DNA - Material Base

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GENÉTICA E BIOLOGIA MOLECULAR – Vitória Luíza DamascenoPage5
 
Estrutura do Dna
O DNA é um polímero de desoxirribonucleicos monofosfatados covalentemente unidos por ligações fosfodiéster. As ligações fosfodiéster unem o grupo 3’ da hidroxila da desoxipentose de um nucleotídeo com o grupo 5’ hidroxila da desoxipentose de um nucleotídeo adjacente por meio de um grupo fostato. A cadeia resultante é longa e linear, possuindo polaridade e apresentando uma extremidade 5’-3’. 
Na dupla hélice, as duas cadeias do DNA são mantidas por ligações de hidrogênio, que é uma ligação química não covalente fraca, entre pares de bases de fitas opostas. É um pareamento de pases bem específico onde a purina adenina se liga apenas com a pirimidina timina e a purina guanina só se liga à pirimidina citosina. 
Na dupla hélice do DNA, o número de resíduos A deve ser igual ao número de resíduos T e o número de resíduos G deve ser o mesmo de C. Como resultado, a sequência de bases das duas cadeias de uma determinada dupla hélice, apresenta uma relação de complementariedade, a sequência da fita simples do DNA, defina com exatidão a sequência da sua fita complementar.
Estrutura do Rna
A molécula de RNA aparenta ser muito semelhante ao DNA, mais difere dele em 3 aspectos principais. 
Primeiro, o açúcar encontrado no esqueleto do RNA é a Ribose, ao invés de 2’ – desoxirribose, ou seja, a ribose apresenta um grupo hidroxila na posição 2’. Segundo, contém o resíduo uracila no lugar da timina. A uracila possui a mesma estrutura de um anel único da timina, exceto pela ausência do grupo metila na posição 5. Terceiro, o RNA é normalmente encontrado como uma única cadeia polinucleotídeca. Exceto em determinados vírus como a gripe e o HIV. O RNA não é considerado como material genético e não precisa servir como molde para sua própria replicação. O RNA funciona como um INTERMEDIÁRIO. 
O RNA também desempenha papéis estruturais, como os componentes do ribossomo, também atua como molécula reguladora que por meio da complementariedade de sequências ou funcionam como enzimas que catalisam reações na célula. 
O RNA é copiado como fita simples, produzidas a partir de apenas uma das fitas do DNA- molde e não existe uma fita complementar a ela. 
O RNA é capaz de formar uma dupla hélice extensa, mas são incomuns na natureza. Apesar de apresentarem conformação em fitas simples, as moléculas de RNA geralmente exibem características de dupla hélice mas isso só ocorre porque as cadeias de RNA se dobram sobre si mesma formando segmentos pareados entre pequenos trechos. 
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Dna x Rna
Temos 3 diferenças principais entre DNA e RNA. O esqueleto do RNA contém o açúcar ribose ao invés de desoxiribose; o RNA contém uracila no lugar da timina, mesmo sendo estruturalmente semelhantes, a uracila não possui um grupo metila na posição 5 e assim como a timina, a uracila se pareia com a adenina; o RNA é normalmente encontrado com apenas uma cadeia polinucleotídica. 
O DNA é composto de uma dupla hélice com duas cadeias polinucleotídicas enrolas uma ao redor da outra, formando uma dupla hélice, as duas fitas são complementares uma a outra. O esqueleto de cada fita da hélice é composto por resíduos alternados de açúcar e fosfato, sua estrutura é composta por pares de base (A-T; C-G) que se pareiam através de ligações não covalentes, do tipo de hidrogênio. 
