Estrutura dos genes e cromossomos

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Kaiany Geller - ATM 2027.2
Estrutura dos genes e cromossomos
Genética: Área que se ocupa do estudo da
hereditariedade e da variação a partir de sua base
física, o DNA.
Biologia molecular: Área que estuda a estrutura e
funcionamento das moléculas.
Genética na Medicina
→ Anteriormente estudava somente doenças raras. A
genética médica não aborda apenas o paciente, e sim
a família como um todo.
→ Atualmente, entretanto, representa o componente
central no estudo de diversas características fenotípicas
normais e patológicas, sejam pediátricas ou adultas.
→ É importante observar que muitas doenças são
causadas por um conjunto de genes que interagem
com o ambiente para determinar um fenótipo.
O projeto Genoma Humano e a Medicina
→ O conhecimento do genoma e o
seu funcionamento será, e em alguns
casos, já é fundamental na tomada
de decisão em alguns casos
médicos.
→ É a determinação da sequência
completa do genoma humano,
definido como a soma total de
informações genéticas da nossa
espécie.
Genes influenciam a susceptibilidade de muitas
doenças
Marcadores genéticos que possuem uma associação a
doenças como difteria e surdez de baixo tom.
Tratamento de doenças genéticas
Terapia gênica: uso de genes funcionais de vírus, em
que são inseridos nas células do paciente.
DNA inserido no genoma humano.
Nucleotídeos curtos.
Princípio transformante
Bactérias possuem essa habilidade.
DNA é o principal responsável.
DNA - ESTRUTURA
Três componentes básicos:
Açúcar pentose - desoxirribose
Grupo fosfato
Quatro bases nitrogenadas
Pirimidinas: citosina e timina. anéis simples de
carbono-nitrogênio.
Purinas: guanina e adenina. dois anéis de
carbono-nitrogênio.
Modelo dupla-hélice: ligações químicas.
Ligações fosfodiéster - ligam açúcar e fosfato.
Ligações de Hidrogênio - ligam bases entre si.
Os rótulos 3’ ou 5’ derivam da ordem na qual os cinco
átomos de carbono da desoxirribose são numerados.
As fitas são antiparalelas.
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Pareamento de bases de Watson -Crick: é
ligação entre uma pirimidina e uma purina (DNA
natural); MODELO DE DUPLA-HÉLICE
A cada volta da hélice, mede
aproximadamente 3,6 nm, com cerca de 10,5 pares de
bases (pb) por volta.
FORMAS DE DNA
B DNA
normal (0,36 nm entre as bases, 10,5 pares/volta);
diâmetro 20 Ǻ
A DNA
mais compacta (11 pares/volta e uma forte torção em
relação ao eixo da hélice (desidratado a 75% de etanol
ou em baixa [sal])
Z DNA
em zigue-zague (12 pares/volta) (metilação, > torção,
ligação com algumas proteínas).
HELICOIDIZAÇÃO DO DNA
Forma encontrada do DNA nos núcleos
celulares.
Primeiramente o DNA se dobra em torno de um centro
proteico de histonas para a formação do nucleossomo.
Esses formam um solenóide em hélice, que
organizam-se em alças de cromatina, prendendo-se e
um arcabouço de proteínas.
CROMATINA: complexo de proteínas histonas e
não-histonas, junto coma moléculas de DNA = serve
para assegurar o comportamento cromossômico
normal e expressão apropriada do gene.
Nucleossoma: é a unidade estrutural básica da
cromatina. É o complexo de DNA + histonas centrais.
CICLO CELULAR
O ciclo celular é governado por uma série de
pontos de controle que determinam o tempo
despendido em cada etapa na mitose. Além disso, os
pontos de controle monitoram e controlam a precisão
da síntese do DNA.
As fases G1, S e G2 constituem juntas a
intérfase.
REPLICAÇÃO DO DNA
A Replicação da dupla fita de DNA resulta em
duas moléculas filhas idênticas.
Cada uma das moléculas de DNA dupla fita
filha é composta, cada uma, de uma fita parental que
serviu de molde para a síntese de uma fita filha (recém
sintetizada) que é complementar a ela, evidenciando
assim a natureza do processo semiconservativo.
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Para a replicação ser bem sucedida deve
ocorrer o pareamento complementar de bases.
