Estrutura e Replicação do DNA

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Propriedades do DNA 
• 3 componentes: (1) fosfato, (2) açucar – desorribose e (3) bases nitrogenadas – adenina, timina, 
guanina e citosina; 
• O açucar é chamado de desoxirribose pois contém açucares ribose que não possuem um átomo de 
oxigênio. 
Estrutura 
• DNA é composto por duas fitas que formam uma dupla hélice (descoberto por Jmaes Watson e 
Francis Crick); 
 
• Modelo de DNA foi construído com base em resultados de pesquisas anteriores, imagens de fibras de 
DNA produzidas por difração de raios X revelaram ao olho treinado que o DNA é uma hélice de 
dimensões precisas; 
 
• Dupla hélice composta por duas fitas de nucleotideos ligados por pontes de hirogênio que se enrolam 
uma na outra. A-T (duas pontes de hidrogênio) C-G (três pontes de hidrogênio); 
 
• Todas as células do corpo têm a mesma composição genética, a replicação precisa do material 
genético em cada divisão celular é crucial. Assim as caracteristicas estruturais do material genético 
devem permitir uma replicação precisa. 
 
• Caracteristicas estruturais do material genético devem possuir conteúdo informativo; 
 
• Como as mutações fornecem a matéria prima para a seleção evolutiva, o material genético deve ser 
capaz de mudar em ocasiões raras. No entanto as estruturas do material genético devem ser estáveis 
o suficiente para que um organismo usufrua de suas informações codificadas. 
 
• Adenina e Guanina tem estrutura de anel duplo – purinas 
 
• Citosina e Timina estrutura de anel único – pirimidinas 
 
 
 
AULA 1 - ESTRUTURA DO DNA 
 
 
 
Regras de Chargaff 
 
• A quantidade total de nucleotídeo de purina (A+G) é sempre igual a quantidade de pirimidina (T+C) 
• A quantidade de A sempre é igual de T e a quantidade de G sempre igual a de C. 
 
 
Ex 1: Se a Timina constitui 15% das bases em uma molécula específica de DNA, que porcentagem 
de bases será Citosina. 
R: Regra de Chargaff 
A – 15% T – 15% 
G – 35% C – 35% 
A e T – proporção iguais 
G – C dividem o restante das bases 
100% - 30% = 70% 
70%/2= 35% 
 
 
Ex 2: Se o conteúdo a molécula de DNA GC corresponde a 48%, quais as porcentagens das quatro 
bases (A, T, G, C) nesta molécula? 
 
R: Regra de Chargaff 
A – 26% T – 26% 
G – 24% C – 24% 
G + C = 48 (48%/2= 24) 
A e T = restante (100% - 48% = 52%/2 = 26%) 
 
• Dados de Chargaff indicam que A pareia apenas com T e C apenas com G; 
 
• Watson e Crick concluiram que cada par de bases consiste em uma base purina e uma bse pirimidina, 
pareadas de acordo com a seguinte regra: G pareia com C (G-C), e A pareia com T (A-T), chamadas 
de bases complementares. 
 
• As duas fitas são mantidas juntas por pontes de hidrogênio entre as bases de purina e pirimidina de 
cada fita, formando a estrutura de uma escada em espiral. 
 
• Uma ligação fosfodiéster conecta o átomo de carbono 5’ de uma desoxirribose ao átomo de carbono 
3’ da desoxirribose adjacente. Assim, diz-se que cada estrutura de açucar-fosfato tem uma polaridade 
ou direção 5’ para 3’, no DNA de fita dupla, as duas estruturas estão em orientação oposta, ou 
antiparalela; uma é orientada de 5’ para 3’ e a outra é orientada de 3’ para 5’. 
 
