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P r o f ª : B á r b a r a S p e r a n d i o
GENÉTICA
Replicação do DNA
Transcrição Tradução
QUAL O SENTIDO DA VIDA?
Em uma extremidade da molécula (extremidade 5’), teremos um grupo fosfato livre, e na outra (extremidade 3’), um grupo hidroxila livre.
Resumo esquemático do processo de
Replicação, Transcrição e Tradução
Dogma central da Biologia
Objetivo da replicação do DNA
Todos os organismos devem duplicar o seu DNA com extrema precisão e em altas taxas (até mil nucleotídeos por segundo), antes de cada divisão celular.
Todas as vezes que uma célula se divide para produzir células filhas, o DNA precisa se duplicar ou replicar dando origem a uma nova molécula de DNA com a mesma sequência de bases existente na original, assegurando, assim, que as funções que executam serão perpetuadas na sua descendência.
Replicação do DNA
Semiconservativa: Fita molde (antiga) e uma fita nova formada a partir do pareamento específico de bases nitrogenadas
MECANISMO DE REPLICAÇÃO DO DNA
A replicação do DNA se inicia em um ponto específico da dupla hélice denominado de origem de replicação e prossegue em direções opostas gerando a formação de duas forquilhas de replicação.
A medida que a replicação avança as forquilhas se distanciam e ocorre a formação de uma bolha de replicação.
Assim , a replicação ocorre no sentido 5´ para 3´ do DNA
5’	 	3’
Origem de Replicação
MECANISMO DE REPLICAÇÃO DO DNA
A separação dos dois filamentos de DNA é realizada pela enzima DNA helicase.
Esta enzima recebe “ajuda” da DNA-girase (ou topoisomerase), que desenrola as duas fitas que compõem a dupla-hélice, assim a DNA Helicase avança, quebrando as pontes de hidrogênio estabelecidas entre as bases complementares de cada uma das fitas.
Estabiliza as proteínas de ligação unifilamentar (SSB) que se ligam ao DNA unifilamentar e impedem a reconstituição da dupla hélice.
SEPARAÇÃO DAS FITAS DE DNA
(DNA-Helicase e DNA-Girase ou
Topoisomerase)
 (
5’
T
C
G
A
‘
T
T
A
G
A
3’
PROMOTOR
A
G
C
A
T
C
T
FIM
)
3’	5’
 (
QUEBRA DAS LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO
 
ENTRE
 
AS DUAS CADEIAS DE DNA
)
 (
CLIQUE
 
PARA
 
CONTINUAR
 
A
 
ANIMAÇÃO
)
MECANISMO DE REPLICAÇÃO DO DNA
As DNA polimerases catalisam a adição de nucleotídeos ao filamento em crescimento da extremidade 5’ para a 3’.
Observou-se que as DNA polimerases não são capazes de catalizar a síntese desde o início, elas necessitam de um pequeno filamento de nucleotídeos, um oligonucleotídeo iniciador, ao qual ela adiciona os nucleotídeos seguintes.
Esse oligonucleotídeo iniciador é de RNA, copiado de forma complementar à fita molde de DNA pela RNA primase.
 (
U
C
G
A
U
A
G
A
)Liberação da RNA
 (
RIBONUCLEOTIDEO
) (
C
G
U
G
U
A
A
A
Síntese
 