INÍCIO DA REPLICAÇÃO
Em procariontes
Local: cromossomos circulares; possui 1 único ponto de
origem de replicação;
Em eucariontes
Local: vários pontos de origem;
Modelos de Replicação do DNA
Comum na E. Coli e em outros organismos com DNA
circulante;
Um mecanismo de replicação usado por alguns vírus e
por plasmídeos (p ex o fator F), que são molécula de
DNA extra cromossômico do tipo circular e presente em
bactérias que podem fazer conjugação.
1. Ruptura de uma das fitas de nucleotídeo;
2. A síntese inicia na extremidade 3’ da fita
rompida, e a extremidade 5’ é deslocada; a
fita interna é usada como molde;
3. A clivagem libera uma fita única de DNA linear
e uma fita dupla de DNA circular;
4. As moléculas de DNA linear podem:
tornarem-se circulares ou servir como molde de
uma fita complementar;
5. Resultado: múltiplas moléculas de DNA
circulares.
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Em eucariotos, a replicação de cromossomos lineares
contém vários pontos de origem.
A fita de DNa é sempre sintetizada no sentido de 5’→ 3’.
Ocorre a síntese de duas fitas filhas: a fita filha contínua
ou líder e a fita filha descontínua ou retardada.
FATORES DA REPLICAÇÃO
- Local de origem;
- Matéria prima: nucleotídeos trifosfatados (dNTPs
- dATP, dTTP, dGTP e dCTP);
- Principais moléculas ativas:
DNA polimerases
○ DNA polimerase (III): síntese da fita filha de DNA, a
partir da fita molde. Reconhece o RNA iniciador, com
uma extremidade 3’ (OH livre). Possui como cofator o
Mg2+.
○ DNA polimerase de reparo (I e II): revisão da molécula
de DNA - preenche lacunas com a síntese de DNA, se a
fita molde estiver intacta. Reconhecimento de bases
mal pareadas e promove a excisão do nucleotídeo mal
pareado.
É uma molécula muito precisa, com cerca de um erro a
cada 107 pares de nucleotídeos.
Monitora o pareamento de bases, somente
depois que era verificar que está correto, ela adiciona
o nucleotídeo.
E ela possui a atividade de autocorreção -
correção do erro de adição de um nucleotídeo errado.
DNA ligases
Realiza a ligação fosfodiéster entre o grupo 3’ OH livre
de uma desoxirribose com o fosfato 5’ do nucleotídeo
adjacente.
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DNA helicase
Abre a dupla fita para a exposição das fitas moldes.
Primase
Enzima do primossomo - síntese do RNA iniciador
(oligonucleotídeo de RNA - primer).
Proteína estabilizadora
Estabiliza a fita simples - a fita descontínua durante a
replicação.
Nucleases
Degradam ácidos nucleicos - degradação dos primers.
Topoisomerases
Em eucariontes, são importantes no processo de
recombinação.
Em procariontes, relacionadas a replicação do DNA
cromossômico circular.
INÍCIO DA REPLICAÇÃO
Depende do reconhecimento da região de
origem por proteínas
específicas;
OriC: origem de
replicação no
cromossomo circular da E.
Coli.
DnaA: proteína de
iniciação.
DESENROLAMENTO
DNA helicase (rompe
as pontes de H entre as
bases); desenrola a fita.
Proteínas ligadoras de
DNA de fita única
protegem as cadeias
de nucleotídeos para não formar estruturas secundárias.
DNA girase é uma topoisomerase II. Ela reduz o
torque ao romper a fita dupla em um segmento da
hélice de DNA, removendo uma deformação no DNA e
reduz o superenrolamento.
ALONGAMENTO
Síntese dos primers: é um grupo 3’-OH, que
possibilita o INÍCIO de ação da DNA polimerase.
Depois do primer ser adicionado, as DNA
polimerases prolongam a fita nova de polinucleotídeos.
As DNA ligases catalisam a formação de uma
ligação fosfodiéster no local em que ocorre uma
ruptura na estrutura açúcar-fosfato, na substituição do
último nucleotídeo do primer.
EXTREMIDADE DOS CROMOSSOMOS LINEARES
As telomerases realizam a replicação terminal
dos cromossomos lineares - sequências de DNA
repetitivos, formando os Telômeros.
Na ausência da telomerase, as extremidades
cromossômicas tornam-se cada vez mais curtas,
consequentemente levando à morte celular.
A Telomerase é uma transcriptase reversa
ribonucleoproteína que usa seu próprio molde de RNA
para adicionar hexâmeros espécie-específicos (tais
como TTAGGG em humanos) nos telômeros.
Os cromossomos humanos apresentam cerca
de 2 500 repetições de 5’-TTAGGGTTA-3’.
