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Núcleo Celular NAILDO AGUIAR CORDEIRO Núcleo Celular Abriga os genes Programa a atividades celular Núcleo Celular Descoberto pelo escocês Robert Brown, em 1833. Núcleo vem do grego nux, que significa semente. Esta estrutura abriga os genes, o material genético que codifica a síntese de proteínas e “programa” a atividade celular. É o CENTRO DE REGULAÇÃO E DE CONTROLE das atividades e funções celulares. Armazena a informação genética. NÚCLEO CROMOSSOMOS GENES DNA Núcleo Interfásico Ocorre quando a célula não está em divisão. Componentes : 1. Membrana nuclear 2. Cromatina 3. Nucléolo 4. Cariolinfa Núcleo Celular Uma célula em intérfase, isto é, que não está se dividindo, apresenta os seguintes componentes: Carioteca - envoltório nuclear, formada por duas membranas com poros, onde há intercâmbio de substâncias entre o núcleo e o citoplasma. Nucleoplasma, Cariolinfa ou Suco Nuclear- é uma massa incolor constituída principalmente de água, proteínas, RNAs, nucleotídeos e íons. Nucléolo - Trata-se de um corpúsculo esponjoso e desprovido de membranas, que se encontra em contato direto com o suco nuclear, rico em RNA ribossômico. Complexo formado por proteínas e RNA saindo através dos poros do envelope nuclear POROS Organizados por mais de 100 proteínas diferentes Mecanismo de transporte de moléculas de RNA e proteínas 2. NÚCLEO CELULAR INTERFÁSICO: ENVOLTÓRIO NUCLEAR – COMPLEXOS DE POROS Fusão das membranas leva ao aparecimento de POROS Os POROS são estruturas muito complexas formadas por diversas proteínas – REGULAM O TRÂNSITO DE MACROMOLÉCULAS ENTRE O NÚLCEO E O CITOPLASMA. Sua quantidade por área de membrana também é um indicativo da atividade metabólica do núcleo celular. NÚCLEO CELULAR (INTERFÁSICO), CROMATINA E AMPLIFICAÇÃO GÊNICA MICROGRAFIA ELETRÔNICA DE TRANSMISSÃO DE COMPLEXOS DE PORO 4. Cariolinfa ou Nucleoplasma Coloide = gel de água + proteínas; Preenche o núcleo. 1. Membrana Nuclear ou Carioteca Membrana dupla e lipoproteica; Contém poros ou anullis : fluxo de substâncias 3.Nucléolo ou Plasmossomo Corpúsculo sem membrana; Formado por RNA; Origina os ribossomos. Características gerais do núcleo Celular Quanto a forma: Arredondado- nas células isodiamétricas; alongado: em células cilíndricas ou fusiformes; Achatado: nas células pavimentosas. Núcleo dos Seres Procariontes Célula Bacteriana Células Anucleadas • Ex. Hemáceas adultas dos mamíferos Células Mononucleadas • Ex. A maioria das células. Neurônio Células Binucleadas • Ex. Paramecium ( protozoário ciliado) Células Polinucleadas • Ex. Fibra muscular estriada esquelética MEROTOMIA DA AMEBA Ameba seccionada: parte anucleada não sobrevive 2.Cromatina Material genético desespiralizado; Contém DNA+proteínas(histonas). DNA NUCLEOSSOMOS CROMONEMA CROMATINA CROMOSSOMO · Cromatina - representa o material genético, com proteínas e moléculas de DNA. Têm aspecto emaranhado de filamentos longos e finos, denominados cromonemas. Esses apresentam regiões condensadas chamadas de heterocromatinas, e regiões distendidas chamadas eucromatinas. Durante a divisão celular, os cromonemas espiralizam-se, tornando-se mais curtos e mais grossos e passam a ser chamados de cromossomos. Cromatina X Cromossomo O material genético descondensado – cromatina - é ativo, pois pode ser transcrito mais facilmente nesse estado. Ao se tornar condensado – cromossomo – a transcrição é dificultada, mas por outro lado a divisão celular ocorre com maior precisão. Têm aspecto emaranhado de filamentos longos e finos, denominados cromonemas, os quais apresentam duas regiões: Tipos de Cromatina • Eucromatina, que consiste em DNA activo, ou seja, que se pode expressar como proteinas • Heterocromatina, que consiste em DNA inactivo e que parece ter funções estruturais durante o ciclo celular. Heterocromatina constitutiva, que nunca se expressa como proteínas e que se encontra localizada à volta do centrômero (contém geralmente sequências repetitivas); constitui de 10 a 15% do total do DNA nuclear mostra- se presente em todas as células do indivíduo Heterocromatina facultativa, se mostra condensada em diferentes regiões do genoma em cada tipo celular do indivíduo ou mesmo em diferentes momentos Nucleossomo é o nome dado, nos seres eucariontes, à unidade fundamental da cromatina. Octomero de histonas (8 proteinas) + filamento de cromonema Os nucleossomos conferem ‘a cromatina aparência de “contas de rosário” – forma descondensada Nucleossomos conectam-se por um fio de DNA formando um "colar de contas" (beads on a string), também conhecido como solenóide. Níveis de compactação da cromatina: Máxima condensação, a cromátide cromossômica Cromossom o metafásico Interfase: "loops" do esqueleto protéico, condensada Os "loops" de solenóides, ligados a um esqueleto central protéico Fibras de nucleossomos compactados Empacotamento do DNA como “contas num cordão” forma da cromatina Região curta da dupla hélice de DNA nucleossomos octâmero de histonas Selenoides Cromonema Cromatina Cromossomo Níveis de empacotamento e condensação do DNA DNA OCTÔMEROS DE HISTONAS +DNA = NUCLEOSSOMOS SELENÓIDE CROMONEMA CROMATINA CONDENSAÇÃO DA