Biologia molecular

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BIOLOGIA MOLECULAR NP1
Bibliografia: Bio. Mol. Básica, Zara
*Célula produz proteína (feita de aminoácidos) /DNA
DNA > contém informações, moléculas que guardam informações, sua unidade básica é o nucleotídeo, que forma polímeros
Aminoácidos precisam estar em ordem para gerar uma estrutura correta
Núcleo: tem cromossomo (DNA+proteína)
Função do cromossomo é organizar e compactar material genético
46 moléculas de DNA dentro do cromossomo de 23 pares
Estrutura do DNA: pentose (desoxirribose), gp fosfato e base nitrogenada, tem4 tipos de nucleotídeo
Desoxirribonucleotídeo / A cadeia cresce no sentido 5’3’ (carbono)
· OH (hidroxila) ligado ao 3’
Dna polimerase: faz ligação fosfodiester (covalente)
Ligação ponte de hidrogênio (não covalente) se forma e se desfaz fácil
A enzima polimerase usa energia dos ATP (3 fosfatos) para fazer ligação covalente (fosfodiester)
Polimerase está junto a 3’, consegue tirar nt no sentido inverso.
- Desnaturar > rompe as pontes de hidrogênio do DNA
- Anelamento: se refaz as pontes espontaneamente
Ligamento fosfodiester: difícil de separar, + fácil de juntar (anelar)
*DNAs: forma A, forma B > na água, forma Z > tem mais c e g
RNA: leva a informação do núcleo ao citoplasma para produção de proteínas através do ribossomo.
Gene > fragmento de DNA que codifica algo (proteína) > 20 mil genes em 23 pares de cromossomo
*RNA pode formar fita dupla
Dogma da biologia molecular > replicação, transcrição e tradução
Célula se replica para depois se dividir, copia um trecho para depois ser transcrito e traduzido
Procariontes > transcrição e tradução ocorrem no mesmo compartimento
Eucariontes: ocorre em compartimentos diferentes
*Replicação de DNA, nova fita moldada a partir da fita molde
A replicação é semiconservativa pois existe a fita mãe que é um molde (template) para uma nova fita gerada
Fases: S > síntese, G1 e G2 (gap-intervalo) e M de meiose
*Replicação do DNA > proteínas se ligam à dupla fita que rompe as pontes de hidrogênio, na origem de replicação é onde fitas novas são formadas
Topoisomerase: ajuda a romper o DNA sem quebrar ele
Helicase > abre a fita dupla
Dna polimerase > sintetiza cópias complementares à fita mãe > precisa de um iniciador/primer/oligonucleotídeo iniciador (são feitos de RNA)
Polímeros são moléculas formadas por unidades repetitivas
Polimerase se “engancha” no carbono 5’3’ para fazer uma nova cópia, se ancora na extremidade 3’ livre
· CAI NA PROVA: TUDO sobre replicação
*A fita de cima é feita de maneira contínua (conforme a forquilha abre) a fita de baixo é feita descontinuamente, por partes, chamados fragmentos de Okazaki, conforme são inseridos novos primers
> DNA ligase faz ligação fosfodiester, liga fragmentos de okazaki
> Proteína SSB > ajudam a manter a fita aberta
*Cada vez que a célula se divide perde uma parte do telômero, com o tempo encurtam e não se dividem mais, o envelhecimento celular está ligado a esse processo de encurtamento do telômero.
