RESUMO - GENETICA- ESTRUTURA E REPLCACAO DO DNA

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<p>Genetica : Estrutura e compactação do DNA</p><p>Cromatina: DNA + proteínas ( histonas ou não histonas)</p><p>Cromossomos: São filamentos de cromatina condensados de forma espiralada em proteínas histonas.</p><p>Histonas:  principais proteínas presentes no nucleossomo. Possui um importante papel na regulação dos genes. Aumentam o diâmetro do DNA e alteram suas propriedades físicas.</p><p>Acidos nucleicos: Essa estrutura consiste em sequências de nucleotídeos. Os nucleotídeos são formados por uma base nitrogenada (purina ou pirimidina), uma pentose (desoxirribose ou ribose, no DNA e no RNA, respectivamente) e um grupo fosfato.</p><p>Estrutura do DNA</p><p>É caracterizada por uma dupla-hélice antiparalela, com um arcabouço linear com resíduos de açúcar e grupamentos de fosfato. Em 1953, Watson e Crick propuseram o modelo para a molécula do DNA.</p><p>A molécula de DNA é uma longa cadeia de nucleotídeos, com estrutura semelhante a uma escada de corda, enrolada helicoidalmente. Essa estrutura é composta por pares de bases e suas ligações se dão por meio de pontes de hidrogênio. Entre as bases adenina e timina, as pontes são duplas e entre guanina e citosina, as pontes são triplas.</p><p>No modelo de “escada”, o açúcar e o fosfato seriam como os corrimões e as bases nitrogenadas seriam como os degraus.</p><p>As duas cadeias polinucleotídicas são antiparalelas, enquanto uma corre na direção 5’ → 3’, a outra corre em direção oposta de 3’ → 5’. As combinações de pares de bases entre adenina e timina e entre guanina e citosina são estáveis.Dessa maneira a quantidade de bases purinas (adenina e guanina) e pirimidinas (timina e citosina) é a mesma.</p><p>Vantagens da estrutura do DNA:</p><p>· Armazena uma grande quantidade de informação.</p><p>· Cada cadeia contém a informação completa necessária para realizar a sua replicação.</p><p>· Defesa contra a perda de informação genética, caso ocorra um dano à molécula, a base perdida pode ser substituída pela direção dada pela cadeia complementar.</p><p>· Hibridização, com uma mistura complexa de moléculas, em razão da complementariedade das cadeias.</p><p>Os diferentes níveis de compactação do DNA</p><p>Cadeia contínua de nucleossomos: É o primeiro nível de compactação, com a formação do nucleossomo. As fibras de cromatina são formadas por um eixo de histonas. Uma molécula de DNA se enrola em volta desse eixo. Essa molécula apresenta 147 pares de base de comprimento e 2 nm de diâmetro, formando uma super-hélice com um giro para a esquerda. Esse giro completa 1,7 volta por nucleossomo e se dá em volta de um octâmero de histonas. Cada nucleossomo mede em torno de 11 nm de diâmetro. Esse nível dá à cromatina uma aparência de contas em um colar. Cada conta consiste em uma partícula central, constituída por quatro distintos tipos de histonas: H2A, H2B, H3 e H4. Os nucleossomos estão unidos pelos DNA de ligação, que estão ligados à quinta histona H1. Essa proteína é responsável pela interação entre o octâmero e o DNA, contribuindo para a compactação longitudinal dos cromossomos e na expressão gênica.</p><p>Solenoides: No núcleo, a fibra de cromatina de 11 nm de diâmetro é compactada em uma estrutura espessa. Essa estrutura de 30 nm é denominada de solenoide e consiste em numerosos nucleossomos juntos, enrolados firmemente.</p><p>Alças: neste nível de compactação, ocorre a transição para o cromossomo mitótico. Há a formação de uma série de domínios em alça, que são formados pela estrutura de 30 nm. As proteínas não histonas e a H3 parecem ter um papel importante para a formação deste nível.</p><p>Cromossomo: neste nível, a cromatina está altamente condensada e se encontra na metáfase. As fibras condensadas se enrolam nos braços cromossômicos.</p><p>Cromatina e expressão dos genes</p><p>Na Biologia Molecular o dogma central é que o fluxo da informação genética segue uma via única. Esse fluxo é DNA→ RNA→ proteína. o DNA especifica a síntese do RNA e o RNA especifica a síntese de polipeptídios (formadores de proteínas).</p><p>Transcrição: É a síntese de RNA é realizada pela RNA-polimerase dependente de DNA. Ocorre principalmente no núcleo da célula (em eucariotos), podendo ocorrer também nas mitocôndrias e nos cloroplastos.</p><p>Tradução: Ocorre a síntese de proteínas a partir do RNA (RNA mensageiro). Ocorre nos ribossomos, nas mitocôndrias e nos cloroplastos.