replicação
 A proteína DNA B (helicase) é responsável pelo movimento para frente da forquilha 
 Cada core catalítico da DNA PolIII sintetiza uma das fitas-filhas
 O primossomo afasta uma das fitas molde
 Proteínas SSB mantem as fitas parentais separadas
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A replicaçao do DNA de bacterias como a E. coli, segue bidirecionalmente ao redor do cromossomo.
Duas forquilhas de replicação movem-se em direções opostas, para longe da origem de replicação
Como cromossomo bacteriano é um alça fechada, as forquilhas de replicação acabam se encontrando quando a replicação esta completa
Após a replicação cada célula filha recebe uma copia da molécula nova de DBA, isto é – um cromossomo completo.
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Nos fragmentos de Okasaky, os primers de RNA são removidos por uma Rnase que é complementado por uma polimerase de reparo.
A finalização da replicação é feita com a formação de estruturas complexas no topo do cromossomo, os telômeros 
Os telômeros são replicados com a ajuda das telomerases.
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voltar
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TRANSCRIÇÃO : EUCARIOTO X PROCARIOTO
EUCARIOTOS
PROCARIOTOS
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Fita complementar de RNA a partir de uma DNA
TRÊS tipos de RNA em procariotos:
RNA mensageiro – codifica a informação
RNA ribossômico – maquina para síntese protéica
RNA de transferência
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RNA polimerase liga-se ao DNA em local denominado promotor. Somente uma das duas fitas serve de molde para síntese de RNA para um dado gene
O RNA é sintetizado na direção 5’- 3’
RNA polimerase monta nucleotídeos livres em uma cadeia nova, utilizando o pareamento complementar
A medida que a cadeia nova de RNA cresce, RNA polimerase se move ao longo do DNA
A síntese de RNA continua até que a RNA polimerase atinja um local no DNA denominado terminador.
A RNA polimerase e o mRNA recém-formado de fita simples são liberados do DNA
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Transcrição
A T G G C
T A C C G
5’
3’
A
T
5’
3’
A U
G G
C
5’
3’
RNA polimerase
Molécula de RNA nascente complementar a fita molde
Fita única 
No lugar da Timina haverá uma Uracila
Gene ativo
DNA - Fita molde
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Tradução
Molécula de mRNA
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Cys
Met
Ala
5’ 
3’
Asp
Glu
Phe
His
Direção do avanço do ribossomo
Ribossomo
Proteína
tRNA
AA livre
codon
Gly
Cada códon é traduzido num AA específico
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A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Cys
Met
Ala
5’ 
3’
Asp
Glu
Phe
Gly
His
*
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Phe
Met
Ala
Cys
Asp
Glu
5’ 
3’
Gly
His
Ile
*
G A C G A A U U C G G A C A C A U A A A A U U A A U G 
Met
Met
Ala
Cys
Asp
Glu
Phe
Gly
His
Ile
Lys
Leu
5’ 
3’
Asn
*
 A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A T A C
Ala Cys Asp Glu Phe
Met Gly
His
Ile
Lys
 Leu
 Met
 Asn
 Pro
Gln
5’ 
3’
STOP
*
A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A T A C 
Ala Cys Asp Glu Phe
Met Gly
 His
 Ile
 Gln Lys
Pro Leu
Asn Met 
5’ 
3’
RNAm será degradado
*
Ala Cys Asp Glu Phe
Met Gly
 His
 Ile
 Gln Lys
Pro Leu
Asn Met 
PROTEÍNA NORMAL 
*
5’
3’
A T G G C
T A C C G
A
T
5’
3’
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Alanina
5’ 
3’
A T G G A
T A C C T
5’
3’
A
T
5’
3’
A U G G A A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Acido Glutâmico
3’
5’ 
mRNA
mRNA
Exemplo hipotético de uma mutação pontual
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O RNAm transcrito no núcleo chega ao citoplasma e se liga a um ou mais ribossomos.
O ribossomo “lê” o primeiro códon e um RNAt com o anticódon correspondente transporta um aminoácido e se liga ao códon.
O ribossomo se desloca, no sentido 5’3’ e lê o próximo códon.
Os aminoácidos são unidos por ligações peptídicas.
Ao final da tradução o polipeptídeo se desliga e se constituí na proteína.
A Tradução
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Asp Glu
 Glu Cys Phe
Gly
 Met 
 His
 Gln Ile 
Lys
Pro Leu
Asn Met 
PROTEÍNA DEFEITUOSA 
Ala Cys Asp Glu Phe
Met Gly
 His
 Ile
 Gln Lys
Pro Leu
Asn Met 
PROTEÍNA NORMAL 
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