Cinta de replicação > em torno da molécula de DNA
EM PROCARIOTOS: 
Primase faz primer
DNA polimerase III faz a replicação total, 
DNA polimerase I retira o primer, preenche o espaço depois da retirada do primer 
DNA polimerase II participa no reparo do DNA, mas não e necessária para a replicação do DNA 
DNA ligase sela o espaço
EM EUCARIOTOS: 
DNA polimerase alfa junto com a primase faz o primer
DNA polimerase delta faz síntese descontínua 
DNA polimerase Epson faz síntese contínua (fita líder)
Portanto, as diversas polimerases desempenham diferentes papéis na forquilha de replicação. Em procariotos, a DNA polimerase III é a principal polimerase na replicação, agindo tanto na síntese da fita líder quanto na síntese dos fragmentos de Okazaki, pela extensão dos primers de RNA. A DNA polimerase I é capaz de remover os primers (com sua atividade exonucleásica de 5’ para 3’) e preencher as falhas entre os fragmentos de Okazaki (por meio de seu sítio catalítico com ação de polimerase per se). Em células eucarióticas, três DNA polimerases distintas (α, δ e ε) estão envolvidas na replicação do DNA nuclear. A DNA polimerase α é encontrada complexada junto com a primase, agindo em conjunto com ela para a produção de um pequeno fragmento de RNA-DNA. Durante a síntese da fita líder, esse complexo age na forquilha de replicação uma única vez; já durante a síntese da fita descontínua, esse complexo age em cada um dos fragmentos de Okazaki que serão sintetizados. As DNA polimerases δ e ε agem, então, como as principais polimerases responsáveis pela síntese das fitas descontínua e líder, respectivamente (COOPER, 2019).
Além das DNA polimerases e da primase, outras proteínas atuam na forquilha de replicação. Uma classe de proteínas liga-se às DNA polimerases, aumentando sua atividade e fazendo com que se mantenham ligadas ao DNA. Tanto a DNA polimerase III de E. coli como as DNA polimerases δ e ε de eucariotos estão associadas a proteínas acessórias que atuam como uma cinta deslizante (sliding clamp, em inglês), que reconhecem o ponto de junção do primer com a fita molde, ligam-se a ele e formam uma estrutura em formato de anel em torno do DNA molde (ALBERTS, 2017). Esse anel mantém a associação entre a polimerase e o molde, permitindo a síntese ininterrupta de milhares de nucleotídeos, mas é capaz de liberar a enzima tão logo a polimerase encontre uma região de DNA de dupla fita. A montagem da cinta ao redor do DNA requer a hidrólise de ATP por meio de um complexo proteico especial, o montador da cinta, que hidrolisa ATP enquanto monta a cinta. As proteínas da cinta, então, posicionam a DNA polimerase na junção do primer com a fita molde (KRISHNA et al., 1994).
Outras proteínas desenrolam o DNA e estabilizam as regiões de DNA fita simples. As helicases são enzimas que catalisam o desenrolamento do DNA dupla fita, adiante da forquilha de replicação, com hidrólise de ATP. Então, as SSBP (proteínas de ligação ao DNA fita simples, do inglês, single-stranded DNA binding proteins) estabilizam o DNA desenrolado, mantendo-o como fita única estendida, de modo que possa ser copiada pela DNA polimerase.
À medida que o DNA parental se desenrola, o DNA à frente da forquilha de replicação é forçado a girar. Essa rotação poderia levar a molécula a se enrolar sobre si mesma, bloqueando a replicação. Esse problema é solucionado pelas topoisomerases (COOPER, 2019), enzimas que catalisam a quebra e religação de fitas de DNA (reveja a figura 33), aliviando as torções acumuladas na dupla fita parental.
Antes de prosseguirmos, recordemos as moléculas-chave envolvidas na replicação, tanto de procariotos quanto eucariotos: 
• Helicase, uma enzima que catalisa a desnaturação (separação) da dupla fita. 
• Topoisomerase, enzima envolvida no aliviamento das torções acumuladas do DNA, adiante da origem de replicação. 
• Primase, enzima que sintetiza o iniciador de RNA.
 • DNA polimerase, enzima que sintetiza o DNA (existem múltiplas DNA polimerases, cada uma com funções especializadas). 
• DNA ligase, que liga os fragmentos de DNA entre si, durante a replicação.
Diferenças principais na replicação de procariotos e eucariotos: eucariotos possuem múltiplas origens de replicação; diferentes DNA polimerases, helicases, topoisomerases e ligases estão envolvidas; eucariotos possuem nucleossomos e telômeros; tipicamente, eucariotos possuem mais DNA.
Qualquer que seja sua estrutura, os telômeros devem prover três funções importantes: impedir que as nucleases degradem as extremidades da molécula de DNA linear; impedir que moléculas lineares de diferentes cromossomos se fundam; facilitar a replicação das extremidades da molécula linear, para que não ocorra perda de material genético.