</p><p>· RNA Ribossômico (RNAr): recebe esse nome, pois é o principal constituinte dos ribossomos. Ele possui o maior peso, sendo o principal responsável pela síntese de proteínas.</p><p>· RNA Mensageiro (RNAm): junto ao RNA ribossômico, ele auxilia na síntese de proteínas, orientando a ordem dos aminoácidos para a formação proteica. Ele é responsável por levar do núcleo celular até o citoplasma as informações genéticas recebidas do DNA. Seu peso é menor que o RNA ribossômico.</p><p>· RNA Transportador (RNAt): seu nome já indica que sua função é transportar as moléculas de aminoácidos que serão utilizados na síntese de proteínas. Ele transporta essas moléculas até os ribossomos, local em que se unem e formam as proteínas. Comparado com os outros, este possui o menor peso.</p><p>Principio da colinearidade: É a sequência linear de nucleotídeos do DNA é decodificada para a sequência linear de nucleotídeos do RNA, assim como a sequência linear de nucleotídeos do RNA é decodificada para a sequência linear de três nucleotídeos (os chamados códons) dos aminoácidos que formarão a proteína.</p><p>Processo semiconservativo: Apenas uma pequena fração de DNA é expressa e resultará na síntese de proteína, isto é, dependente da necessidade da célula.</p><p>Codigo genético: É a informação contida no RNA mensageiro. É essa informação que orienta a adição de aminoácidos nas cadeias proteicas. A sequência de nucleotídeos deve consistir em um número suficiente de unidades codificadoras para representar 20 aminoácidos. Uma trinca é responsável pela codificação de um aminoácido.</p><p>O início da síntese de um polipeptídeo é a partir do códon AUG, que corresponde ao aminoácido metionina. O término da síntese é indicado pelos códons de finalização: UAA, UAG e UGA.</p><p>CROMATINA</p><p>A cromatina é formada por DNA, RNA e proteínas histonas (proteínas básicas ricas em 10 Estrutura e compactação do DNA arginina e lisina) e não histonas (proteínas ácidas). As histonas são fundamentais para o empacotamento do DNA, atuando no enrolamento primário do DNA, para posterior formação do nucleossomo. Junto com as histonas estão pequenas proteínas com pH básico que ajuda na interação do DNA.</p><p>Possuem duas constituição:</p><p>1- Heterocromatina: DNA bastante condensado, inativo e que não pode transcrever o gene ( por falta ou por gene reprimido).</p><p>2- Eucromatina: DNA ativo, que pode realizar o processo de transcrição.</p><p>MECANISMO DE REPLICAÇÃO DO DNA</p><p>Replissomos: Conjunto de enzimas que participam na síntese de DNA.</p><p>Elicase: Quebra as pontes de H+.</p><p>SSB: Estabiliza as fitas simples após a separação da fita de DNA.</p><p>Topoisomerase ou girasse: Controla o estreitamento da helice do DNA durante o processo.</p><p>Primase: Sintetiza o iniciador RNA primer.</p><p>Polimerase: Produz as novas fitas a partir do RNA primer. As Polimerase III e polimerase I. Sentido 5’ para 3’. A polimerase III da continuidade da replicação a partir do RNA primer e a polimerase I completa os fragmentos de DNA do lugar do RNA primer.</p><p>RNase H ou exonuclease: Retira o RNA primer para que o DNA polimerase I realize o preenchimento entre os fragmentos de Okazaki na fita retardada.</p><p>Fita líder: Continua devido o DNA polimerase.</p><p>Fita retardada/tardia/descontinua: Não é continua, seus fragmentos são chamos de Okazaki.</p><p>Ligase: Liga a fita de DNA ao restante que foi produzido pelo DNA polimerase após a retirada do primer. São ligações fosfodiester com gasto de ATP.</p><p>O dogma central da biologia molecular postula que a informação contida nos genes é transcrita na forma de RNA mensageiro e este, por sua vez, é traduzido em uma proteína. O DNA é o repositório da informação genética na grande maioria dos seres vivos e, por isso, é necessário que essa molécula seja capaz de autoduplicar a fim de conservar a informação genética para os eventos de mitose e meiose. Dessa forma, cópias</p><p>fieis do DNA são transmitidas para as células-filhas e a informação genética é preservada para a próxima geração.</p><p>O mecanismo de replicação para essa molécula é semiconservativa, cada fita do DNA serve de molde para a síntese de uma nova hélice. Nesse mecanismo, a fita dupla seria desenrolada e a nova fita seria produzida por meio da incorporação de nucleotídeos contendo bases complementares à fita molde.