da
 
molécula
 
de
 
RNA
)polimerase
 (
RNA
 
POLIMERASE
Reconhece
 
o
 
gene
 
promotor
) (
NOVA
 
MOLÉCULA
 
DE
 
RNA
 
FORMADA
) (
PROMOTOR
A
G
C
T
A
T
C
T
FIM
)
3’	5’
 (
CLIQUE
 
PARA
 
CONTINUA
 
A
 
ANIMAÇÃO
)
 (
U
C
G
A
U
A
G
A
) (
5’
) (
3’
) (
5’
T
C
G
A
T
A
G
A
3’
3’
PROMOTOR
 
 
A
 
 
G
C
T
A
T
C
T
FIM
5’
)RESTABELECIMENTO DAS PONTES DE HIDROGÊNIO ENTRE AS DUAS CADEIAS DE DNA
O DNA FOI USADO COMO MOLDE PARA FORMAÇÃO DA MOLÉCULA DE RNA
NOVA FITA DE RNAm
Tipos da enzima DNA Polimerase:
DNA Polimerase I: Reparação do DNA; remove o primer de RNA nos fragmentos de Okazaki da fita descontínua e substitui-os por DNA;
DNA Polimerase III: Sintetiza cadeias de DNA; Principal enzima que realiza a replicação do DNA (Acrescenta nucleotídeo na nova fita a ser formada).
DNA Polimerase II: LENTA, envolvida em reparo do DNA
MECANISMO DE REPLICAÇÃO DO DNA
Durante o processo de replicação do DNA, uma das fitas novas é formada continuamente na direção 5’→3’ (fita contínua) e a outra de maneira descontínua e no sentido inverso para manter a mesma direção 5’→3’ (fita descontínua).
A fita descontínua é replicada através de fragmentos de Okasaki
(1000 a 2000 nucleotídeos). Cada um desses fragmentos apresenta, além do DNA recém sintetizado, um RNA iniciador (primers) que será substituído por desoxirribonucleotídeos pela DNA polimerase I e assim a DNA ligase reconstituirá a nova fita.
O filamento contínuo possui apenas um RNA iniciador que também será substituído pela DNA polimerase I.
MECANISMO DE REPLICAÇÃO DO DNA
RNA Primase: A primase é a enzima que sintetiza os primers (iniciadores), que são pequenas sequências de RNA, a partir de um molde de DNA.
Após o alongamento do DNA, o primer de RNA sintetizado pela primase é removido pela enzima DNA polimerase I e substituído por uma sequência de DNA.
Com atuação da DNA Ligase, ocorrerá a ligação dos fragmentos e será reconstituída a nova fita.
TRANSCRIÇÃO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA
Embora a maioria dos genes codifique proteínas, os produtos finais de alguns genes são moléculas de RNA.
Várias destas moléculas de RNA têm papéis essenciais na síntese de proteínas. Uma vez que os genes controlam as estruturas dos RNAs e das proteínas, nos questionamos como as sequências de pares de nucleotídeos nas moléculas de DNA especificam as sequências de nucleotídeos no RNA e aminoácidos em moléculas proteicas.
A transcrição é a síntese de uma molécula de ácido ribonucleico (RNA) complementar a um filamento molde de ácido desoxirribonucleico (DNA).
Tipos de RNA
As três classes de moléculas de RNA são encontradas em células procarióticas e eucarióticas: RNA ribossômico (RNAr), RNA transportador (RNAt) e RNA mensageiro (RNAm).
RNAm
Nos eucariontes os RNAm são sintetizados como grandes precursores, composto de éxons (sequências codificadoras) e íntrons (sequências intervenientes ou não codificadoras) que precisam ser processados (splicing) antes de se tornarem funcionais.
Esse processamento normalmente envolve a remoção dos íntrons e a ligação dos éxons.
Como muitos genes eucarióticos não contém íntrons, acredita- se que essas regiões não sejam necessárias para a expressão gênica normal.
Qual a importância dos íntrons?
Inicialmente, os cientistas acreditavam que a presença dos íntrons seria mero vestígio de um passado evolutivo, um resquício dos primeiros “dias” da vida na Terra, nada mais do que sobras evolucionárias, sendo chamado de DNA-lixo.
Contudo, nos últimos anos, estudos indicaram que as partes do DNA que não codificam proteínas originam moléculas de RNA que apresentam função reguladora, e que essas moléculas podem transmitir informações cruciais para o desenvolvimento e a evolução dos organismos.
RNAt
Os RNAt se apresentam como uma estrutura dobrada com quatro alças distintas, denominada de trevo de quatro folhas, onde a alça do anticódon é a estrutura responsável pelo reconhecimento do códon complementar de uma molécula de RNAm.
As três últimas bases encontradas no final da extremidade 3’ se mantêm não pareadas e possuem sempre a mesma sequência: 5’- CCA- na qual se liga o aminoácido.
Essas moléculas funcionam como adaptadores que levam os aminoácidos para o local de síntese de proteínas
RNAr
São componentes dos Ribossomos -> realizam a síntese de proteínas.
Os RNAr se associam a proteínas ribossômicas para formar a subunidade maior do ribossomo e a subunidade menor do ribossomo
Estas subunidades interagem para formar um ribossomo funcional.
TRADUÇÃO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA
A síntese de proteínas ou tradução corresponde à etapa final da transferência de informação genética, armazenada no DNA, para as moléculas de proteínas, que são os principais componentes estruturais e funcionais das células vivas.
Durante a tradução essa informação, expressa em um RNA, é utilizada para comandar a síntese de uma proteína.
O processo de tradução envolve três componentes principais: o RNA mensageiro (RNAm) que contém a informação necessária para direcionar a síntese de proteínas, o RNA de transferência (RNAt) que carregam os aminoácidos que serão incorporados à proteína e os ribossomos que reúnem o RNAm e oRNAt, de modo a permitir que o aminoácido correto seja incorporado à proteína.
Código Genético
A mensagem genética está contida em um código triplo, não sobreposto, sem vírgulas, degenerado e universal.
Somente uma combinação das quatro bases existentes no RNA (A, T, C e U) três a três pode gerar o número de combinações ou códons (64) necessários para codificar cada um dos 20 aminoácidos que podem ocorrer nas proteínas.
OBS: O código é degenerado, porque mais de um códon podem codificar o mesmo aminoácido e universal, porque é o mesmo em qualquer espécie animal.
Código Genético
Importante:
Três códons (UAA, UAG e UGA) não especificam aminoácido e são utilizados como sinais para interromper a síntese de uma proteína.
O códon AUG, que especifica somente a metionina, tem um duplo papel:
1. ele codifica a metionina em qualquer lugar em que ele se
encontre no RNA
2. e também marca o início da síntese proteica.
 (
O
 