Dna ligase > emenda os fragmentos de okazaki
DNA polimerase > sintetiza nucleotídeo num sentido e tira no outro, tem atividade revisora
A célula usa as informações contidas no DNA pois tem a receita para a proteína ser sintetizada
DNA: tem capacidade de replicação e de carregar informações, tem instruções genéticas
*Instruções implementadas através da síntese de RNA
Qualquertipo de DNA pode ser transcrito? Não, apenas genes podem ser transcritos em RNA
RNA polimerase > responsável pela síntese de RNA a partir do molde de DNA, no sentido 5’3’, não requer primer, só funciona em genes.
A RNA polimerase sabe que precisa fazer a transcrição pois antes do gene tem sequências promotoras *que promovem a expressão dos genes, mostram que a partir de um certo ponto a sequência produz proteínas.
Procariotos > reconhece sequências no DNA > alongamento (incorpora ribonucleotídeos) > síntese interrompida (sequências avisam)
Sequências consenso > sequências de promotores (localizados entre 10 e 35 nucleotídeos, antes dos RNAs que serão transcritos)
Alongamento: RNA polimerase ligada ao promotor abre a fita, coleta nucleotídeos que estão soltos e une uns aos outros fazendo a molécula de RNA.
A iniciação da transcrição começa com o reconhecimento de uma região promotora, presente no DNA molde. Geralmente, os promotores localizam-se a uma pequena distância a montante (upstream) do 114 Unidade I nucleotídeo onde a transcrição começa (DEVLIN, 2011). A jusante (downstream) denota a direção na qual a fita molde é transcrita. Nucleotídeos dispostos downstream ao sítio de início da transcrição são indicados por um sinal positivo (+); aqueles dispostos upstream, por um sinal negativo (-). Diferentes promotores frequentemente contêm sequências semelhantes, permitindo a identificação de uma sequência “consenso”, a partir da qual os promotores reais variam em diferentes graus. Embora os promotores procarióticos e eucarióticos sejam diferentes entre si, sequências conservadas são encontradas em ambas as categorias de promotores. Comumente, resíduos de adenina e timina dispostos em sequência são encontrados em regiões promotoras, e são conhecidos como TATA box. Em E. coli, essas sequências comuns compreendem seis nucleotídeos em cada uma e estão localizadas a aproximadamente 10 e 35 nucleotídeos antes do local do início da transcrição (-10 e -35). As sequências nas posições -10 e -35 em diferentes promotores não são idênticas, mas têm similaridade suficientemente alta (COOPER, 2019).
O término da transcrição pode ocorrer de dois modos, de acordo com a característica de ser dependente ou não da proteína fator ρ (rho). Assim, dois tipos de terminadores foram descritos em E. coli: ρ-independentes e ρ-dependentes. A terminação independente de fator ρ é mais bem caracterizada. Uma sequência tipo-consenso está envolvida: uma porção no DNA molde, rica em resíduos de CG, seguida de uma sequência de 6-7 resíduos de A, gera na transcrição um palíndromo rico em GC (sequência de repetição invertida) que precede uma sequência de 6-7 resíduos de U. Essas regiões podem se parear intrafita, formando uma estrutura do tipo grampo, imediatamente antes dos resíduos de oligo(U). A presença da estrutura secundária em grampo no RNA produzido interfere no movimento da RNA polimerase e causa uma pausa da síntese do RNA. Em função dessa pausa, os resíduos de U adicionados ao RNA mantêm-se pareados aos resíduos de A do DNA molde. O pareamento A=U pode ser rompido com facilidade (GARCIA, 2009). Lembre-se de que A forma duas ligações de hidrogênio com T (no DNA) ou U (com o RNA, durante a transcrição). Como resultado, o RNA é liberado, a enzima é dissociada do molde e ocorre o término da transcrição. O grampo que fica depois da terminação estabiliza o mRNA procariótico contra degradação nucleolítica.
- a RNA polimerase da bactéria perde um pedaço para reconhecer o promotor e sintetizar o RNA, no final do gene há uma sequência de terminação (hairpin). Sequências rica em CG invertidas e repetitivas formam ponte de hidrogênio, que finaliza a transcrição, com isso, o DNA desprende do molde de RNA e forma o hairpin.