As telomerases apresentam um RNA
complementar que serve como iniciador (3’ OH livre)
paraa DNA polimerase.
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Mutações nos genes que codificam a
telomerase causam raras doenças hereditárias, com
manifestações na medula óssea (anemia), pulmão e
pele.
DKC1 - gene mutado nas doenças de medula óssea.
Codifica uma proteína do complexo da telomerase.
Nos casos de células cancerígenas, a atividade
das telomerases podem aumentar 80-90%.
ORGANIZAÇÃO DO DNA NO NÚCLEO
Nos cromossomos nucleares estão organizados
como
Cromatina = DNA + proteínas associadas
No núcleo das células humanas, a cromatina está
organizada em 23 pares de cromossomas.
Heterocromatina ⇨ condensada, genes inativos maior
nível de compactação impedindo a transcrição dos
genes
Eucromatina ⇨ descondensada, genes ativos.
Obs. No núcleo também existem uma série de
componentes que não são parte da cromatina
Nucleossomos são unidades básicas da estrutura dos
cromossomos eucarióticos responsáveis pela
organização e empacotamento do cromossomo
utilizando as proteínas básicas denominadas de
histonas.
Os cromossomos apresentam regiões de
heterocromatina e eucromatina no núcleo da célula e
em seus respectivos territórios.
Essa organização é fundamental para a regulação da
expressão dos diferentes genes nas células.
Na fase de G1, ocorre o check da fita de DNA,
para então ser passado para a fase S.
Durante a fase S, ocorre a edição da fita de
DNA. Pode ocorrer o aumento do núcleo.
Empacotamento do genoma:
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A - Dentro do núcleo interfásico, cada cromossomo
ocupa um território particular, representado por
diferentes cores.
B - A cromatina é organizada em domínios
subcromossômicos grandes dentro de cada território,
com alças que trazem determinadas sequências e
genes em proximidade uns com os outros, com
interações intra e intercromossômicas detectáveis.
C - As alças trazem elementos reguladores de longo
alcance (p. ex., acentuadores ou regiões de
controle de locus ) em associação com promotores,
que levam à transcrição ativa e à
expressão gênica.
D - O posicionamento de nucleossomos ao longo da
fibra de cromatina promove o acesso a sequências de
DNA específicas para a ligação dos fatores de
transcrição e outras proteínas reguladoras.
MOLÉCULAS CIRCULANTES
Supertorção: Quando a fita de DNA gira sobre
si mesma.
Círculo relaxado: Quando a fita de DNA é
cortada (destorcida).
Topoisomerase I (enzima que catalisa a distorção do
DNA).
GENOMA HUMANO
Definições:
• Genoma: Conjunto completo de genes de um
organismo
• Transcriptoma: Conjunto completo de genes
expressos sob certas condições.
Número de transcrições.
• Proteoma: Conjunto completo de proteínas
Relacionado com a transcriptoma.
Muito mais numeroso e complexo.
Quantidade de genes em relação aos cromossomos da
espécie humana
Os cromossomos autossômicos são ordenados pelo seu
tamanho do maior para o menor.
Grande número de áreas codificadoras: genes maiores.
● Como saber o número de genes presentes no
genoma?
Número de ORF’s: define o potencial do genoma;
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Análise do transcriptoma: genes expressos em
determinadas células e tecidos.
- Temos o genoma nuclear e o genoma mitocondrial
Genes: estrutura e função
GENES: é uma sequência de DNA cromossômico que é
requerida para a produção de um produto funcional.
Os genes estão localizados por todo o genoma,
mas tendem a se agrupar em algumas regiões e em
alguns cromossomos e ser relativamente esparsos em
outras regiões ou em outros cromossomos.
Muitos genes são capazes de gerar múltiplas
proteínas diferentes;
O mecanismo de geração de proteínas alterna
os segmentos do genoma, amplificando o conteúdo de
informações.
Em eucariontes:
Genes são sequências de DNA que funcionam como
unidades transcricionais.
Estão localizados no DNA cromossômico nuclear e em
organelas específicas como as mitocôndrias e
cloroplastos.
OUTROS
Genes procariotos
São sequências de DNA
A) Cromossomo bacteriano: estão localizados no
cromossomo circulares e moléculas acessórias -
plasmídeos.
Plasmídeos: pequenas moléculas acessórias
não obrigatórias e que contém genes não
obrigatórios para a vida do organismo.
Genes Virais
Podem ser tanto sequências de DNA como RNA,
dependendo do material genético que o vírus porta,
localizados no interior do capsídeo viral.