CROMATINA CROMOSSOMOS Sabe-se, hoje, que os tais bastões, batizados de cromossomos, correspondem à cromatina extremamente condensada. Se pudéssemos alinhar todo DNA contido em um espermatozóide humano, o comprimento chegaria bem próximo a 1 metro. Guardados os devidos limites, pode-se imaginar que essa compactação equivale a concentrar 100 metros de linha em um carretel de 3 cm. O Cromossomo é formado por cromátides ligadas pelo centrômero. Quando a célula está prestes a se dividir, as cromátides se duplicam formando cromátides irmãs (que até que ocorra a separação final, ficam unidas pelo centromêro) O cromossomo metafásico típico é formado por duas cromátides irmãs, uma delas oriunda do processo de duplicação da cromatina. As cromátides se encontram presas por um região delgada, chamada constrição primária ou centrômero. Alguns cromossomos pode ser visualizada ainda uma constrição secundária, outra região de condensação diferenciada no cromossomo. O segmento seccionado pela constrição secundária e anterior ao telômero (extremidade dos braços cromossômicos) é conhecido como satélite. Cromossomos • Metacêntrico: Apresenta um centrômero mais ou menos central e braços de comprimentos aproximadamente iguais. • Submetacêntrico: O centrômero é excêntrico e apresenta braços de comprimento nitidamente diferentes. • Acrocêntrico: Apresenta centrômero próximo a uma extremidade.Os cromossomos acrocêntricos humanos (13, 14, 15, 21, 22) têm pequenas massas de cromatina conhecidas como satélites fixadas aos seus braços curtos por pedículos estreitos ou constrições secundárias. • Telocêntrico: Apresenta o centrômero na extremidade, de modo que ocorre uma única cromátide. Não ocorre na espécie humana Tipos de Cromossomos A- metacêntrico B- submetacêntrico C- acrocêntrico D- telocêntrico Cariótipo • É o nome dado ao conjunto de cromossomos contantes em uma célula. O exame chamado cariótipo visa analisar a quantidade e a estrutura dos cromossomos em uma célula. Na espécie humana, é composto de 46 cromossomos, em 23 pares (22 pares de autossomos e o par sexual), permitindo a análise das anomalias numéricas ou estruturais dos cromossomos. Relação entre Cromossomos e Genes • Cromossomos são filamentosde cromatina e ao longo de todo o cromossomo existem os genes. • Gene corresponde a seqüência de DNA cromossômico. Ao longo de todo o cromossomo, existem genes – cada gene é responsável por determinada característica do indivíduo. • Local ocupado pelo genes no cromossomo é denominado Lócus gênico. Genoma • É toda a informação hereditária de um organismo que está codificada em seu DNA (ou, em alguns vírus, no RNA) • Mais precisamente, o genoma de um organismo é uma sequência de DNA completa de um conjunto de cromossomos; • Conjunto haplóide de informações referentes a uma célula. Células diplóides possuem dois genomas. • No homem: 2n=46 cromossomos – células diplóides ou somáticas n=23 cromossomos – células haplóides ou gametas Número de cromossomos em espécies diferentes • Drosophila melanogaster (mosca): 2n= 8 • Coelho: 2n= 44 • Macaco: 2n = 48 • Trigo: 2n = 42 Células haplóides Células que possuem apenas um cromossomo de cada tipo; Sendo representadas por ‘ n’; Ex; espermatozóides, óvulo. Gametas humanos são representados por 23 tipos diferentes de cromossomos. ( 23n). Células Haploides ou n: • Apresentam um cromossomo de cada par. • Na espécie humana têm 23 cromossomos. • Ex.: Gametas - espermatozoide - óvulo Células Diplóides Células portadoras de cromossomo de dois tipos são chamadas células diplóides. Sendo representadas por ‘2n’. Ex: Demais células humanas. Possuem 46 cromossomos e são representados por 2n= 46. Células Diplóides Cada par é constituído por dois cromossomos chamados de homólogos; Homólogos por possuírem a mesma forma, o mesmo tamanho, centrômero com o mesmo tipo de localização e o mesmo número de genes; No par de homólogos um dos cromossomos é de origem materna e o outro de origem paterna. Células Diploides ou 2n • Apresentam pares de cromossomos homólogos. • Na espécie humana têm 46 cromossomos • Ex.: Células somáticas ou corporais neurônio leucócito Cariótipo Humano • Homens: 46, XY ou 44 A + XY • Mulheres: 46,XX ou 44A + XX • A= cromossomo autossomo • O pai determina o sexo dos filhos! Ácidos Nucléicos São componentes orgânicos com a função de armazenamento e expressão da informação genética. Os ácidos nucléicos são as maiores moléculas orgânicas do organismo. Os organismos apresentam dois tipos de ácidos nucléicos: o DNA, ácido desoxirribonucléico, e o RNA, ácido ribonucléico. •No interior dos núcleos celulares de todas as células eucariontes existe um trançado de proteínas e ácidos nucléicos, que dá origem aos cromossomos. Os ácidos nucléicos é que carregam as informações genéticas e hereditárias, através de uma codificação química chamada de código genético. ÁCIDOS NUCLÉICOS 1) Conceito: Os Ácidos Nucléicos são macromoléculas, formadas por seqüências de nucleotídeos, especializadas no armazenamento, na transmissão e no uso da informação genética. Existem dois tipos de Ácidos Nucléicos: a) DNA (Ácido Desoxirribonucléico) b) RNA (Ácido Ribonucléico) 2) Composição Química