A transcrição em bactérias pode ser dividida em iniciação, alongamento e terminação. Em eucariotos, o processo é semelhante, salvo as particularidades já apontadas. Assim, podemos dividir o processo em acoplamento do complexo de iniciação, iniciação, alongamento e terminação
Transcrição em eucariontes > tem fator de transcrição (proteína que se associa a outras proteínas)
RNA polimerase II > transcreve genes, gera RNAm
RNA polimerase I > gera RNA ribossomais
RNA polimerase III > gera RNA transportador
*TATA box > sequência consenso de eucarioto + fatores de transcrição se ligam e associam se a polimerase
Terminação: depende da proteína Rho, que se liga ao RNA sintetizado e percorre ele, chegando ao grampo/hairpin e provoca a dissociação de tudo.
Em E. coli, a RNA polimerase é constituída das subunidades α, β, β’ e σ. A transcrição é iniciada pela ligação de σ nas sequências do promotor. Após a síntese de alguns nucleotídeos iniciais do RNA, o núcleo central da polimerase se dissocia de σ e progride ao longo do molde de DNA à medida que alonga a cadeia de RNA. Então, a transcrição continua até que a polimerase encontre um sinal de terminação. As células eucarióticas contêm três RNA polimerases nucleares distintas que transcrevem os genes codificando para mRNAs (polimerase II), rRNAs (polimerase I, principalmente) e tRNAs (polimerase III). As RNA polimerases eucarióticas não se ligam diretamente às sequências promotoras; elas exigem proteínas adicionais (fatores gerais de transcrição) para iniciarem a transcrição. As sequências promotoras de muitos genes transcritos pela RNA polimerase II são identificadas pela proteína de ligação a TATA box, a qual recruta fatores de transcrição adicionais e a RNA polimerase para o promotor. 
A maioria dos genes de eucariotos tem uma estrutura dividida, na qual segmentos de sequências codificadoras – éxons – são interrompidos por 140 Unidade I sequências não codificadoras – íntrons. O splicing dos pré-mRNAs nucleares ocorre em grandes complexos chamados spliceossomos, compostos por proteínas e RNAs nucleares pequenos (snRNAs). Os snRNAs identificam sequências junto aos sítios de splicing dos pré-mRNAs e catalisam a reação de splicing. Os éxons podem ser unidos em várias combinações como resultado do splicing alternativo, o qual fornece um mecanismo importante para controle tecido-específico da expressão gênica em eucariotos complexos. Os pré-mRNAs eucarióticos são, ainda, modificados pela adição de cap de 7-metilguanosina em 5’ e da cauda de poli-(A) em 3’. 
RNAs transportadores servem como adaptadores que alinham aminoácidos no molde de mRNA. Ribossomos consistem em duas subunidades, que são compostas por proteínas e RNAs ribossomais. A tradução dos mRNAs procarióticos e eucarióticos inicia com um resíduo de metionina, modificada ou não. Em bactérias, códons de iniciação são precedidos por uma sequência que alinha o mRNA no ribossomo pelo pareamento de bases com o rRNA 16S. Em eucariotos, os códons de iniciação são identificados pela procura a partir da extremidade 5’ do mRNA, que é reconhecido pelo seu cap de 7-metilguanosina. 
A tradução é iniciada pela ligação do metionil-tRNA e do mRNA à subunidade menor do ribossomo. A subunidade maior do ribossomo, então, junta-se ao complexo, e a cadeia polipeptídica estende-se até o ribossomo alcançar um códon de parada no mRNA. Uma variedade de fatores não ribossomais é necessária para a iniciação, alongamento e terminação da tradução em bactérias e em eucariotos.
Procariotos X eucariotos: na procarioto um promotor controla vários genes, na eucarioto tem um promotor para cada gene (rna policistrônico, que codifica mais de uma proteína).
Na eucarionte > genes são interrompidos, íntrons (intrusos) interrompem a codificação 
Lição: quantos genes a espécie humana tem? 20.000! Então como 20K de genes podem dar origem a mais de 100.000 mil proteínas?