Genes eucariotos
São sequências de DNA localizados no:
A) Genoma nuclear
B) Genoma extranuclear:
Mitocôndrias;
Cloroplastos (somente em plantas);
ESTRUTURA DO GENE EUCARIOTO
A maioria dos genes é interrompida por uma ou mais
regiões não-codificadoras: os íntrons .
A sequência está presente no RNA no núcleo,
mas no RNAm não estão mais presentes.
A sequência codificadora possui as informações para
determinar os aminoácidos da proteína: os éxons.
UNIDADE TRANSCRICIONAL: função necessária e
característica de um gene.
Pré-gene: quando não possui a unidade
transcricional. Genes que não funcionam para
determinada espécie.
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RNA polimerase: molécula responsável pela transcrição.
Ela reconhece marcadores para iniciar o
procedimento.
Agem de 5’ para a 3’. Quando transcrever a
fita 5’-3’, a fita complementar será a 3’-5’.
Reconhecimento da sequência promotora -
início do procedimento.
Abertura da dupla fita, a partir da área promotora.
Escolhe o nucleotídeo a ser transcrito: +1;
No gene, cada nucleotídeo possui uma
numeração.
DNA
Sequência Regulatória: sítio para ligação de proteínas,
que influenciam a taxa de transcrição;
Promotor: sinaliza o INÍCIO da transcrição. Sítio para a
ligação da RNA-polimerase.
Terminador: sinaliza o
FINAL da transcrição.
Fita codante (senso) -
contém o código
genético.
+1 é o número do primeiro nucleotídeo
transcrito. Os números dos nucleotídeos sempre são os
da fita codante do gene em questão.
Fita anti-codante (anti-senso) - complementar em
sentido oposto.
A tradução ocorre no ribossomo.
A subunidade ribossomal menor reconhece o RNAm -
sítio de ligação ao ribossomo.
Sequência comum.
Anticódon liga-se ao códon.
Princípio de complementaridade: paralelo.
AUG - códon de início - metionina.
As proteínas não se iniciam pela AUG.
O pró-peptídeo é o resultado final da tradução, o qual
deve ser quebrado.
Uma unidade transcricional pode conter 1 ou mais
genes
A estrutura de um sistema operon de procarioto pode
gerar um RNAm policistrônico (2 ou mais cadeias
peptídicas serão formadas de 1 RNAm) enquanto que
um gene de eucarioto gera tipicamente um RNAm
monocistrônico (somente 1 cadeia peptídica é
formada), embora possam haver exceções.
Genes com regiões espaçadoras
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Genes sobrepostos
Genes podem estar sobrepostos ao longo do
cromossomo, sendo que para isso cada um terá os seus
sinais de regulação, início e término usualmente
separados.
Nº do resíduo de aminoácido correspondente ao
pré-propeptídeo da ATPase 6 - 17 e 226.
O nº 1 do peptídeo sempre representa a extremidade
N~terminal ou amino-terminal,
enquanto o último representa o C~terminal ou carboxi
terminal.
Genes dentro de genes podendo, por exemplo, podem
ocupar sequências do tipo íntrons
O gene NF1 é causador da condição neurofibromatose
quando está mutado.
Este gene tem dentro dele outros 3 genes transcritos em
sentido contrário e ocupando a região do íntron 26.
Os produtos gênicos resultantes da
transcrição podem ser de 2 tipos:
1) RNA codificadores ( que são
traduzidos em cadeias polipeptídicas
ou
2) RNAs não codificadores para
cadeia polipeptídica (não são
traduzidos), permanecendo como moléculas de RNA
para exercerem suas funções.
Um total estimado de 30.000 genes em humanos: 21.000
genes = RNA codificadores (RNAm); 9.000 genes = RNA
não codificadores.
RNAs codificadores e RNAs não codificadores
trabalham juntos na expressão dos genes.
Visão Geral da expressão gênica
Figura A
↪ São enfatizadas a origem de transcrição de diferentes
genes: miRNA , snRNA , tRNA , rRNA e mRNA;
↪ A função de recomposição (processamento) do
RNAm (splicing) realizada pelo snRNA (spliceossomo)
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Figura B
↪ Os papéis de tRNA , rRNA , mRNA e
ribossomos na tradução↪ A regulação da expressão gênica pelo
miRNA .
A enzima Dicer é uma nuclease que processa o
Pré-miRNA em miRNA para formar RISC
(RNA-Induced silencing complex) que é o
complexo de silenciamento induzido por RNA.
A proteína dicer transforma a fita dupla
em fita simples.