Os Ácidos Nucléicos são compostos por monômeros chamados nucleotídeos. Estrutura de um nucleotídeo: 1 Fosfato 1 Pentose 1 Base Nitrogenada Nucleotídeo monomeros • composto constituído de moléculas capazes de se combinarem entre si ou com outras para formar polímeros. ÁCIDOS NUCLÉICOS 2) Composição Química Os Ácidos Nucléicos unem-se uns aos outros através de ligações fosfodiéster formando cadeias contendo milhares de nucleotídeos. Fosfato Ligações Fosfodiéster ÁCIDOS NUCLÉICOS 3) Bases Nitrogenadas 3.1) Tipos: Existem 5 tipos de bases nitrogenadas. São bases do DNA Adenina Timina Guanina Citosina São bases do RNA Adenina Uracila Guanina Citosina Podemos verificar que: Timina (T) está presente somente no DNA E Uracila somente no RNA ÁCIDOS NUCLÉICOS 3) Bases Nitrogenadas 3.2) Classificação: As Bases Nitrogenadas podem ser classificadas quanto ao número de anéis. Bases Pirimídicas Contém apenas 1 anel na estrutura molecular Bases Púricas Contém 2 anéis na estrutura molecular Bases púricas: (anel duplo) Bases pirimídicas: (anel simples) DNA RNA Bases Nitrogenadas www.icb.ufmg.br, acesso em março/2008 ÁCIDOS NUCLÉICOS 3) Bases Nitrogenadas 3.3) Pareamento de Bases Nitrogenadas O Pareamento das Bases Nitrogenadas se dá por meio de Ligações de Hidrogênio. No DNA Adenina sempre se liga a Timina e vice-versa Adenina Timina Formação de 2 ligações de Hidrogênio No RNA Como não possui Timina, Adenina se liga a Uracila ÁCIDOS NUCLÉICOS 3) Bases Nitrogenadas 3.3) Pareamento de Bases Nitrogenadas O Pareamento das Bases Nitrogenadas se dá por meio de Ligações de Hidrogênio. No DNA Guanina sempre se liga a Citosina e vice-versa Formação de 3 ligações de Hidrogênio Citosina Guanina ÁCIDOS NUCLÉICOS 3) Bases Nitrogenadas 3.3) Pareamento de Bases Nitrogenadas O Pareamento das Bases Nitrogenadas se dá por meio de Ligações de Hidrogênio. RNA Como não possui Timina Adenina ligará sempre com Uracila E vice-versa Os filamentos do DNA são feitos do açúcar e das porções de fosfato dos nucleotídeos, enquanto as partes do meio são feitas das bases de nitrogênio. As bases de nitrogênio nos dois filamentos do par do DNA unem- se, purina com pirimidina (A com T, G com C), e são mantidas juntas por ligações frágeis de hidrogênio. ÁCIDOS NUCLÉICOS 4) Pentose Pentoses dos Ácidos Nucléicos RNA DNA No RNA a pentose presente é a Ribose No DNA a Pentose presente é a Desoxirribose Pentoses As pentoses nos ácidos nucléicos são: as ribose e as desoxiborribose, diferem uma das outras pela presença ou ausência do grupo hidroxila no carbono-2’ da pentose. É esta característica que denomina os ácidos nucléicos de RNA (ácido ribonucléico) e DNA. (ácido desoxirribonucléico). Diferem uma da outra pela presença ou ausência do grupo hidroxila no carbono-2’ da pentose. www.icb.ufmg.br A disposição dos nucleotídeos determina a direção de crescimento para a cadeia de DNA, em uma extremidade possui livre a hidroxila do carbono-5 da primeira pentose e na outra a hidroxila do carbono-3 da última pentose. Direção do crescimento da cadeia www.biomania.com.br/citogenética/odna.php, acesso em março/2008 ÁCIDOS NUCLÉICOS 5) RNA (Ácido Ribonucléico) Características: 1. Local de Produção: Núcleo da Célula (Transcrição) 2. Estrutura: 1 Fita (fita simples) 3. Nucleotídeo contendo: a) Ribose b) Bases Nitrogenadas: Uracila, Adenina, Guanina e Citosina c) Fosfato 4. Tipos de RNA: a) RNAm (Mensageiro) b) RNAt (Transportador) c) RNAr (Ribossômico) RNA mensageiro Leva o código genético do DNA para o citoplasma onde ocorrerá a Tradução. RNA Transportador Transporta Aminoácidos até o local da síntese de proteínas na Traduação. RNA Ribossômico Participa da constituição dos Ribossomos. São armazenados no núcleo (nucléolo). O RNA (ácido ribonucléico) é o ácido nucléico formado a partir de um modelo de DNA. O DNA não é molde direto da síntese de proteínas. Os moldes para síntese de proteínas são moléculas de RNA. Os vários tipos de RNA transcritos do DNA são responsáveis pela síntese de proteínas no citoplasma. RNA (Ácido Ribonucléico) RNA mensageiro: Contêm a informação para a síntese de proteínas. Os RNAm representam cerca de 4% do RNA celular total.RNA transportador: Transporta aminoácidos para que ocorra a síntese de proteínas. Os RNAt correspondem a 10% do RNA total da célula. RNA ribossômico: Componentes da maquinaria de síntese de proteínas presente nos ribossomos. Os RNAr correspondem a 85 % do RNA total da célula, e são encontrados nos ribossomos (local onde ocorre a síntese protéica). (www.biomania.com.br) DNA ou ADN em português, é a sigla para ácido desoxirribonucléico, que é um composto orgânico cujas moléculas contêm as instruções genéticas que coordenam o desenvolvimento e funcionamento de todos os seres vivos e de alguns vírus. O principal papel do ADN é armazenar as informações necessárias para a construção das proteínas e RNA DNA (Ácido Desoxirribonucléico) A molécula de DNA está presente não somente nos cromossomos do núcleo dos organismos eucarióticos, como também na mitocôndria e nos cloroplastos de vegetais. As células procarióticas não possuem núcleo, possuem um cromossomo, e também pode ter DNA não cromossômico em forma de