• Os pares de bases G-C têm três ligações de 
hidrogênio, enquanto os pares de bases A-T têm 
apenas duas, assim os pares de bases G-C são mais 
estáveis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Replicação semiconservativa 
 
• Hipótese feita por Watson e Crick, a dupla-hélice é desenrolada e cada fita de DNA atua como um 
modelo para a montagem direta de bases complementares seguindo as regras de pareamento de 
bases, para assim criar duas hélices idênticas a original. 
 
• Leva esse nome pois cada uma das novas hélices conserva uma das fitas originais; 
 
• Na replicação conservativa a dupla hélice do DNA original é conservada e uma dupla – hélice filha é 
produzida, consistindo em duas fitas recém-sintetizadas. 
 
• Replicação dispersiva são produzidas duas duplas hélices novas de DNA, com cada cadeia contendo 
segmentos tanto do DNA parental quanto do DNA filho recém-sintetizada. 
 
• Cromossomo bacteriano é circular, além disso, descobriu-se que os cromossomos capturados no meio 
de um segundo ciclo de replicação formaram uma estrutura que se assemelhava a letra grega theta 
(θ), com um fino circulo de pontos consistindo em uma única fita radioativa e uma curva espessa de 
pontos cortando o interior do círculo de DNA consistindo em duas fitas radioativas. 
 
• Extremidades da curva espessa de pontos definiram os dois locais de replicação do DNA em 
andamento e são chamados de forquilhas de replicação. 
 
AULA 2 – REPLICAÇÃO DO DNA 
 
 
• O experimento de Cairns forneceu evidências adicionais para a replicação semiconservativa e também 
demonstrou que a replicação em bactérias começa em um local do genoma e se espalha de forma 
bidirecional por meio de duas bifurcações de replicação. 
 
Como ocorre a replicação 
 
• Começa pelo reconhecimento de sequências específicas do genoma, que são feitos por proteínas 
iniciadoras; 
 
• A interação estabelece as origens de replicação determinando quando, onde e como a replicação do 
DNA é iniciada; 
 
• O início da síntese das fitas novas de DNA ocorre em sítios especificos no DNA chamados de origem 
de replicação, onde o DNA se abre para que a cópia das novas fitas possa começar. 
 
• As origens de replicação têm duas funções importantes na replicação do DNA: (1) garantir que o 
genoma seja replicado eficientemente e (2) determinar quando e onde a replicação deve ser iniciada. 
 
• As proteínas iniciadoras (ou proteinas que reconhecem a origem) possuem duas funções importantes: 
(1) Reconhecer e se associar a origem; (2) Guiar outras proteínas replicativas até essas origens para 
que a atividade de helicase inicie a separação das fitas de DNA. 
 
• DNA polimerase  - primase é uma proteína composta por quatro subunidades bastante conservada 
entre eucariotos, e é a principal responsável pela síntese do iniciador de RNA. 
 Se locomove pela fita molde de DNA na forquilha de replicação aberta até encontrar um 
sítio de reconhecimento, onde o iniciador deve ser posicionado 
 Uma vez que essas regiões são identificadas, a primase começa a síntese do iniciador de 
RNA, adicionando ribonucleotídeos de acordo com a fita molde de DNA de fita simples. 
 
 
 
Fim da replicação 
• Em cromossomo circular: o sítio de determinação é definido pela presença de sequênciass específicas, 
que são sequências de terminação. 
 
• Garantem que independente da velocidade de replicação de cada uma das forquilhas, o local de 
terminação da replicação será sempre o mesmo. 
 
• Após a replicação de todo o cromossomo bacteriano, as forquilhas se encontram, mas as duas 
moléculas de DNA ficam entrelaçadas como dois anéis de uma corrente. 
 
• A liberação dessas moléculas ocorre pela ação de topoisomerase específicas de procariotos que cortam 
uma das moléculas de DNA, possibilitando sua liberação da outra molécula. 
 