Resposta: Chamamos de splicing alternativo, pois nesse processo, podem ser feitas combinações, embaralhamento dos éxons, para a formação de diferentes proteínas a partir de um único gene.
*pesquisar sobre a cauda de poliadenina (Essa cauda tem a função de atuar como acentuadora da tradução, proteger o mRNA da digestão por nucleases presentes no meio e proporcionar uma maior estabilidade à molécula.Especula-se que ela também tenha um papel importante no transporte do mRNA para o citoplasma. É interessante notar que o nucleotídeo que se encontra logo antes da cauda poli-A não é o último que será traduzido e podem haver mais centenas de nucleotídeos além da extremidade 3’ de um RNA maduro).
cap 5’O (capacete do RNA é uma modificação que ocorre na sua extremidade 5’. Ele confere a essa molécula uma maior estabilidade, pois protege-a da ação de fosfatases e nucleases. Além disso o cap 5’, como é conhecido esse capacete, aumenta a chance desse RNA ser capturado pelos sistemas eucarióticos de tradução, levando a uma maior produção de proteínas. Deve-se notar que essa alteração não acontece nos RNA’s transportadores e ribossômicos, acontecendo principalmente nos mRNA’s e também nos hnRNA’s)
EXTRAÇÃO DE DNA ESPECTROFOTOMETIRA E ELETROFORESE EM GEL DE AGAROSE
Figura 1- VALORES ENTRE 1,8 E 2,0 INDICAM PUREZA, ABAIXO DE 1,8 INDICA CONTAMINAÇÃO
· A eletroforese em gel é uma técnica usada para separar fragmentos de DNA de acordo com seu tamanho.
· As amostras de DNA são carregadas nos poços (cavidades) localizados numa das extremidades de um gel, e uma corrente elétrica é aplicada para fazê-las avançar pelo gel.
· Os fragmentos DNA estão carregados negativamente, então movem-se na direção do eletrodo positivo. Já que todos os fragmentos de DNA têm a mesma quantidade de carga por massa, os fragmentos menores atravessam o gel mais rapidamente do que os maiores.
· Quando um gel é pigmentado com um corante que se liga ao DNA, os fragmentos de DNA podem ser vistos como bandas, cada uma representando um grupo de fragmentos de DNA de mesmo tamanho.
Código genético
Códon: sequência de DNA de 3 nucleotídeos, corresponde a um aminoácido
Anticódon: lê o códon
Degeneração > sinônimos > diferentes códons que correspondem há um aminoácido
Não ambiguidade > cada códon corresponde a um aminoácido
Universalidade: é o mesmo nos mais diversos organismos
RNAt: adaptador > transfere informação do genoma à uma sequência de aminoácidos nas proteínas
Propriedade do tRNA > representa só 1 aminoácido, ligando se por ligação covalente > exemplo: tRNA metionina
RNAt > pode estar transportando > denomina-se > met-tRNA
Aminoacil tRNA sintetase > grupo de enzimas que liga o aminoácido com o Trna > gasta energia para isso
*Essa enzima tem atividade revisora, para evitar troca de aminoácido
RNAr > ribossomo (máquina de fazer proteína)
Estrutura do ribossomo
Sítio A: aqui o tRNA chega e traz o aminoácido
Sítio P: proteína sendo formada nesse sítio
Sítio E: por onde a o trna sai
· Síntese de proteína em procariotos: o RNA precisa se ligar ao ribossomo, no sítio RBS (possui código de iniciação e sequência RBS) > onde ocorre a ligação entre RNAm e RNAr
· Em eucarioto: o reconhecimento é feito a partir do CAP 5’, pela subunidade 40s
Início em procariotos: forma complexo de iniciação em RBS
Início em eucariotos: ocorre por cap 5’ seguido de deslizamento da subunidade 40s até AUG
Primeiro aminoácido costuma ser sempre a metionina
Ligação da subunidade 30s no RBS necessita de fatores de tradução > ligação de IF1 e IF3 com 30s, impede fechamento do ribossomo, possibilita ligação de 30s no sítio RBS no mRNA, ligação de IF2 com metionina do tRNA
Formação do sítio de iniciação na subunidade P
Iniciação em eucariotos: EIF4 > reconhece cap 5’
EIF2: reconhece e liga ao tRNA iniciador
EIF3: ligação de 40s no mRNA
EIF6: mantém subunidades dissociadas