A organização e a estrutura dos genes de procarionte e
eucarionte podem ser reconhecidos pelo seu sistema
de expressão de RNAm;
Estrutura típica de um procarioto
RBS = sítio ligador de ribossomo;
ATG = códon de iniciação da síntese protéica ;
Cds ou ORF = quadro aberto de leitura; (ORF = open
reading frame) ou sequência codificadora (Cds =
coding sequence ). Inicia no códon de início da
tradução e vai até o códon de término da tradução.
Stop = qualquer um dos três códons de finalização da
síntese proteica;
Terminador = região terminadora da transcrição
5' UTR (região 5’ transcrita, mas não traduzida; UTR =
untranslated region).
3' UTR (região 3’ transcrita, mas não traduzida; UTR =
untranslated region).
Região promotora: sequência reconhecida pela RNA
polimerase para dar início a transcrição
Região codificadora: área transcrita que será traduzida
como cadeia polipeptídica
Região terminadora: sequência que marca o término
da transcrição
Em algumas situações, os genes de procariotos podem
apresentar um promotor único que controla a
formação de um único RNA transcrito (RNAm) que
contém 2 ou mais genes representados pelas
sequências codificadoras. Essa situação é chamada de
Operon
Estrutura e organização dos genes de eucariotos
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Processamento
do RNA transcrito primário em RNAm ocorre em 3
etapas
1) Remoção dos Introns - splincing.
Remoção dos íntrons e junção dos éxons, utilizando as
sequências do RNA doadora GU e a aceptora AG que
marcam, respectivamente o início e fim de um intron.
2) Adição da estrutura CAP no terminal 5’ do RNA
transcrito. A 7-metilguanosina por uma ligação não
usual 5’-ppp-5’.
3) poliadenilação na extremidade 3’ do RNA
transcrito.
Adição da cauda poli(A), pela adenilato polimerase.
O FLUXO DA
INFORMAÇÃO GENÉTICA
Replicação: herança das
informações;
Transcrição e tradução:
conversão das
informações em
proteínas.
TRANSCRIÇÃO
A síntese de RNA
começa numa "bolha de transcrição”:
Depende da enzima RNA polimerase -
molécula multifuncional:
- Reconhece o início de gene - a sequência do
DNA;
- Desnatura o DNA expondo a sequência a ser
copiada (fita molde 3’ - 5’)
- Faz a transcrição sempre no sentido 5’ 3’ a
partir da fita molde 3’ 5’;
- Não necessita de primer (oligoiniciador) para
que a enzima trabalhe;
- Mantém as fitas de DNA separadas na região
da síntese;
- Mantém o híbrido DNA:RNA estável;
- Renatura o DNA na região imediatamente
posterior à síntese;
- Termina a síntese do RNA;
3 FASES:
Iniciação (reconhecimento do promotor);
Extremamente complexa em eucariotos.
Fatores de transcrição;
Elongação ou Alongamento (adição dos
ribonucleotídeos ao transcrito a partir do molde sempre
no sentido 5’ 3’);
Terminação (acoplada ao processamento).
Estrutura Básica:
Promotor; sítio de iniciação (+1); região a ser
transcrita; terminador.
Áreas promotoras: áreas de consenso da dupla
fita.
Os sinais negativos são típicos de eucariotos.
Marcação comum a todos - genes codificadores de
cadeias peptídicas.
INÍCIO DA TRANSCRIÇÃO
Possui influência de:
- Promotores;
- Elementos reguladores;
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- Fatores de transcrição.
Início da Transcrição: A RNA polimerase pode ser
regulada por outros fatores que modulam
positivamente ou negativamente a sua atividade.
Pode-se ligar a um elemento ativador de transcrição -
𝛼CTD reconhece o elemento UP.
Fatores de transcrição: auxiliam na afinidade e
reconhecimento. Proteínas sigma.
O reconhecimento do promotor
depende de sequências consensuais
Em eucariontes:
O promotor pode apresentar mais sinais;
TATA box: uma sequência promotora, rica em adeninas
e timinas; está 25 a 30 pares de bases antes do local de
iniciação (-25 a -30).
CAT box: segunda região conservada - CCAAT - na
posição -75 (antecedente ao início da transcrição);
Alguns genes podem ser controlado por um complexo
sistema de fatores de transcrição e regiões ativadoras
(enhancers) da expressão gênica;
Outros genes têm apenas regiões ricas em G e C,
chamadas ilhas GC e que são responsáveis por inativar
determinados genes.