 
• Cromossomos lineares – a maioria das células eucariotas utiliza outra estratégia para replicar as 
porções finais de seus cromossomos: os telômeros. 
 Tratam de estruturas especializadas que “selam” as extremidades dos cromossomos lineares 
e previnem que sejam ligadas umas as outras. 
 Portanto a maquinaria que atua nessa origem de replicação não é a mesma das origens de 
replicação no restante do genoma; 
 Os telômeros recrutam DNA polimerase 
especializadas chamadas telomerase; 
 Assim, a telomerase atua na extremidade 3’ do 
telômero e estende apenas uma das fitas do DNA, 
formando sequências teloméricas de fita simples. 
 A fita descontínua é estendida pela maquinaria geral 
da replicação envolvendo RNA primase, fragmentos 
de Okazaki, DNA polimerase e DNA ligase. 
A transcrição gênica ocorre em um fluxo de informação unidirecional. O processo detranscrição 
consiste na conversão de uma sequência de nucleotídeos do DNA em uma cópia dessa sequência sintetizada 
agora em uma molécula de RNA. 
• Todas as moléculas de RNA da célula, ou seja, os RNAt (transportadores), os RNAr (ribossômicos), 
RNAm (mensageiro) e os RNA regulatórios e catalíticos são obtidos por meio desse processo. 
 
• 3 três RNA polimerases: 
1. Polimerase I – transcreve o RNAr; 
2. Polimerase II – transcreve o RNAm; 
3. Polimerase III – transcreve o RNAt. 
 
• Cerca de 25% dos promotores contêm uma TATA, um elemento de sequência assim denominado 
porque a sequência de nucleotídeos TATA aparece na sequência consenso TATAAAA (TATA box). 
 
• Uma unidade de transcrição é delimitada por uma sequência no DNA chamada promotor, na qual se 
inicia a transcrição, e uma sequência chamada terminador, se encerra a transccrição. 
 
• Durante o alongamento, o CTD da RNA polimerase II é quimicamente modificado para servir como 
um local de ligação para outras proteínas envolvidas na transcrição e no processamento do RNA. 
 
• A terminação da transcrição pelas RNA polimera I, II e III ocorre por diferentes mecanismos. A 
terminação da transcrição do mRNA pela RNA polimerase II, pode ocorrer por mecanismos 
alostéricos ou torpedo que são análogos aos mecanismos independentes de fator e dependentes de 
Rho, respectivamente, em E. coli, e são direcionadas por sequências de formação da extremidade 39 
no mRNA. 
 
AULA 3 – TRANSCRIÇÃO DO DNA 
 
 
• 
Poliadenização 
 
A terminação da transcrição pelas RNA polimera I, II e III ocorre por diferentes mecanismos. A terminação da 
transcrição do mRNA pela RNA polimerase II, pode ocorrer por mecanismos alostéricos ou torpedo que são 
análogos aos mecanismos independentes de fator e dependentes de Rho, respectivamente, em E. coli, e são 
direcionadas por sequências de formação da extremidade 39 no mRNA. 
 
 
Splicing 
 
- Descoberto por Philip Sharp e Richard Roberts, em 1977; 
 
- De forma indepedente esse processo de splicing, ou recomposição do mRNA, que remove segmentos de 
mRNA chamados íntrons e une os segmentos restantes chamados éxons. 
 
- O corte de íntrons e a junção de éxons são chamados de splicing porque se assemelha a maneira como uma 
película de filme é cortada e reunida para excluir um segmento específico. 
 
- A sequência de um Mrna nem sempre é idêntica a sua sequência gênica porque, conforme os pré-mRNA são 
transcritos, os íntrons são removidos e os éxons remanescentes são unidos pelo processo de splicing. 
 
- Após a descoberta dos éxons e dos íntrons, os pesquisadores voltam sua atenção para o mecanismo de 
splicing do mRNA. Como o splicing deve ocorrer com a precisão de um único nucleotídeo para manter a 
informações que direcionam a tradução, o precursor do mRNA contendo o íntron (pré-mRNA) deve conter as 
informações que indicam para a máquina de splicing, chamada spliceossomo, onde agir. 
 