RNAt
ribossomo
 
chamado
 
de
 
sítio
 
P
 
(de
 
Peptidil),
 
o
 
RNAt
 
tem
 
um
 
anticódon
 
(UAC)
 
que
 
se
 
liga
 
ao
 
códon
 
do
 
RNAm
 
(AUG).
transporta
 
metionina
 
e
 
inicia a
 
tradução
 
gênica,
 
encaixa-se no
 
local
 
do
)
B UNIDADE MAI R
A ligação peptídica é formada
RNAt
O RNAt contém um anticódon que é complementar ao códon do RNAm com o qual se liga no sítio A.
 (
U
 
U
 
A
) (
U
 
A
) (
G
) (
RNAt
)Sitio P	Sitio A
O 1º códon é
A U G
C G G
A U C
G C C
 (
Clique
 
aqui
 
para
 
iniciar
 
a
 
animação
)tipicamente AUG
 	RNA mensageiro	
 (
Sub unidade menor
Clique
 
aqui
 
para
 
continuar
 
a
 
animação
)
 (
Met
Arg
A
 
U
 
G
C 
G
 
G
A
 
U
 
C
G
 
C
 
C
U
 
U
 
A
U
 
A
 
G
RNA
 
mensageiro
Saída
 
do
 
RNAt
Ligação
 
peptídica
) (
ribossomo
se
desloca
)À	medida	que	o
 (
Deslocamento
 
do
 
ribossomo
)sobre	uma	cadeia	de RNAm vai
traduzindo sua mensagem na forma de uma cadeia Polipeptídica
 (
Clique
 
aqui
 
para
 
continuar
 
a
 
animação
).
 (
Met
Arg
Ile
A
 
U
 
G
C 
G
 
G
A
 
U
 
C
G
 
C
 
C
U
 
U
 
A
U
 
A
 
G
RNA
 
mensageiro
Deslocamento
 
do
 
ribossomo
Saída
 
do
 
RNAt
Ligação
 
peptídica
) (
ribossomo
 
se
)À medida que o
 (
Clique
 
aqui
 
para
 
continuar
 
a
 
animação
)desloca sobre uma cadeia de RNAm vai traduzindo		sua mensagem na forma de	uma	cadeia Polipeptídica.
 (
Ligação
 
peptídica
Met
Arg
Ile
Ala
A
 
U
 
G
C 
G
 
G
A
 
U
 
C
G
 
C
 
C
U
 
U
 
A
U
 
A
 
G
RNA
 
mensageiro
Deslocamento
 
do
 
ribossomo
Saída
 
do
 
RNAt
) (
ribossomo
se
)À medida que	o
 (
Clique
 
aqui
 
para
 
continuar
 
a
 
animação
)desloca sobre uma cadeia de RNAm vai traduzindo sua mensagem na forma de uma cadeia Polipeptídica .
Após o deslocamento do ribossomo, finalmente chega ao códon que não codifica nenhum aminoácido correspondente (UAG= Stop códon).
Quando isso ocorre, o sítio A é ocupado por uma proteína denominada fator de liberação e todos os participantes do processo se separam.
 (
Clique
 
aqui
 
e
 
observe
 
:t
) (
Met
Arg
Ile
Ala
Fator
 
de
 
liberação
Leu
F
 
L
A
 
U
 
G
C
 
G
 
G
A 
U
 
C
G
 
C
 
C
U
 
U
 
A
U
 
A
 
G
RNA
 
mensageiro
(
UAG=
 
Stop
 
códon
)
Deslocamento
 
do
 
ribossomo
Saída
 
do
 
RNAt
)
 (
Clique
 
aqui
 
para
 
continuar
 
a
 
animação
)
Depois que esse fator se ligar ao códon (UAG), o aminoácido anterior dissocia-se do complexo ribossômico.
O ribossomo se dissocia, assim como o fator de liberação e o recém formado polipeptídio é liberado.
 (
da
 
informação
 
da
 
sequência
) (
Met
Arg
Ile
Ala
Leu
Polipeptídio
 
recém
 
sintetizado
S
u
b
u
n
i
d
a
d
e
maior
F
 
L
A
 
U
 
G
C 
G
 
G
A
 
U
 
C
G
 
C
 
C
U
 
U
 
A
U
 
A
 
G
RNA
 
mensageiro
Sub unidade
menor
)A proteína é formada a partir
de códons do RNAm e assim finaliza a tradução.
 (
FIM
 
DA
 
TRADUÇÃO
)
Vídeos educativos adicionais
https://www.youtube.com/watch?v=6nxRxoGME_I https://www.youtube.com/watch?v=0dXA4PgZOac https://www.youtube.com/watch?v=7Hk9jct2ozY
Até a próxima aula...
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