Expressão Gênica - Do DNA a Proteína

Prévia do material em texto

Do DNA à Proteína: Como as células leem o genoma.
Prof. João Luiz
O DNA coordena a síntese de proteínas.
Dogma central da biologia molecular.
A informação genética direciona a síntese de proteínas. 
O fluxo de informação genética do DNA ao RNA (transcrição) e do RNA à proteína (tradução) ocorre em todas as células vivas.
DO DNA AO RNA
A transcrição e a tradução são as maneiras pelas quais as células expressam seus genes.
Cada gene pode ser transcrito e traduzido em diferentes taxas.
Os segmentos da sequência de DNA são transcritos em RNA.
A estrutura química do RNA se diferencia ligeiramente da estrutura do DNA.
DO DNA AO RNA
Os nucleotídeos de RNA são ribonucleotídeos ( contém o açucar ribose ).
As bases nitrogenadas do RNA são: Adenina, guanina, Citocina e URACILA.
A Uracila pode ligar a adenina do DNA através de pontes de hidrogênio.
DNA e RNA possuem estrutura bastante diferentes.
	DNA	Fita dupla
	RNA	Fita simples
DO DNA AO RNA
5
O RNA pode formar pares de bases intramolecularmente e se dobrar em estruturas específicas.
Pode executar várias funções na célula
Pareamento convencional
Pareamento não-convencional
RNA real
A=G
DO DNA AO RNA
A transcrição produz uma molécula de RNA complementar a uma das fitas do DNA
O RNA são moléculas menores
DO DNA AO RNA-Transcrição
DO DNA AO RNA-Transcrição
As enzimas que realizam a transcrição são chamadas de RNA-polimerases e utiliza ribonucleosídeos trifosfato (ATP, CTP, UTP e GTP), cujas ligações de alta energia fornecem a energia que direciona a continuidade da reação. 
DO DNA AO RNA-Transcrição
A transcrição produz uma molécula de RNA complementar a uma das fitas do DNA
Muitas cópias de RNA podem ser feitas num intervalo relativamente curto de tempo.
A síntese do próximo RNA é iniciada antes a primeira cópia esteja completa.
Até 1000 transcritos podem ser feitos numa hora.
DO DNA AO RNA-Transcrição
Muitas cópias de RNA podem ser feitas num intervalo relativamente curto de tempo.
A síntese do próximo RNA é iniciada antes a primeira cópia esteja completa.
Até 1000 transcritos podem ser feitos numa hora.
	Tipos de RNA	Função
	mRNAs	Codificam proteínas
	rRNAs	Formam a região central do ribossomo e catalisam a síntese proteíca
	miRNAs	Regulam a expressão do gene
	tRNAs	Usados como adaptadores entre o mRNA e os aminoácidos durante a síntese proteíca.
	Outros pequenos RNAs	
DO DNA AO RNA-Transcrição
Reconhece o promotor em bactérias
DO DNA AO RNA-Transcrição
Sinais no DNA indicam os pontos de início e de término para a RNA-polimerase
Reconhece o promotor em bactérias
DO DNA AO RNA-Transcrição
O modo pelo qual a RNA-polimerase reconhece o sítio de inicio da transcrição difere consideravelmente entre bactérias e eucariotos.
Reconhece o promotor em bactérias
DO DNA AO RNA-Transcrição
A RNA-polimerase desliza até encontrar a região promotora, em seguida abre a dupla-hélice e usa uma como molde para dar inicio a cadeia de RNA
Reconhece o promotor em bactérias
DO DNA AO RNA-Transcrição
Ao chegar na sequência terminador a RNA-polimerase se detém e libera o DNA-molde e cadeia de RNA recém sintetizada
DO DNA AO RNA-Transcrição
A proteína polimerase pode reconhecer o promotor, mesmo que o DNA esteja em forma de dupla-hélice.
DO DNA AO RNA-Transcrição
O sentido da transcrição, no que diz respeito ao cromossomo como um todo, pode variar de acordo com o gene que esta sendo considerado.
Um segmento de DNA só poderá ser transcrito se for precedido de uma sequência promotora. Isso garante que apenas porções do DNA que contém genes sejam transcritas.