Tipos de Rna
1. RNA Ribossômico (rRNA);
2. RNA Transportador (tRNA);
3. RNA Mensageiro (mRNA);
4. RNA Antissensos; 
5. Pequenos RNAs (snRNA); 
6. RNAs Nucleares; 
7. Micro RNA (miRNA); 
8. RNA Silenciador (siRNA); 
9. Pequenos RNA Nucleares (snoRNA); 
rRNA: é um dos formadores dos ribossomos, eles constituem as estruturas ribossômicas e existem evidências de que esse RNA tem atividade catalítica na síntese de proteínas. 
tRNA: são pequenas moléculas que funcionam como adaptadores entre aminoácidos e os códons no RNA mensageiro durante a tradução, os genes do tRNA codificam o tRNA que serão utilizados na síntese de proteínas. O tRNA possuí 75 a 90 nucleotídeos na forma de trono, modificada transfere aminoácidos para a posição correta quando reconhece os códons em um mRNA anti-códon. O tRNa é a molécula que decodifica o código genético e traz os aminoácidos para a formação da proteína. 
mRNA: antes da síntese de proteínas, o filamento molde do DNA é transcrito em mRNA ou senso, a partir da qual uma proteína será produzida através da sequencia de bases. Podem ter tamanhos variáveis. Em procariotos: policistrônicos (+ de uma proteína em um mRNA) e em eucariotos: monocistrônicos (1 proteína por mRNA). 
RNA Antissensos: maneira de controle que a célula tem para controlar o processo de tradução para não ter RNA em excesso na célula, bloqueando a tradução. O RNA senso é o RNA que impulsiona a tradução e RNA antisenso é o que restringe. 
snRNA: processamento do RNA antes da síntese de proteínas, eles removem os íntros dos pré mRNAs (spliceossomo). 
miRNA: RNA de dupla fita endógenos com 20 nucleotídeos, não codificantes e atuam como selecionadores pós transcricionais, se paream nos mRNA e regulam a estabilidade e tradução e não deixam ocorrer o processo de tradução se necessário. 
siRNA: são RNAs que interferem no processo de tradução, são resultados de transcrição de genes presentes em muitos eucariotos, são geralmente derivados de longas moléculas de RNA que não foram produzidas dentro do organismo (RNA exógeno). 
snoRNA: são pequenos RNAsnucleares que participam de modicicações de base em rRNAs – metilação. 
Replicação
Replicação do DNA em Eucariotos
Células eucarióticas – células nucleadas.
A replicação do DNA é semiconservativa. Cada fita da dupla-hélice atua como modelo para a síntese de uma nova fita complementar. A catálise do novo fragmento de DNA acontece por meio das enzimas denominadas DNA- polimerase, que necessitam de um molde e um primer para sintetizar a nova fita na direção 5’-3’. 
Durante a replicação do DNA, uma nova fita (fita líder) é feita como uma peça contínua. A outra fita (fita tardia) é replicada em pequenos fragmentos, denominados fragmentos de Okazaki. A replicação do DNA requer atividades de outras enzimas essenciais, como a DNA primase que sintetiza os primers, a DNA helicase que é responsável por abrir as duplas hélices do DNA e as topoisomerases que controlam a torção da fita de DNA durante o processo de replicação. 
Os mecanismos de replicação dos eucariotos se diferem dos procariotos. Os eucariotos possuem uma fita de DNA dupla hélice, ou seja, duas fitas de ssDNA enroladas que são mantidas juntas por ligações do tipo ponte de hidrogênio, o DNA de células procariótico é CIRCULAR. 
A replicação de dá apartir de um determinado ponto, chamado de origem. Em uma fita de DNA podem haver vários pontos de start para o processo de replicação e podem ser ativados ao mesmo tempo na fase S do ciclo celular e a partir do reconhecimento destas origens, dá se início a replicação do DNA de maneira bidirecional. 
Com o DNA pronto para a replicação, com suas origens ativas para o início da replicação, a maquinaria de replicação de conecta com uma das origens ativas, a enzima Helicase é responsável por quebrar as ligações de hidrogênio, atuando de maneira processiva, as proteínas ligadoras de fita simples SSB, possuem uma alta afinidade ao DNA e o recobrem ao redor do garfo de replicação para evitar que o DNA se enrole, as topoisomerases trabalham a frente do garfo de replicação afim de evitar a torção excessiva da fita de DNA, a primase é a enzima responsável por sintetizar os primers de RNA complementares a cadeia de DNA que será replicada, sendo os iniciadores da reação em cadeia. 