- O splicing é uma reação em duas etapas. A primeira é a clivagem no sítio de splicing 59 e a segunda é a 
clivagem no sítio 39, o que resulta na remoção do íntron e na união dos éxons. 
 
 
Exportação de RNA do núcleo 
 
Os mRNA são exportados do núcleo para o citoplasma, onde são traduzidos em proteínas, e os snRNA 
envolvidos no splicing são produzidos no núcleo, exportados para o citoplasma para montagem com proteínas 
e, em seguida, devolvidas ao núcleo. 
 
 
 
 
 
 
 
• 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Composição e estrutura dos ribossomos 
• Constituído de 2 sbunidades (uma maior e outra menor) 
o Maior – centro peptidil-transferase, responsável pela ligação peptída 
o Menor – centro de decodificação, que se liga ao RNAm e faz a decodificação dos RNAt 
carregados. 
 
• Ribossomos bacterianos dispõem de 2 sítios para ligarem pelo menos 2 tRNA simultaneamente. 
o A – Sítio de ligação para o aminoacil-tRNA (ligado em sua extremidade 3’ a carboxila do 
aminoácido carregado) 
o P – Sítio de ligação para o peptidil-tRNA (ligado em sua extremidade 3’ na posição C-terminal 
da cadeia polipetidica crescente) 
o E – (exit/saída) que é o sítio de ligação do tRNA liberado após a transferência da cadeia 
polipeptidíca crescente para o aminoacil-tRNA. 
 
Inicío da tradução 
A tradução é realizada por ribossomos que se movem ao longo do mRNA na direção 5’ para 3’. Os 
tRNA trazem aminoácidos para o ribossomo e seu par de bases de anticódons para os códons do 
mRNA. 
 
• Um aminoácido de entrada se liga a extremidade amino da crescente cadeia polipeptídica no 
ribossomo. O processo de tradução pode ser dividido em 3 fases (1) iniciação, (2) alongamento, (3) 
término. Além do ribossomo, mRNA e tRNA, outras proteínas (fatores) são necessárias para cada fase. 
 
• Segundo o dogma central (Francis H. Crick – 1916 a 2004) essa informação genética flui do DNA 
para proteína por meio de uma molécula carreadora, o RNAm. 
 
• Principal tarefa é: colocar o primeiro aminoacil-tRNA no sítio P do ribossomo e, dessa forma, 
estabelecer o quadro de leitura correto do mRNA. Na maioria das bactérias e em todos os eucariotos, 
o primeiro aminoácido em qualquer polipeptídio recém-sintetizado é a metionina (met), especificada 
pelo códon de iniciação AUG. 
 
AULA 4 – TRADUÇÃO DO DNA 
• A iniciação da tradução começa quando um iniciador tRNA anticódon carregado e um códon de 
iniciação mRNA AUG se reúnem no sítio P de uma subunidade ribossômica pequena. 
 
• A proposta inicial foi de que a unidade de leitura (denominada códon) teria três nucleotídeos, de modo 
que sua combinação promoveria a existência de 64 códons, que seriam, portanto, redundantes. 
 
 
Alongamento da tradução 
 
• Durante o alongamento da tradução, o ribossomo funciona como uma fábrica, repetindo as mesmas 
etapas indefinidamente. 
 
• O mRNA atua como um modelo, especificando a entrega de tRNA, cada um levando como carga um 
aminoácido. 
 
• Cada aminoácido é adicionado a cadeia polipeptídica em crescimento, enquanto o tRNA desacilado é 
reciclado ao ser carregado com outro aminoácido. 
 
Término da tradução 
 
• O ciclo de alongamento continua até que o códon no sítio A seja um dos três códons de parada: UGA, 
UAA ou UAG. 
 
• A tradução é concluída quando ocorre a translocação do ribossomo, e o códon de terminação 
encontra-se em A. 
 
• Para o término da tradução, fatores de liberação (RF) fazem a coordenação.