Resultado: RNA primário transcrito.
Estrutura de um gene humano
Genes clinicamente importantes:
Gene da β-globina: possui 2 íntrons e éxons. Diferentes
mutações , causam uma variedade de distúrbios
importantes de hemoglobina.
Gene BRCA1 e BRCA2: gene reparador. Reparo de
DNA.
Usualmente são enzimas. Codificam proteínas
nucleares que se expressam ubiquamente e,
acredita-se, mantêm a integridade genômica por meio
da regulação do reparo do DNA, da transativação
transcricional, e do ciclo celular.
A mutação nesses genes predispõem
predominantemente a neoplasias da mama e do
ovário.
Mutações heterozigóticas: possui risco de
predisposição.
Gene MYH7: Mutações levam a miocardiopatia
hipertrófica hereditária.
SINAIS DE UM GENE
Para a remoção dos íntrons: sinais internos, não
relacionados com um códon específico.
Os dinucleotídeos GT e AG são importantes para o
splicing de RNA nas junções íntron-éxon.
A perda de sequências internas do íntron ou
mutações (adição, inversões e perda) pode ou não ter
consequências - altera a sinalização para a remoção
de íntrons.
Mutações podem ser determinadas no códon,
nas sequências ou no produto.
SEQUÊNCIAS REGULATÓRIAS
Podem ser de dois tipos:
Tipo silenciadores (silencer) ou reforçadores (enhancer).
Estas sequências podem participar da expressão de um
ou mais genes em eucariontes. Elas requerem sinais de
outras moléculas para essa regulação, tais como os
fatores de transcrição.
ALÇA DE DNA
Os fatores de transcrição ligados a ativadores
distantes são capazes de interagir com fatores de
transcrição mais gerais que estão ligados ao promotor,
porque o segmento de DNA entre os dois sítios pode
formar uma alça (LOOP).
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RNA POLIMERASE
RNA 2 - é inibido por α-Amanitina, um octapeptídeo
cíclico altamente tóxico encontrado no gênero de
cogumelos conhecido como Amanita, e pela
Bactericida e antitumoral Actinomycin D
(dactinomycin), um cromo peptídeo natural produzido
por Streptomyces parvulus.
Intoxicação pelo cogumelo: via alimentar, as
primeiras células que entram em contato são as
mucosas.
Processamento (3 etapas)
O RNA transcrito primário (pré mRNA) é formado e é
transformado em RNA heterogêneo nuclear (hnRNA)
pela adição do CAP 5’ e da poliadenilação 3’.
1. Capeamento da extremidade 5’
Ligação 5’~ppp~5’ da 7-metilguanosina e clivagem da
extremidade 3’ em um ponto específico posterior a
partir do fim da informação codificada.
É a adição da estrutura CAP (quepe) ao terminal 5’ do
RNA transcrito primário;
2. Poliadenilação 3’
Ocorre após a clivagem. Adição da cauda Poli A (150 a
250 adeninas) na extremidade 3’. A cauda poliA
parece aumentar a estabilidade do RNA poliadenilado
resultante.
↠ Realizada pela Adenilato Polimerase
↠ É uma adição de 150 a 250 adeninas na extremidade
3’
↠ Estabilizam o RNAm evitando a sua degradação pela
extremidade 3’ por exonucleases
↠ Caudas curtas levam a uma rápida degradação do
RNAm e como consequência menos tempo para ser
traduzido diminuindo a quantidade de produto
proteico final.
3. Splicing
Remoção dos íntrons por um spliceossomo.
snRNA: são ribonucleoproteínas (complexos de
RNA e proteínas) responsáveis pelo splicing.
O splicing alternativo permite que um gene possa gerar
mais de um tipo de produto.
TRADUÇÃO
Local: RIBOSSOMOS - local de síntese de proteínas.
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No citoplasma, o mRNA é traduzido em uma proteína
pela ação de uma variedade de moléculas de RNA
transportadores;
- Responsável por carregar o aminoácido e ler o
código genético correspondente no mRNA;
Como existem somente 20 aminoácidos e 64 códons
possíveis, a maioria dos aminoácidos é específica para
mais de um códon; consequentemente se dizque o
código é redundante.
Início da tradução: códon - metionina;
O anticódon se complementa ao códon.
A ligação entre o códon e o anticódon leva o
aminoácido apropriado à próxima posição no
ribossomo para a fixação, pela formação de uma
ligação peptídica, na terminação carboxila da cadeia
de polipeptídeos crescente.