plasmídios. O DNA deve ser capaz não somente de se replicar de modo preciso, cada vez que a célula se divide, como também, fazer com que a informação seja expressa seletivamente. O RNA participa na expressão da informação genética armazenada no DNA (CHAMPE, 1996).0 DNA (Ácido Desoxirribonucléico) ÁCIDOS NUCLÉICOS 6) DNA (Ácido Desoxirribonucléico) Características: 1. Estrutura: 2 Fitas unidas pelas bases nitrogenadas em forma de α hélice 2. Nucleotídeo contendo: a) Desoxirribose b) Bases Nitrogenadas: Timina, Adenina, Guanina e Citosina c) Fosfato 3. Relação das Bases a) A/T = 1 b) G/C = 1 4. Quantidade a) Maior no núcleo/nucleóide (cromatina ou cromossomo) b) Menor no citoplasma (mitocôndrias e cloroplastos) ÁCIDOS NUCLÉICOS 6) DNA (Ácido Desoxirribonucléico) Forma Estrutural Estrutura • Polidesoxirribonucleotídeo • Formado por milhares de nucleotídeos ligados entre si através de ligações 3´ 5´ (fosfodiéster) • Molécula formada por fita dupla antiparalela, que forma a dupla hélice • As bases se mantém pareadas por pontes de hidrogênio 2 entre A-T e 3 entre C-G ÁCIDOS NUCLÉICOS Principais diferenças entre RNA e DNA Estrutura da Molécula Bases Púricas Bases Pirimídicas Pentose Função na célula RNA Fita Simples Adenina Guanina Uracila Citosina Ribose Síntese de Proteínas (RNAm e RNAt) e formação de ribossomos(RNAr) DNA Fita Dupla Adenina Guanina Timina Citosina Desoxirri bose Armazenamento e transmissão de informação genética DNA x RNA DNA RNA PENTOSE Desoxirribose Ribose BASES Citosina (C), Timina (T), Adenina (A) e Guanina (G) Citosina (C), Uracila (U), Adenina (A) e Guanina (G) LOCALIZAÇÃO Principalmente no núcleo das células e também nas mitocôndrias Principalmente no citoplasma, mas também no núcleo FUNÇÃO Transmissão da informação genética Síntese proteíca FORMA Fita duplas Fita simples Dogma central da Biologia: cromossomo – gene - proteína garante a perpetuação da vida (http://bit.fmrp.usp.br/ctc/palestras/Organizacao_ do_Genoma_Humano.ppt - março/20008). DUPLICAÇÃO DO DNA 1) A Estrutura do DNA • Elucidada em 1953 por Watson e Crick • Modelo Helicoidal – Dupla Hélice DUPLICAÇÃO DO DNA 2) Propriedades da Duplicação a) O DNA é a única molécula capaz de sofrer auto-duplicação. b) A duplicação do DNA ocorre sempre quando uma célula vai se dividir. c) Ocorre durante a fase S da intérfase. d) É do tipo semiconservativa, pois cada molécula nova apresenta uma das fitas vinda da molécula original e outra fita recém sintetizada. * Duplicação do DNA: o DNA é capaz de reproduzir cópias exatas de suas moléculas num processo chamado autoduplicação ou replicação. Esta característica do DNA é fundamental para os seres vivos, pois desencadeia o processo de divisão celular, garantindo o desenvolvimento dos organismos e a continuação da vida ao transferir as informações biológicas de pai para o filho. A autoduplicação permite que uma célula, ao se dividir, origine células que apresentam as mesmas instruções biológicas da célula-mãe. Auto-duplicação do DNA Semi-conservativa: uma das fitas das moléculas-filhas provém da molécula-mãe. (Imagem cedida por U.S. Department of Energy Human Genome Program) DUPLICAÇÃO DO DNA 3) A Replicação A replicação do DNA ocorre em duas etapas: a) Separação das bases nitrogenadas. b) Inserção e pareamento de novos nucleotídeos em cada fita pela DNA polimerase. A Enzima DNA polimerase capta nucleotídeos e os unem, conforme o pareamento: A-T / G-C Para este processo ocorrer é necessário energia! De onde será que vem essa energia? Os nucleotídos que chegam carragam consigo 3 grupos fosfatos. Quando o nucleotídeo é inserido na fita há liberação de energia Essa energia liberada é então utilizada pela Enzima DNA polimerase para unir um nucleotídeo ao outro. DUPLICAÇÃO DO DNA 3.1) Origem de Replicação Por ser muito extenso o DNA é aberto em locais específicos chamados Origens de replicação. As origens de replicação formam “bolhas de replicação” que avançam para os dois lados simultâneamente. Por isso a replicação do DNA é dita Bidirecional A medida que vão avançando elas vão se encontrando até duplicar o DNA inteiro. Semiconservativa DUPLICAÇÃO DO DNA 3.2) Início da Replicação 1. A enzima DNA polimerase não é capaz de iniciar uma fita a partir do nada. 2. As DNA’s polimerase necessitam de uma fita inicializadora auxiliar (primer) 3. Uma enzima chamada primase 4. confecciona o primer para que a 5. DNA polimerase possa iniciar a duplicação do DNA. DUPLICAÇÃO DO DNA 3.3) Sentido de Alongamento do DNA: 5’ 3’ • A DNA polimerase percorre o DNA sempre no sentido 5’ 3’ • Dessa maneira o DNA novo só pode crescer neste sentido 5’ 3’ 1) Na frente vai a enzima helicase abrindo a dupla hélice. Etapas da duplicação 2) A fita de cima é chamada fita líder pois se encontra na orientação correta (5’ 3’) 3) Na medida que a helicase vai abrindo a dupla hélice a DNA polimerase vai sintetizando a fita líder 4) Só que o DNA apresenta uma orientação anti-paralela entre as duas fitas. 5) Isso significa que se a fita líder está na orientação correta (5’ 3’) a outra não está. 6) A fita de baixo é chamada de fita retardada, pois nesse caso a DNA polimerase alonga esta fita no sentido contrário à helicase. 