Alongamento: aminoácido novo no sítio A, transfere do P para o A, peptidil transferase, faz a síntese de proteínas, coloca o peptídeo no aminoácido
Translocação > o tRNA não carregado é liberado no sítio P
Terminação > no sítio A, tem códons específicos de terminação
PCR > reação em cadeia da polimerase
Tubo > precisa ter dna molde (nucleotídeos com ATP), primers, tampão, (cloreto de magnésio e água), taq polimerase (bactéria resistente a alta temp)
*Para o PCR da corona > caso coloque genes dos vírus, se amplificar, o primer se liga e a reação funciona, amplificando o trecho de rna do vírus, positivando para o vírus
Primer na PCR > é uma sequência de DNA, se liga na fita 3’5’
Desnatura a 94ºC, quando diminui a temperatura, o primer deve se ligar a sequência de DNA complementar. Quando se anela, a DNA polimerase sintetiza e vai sintetizando até terminar
1 etapa desnaturação: tubo de ensaio submetido a alta temperatura (94ºC), coloca na termocicladora, programa 5 temperaturas (94 desnatura, 55 anelamento e 72 síntese)
Anelamento: a temperatura é rebaixada a 30º-65ºC, os primers se anelam em sequência específica 
Síntese: temperatura ideal a 72ºC, dna polimerase sintetiza novas cadeias
Taq polimerase > resistente a alta temperatura
Escolha dos primers > comprimento deve ser 20 nucleotídeos, não deve se anelar um ao outro, não deve formar grampo
Temperatura de anelamento: muito baixa, pode ligar em outras posições da fita
Se for muito alta, não se anela
Temperatura ideal: depende da composição de bases, c-g tem 3 pontes de hidrogênio, sendo mais forte que a-t
Quanto mais gs e cs, maior tem que ser a temperatura
Teste positivo ou negativo > confere no gel de agarose, na eletroforese
RT-PCR: usado no covid, usa RNA como molde, transcriptase reversa transforma RNA em DNA, cria biblioteca de cDNA.
PCR em tempo real: quantitativa, permite saber se a célula está expressando mais genes, monitora o aparecimento do produto utilizando sondas fluorescentes, indicando o ciclo. Corante SYBR green, se liga a fita dupla de DNA, conforme ela vai aumentando, a intensidade fica maior
A principal característica da PCR em tempo real é a sua capacidade de monitorar o progresso da PCR enquanto ocorre a reação, e os dados são coletados ao longo dos ciclos. A detecção da formação dos amplicons ocorre por meio de um termociclador com sistema óptico para a captação da fluorescência e um computador com um software para aquisição de dados e análise da reação. Existe grande variedade de fabricantes desses equipamentos que apresentam diferenças quanto à capacidade da amostra, ao método de captação da fluorescência, à sensibilidade e aos softwares para a análise dos dados. Os usos típicos da PCR em tempo real incluem quantificação e análise de patógenos (viral, bacteriana ou de protozoários), análise de expressão gênica, análise de polimorfismo de nucleotídeo único (SNP), análise de produtos transgênicos, análise de aberrações cromossômicas e, mais recentemente, também detecção de proteínas por imuno PCR em tempo real.
 
Estudo Dirigido: Estrutura dos Ácidos Nucleicos
Tópico 1: Estrutura do DNA
1.1. Descreva a estrutura primária do DNA, incluindo seus componentes básicos e a química das ligações que mantêm a sua integridade. 
R.: A molécula de DNA é uma dupla hélice longa e espiralada que lembra uma escada em espiral. Nela, dois filamentos, compostos por moléculas de açúcar (desoxirribose) e fosfato, são conectados por pares de quatro moléculas chamadas bases, que formam os degraus da escada. A ligação ponte de hidrogênio mantém a dupla fita, unindo as bases nitrogenadas, e a ligação fosfodiester mantém os nucleotídeos unidos lado a lado
1.2. Explique a estrutura secundária do DNA, destacando o modelo de dupla hélice proposto por Watson e Crick.
R.: Portanto, segundo o modelo proposto por Watson e Crick, a molécula de DNA é constituída por duas cadeias polinucleotídicas dispostas em hélice ao redor de um eixo imaginário, girando para a direita (uma hélice dupla).