DO DNA AO RNA – Características da Transcrição em Eucariotos
Diferenças da transcrição entre bactérias e eucariotos:
Bactérias possui uma RNA-polimerase, eucariotos possui três:
A RNA-polimerase bacteriana dá início ao processo de transcrição sozinha, enquanto as RNA-polimerases dos eucariotos precisam de um grande número de proteínas acessórias.
O mecanismo que controla a transcrição é muito mais complexo nos eucariotos
A iniciação da transcrição nos eucariotos levam em consideração o empacotamento do DNA em nucleossomos. 
	Tipo de Polimerase	Genes transcritos
	RNA-polimerase I	A maioria dos genes de rRNAs
	RNA-polimerase II	Genes codificadores de proteínas, genes de miRNAs e genes para alguns pequenos RNAs ( spliceossomos )
	RNA-polimerase III	Genes de tRNAs
Genes de rRNA 5S
Genes de diversos outros pequenos RNAs
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos
Para iniciar à transcrição , a RNA-polimerase II necessita de um conjunto de fatores gerais de transcrição. 
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos
O processo começa com a ligação do TFIID a uma sequência de DNA de dupla-hélice composta por nucleotídeos T e A.
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos
O TFIID provoca grande distorção da molécula de DNA que atua como marca sinalizadora para a subsequente montagem e agregação de outras moléculas sobre o promotor.
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos
Os demais fatores gerais de transcrição , assim como a própria RNA-polimerase se associam ao promotor.
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos
O TATA box é um componente crucial de diversos promotores reconhecidos pela RNA-polimerase II e encontra-se localizado a 25 nucleotídeos antes do sítio de inicio de transcrição.
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos
Ocorre a formação do COMPLEXO DE INICIAÇÃO DE TRANSCRIÇÃO que em seguida libera a RNA-polimerase pela adição de fosfatos pelo fator de transcrição TFIIH, mesma promove a transcrição e em seguida é liberada do DNA.
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos ( processamento do RNA)
O mRNA antes de ser traduzido pelos ribossomos precisa ser transportado através dos poros existentes no núcleo celular.
25
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos ( processamento do RNA)
Antes de sair do núcleo o mRNA deverá passar pelo processo de processamento do RNA, que ocorre enquanto ele está sendo transcrito.
26
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos ( processamento do RNA)
Duas etapas do processamento ocorrem que ocorrem apenas em transcritos destinados a se tornarem moléculas de mRNA são o CAPEAMENTO e a POLIADENILALÇAO.
27
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos ( processamento do RNA)
Capeamento é a adição de um nucleotídeo de guanina na extremidade 5’ que ocorre após a RNA-polimerase ter sintetizado um fragmento de 25 nucleotídeos de RNA
28
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos ( processamento do RNA)
Poliadenilação é a adição de sequência de nucleotídeos adenina ( cauda poli-A) na extremidade 3’ para a extremidade do mRNAs recém sintetizados.
29
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos ( processamento do RNA)
Acredita-se que essas duas modificações aumentam a estabilidade da molécula de mRNA eucariótica, auxiliando sua exportação para o núcleo.
30
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos ( processamento do RNA)
Alguns genes eucarióticos não possuem ÍNTRONS, e outros possuem apenas poucos, mas a maioria apresenta muitos ÍNTRONS.
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos ( processamento do RNA)
Em bactérias, a maior parte das proteínas é codificada a partir de um segmento não interrompido da sequência de DNA.
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos ( processamento do RNA)
A maioria dos genes eucarióticos, apresenta as suas sequências codificadoras interrompidas por longas sequências intervenientes não codificadas, os ÍNTRONS.
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos ( processamento do RNA)
As porções esparsas de sequências codificadoras, ou sequências expressas, são denominadas de EXONS.
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos ( processamento do RNA)
O comprimento total do gene possui uma fração maior da sequência dos tipo ÍNTRONS que variam de um único nucleotídeo a mais de 10000.
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos ( processamento do RNA)
Alguns genes eucarióticos não possuem ÍNTRONS, e outros possuem apenas poucos, mas a maioriaapresenta muitos ÍNTRONS.
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos ( processamento do RNA)
Em bactérias, a maior parte das proteínas é codificada a partir de um segmento não interrompido da sequência de DNA.