7) Dessa maneira, a fita retardada é sintetizada de trechos em trechos a partir de primers formando vários fragmentos de DNA. 8) No final do processo: Os primers da fita retardada são removidos e os fragmentos de DNA unidos pela DNA polimerase. CÓDIGO GENÉTICO Códon/ Codão DNA Duplicação DNA DNA CÓDIGO GENÉTICO - CARACTERÍSTICAS Universalidade – cada codão tem a mesma função em quase todos os seres vivos. Redundância – codões diferentes podem codificar o mesmo a. a. Precisão – o mesmo codão não codifica a. a. diferentes. CÓDIGO GENÉTICO Codão de iniciação – codão AUG inicia leitura do código e também codifica o a. a. metionina. Codão de terminação – codões UAA, UAG, UGA terminam a síntese proteíca. Especificidade de nucleótidos – dois primeiros nucleótidos de cada codão são mais específicos. As ¨palavras¨ do código • O código genético do DNA se expressa por trincas de bases, que foram denominadas códons.Cada códon, formado por três letras, corresponde a um certo aminoácido. • A correspondência entre o trio de bases do DNA, o trio de bases do RNA e os aminoácidos por eles especificados constitui uma mensagem em código que passou a ser conhecida como “código genético”. • Mas, surge um problema. Como são vinte os diferentes aminoácidos, há mais códons do que tipos de aminoácidos! Deve-se concluir, então, que há aminoácidos que são especificados por mais de um códon, o que foi confirmado. Continuando... Dizemos que o código genético é universal, pois em todos os organismos da Terra atual ele funciona da mesma maneira, quer seja em bactérias, em uma cenoura ou no homem. O códon AUG, que codifica para o aminoácido metionina, também significa início de leitura, ou seja, é um códon que indica aos ribossomos que é por esse trio de bases que deve ser iniciada a leitura do RNAm. Note que três códons não especificam nenhum aminoácido. São os códons UAA, UAG e UGA, chamados de códons e parada durante a “leitura” (ou stop códons) do RNA pelos ribossomos, na síntese proteica. Diz-se que o código genético é degenerado porque cada “palavra” (entenda-se aminoácido) pode ser especificada por mais de uma trinca. SÍNTESE DE PROTEÍNAS 1) Visão Geral Em resumo: A Síntese de Proteínas consiste em unir aminoácidos de acordo com a seqüência de códons presentes no RNAm A síntese de proteínas contém duas etapas: 1) Transcrição (núcleo) DNA RNA 2) Tradução (citoplasma) Formação do Polipeptídio SÍNTESE DE PROTEÍNAS 2) Transcrição a) Um fragmento de DNA (gene) é utilizado como molde para confeccionar moléculas de RNA b) Gene: É um trecho do DNA que pode ser transcrito em RNA. c) Os RNA’s formados podem ser de três tipos: • RNAm (mensageiro) • RNAt (transportador) • RNAr (ribossômico) TRANSCRIÇÃO - INTERVENIENTES TRANSCRIÇÃO SÍNTESE DE PROTEÍNAS 2) Transcrição Quem realiza a transcrição do DNA é a enzima RNA Polimerase A RNA polimerase só pode transcrever trechos do DNA que sejam genes! Como a RNA polimerase consegue identificar os genes??? Sempre antes de cada gene existe um trecho de DNA chamado promotor. O promotor apresenta uma sequência de bases que a RNA polimerase reconhece. A RNA polimerase se liga ao promotor e abre a dupla hélice do DNA e inicia o processo de transcrição!!! SÍNTESE DE PROTEÍNAS 3) Transcrição em Procariotos a) Em procariotos (bactérias) um promotor controla a transcrição de mais de um gene. b) O sistema 1 promotor vários genes é chamado de Operon. c) O RNAm de um procarioto carrega consigo a informação de mais de um gene. d) Dessa maneira a tradução do RNAm de procariotos irá produzir mais de uma proteína diferente. RNA Procariótico seqüência não codificante 5’ 3’ RNA Eucariótico 5’ 3’ Seqüência β Proteína α Proteína β Proteína γ Proteína P P Seqüência γ Seqüência α Seqüência Codificante 4) Transcrição em Eucariotos (Exons e Íntrons) a) Os genes de Eucariotos não são contínuos b) Existem fragmentos denominados Exons e fragmentos denominados Íntrons c) Os Éxons são funcionais e codificam proteínas; porém os Íntrons não codificam. Na transcrição tanto os Éxons quanto os Íntrons são transcritos. O RNA mensageiro que possui Éxons e Íntrons é chamado de Primário. Enzimas denominadas Nucleases retiram todos os Íntros deixando no RNAm somente os Éxons Este processo de retirada dos Éxons recebe o nome de Splicing Enzimas denominadas Ligases irão realizar a união de todos os Éxons formando um RNAm Secundário Dessa maneira somente o RNAm contendo Éxons é que vai para a segunda etapa da Síntes de Proteínas, a Tradução no citoplasma da célula. 