</p><p>O processo de duplicação do DNA em procariotos e eucariotos são semelhantes. Porém, em razão de maior tamanho do genoma, formato cromossômico linear e formação de complexos DNA-proteínas, a replicação em eucariotos é mais complexa.</p><p>De forma geral, o processo replicativo pode ser dividido em três etapas:</p><p>1. Separação da hélice dupla, em que as ligações de hidrogênio são rompidas em uma reação de hidrólise, catalisada pelas helicases. As SSBPs impedem o reanelamento das fitas.</p><p>2. Síntese dos primers, em que oligonucleotídeos de RNA são produzidos pela enzima primase e ligados à sequência complementar no DNA na região de origem de replicação para possibilitar o início da síntese.</p><p>3. Alongamento da fita, em que a enzima DNA-polimerase catalisa a adição de nucleotídeos trifosfatados à fita em crescimento.</p><p>A REPLICAÇÃO EM PROCARIOTOS</p><p>A duplicação do DNA se inicia em uma região conhecida como origem de replicação. O chamado sítio oriC tem 250 pares de bases e constitui a única origem de replicação presente no material genético circular das bactérias . Nesse local, a proteína DnaA promove o desenrolamento inicial da estrutura do DNA para facilitar o rompimento da cadeia dupla. . A região de separação das cadeias para o início da autoduplicação é chamada de forquilha ou bolha de replicação. Após o desenrolamento da hélice, as ligações de hidrogênio entre as bases complementares são rompidas pelas enzimas helicases. Como as fitas separadas têm afinidade entre si e tendem a se unir novamente, as proteínas de ligação à fita simples (SSBPs) se associam às hélices impedindo a hibridização do DNA. Por fim, a abertura de uma bolha no meio da estrutura helicoidal gera uma tensão no restante da molécula, a qual é neutralizada pela enzima DNA-topoisomerase, que também pode ser referida como DNA-girase. Após a abertura da forquilha de replicação, a enzima primase se liga às fitas simples do DNA. Essa enzima é uma RNA polimerase que utiliza o DNA como molde para sintetizar pequenos fragmentos de RNA (de 10 a 12 nucleotídeos de extensão) que atuam como iniciadores ou primers. A presença dos primers anelados à fita molde são essenciais para o início da síntese do DNA, uma vez que a DNA-polimerase III, enzima responsável pelo alongamento da cadeia, não é capaz de produzir uma fita sem uma sequência de nucleotídeos preexistente.</p><p>A replicação do DNA é bidirecional. Isso significa que nas duas extremidades da forquilha de replicação ocorrem sínteses de novas hélices de DNA. Tal produção ocorre sempre do sentido 5’ para 3’, sendo dirigido por complementariedade. Vale recordar que as fitas do DNA são antiparalelas entre si, isto é, uma fita corre na direção 5’ para 3’, enquanto outra tem polaridade oposta, de 3’ para 5’. Durante o deslocamento da bolha de replicação, a fita molde que apresenta orientação 3’ para 5’ direciona a síntese da cadeia complementar de forma contínua, ao passo que a produção da hélice nova a partir da fita que tem orientação 5’ para 3’ é feita por meio de fragmentos. Na fita contínua, também chamada de fita leader, a enzima DNA-polimerase catalisa a polimerização do DNA a partir de um único primer. Já na fita retardada, ou fita lagging, os chamados fragmentos de Okazaki conduzem a síntese da nova cadeia. Na fita lagging, a DNA-polimerase III catalisa a síntese da cadeia complementar até o primer do próximo fragmento de Okazaki. Antes do término da replicação, a enzima RNAse H remove os primers de RNA e as lacunas são preenchidas pela adição de nucleotídeos complementares pela DNA-polimerase I. Por fim, os fragmentos de Okazaki são unidos pela DNA-ligase para formar uma hélice inteira.</p><p>A REPLICAÇÃO DO DNA EM EUCARIOTOS:</p><p>Embora existam algumas diferenças entre a replicação de procariotos e eucariotos, o mecanismo de duplicação em ambos os organismos é basicamente o mesmo. Diferentemente das bactérias, os eucariotos apresentam múltiplas origens de replicação, e consequentemente, várias forquilhas de replicação são formadas ao longo do DNA. Tais sequências são reconhecidas por um complexo multienzimático chamado complexo de reconhecimento de origem (ORC). Os ORCs, por sua vez, sinalizam o desenrolamento do DNA com a retirada das histonas e a abertura da hélice dupla para o início da polimerização da nova fita.