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos ( processamento do RNA)
Um íntron forma uma estrutura ramificada durante o splicing.
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos
Um conjunto especializado de proteínas de ligação ao RNA sinaliza que o mRNA maduro está pronto para ser exportado para o citoplasma
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos
O quepe e cauda poli-A de uma molécula madura de mRNA estão “marcadas” por proteínas que reconhecem essas modificações
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos
Um grupo de proteínas denominadas complexo de junção do éxon (EJC) é depositado sobre o mRNA após o RNA ter sofrido o splicing adequadamente.
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos
Quando o mRNA é considerado “pronto para exportação”, um receptor de transporte nuclear se associa a ele guiando-o através do poro nuclear
Procariotos manipulam diferentemente seus transcritos de RNA
DO DNA AO RNA – Transcrição em eucariotos
43
DO RNA À PROTEÍNA
A tradução consiste em ler a informação contida no RNA para formar a proteína.
DO RNA À PROTEÍNA
As regras que ditam como um sequência de nucleotídeos de um gene é traduzida em uma sequência de aminoácidos de uma proteína é denominada como CÓDIGO GENÉTICO.
DO RNA À PROTEÍNA
A sequência de nucleotídeos da molécula de RNA é lida em grupos de três, o que constitui um CÓDON. Existe 64 códons possíveis e apenas 20 aminoácidos.
DO RNA À PROTEÍNA
Códons para um mesmo aminoácido contém, em geral, os mesmos nucleotídeos na primeira e segunda posições.
DO RNA À PROTEÍNA
Existem três códons que não especificam aminoácidos, mas atuam nos sítios de terminação, sinalizando o final da sequência codificadora para a proteína.
DO RNA À PROTEÍNA
Uma molécula de RNA pode ser traduzida em três fases de leitura diferentes, isso depende de onde começa a leitura.
DO RNA À PROTEÍNA
A tradução depende de adaptadores moleculares, que conectam ao aminoácidos aos códons, são os tRNAs.
DO RNA À PROTEÍNA
A molécula sofre outros dobramentos originando uma estrutura compacta em forma de “L”.
DO RNA À PROTEÍNA
Duas regiões não pareadas uma em cada extremidade formam o ANTICÓDON e o sítio onde se liga o aminoácido.
DO RNA À PROTEÍNA
Existe mais de um tRNA para muito dos aminoácidos ou algumas moléculas tRNA podem ligar-se por complementaride de bases a mais de um códon?
DO RNA À PROTEÍNA
As duas primeiras posições precisam ser pareadas corretamente, enquanto a terceira posição pode variar sem afetar o trabalho do tRNA.
DO RNA À PROTEÍNA
O Código genético é traduzido por meio de dois adaptadores que atuam um após o outro
DO RNA À PROTEÍNA
O primeiro adaptador é a enzima aminoacil-tRNA sintetase, que une o tRNA ao seu aminoácido correspondente.
DO RNA À PROTEÍNA
O segundo adaptador é o próprio tRNA, cujo anticódon se liga ao códon apropriado do mRNA.
DO RNA À PROTEÍNA
O segundo adaptador é o próprio tRNA, cujo anticódon se liga ao códon apropriado do mRNA.
DO RNA À PROTEÍNA
O ribossomo é a máquina produtora de proteínas, formada por um complexo de mais de 50 proteínas e diversas moléculas de rRNAs.
DO RNA À PROTEÍNA
O ribossomo é formado por duas subunidades
As duas subunidades se associam sobre uma moléculas de mRNA, na extremidade 5’, para que seja iniciada a síntese proteíca. 
A medida que mRNA se move sobre o ribossomo a proteína vai sendo produzida.
DO RNA À PROTEÍNA
DO RNA À PROTEÍNA
Cada ribossomo possui um sítio de ligação para o mRNA e três sítios de ligação para moléculas de tRNA, denominadas sítio A, sítio P e sítio E.
DO RNA À PROTEÍNA
A tradução ocorre em um ciclo de quatro etapas.
O tRNA com aminoácido se liga ao sítio A.
A carboxila é separada do tRNA do sítio P e liga-se e une-se ao grupo amina do AA do sítio A.