3.0- Íntrons e Éxons (www.bio.davidson.edu) Os íntrons e os éxons foram descobertos quando viram uma diferença de tamanho entre a o mRNA da proteína da globina beta e o DNA que o codificava. Os introns são regiões do DNA que não estão no mRNA de alguma proteína, já os exons são as regiões do DNA que estão no mRNA de alguma proteína. O fenômeno é chamado Splicing PROCESSAMENTO DO mRNA (só nos seres eucariontes) DNA Transcrição DNA RNA SÍNTESE DE PROTEÍNAS 5) Tradução É o processo no qual as seqüências de nucleotídeos em uma molécula de RNA mensageiro direciona a incorporação de aminoácidos em uma proteína. a) É a Segunda Etapa da Síntese de proteínas e ocorre no citoplasma b) O RNA mensageiro após ser transcrito sai do núcleo e migra para o citoplasma c) O RNA mensageiro é utilizado como molde para a produção de proteínas d) Participantes da Tradução: RNA mensageiro, RNA transportador, Ribossomos e Aminoácidos. Metionina Prolina Códon Anticódon Serina Aminoácidos RNA transportador Ribossomo RNA mensageiro TRADUÇÃO - INTERVENIENTES TRADUÇÃO - INTERVENIENTES SÍNTESE DE PROTEÍNAS 5) Tradução Cada 3 Bases (triplet) do gene do DNA recebe o nome de Código. Código Os códigos do Gene do DNA são transcrito em CÓDONS de RNA mensageiro. Dessa maneira cada CÓDON do RNAm possui 3 bases nitrogenadas que complementa seu respectivo CÓDIGO. Na Tradução cada CÓDON (3 bases do RNAm) codifica um Aminoácido. 1 CÓDON = 1 AMINOÁCIDO. Lembre-se de que existem Códons de Início (AUG) e Códons de Parada (UAA), (UAG) e (UGA) A Tabela do Código Genético nos informa qual aminoácido será incorporado na proteína dependendo do códon presente no RNAm A Tradução ocorre nas organelas celulares chamadas Ribossomos. Estes possuem 2 subunidades, as quais se unem quando o Ribossomos se liga ao RNAm. TRADUÇÃO • O mRNA transcrito no núcleo chega no citoplasma e se liga a um ou mais ribossomos • O ribossomo lê o primeiro códon e um tRNA, com o anti-códon 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 constituí a proteína A U G U U U C U U G A C C C C U G A U A C A A A • Quando o RNAm chega ao citoplasma, ele se associa ao ribossomo. • Nessa organela existem 2 espaços onde entram os RNAt com aminoácidos específicos. • somente os RNAt que têm seqüência do anti-códon complementar à seqüência do códon entram no ribossomo. A U G U U U C U U G A C C C C U G A U A C A A A • Uma enzima presente na subunidade maior do ribossomo realiza a ligação peptídica entre os aminoácidos. A U G U U U C U U G A C C C C U G A U A C A A A • O RNAt “vazio” volta para o citoplasma para se ligar a outro aminoácido. A U G U U U C U U G A C C C C U G A U A C A A A G A A • O ribossomo agora se desloca uma distância de 1 códon. • o espaço vazio é preenchido por um outro RNAt com seqüência do anti-códon complementar à seqüência do códon. A U G U U U C U U G A C C C C U G A U A C A A A G A A • Uma enzima presente na subunidade maior do ribossomo realiza a ligação peptídica entre os aminoácidos. A U G U U U C U U G A C C C C U G A U A C A A A G A A • O RNAt “vazio” volta para o citoplasma para se ligar a outro aminoácido. • e assim o ribossomovai se deslocando ao longo do RNAm e os aminoácidos são ligados. A U G U U U C U U G A C C C C U G A G G G Códon de terminação • Quando o ribossomo passa por um códon de terminação nenhum RNAt entra no ribossomo, porque na célula não existem RNAt com seqüências complementares aos códons de terminação. A U G U U U C U U G A C C C C U G A G G G • Então o ribossomo se solta do RNAm, a proteína recém formada é liberada e o RNAm é degradado. Transcrição: Exemplo A C G T A T G C A T 5’ 3’ A T 5’ 3’ 5’ 3’ RNA polimerase Molécula de RNA nascente 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 codon Gly 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 Gly 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 Asp Met Ala Cys 5’ 3’ Glu Phe His Gly 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 Glu Met Ala Cys Asp 5’ 3’ 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 Gly Met Ala Cys Asp Glu Phe 5’ 3’ His Ile Lys 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 His Met Ala Cys Asp Glu Phe Gly 5’ 3’ Ile Lys 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 Ile Met Ala Cys Asp Glu Phe Gly His 5’ 3’ Lys G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A A A A Lys Met Ala Cys Asp Glu Phe Gly His Ile 5’ 3’ Leu U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A A A A U U A Leu Met Ala Cys Asp Glu Phe Gly His Ile Lys 5’ 3’ Met 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 G A A U U C G G A C A C A U A A A A U U A A U G A A C Asn Met Ala Cys Asp Glu Phe Gly His Ile Lys Leu Met 5’ 3’ Pro U U C G G A C A C A U A A A A U U A A U G A A C C C A Pro Met Ala Cys Asp Glu Phe Gly His Ile Lys Leu Met Asn 5’ 3’ Gln G G A C A C A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A Gln Met Ala Cys Asp Glu Phe Gly His Ile Lys Leu Met Asn Pro 5’ 3’ C A C A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A Met Ala Cys Asp Glu Phe Gly His Ile Lys Leu Met Asn Pro Gln 5’ 3’ ST OP A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A A A A 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 Lys Leu Met Asn Pro Gln 5’ 3’ STOP Ala Cys Asp Glu Phe Met Gly His Ile Gln Lys Pro Leu Asn Met 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 5’ 3’ Considerações • 1 anticódon 3 nucleotídeos no RNAt • O anticódon é complementar ao códon • Cada RNAt leva consigo apenas um tipo de aminoácido quem determina qual aminoácido será transportado é o anticódon. SÍNTESE PROTEÍCA - CARACTERÍSTICAS Complexidade – intervenção de vários agentes Rapidez – proteínas complexas produzidas em apenas alguns minutos Amplificação – transcrição repetida da mesma zona de DNA e tradução repetida do mesmo mRNA Vários ribossomos podem traduzir