1.3. Discuta as funções do DNA, tanto como material genético quanto como molécula envolvida na síntese de proteínas. 
R.: Tem a função de guardar informações genéticas, ele possui a receita para a posterior produção de proteínas, pois vai servir como molde para a síntese de proteínas
Desafio 1: Pesquise e explique como as variações na estrutura do DNA, como mutações, podem afetar a função celular e causar doenças genéticas.
Para funcionar corretamente, cada célula depende de milhares de proteínas. Às vezes, mutações genéticas impedem que uma ou maisdessas proteínas funcionem adequadamente. Ao alterar as instruções de um gene para produzir uma proteína, uma mutação pode causar o mau funcionamento da proteína ou ela pode estar completamente ausente. Quando uma mutação altera uma proteína que desempenha um papel crítico no organismo, pode perturbar o desenvolvimento normal ou causar uma condição médica. O albinismo, por exemplo, é causado por uma mutação que ocorre na enzima tirosinase, que transforma a tirosina em melanina.
Tópico 2: Estrutura do RNA
2.1. Compare e contraste a estrutura do RNA com a do DNA, destacando as principais diferenças.
R.: O rna possui uma estrutura com fita simples e não fita dupla, a base nitrogenada uracila ao invés de timina, açúcar ribose ao invés de desoxirribose, o DNA se replica, já o RNA é feito através de uma fita molde de DNA
2.2. Descreva os diferentes tipos de RNA (mensageiro, transportador e ribossômico) e explique suas funções no processo de síntese proteica.
R.: o RNAm possui os códons que serão decodificados para produzir a proteína, o RNAt possui os anticódons que irão se ligar aos códon do RNAm, formando os aminoácidos, ele funciona como o adaptador, e o RNAr, compõe a estrutura do ribossomo, onde a síntese irá ocorrer
Podemos concluir, portanto, que os diferentes tipos de RNA relacionam-se com a síntese de proteínas. Os mRNA são responsáveis por carregar a informação genética, determinando, portanto, a sequência de aminoácidos de uma proteína. O tRNA, por sua vez, é responsável por carregar os aminoácidos que formarão a proteína a ser sintetizada. Já o rRNA garante a formação do ribossomo, organela que serve de local para a síntese de proteínas.
2.3. Discuta o papel do RNA na regulação da expressão gênica e na biologia celular.
Além disso, a organização da cromatina no núcleo desempenha um papel importante na regulação da expressão gênica, sofrendo remodelação que permite ou não o acesso às sequências de DNA reguladoras que ela contém. A iniciação da transcrição exige a reunião de complexos básicos de transcrição em sítios promotores. Remodelamento gene - específico da cromatina, modificações nas histonas ou modificações no DNA podem permitir ou impedir o acesso de fatores de transcrição e da RNA polimerase aos promotores e reforçadores, resultando em níveis aumentados ou diminuídos de iniciação de transcrição.
A expressão dos genes eucarióticos também é regulada através de várias etapas pós-transcricionais, como o encadeamento alternativo do pré-RNAm, o controle da estabilidade do RNAm e o silenciamento do RNAm.
O encadeamento alternativo aumenta o número de produtos gênicos codificados por um mesmo gene, enquanto as mudanças na estabilidade do RNAm regulam a quantidade de RNAm disponível para a tradução.
O silenciamento gênico induzido por RNA é um mecanismo pós-transcricional de regulação gênica, que afeta a tradução ou a estabilidade do RNAm. Ele atua através da hibridação de pequenos RNAs antissenso com regiões específicas do RNAm e também pode reprimir a transcrição através da alteração da cromatina. Esse RNA regulador é denominado RNAi, ou RNA de interferência, cujo mecanismo de funcionamento constitui um instrumento poderoso e promissor para a pesquisa em tratamento de doenças.