Um movimento da subunidade grande posiciona dois tRNAs nos sítios E e P.
A subunidade pequena se move três nucleotídeos sobre a molécula de RNA.
DO RNA À PROTEÍNA
A tradução ocorre em um ciclo de quatro etapas.
DO RNA À PROTEÍNA
Os rRNAs estão dobrados em estruturas tridimensionais altamente precisas e compactas que formam o cerne do ribossomo.
DO RNA À PROTEÍNA
As proteínas ribossomais estão localizadas na superfície onde mantém a estrutura e estabilidade do RNA.
DO RNA À PROTEÍNA
Além dos três sítios de ligação aos tRNAs (A,P e E),o sítio catalítico para a ligação peptídica é formado pelo RNA 23S (fenda que orienta os reagentes )
DO RNA À PROTEÍNA
Moléculas de RNA que possuem capacidade catalítica são chamadas de RIBOZIMAS.
DO RNA À PROTEÍNA
O ponto onde a síntese proteíca inicia no mRNA é essencial pois determina a fase de leitura que será seguida por toda a extensão da mensagem.
DO RNA À PROTEÍNA
A tradução do mRNA sempre começa com o códon AUG e um tRNA iniciador que transporta o aminoácido metionina que é retirado posteriormente.
DO RNA À PROTEÍNA
O tRNAs iniciador e proteínas adicionais formam os fatores de iniciação de tradução que é capaz de se ligar a subunidade menor ( sítio P).
DO RNA À PROTEÍNA
O tRNAs iniciador e proteínas adicionais formam os fatores de iniciação de tradução que é capaz de se ligar a subunidade menor ( sítio P).
DO RNA À PROTEÍNA
A subunidade ribossomal pequena se liga à extremidade 5’ do mRNA, e em seguida se move.
DO RNA À PROTEÍNA
Quando a sequência AUG é encontrada diversos fatores de iniciação se dissociam dando espaço para a subunidade maior do ribossomo terminar a montagem do ribossomo.
DO RNA À PROTEÍNA
Os códons de terminação não são reconhecidos por nenhum tRNA e não determinam nenhum aminoácido, sinalizando para o ribossomo o fim da tradução.
DO RNA À PROTEÍNA
Fatores de liberação se ligam ao códon de terminação no sítio A e impede a ação da peptidil-transferase no ribossomo e adicionando água no lugar de aminoácido.
DO RNA À PROTEÍNA
O fim de uma mensagem codificadora de proteína é sinalizada pela presença de um dos códons de terminação (UAA,UAG,UGA)
DO RNA À PROTEÍNA
Se o mRNA estiver sendo traduzido eficientemente, um novo ribossomo é montado sobre a extremidade 5’ do mRNA formando os poliribossomos.
DO RNA À PROTEÍNA
DO RNA À PROTEÍNA
As pequenas diferenças entre o processo de síntese proteíca entre bactérias e eucariotos formam a base para um dos maiores avanços da medicina moderna, os ANTIBIÓTICOS.
	Antibióticos que inibem a síntese proteíca ou de RNA	
	Tetraciclina	Bloqueia a ligação da aminoacil-tRNA ao sítio A do ribossomo
	Streptomicina	Evita a transcrição do complexo de iniciação para um ribossomo capaz de extensão da cadeia
	Cloranfenicol	Bloqueia a reação de peptidil-transferase nos ribossomos
	Cicloexamida	Bloqueia a reação de translocação nos ribossomos
	BRifamicina	Bloqueia a iniciação das cadeias de RNA por meio de ligação à RNA-polimerase.
		
DO RNA À PROTEÍNA
As proteínas diferem enormemente em relação à sua duração ou tempo de vida.
As células possuem vias especializadas em quebrar, ou digestão das proteínas.
DO RNA À PROTEÍNA
A eliminação de proteínas com conformação errônea é importante para evitar doenças degenerativas com as doenças de Huntington, Alzheimer e Creutzfeldt.
Nos eucariotas a maioria das proteínas é degradada pelos proteossomas.
DO RNA À PROTEÍNA
A produção de uma proteína em uma célula eucariótica requer diversas etapas.
As proteínas necessitam de modificações adicionais.