simultaneamente uma molécula de mRNA Os ribossomos movem-se ao longo de um mRNA na direção 5'3' O conjunto é conhecido como polissomo ou polirribossomo Cada ribossomo funciona independentemente dos demais POLIRIBOSSOMA SÍNTESE DE PROTEÍNAS 5) Tradução Resumo SÍNTESE DE PROTEÍNAS 5) Tradução Destino dos polipeptídios transcritos SÍNTESE PROTEÍCA - CONCLUSÃO 129 As informações nas células DNA RNA PROTEÍNAS Gene: sequência linear nucleotídeos RNAm: sequência códons Formação da cadeia polipeptídica TRANSCRIÇÃO TRADUÇÃO NÚCLEO CITOPLASMA SÍNTESE DE PROTEÍNAS 6) O Código Genético O código genético consiste em trincas de nucleotídeos (códons) Como existem 4 bases de RNA (A,U,G,C), existem ao todo 64 códons. Porém, como vimos, um códon (AUG) é o de inicio e três são se parada (UAA), (UAG) e (UGA). Existem apenas 20 aminoácidos diferentes para 60 códons. Então, há mais de um códon para certos aminoácidos. Dizemos que o Código Genético é Degenerado ou Redundante. Porém, o Código Genétigo não é Ambíguo: um único códon não especifica mais do que um aminoácido. Podemos dizer também que o Código Genético é universal, pois os códons têm o mesmo significado em quase todos os organismo do planeta. Aminoácidos naturais • Também chamados de aminoácidos não essenciais, são produzidos pelo próprio organismo. O organismo animal é capaz de produzir apenas 12 dos 20 aminoácidos existentes na natureza, devendo os demais serem retirados da alimentação. Já os vegetais são capazes de produzir os 20 aminoácidos. Aminoácidos essenciais São os aminoácidos que os animais não conseguem produzir, mas são obrigatórios na fabricação das proteínas, portanto devem ser retirados dos alimentos. Nem todos os alimentos contêm todos os aminoácidos, por isso a alimentação deve ser bastante diversificada. Os alimentos mais ricos em aminoácidos essenciais são de origem animal: carne, ovos,leite, queijos, etc. Os vegetais não possuem todos os aminoácidos essenciais, logo uma dieta vegetariana precisa ser bem diversificada. http://www.infoescola.com/alimentos/leite/ Considerações • Uma proteína + de 70 aminoácidos ligados. • 1 códon 3 nucleotídeos no RNAm • 1 códon 1 aminoácido na proteína • Nº de ligações peptídicas Nº de aminoácidos – (menos) 1. Mutação Gênica Todos os dias as suas células produzem proteínas que contêm aminoácidos em uma certa sequência. Imagine, por exemplo, que em um certo dia uma célula da epiderme de sua pele produza uma proteína diferente. Suponha também que essa proteína seja uma enzima que atue em uma reação química que leva a produção de um pigmento amarelo em vez do pigmento normalmente encontrado na pele, a melanina. Essa célula se multiplica e de repente aparece uma mancha amarelada em sua pele. Provavelmente essa proteína poderá ter sofrido uma alteração em sua sequência de aminoácidos, tendo havido a substituição de um aminoácido por outro, o que acarretou uma mudança em seu mecanismo de atuação e, como consequência levou à produção de um pigmento de cor diferente. Agora, como a sequência de aminoácidos em uma proteína é determinada pela ação de um certo gene que conduz à síntese do pigmento. Essa alteração na sequência de bases na molécula de DNA constituinte do gene é que se chama de mutação gênica. O albinismo é causada por uma mutação na enzima tirozinase que transforma o aminoácido tirozina em pigmento da pele, a melanina. Esta doença ocorre em animais e nas plantas e é hereditária. Agente Mutagênico Todo agente físico, químico ou biológico que, em exposição às células, pode causar mutação, ou seja, um dano na molécula de DNA que não é reparado no momento da replicação celular, e é passado para as gerações seguintes. Os agentes mutagênicos podem ser: Físicos: radiação ionizante e raios UVC, capazes de destruir as ligações químicas ente os nucleotídeos (mutações são mais raras nessescasos, pois a destruição da cadeia de DNA geralmente provoca a morte celular), e UVB, cujo espectro é absorvido pelo DNA. Os danos destes agentes são grandemente amplificados em presença de água e oxigênio; Químicos: inúmeras substâncias ditas cancerígenas, que atuam danificando ligações químicas, ou mesmo substituindo nucleotídeos normais por moléculas análogas. Radicais livres também atuam catalizando reações químicas danosas ao DNA; Biológicos: ação de vírus e bactérias, que injetam parte de seu DNA na célula hospedeira, ocasionalmente integrando-a à cadeia de DNA do hospedeiro. Também podem haver mutações por falhas de ordem genética. Danos ao DNA • *Benzopireno, o maior mutagénio nofumo do tabaco, ligando-se ao ADN • O ADN pode ser danificado por muitos tipos diferentes de mutagénios, que alteram a sequência de ADN. • Estes incluem agentes oxidantes, agentes alquilantes e também por radiação electromagnética de grande energia tal como luz ultravioleta e raios-X. O tipo de dano ao ADN produzido depende do tipo de mutagénio. • A luz ultravioleta, por exemplo, pode danificar o ADN produzindo dímeros de timina, que são ligações cruzadas entre pirimidinas. • Por outro lado, oxidantes como radicais livres ou peróxido de hidrogénio produzem múltiplos tipos de danos, incluindo modificações de bases, em