A expressão gênica também é regulada em nível proteico, por meio da modulação da tradução do RNAm e por meio da modificação da estrutura e da estabilidade das proteínas.
Desafio 2: Pesquise e apresente um exemplo de como o RNA é utilizado em terapias genéticas ou terapias de edição genética para tratar doenças genéticas.
Tópico 3: Estrutura dos Ácidos Nucleicos em Contexto Biológico
3.1. Aborde como os ácidos nucleicos estão organizados dentro das células, incluindo o papel da cromatina na compactação do DNA.
Organização do DNA. O DNA associado a proteínas (cromossomos) encontra-se dentro do núcleo celular nas células eucarióticas. Na célula, a estrutura de cada cromossomo é altamente organizada. Mesmo no núcleo interfásico, a hélice dupla de DNA, de 2 nm, está sujeita a pelo menos três níveis de enrolamento.
Grande parte da cromatina é localizada na periferia do núcleo, possivelmente pelo fato de que uma das principais proteínas associadas com a heterocromatina se liga a uma proteína da membrana nuclear interna.
Conhecem-se dois tipos de cromatina:
Eucromatina, que consiste em DNA ativo, ou seja, que se pode expressar como proteínas e enzimas.
Heterocromatina, que consiste em DNA inativo e que parece ter funções estruturais durante o ciclo celular.
3.2. Explique como ocorre a replicação do DNA e a transcrição do DNA para RNA, destacando os principais eventos moleculares envolvidos.
3.3. Discuta a importância da estabilidade e integridade dos ácidos nucleicos na hereditariedade e na manutenção da informação genética.
Desafio 3: Pesquise e explique como as descobertas sobre a estrutura dos ácidos nucleicos levaram a avanços significativos na medicina, na biotecnologia ou em outras áreas relacionadas.
Estudo Dirigido: Replicação do DNA, Transcrição e Tradução
Tópico 1: Replicação do DNA
1.1. Explique o processo de replicação do DNA, incluindo os papéis das enzimas envolvidas, como a DNA polimerase, a helicase e a primase.
1.2. Descreva o conceito de replicação semiconservativa e como ele se aplica à duplicação do DNA.
1.3. Discuta os principais eventos que ocorrem durante a replicação do DNA, como a formação de bolhas de replicação e a ligação das bases complementares.
Desafio 1: Pesquise e explique como a replicação do DNA pode ser regulada para evitar erros e mutações, bem como o papel das proteínas de reparo no processo.
Tópico 2: Transcrição
2.1. Defina transcrição e explique como ela se diferencia da replicação do DNA.
2.2. Descreva o papel da RNA polimerase na síntese de RNA a partir de uma molécula de DNA.
2.3. Discuta os estágios da transcrição, incluindo iniciação, alongamento e terminação, e como eles são regulados.
Desafio 2: Pesquise e relate um exemplo de como a regulação da transcrição é fundamental para a diferenciação celular ou para a resposta a estímulos ambientais.
Tópico 3: Tradução
3.1. Explique o processo de tradução, que converte a informação genética do RNA mensageiro (mRNA) em proteínas.
3.2. Descreva o papel dos ribossomos, tRNA (RNA transportador) e codões no processo de tradução.
3.3. Discuta a regulação da tradução e como as proteínas são direcionadas para seus locais de ação após a síntese.
Desafio 3: Pesquise e apresente um exemplo de como mutações em genes relacionados à tradução podem levar a doenças genéticas ou distúrbios metabólicos.
Estudo Dirigido: Reação em Cadeia da Polimerase (PCR)
Tópico 1: Fundamentos da PCR
1.1. Defina PCR e explique como essa técnica revolucionou a biologia molecular e a genética.
1.2. Descreva os componentes essenciais de uma reação de PCR, incluindo DNA alvo, primers, DNA polimerase e nucleotídeos.
1.3. Discuta os ciclos de temperatura típicos utilizados na PCR e como eles facilitam a amplificação do DNA.
Desafio 1: Pesquise e explique como a PCR tem sido utilizada em pesquisas de DNA antigo, arqueologia ou paleontologia para obter informações valiosas sobre o passado.
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