A leitura do código genético do mRNA deve ser feita na
fase correta
Uma molécula de mRNA pode ser traduzida em três
fases de leitura, porém apenas uma das fases de leitura
codifica a mensagem real.
Reconhecimento do RNAm pela subunidade ribossomal
menor
Sítio de ligação ribossomal - sequência de
Shine-Dalgarno que liga-se a região de pareamento de
bases do rRNA 16S com o ribossomo 30S.
CÓDIGO GENÉTICO
Cada conjunto de três bases constitui um códon,
específico para um determinado aminoácido.
Esses 64 códons constituem o código genético.
A leitura de código genético
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A Tradução tem três etapas:
Início, Alongamento e Término.
INÍCIO DA TRADUÇÃO
Ligação do RNAm a subunidade ribossomal menor por
complementariedade e com auxílio dos fatores de
iniciação;
Ligação do RNAt ativado ao códon de iniciação;
Ligação da subunidade maior ao complexo de
iniciação posicionando o RNAt no sítio peptidil;
A subunidade Ribossomal maior tem 3 sítios:
Sítio E (Alongamento)
Sítio P (Peptidil)
Sítio A (Aminoacil)
ALONGAMENTO ("meio"): nesta etapa, os aminoácidos
são trazidos ao ribossomo pelos RNAt e são ligados
entre si para formar uma cadeia.
TERMINAÇÃO ("fim"): na última etapa, o polipeptídeo
final é liberado para que possa cumprir sua função na
célula.
O deslocamento do ribossomo no sentido 5’-3’ ao longo
do RNAm permite que outro ribossomo se complete e
dê início a tradução de outra cadeia polipeptídica.
Um RNA pode ser utilizado várias vezes.
Chaperonas: proteínas que se ligam à cadeia nascente,
e protege os aminoácidos ao dobramento secundário -
ENOVELAMENTO.
Necessárias devido à alta concentração de superfícies
de interação transientes encontradas dentro da célula
que geram o risco de formar estruturas não funcionais,
pois podem ficar incorretamente enoveladas.
LIGAÇÃO PEPTÍDICA
A tradução do RNAm gera produtos polipeptídicos que
podem ter diferentes destinos
nas células dependendo do
reconhecimento de sinais na
parte que compreende
usualmente os 20 primeiros
aminoácidos da cadeia
peptídica nascente.
MODIFICAÇÕES
PÓS-TRADUCIONAIS
Para a proteína ser funcional,
deve ocorrer o
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enovelamento para a formação da conformação
tridimensional correta. Ocorre a formação de ligações
não-covalentes.
DEGRADAÇÃO DA PROTEÍNA - taxa de turnover
Realizada pelos proteossomos - reconhece a
enzima ubiquitina, que se liga à proteína.
Os proteossomos são complexas estruturas que digerem
proteínas.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIONTES
Organismos procariontes, tais como as
bactérias, possuem a características de sofrer com
pequenas variações do meio ambiente;
Esses organismos necessitam de um maior
poder de regulação de seu metabolismo, em prol de
uma melhor adaptação às variações do meio;
Muito dessa regulação é feita a nível da
transcrição de genes por proteínas;
Em procariotos, genes de uma mesma rota
metabólica podem ter um único promotor para
controlá-los. Neste caso, estes genes constituem um
sistema conhecido como OPERON;
Existem genes que sempre são expressos, sendo
conhecidos com genes de expressão constitutiva ou
genes housekeeping; estão sempre funcionando;
Ex.: genes que são expressos para o
crescimento da bactéria depende da quantidade de
nutrientes disponível.
Outros genes podem ter sua expressão
variando em resposta a sinais moleculares.
Estes Genes de Expressão Regulada
apresentam 2 tipos de controle principais:
Modelo de Indução.
Modelo de Repressão.
Um gene sempre produz um transcrito.
Sistema operon de procariotos: um único promotor
regulando dois ou mais genes.
Possuem poucos cromossomos.
OPERON LAC
É um exemplo de regulação de expressão gênica;
LACTOSE COMO INDUTOR
Enzimas:
Beta-galactosidase
É uma enzima induzível ou seja, sua expressão
varia com as necessidades celulares;
Caso a bactéria esteja crescendo em meio rico em
lactose, sua expressão será alta;
Caso a fonte de carbono seja outro
carboidrato, sua expressão será reduzida.
Permease
Transacetilase
Ocorre apenas em mamíferos, pois só estes
possuem lactose.
O gene é ativado quando possui lactose no meio,
sendo o indutor da expressão desses genes.