particular guanosina, e quebras das cadeias duplas. Substancias químicas, como o "gás mostarda" (arma química)e o ácido nitroso (HNO2), também podem aumentar a frequência de mutações. Aerossóis, corantes alimentares e alguns componentes da fumaça do cigarro são capazes de alterar o patrimônio genético de uma célula, podendo levar ao desenvolvimento de diversas formas de mutações e câncer. Danos ao DNA • Em cada célula humana, cerca de 500 bases podem sofrer danos por oxidação por dia. • A relativa estabilidade do material genético deve-se à existência de um grupo de enzimas de reparação, que "patrulham" permanentemente as moléculas de DNA à caça de alterações na sequência de seus nucleotideos. Na maioria das vezes, essas alterações são detectadas e consertadas. Danos ao DNA • Muitos mutagénios encaixam entre o espaço entre dois pares de bases adjacentes, na chamada intercalação. A maioria dos intercaladores são aromáticos e moléculas planas e incluem brometo de etideo etídio, daunomicina, doxorrubicina e talidomina . • Para que um intercalador encaixe entre pares de bases, as bases têm de se separar, abrindo a cadeia dupla. Isto inibe a transcrição e a replicação do ADN, causando toxicidade e mutações. Como resultado, os intercaladores de ADN são muitas vezes carcinogénicos. • Benzopireno,acridinas, aflatoxina e brometo de etídio são exemplos bem conhecidos. No entanto, devido à sua capacidade de inibir a transcrição e replicação, estas toxinas também são usadas em quimioterapia para inibir o crescimento rápido de células tumorais. • A célula tenta reparar muitos tipos de dano do ADN ou pode morrer como medida de protecção. Mas estes esforços podem falhar e danos ao DNA residual podem levar à inserção de uma base incorreta durante a replicação do DNA e alterar formações de proteína. O exemplo mais conhecido é o câncer de pulmão e câncer bucal causada pelo tabaco. Curiosidade Apesar do efeito nocivo às células humanas vários agentes mutagénicos são aproveitados pela ciência. Vírus e bactérias são usados para obtenção de seres transgénicos, ( os genes são sintetizados em laboratório e são injectados no organismo a ser modificado) Algumas substâncias mutagénicas são usadas na quimioterapia em quantidades mínimas, actuando sobre tumores sem causar grandes danos no organismo Radiações ionizantes, como o raio alfa, também são usados no combate a tumores (radioterapia) Raio X é largamente utilizado na medicina A cafeína, por exemplo, é um derivado da purina; várias purinas foram indicadas como substâncias que causam quebras nos cromossomas de plantas e bactérias. Quando células humanas, em cultura de tecido, foram expostas a solução de cafeína, foram encontradas algumas quebras cromossómicas. Foi relatado que havia evidências de que a cafeína tem um efeito mutagénicos fraco. 1. O que é e quais as princiais funções do nucleo celular? 2. Conceitue brevemente, destacando sua importância, as seguntes estruturas nucleares: Carioteca, nucleoplasma e nucleolo 3. O que são os poros da Carioteca? Do que são constituídos e qual sua importancia? O que são as proteina importina e exportina? Qual sua função? 4. Comente e Explique sobre os niveis de empacotamento do DNA. 5. Por que o DNA se organiza sobre a forma de Cromatina e Cromossomo em diferentes momentos? 6. Conceitue Eucromatina, Heterocromatina Constitutiva e Facultativa. 7. Do que é formado um cromosso? Qual seu padrão de classificação? Quais as classificações? 8. O que é Cariotipo e Genoma? Como se apresentam no ser humano? 9. Diferencie Gene e Locus Genico 10. O que é Genoma? Diferencia haploide de diploide e cite aonde são observados no ser humano 11. O são Ácido nucleicos? Qual sua compisição química? Que tipo de ligação use as moleculas entre si? 12. Sobre as bases nitrogenadas, explique sua classificação (parâmetros e representantes). Como se dá a ligação (pareamento) das bases? 13. O que é RNA? Qual sua composição Química, estrutura e local de produção? 14. Quais os tipos de RNA existentes no ser humano? Conceitue brevemente 15. O que é DNA? Qual sua composição Química, estrutura e aonde por ser observado na celula humana? 16. Qual a relação FUNCIONAL e as diferenças entre DNA e RNA? 17. Comente sobre as características da duplicação de DNA. 18. Explique o processo de duplicação de DNA 19. É dita que a replicação do DNA é Bidirecional. Explique 20. O que é Códon? O que e qual é o códon de Iniciação? E o de Terminação? O que é um Anticódon e qual sua função? 21. O Que é codigo genético? Comente suas principais características. 22. Sobre a síntese de proteínas. Ocorre em quantas etapas? Explique brevemente 23. Explique o processo da transcrição. 24. Qual a relação entre RNA menssageiro primerio e secundario e Éxons e íntrons? Explique o processo. 25. Explique o processo da tradução das proteínas 26. O que são poliribossomos e qual sua relação com a síntese proteica? 27. Diferencie Aminoácidos naturais e essenciais. 28. Qual a relação entre peptídeos e proteínas? 29. O que são agentes mutagênicos? Qual sua classificação? De exemplos 30. Como os agente mutagênicos interferem no DNA? Como o corpo se defende? Quando ocorre uma mutação?