A DNA polimerase é uma enzima capaz de adicionar nucleotídeos na extremidade 3’ OH – de uma região pareada do DNA, fazendo com que a cadeia se estenda no sentido 5'-3'. O trabalho da DNA pol em conjunto com os primerssão os responsáveis pela síntese da nova fita de DNA e pela iniciação da síntese dos fragmentos de Okazaki, que são fragmentos de DNA que compõem a replicação da fita tardia de DNA. Os iniciadores da síntese, que são formados pela primase, devem ser removidos, após a remoção dos primers de RNA, todos os fragmentos de DNA da fita tardia devem ser unidos pela DNA ligase. A fita líder pode ser ampliada a partir de um único primer, enquanto a fita tardia precisa de um novo primer para cada um dos curtos fragmentos de Okazaki. 
A alta processividade na forquilha de replicação assegura a rápida duplicação dos cromossomos. Como foi discutido, as DNA –polimerases da forquilha de replicação sintetizam milhares a milhões de pares de base sem se liberarem do molde. Existe uma maneira de se aumentar a processividade das DNA pol que são a associação da DNA pol com proteínas que formam os grampos deslizantes de DNA. Essas proteínas são compostas por multiplas subunidades identicas que se unem em formato de “rosquinha” . O orificio no centro é suficientemente grande para circundar a dupla hélice do DNA, os grampos se ligam firmemente a dupla hélice e tambem as DNA pol ligadas as junções iniciador:molde. Esse complexo entre a polimerase e o grampo deslizante desloca-se de maneira eficiente ao longo do molde de DNA durante a síntese de DNA. 
Na ausência do grampo, a DNA pol se dissocia da dupla hélice, se afastando a cada 100pb. Na presença do grampo deslizante, a DNA pol ainda desprende do seu sítio ativo da extremidade 3’-OH do DNA frequentemente, mas a associação com o grampo impede que ela se difunda para longe do DNA. Ao manter a DNA pol próxima e fortemente ligada a dupla hélice é assegurado que a enzima DNA polimerase se religue rapidamente à mesma junção inciador:molde. 
A DNA-polimerase tem alta afinidade ao grampo. Em contrapartida, quando uma DNA polimerase chega ao fim do molde de ssDNA, a presença de dsDNA em seu sítio ativo 
Os primers de RNA necessários para o início da replicação do DNA precisam ser retirados e este evento pode ser considerado um mecanismo de reparo do DNA. A enzima Rnase H reconhece e remove a maior parte de cada iniciador de DNA. Essa enzima degrada especificamente o RNA que está realizando pareamento de bases com o DNA. A Rnase remove todo o iniciador menos o ribonucleotídeo diretamente ligado á extremidade do DNA. Isso ocorre porque a Rnase H só consegue clivar ligações entre dois ribonucleotídeos. O ribonucleotídeo final é removido por uma exonuclease 5’ que degrada RNA ou DNA a paritr de suas extremidades 5’. Essa remoção do primer de RNA deixa uma lacuna no DNA, que funciona como um substrado ideal para a DNA pol. A DNA pol preenche essa lacuna por meio do pareamento de cada nucleotídeo, deixando uma molécula de DNA completa, exceto por uma quebra no esqueleto fosfodiéster entre a extremidade 3’ –OH e o fosfato 5’ da fita separada. Essa quebra no DNA é reparada pela DNA ligase, que é um cofator de alta energia, para formar um ligação fosfodiéster entre uma extremidade 5’ fosfato e uma 3’ –OH adjacentes. A síntese de DNA estará completa somente após a substituição de todos os iniciadores de RNA e a ligação de todas as quebras. 
As partes finais da cadeia de DNA denominadas telômeros são sintetizadas pela enzima telomerase. A telomerase é uma DNA polimerase com atividade de transcriptase reversa. Apresenta um molde interno de RNA e a partir daí é capaz de sintetizar o DNA das extremidades cromossômicas, evitando a perda progressiva e encurtamento dos telômeros. 
Após a síntese das duas fitas (líder e tardia) e da retirada dos primers de RNA nos fragmentos de Okazaki, as fitas novas recém sintetizadas são reagrupadas com as fitas antigas e a DNA ligase é responsável por reestabelecer as ligações de hidrogênio que unem as duas fitas de DNA.