</p><p>Em eucariotos, as DNA-polimerases têm nomenclatura e características diferentes. De forma geral, três polimerases são essenciais para a replicação do DNA nuclear. A DNA-polimerase α se associa com a DNA-primase para formar um complexo de quatro subunidades capaz de sintetizar o primer de RNA tanto na fita leader quanto na fita lagging. . Após o anelamento de cerca de 10 ribonucleotídeos, a DNA-polimerase α inicia o alongamento da fita catalisando a adição de 20 a 30 nucleotídeos de DNA. . Em seguida, a DNA- -polimerase α é substituída pelas DNA-polimerase ε e -δ, que, por sua vez, promovem o alongamento das fitas a partir da complementariedade de bases nitrogenadas. Acredita-se que, enquanto polimerase ε catalisa a formação da fita contínua, a polimerase δ é envolvida na síntese da fita retardada.</p><p>Elementos necessários para a replicação</p><p>Primeiramente, para que a replicação tenha início, é necessário que a molécula de DNA parental apresente origens de replicação conservadas, capazes de serem reconhecidas pelas proteínas que sinalizam a formação do replissomo. A duplicação do material genético ocorre somente na fase S do ciclo celular de eucariotos. As enzimas que constituem toda a maquinaria de replicação também são elementos fundamentais para o processo. A DNA-helicase permite que haja a separação da fita dupla para que cada hélice possa atuar como fita molde. As proteínas SSBPs e DNA-topoisomerases têm grande importância na estabilização da molécula. Esta última retira a tensão de espiralização a partir da inserção de um fosfato inorgânico na ligação fosfodiéster. A partir desse mecanismo, a DNA-topoisomerase cliva uma das fitas e a mantém ligada à própria enzima. A primase é uma RNA polimerase dependente de DNA que sintetiza o primer de RNA, elemento essencial para o início da polimerização da cadeia polinucleotídica. As DNA-polimerases de procariotos e eucariotos necessitam de um grupo hidroxila na terminação 3’ da cadeia crescente para catalisar a formação da ligação fosfodiéster, e o iniciador de RNA oferece tal condição. Dessa forma, os primers precisam ser removidos. Quem executa essa função são as enzimas RNAse H e a própria DNA-polimerase I em bactérias. Por fim, a DNA-ligase promove a união dos fragmentos de Okazaki na fita tardia, permitindo a formação de uma fita inteira. A DNA-polimerases merecem atenção especial. Tanto em procariotos quanto em eucariotos, essa classe de enzimas desempenha muitas funções. Em bactérias, as DNA-polimerases I, II e III são as mais importantes. Todas elas são capazes de catalisar o crescimento da cadeia polinucleotídica no sentindo 5’ para 3’, porém, a DNA-polimerase III á a principal enzima envolvida nessa função. Além de adicionar nucleotídeos em alta processividade, a DNA-polimerase III tem atividade de exonuclease 3’ para 5’, ou seja, ela pode inverter a direção da sua ação e excisar nucleotídeos erroneamente adicionados. Tal mecanismo permite que a DNA-polimerase III seja capaz de revisar a fita em crescimento e corrigir pareamentos incorretos.</p><p>A DNA-polimerase I também catalisa a adição de nucleotídeos, principalmente na lacuna deixada na fita após a remoção do primer de RNA. Em razão de sua atividade exonucleásica nos dois sentidos, isto é, de 5’ para 3’ e de 3’ para 5’, essa mesma enzima pode remover os ribonucleotídeos e sintetizar o DNA complementar.</p><p>A DNA-polimerase-II constitui uma enzima alternativa de reparo. Ela atua na correção do DNA danificado por forças externas, a exemplo da luz ultravioleta.</p><p>Em eucariotos, temos seis tipos de DNA-polimerases, embora apenas três delas sejam, de fato, essenciais para a replicação do material nuclear. As DNA-polimerases δ e ε são as enzimas de alongamento da fita. Elas apresentam atividade 3’ 5’ exonuclease, permitindo a revisão e o reparo do DNA no momento da construção da hélice. A DNA-polimerase α tem particular importância na síntese das primeiras sequências de DNA da fita. Porém, como essa enzima apresenta baixa processividade e maior taxa de erros, a forma α é adequada somente para a síntese de sequências menores. Outras duas polimerases, β e ζ, são associadas com mecanismos de reparo do DNA e manutenção da estabilidade do genoma. Além disso, para que a duplicação do DNA ocorra, é necessária a presença dos quatro nucleotídeos trifosfatados e cofatores enzimáticos inorgânicos, como o Mg2+.</p><p>image6.jpeg</p><p>image7.jpeg</p><p>image8.jpeg</p><p>image1.jpeg</p><p>image2.png</p><p>image3.jpeg</p><p>image4.jpeg</p><p>image5.jpeg</p>