Gene Repressor: reprime a sequência operadora e não
permite a transcrição do DNA em RNAm. É controlado
pelo indutor, a lactose.
Sequência promotora
Gene Regulador
Gene Promotor
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GLICOSE COMO INDUTOR
AMPc é um regulador da proteína ativadora;
Com a diminuição da glicose, ocorre aumento
da AMPc, acentuando a transcrição.
Importância médica: fins terapêuticos.
Ex.: genes de sensibilidade aos antimicrobianos.
Pelo perfil genético da bactéria.
Ação e Expressão Gênica em Eucariontes
A expressão gênica pode variar:
Resposta ao ambiente (exemplos)
• Resposta à hipóxia na altitude (adaptação no nível
de Hb).
•Resposta à fome mediada por glicocorticóides (síntese
de proteínas diminuída, aumento da proteólise,
gliconeogênese, glicogenólise e lipólise p.ex.)
Estímulos no desenvolvimento (exemplos)
• Apoptose (morte celular programada); p. ex: das
células das membranas interdigitais;
• Fechamento do tubo neural;
• Migração dos melanócitos;
A Regulação da Expressão gênica ocorre em diferentes
níveis:
DNA:
- Área promotora (p. ex., ilhas CpG ) do gene e
sequências a distância enhancer e silencers
(controlados por fatores de transcrição).
Cromatina (mecanismos epigenéticos):
- Por alterações da cromatina que envolvem
marcações no DNA metilação bem como
modificações em histonas e nucleossomas.
No nível de transcrição:
- Controle pelos RNAs não codificadores, tais
como os RNAi (RNA de interferência) e RNAsn (RNA
pequenos nucleares) envolvidos no controle de splicing.
Em nível de Proteína:
- Endereçamento do peptídeo, processamento
do pré propeptídeo, modificações pós-traducionais por
grupos químicos e controle da taxa de degradação.
CROMATINA E EPIGENÉTICA
Alterações na cromatina podem implicar em alteração
no padrão de expressão de um gene e serem passadas
para as células filhas, inclusive gametas sem haver
alteração na sequência de DNA;
Principais mecanismos epigenéticos
1. Metilação do DNA
Usualmente inativa os genes;
Metilação da citosina na posição 5 do anel de
pirimidina, originando a 5-mC.
Tipicamente ocorrem nos dinucleotídeos CpG que
formam ilhas CpG )n que quando metilados sinalizam
para inativação dos genes;
Uma vez estabelecido o sinal passa para a próxima
geração celular.
A desmetilação provavelmente está associada à
formação da hidroxi metil citosina (5 hmC).
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É fundamental a desmetilação para reprogramar os
genes que serão utilizados no processo de
desenvolvimento.
Estados alterados de metilação são
frequentemente observados no câncer, com
hipometilação de segmentos genômicos grandes ou
com hipermetilação regional.
2. Modificações de Histonas
Modificações químicas das principais histonas: H2A, H2B,
H3 e H4.
Isso influencia a expressão gênica pois afetam a
compactação do DNA (da cromatina) na sua estrutura
ou a sua acessibilidade permitindo ou impedindo o
acesso de fatores envolvidos na transcrição do gene as
áreas de DNA envolvidas;
Podem sinalizar complexos de proteínas que
ativam ou silenciam a expressão gênica.
Essas modificações incluem a metilação, a fosforilação,
a acetilação das histonas e outros, ocorrendo em
resíduos de aminoácidos específicos;
3. Variantes de Histonas
As variantes de histona são codificadas por genes
espalhados no genoma com sequências
de aminoácidos muito diferentes das histonas
canônicas.
Diferentes variantes de histonas estão associadas a
diferentes funções;
Substituem o membro relacionado das histonas
principais encontradas nos
nucleossomos típicos para gerar estruturas de
cromatina especializadas.4. Arquitetura da cromatina
A arquitetura da cromatina está fortemente
relacionada a uma imagem tridimensional do núcleo
que permite regular a expressão de conjuntos de genes
através de fatores de transcrição.
Em um nível mais aprimorado, avanços técnicos para
mapear e sequenciar pontos de contato ao longo do
genoma no contexto do espaço tridimensional
apontaram para alças ordenadas de cromatina que
posicionam e orientam os genes com precisão,
expondo ou bloqueando regiões reguladoras críticas
para acesso da RNA pol II, de fatores de transcrição e
de outros reguladores.
Combinações de diferentes polipeptídeos codificados
por genes diferentes:
Ex.: Hb embrionária - Hb fetal - Hb adulta;