Estrutura e Replicação do DNA

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http://www.youtube.com/watch?v=ZXt4pDVb2W0&feature=related 
http://www.youtube.com/watch?annotation_id=annotation_715147&feature=iv&src_vid=XuEOXwW6K88&v=2n4wnjQqWYQ 
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E. coli
700nm
10nm
 2nm
30nm
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Empacotamento de nucleossomes
octâmero de histonas:
 2X	H2A	H3
	H2B	H4
	H1 e H5
	
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Diminuição das cargas positivas das histonas por modificação de Lys
X
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Papel estrutural: empacotamento do DNA no núcleo
papel regulatório: controle do acesso da maquinaria de transcrição:
	
Exemplo:
histonas acetilases
histonas desacetilases
Ligação de fatores
de transcrição e
Acetilação de histonas
 desempacotamento 
 da cromatina
 ativação da expressão 
 gênica
Histonas desacetiladas
 cromatina fechada
 expressão gênica inativa
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Papel estrutural e regulatório da cromatina
+
+/-
+
-
+
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Estrutura dos peptídeos Ubiquitina e SUMO 
Ubiquitina
SUMO
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Nível 1 – Modificação da Cromatina
Ex. Lisina 9 H3
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Estrutura do DNA
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Estrutura do DNA
5’
5’
3’
3’
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Replicação do DNA 
DNA polimerase III
http://www.youtube.com/watch?v=teV62zrm2P0 
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Replicação do DNA 
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DNA Circular
DNA Linear
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Em levedura:
ARS - Autonomously Replicating Sequence 
5'(A/T)TTTAYRGTTT(A/T)3' (R = A or G, Y = C or T) 
Elementos-B - pequenos trechos de A ou T
Em eucariotos superiores:
Várias e não há sequências consensos para origem
Em procariotos:
 Única e precisa localização
Origens de replicação do DNA
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Orígem de replicação do DNA procarioto
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Orígem de replicação do DNA procarioto
HU
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Orígem de replicação do DNA procarioto
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DNA Circular
DNA Linear
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Orígens de replicação do DNA eucarioto
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Forquilha de replicação do DNA
http://bcs.whfreeman.com/pierce1e/pages/bcs-main.asp?v=chapter&s=12000&n=00020&i=12020.03&o=%7C00510%7C00520%7C00530%7C00540%7C00550%7C00560%7C00570%7C00010%7C00020%7C00030%7C00060%7C00070%7C01000%7C02000%7C03000%7C04000%7C05000%7C06000%7C07000%7C08000%7C09000%7C10000%7C11000%7C12000%7C13000%7C14000%7C15000%7C16000%7C17000%7C18000%7C19000%7C20000%7C21000%7C22000%7C23000%7C99000%7C&ns=0 
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Forquilha de replicação do DNA
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a right hand
Estrutura da DNA polimerase
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Topoisomerases I e II
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DNA Circular
DNA Linear
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Replicação do DNA – Telomerase
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Replicação do DNA – Telomerase
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Proteínas HU – proteínas de procariotos similares às histonas dos eucariotos. É um tipo das chamadas proteínas associadas ao nucleoide ( ou NAPs). Existem várias proteínas diferentes e HU juntamente com IHF são consideradas as mais importantes para o dobramento do DNA.
Estrutura Proteínas pequenas e básicas Heterodímeros (2 subunidades: HUA e HUB 2 ou subunidades IHF alfa e IHF beta) 
Massa 18kDa (cada subunidade para 9kDa) 
Características  Proteína de ligação de DNA termo-estável Proteína nuclear arquitetural Proteína de ligação de DNA (em sequências específicas preferencialmente ricas em AT ou DNA curvado no caso de HU) (sequência específica no caso IHF)
Proteínas Associadas ao Nucleoide (NAPs)
Função Controla a supercondensação do DNA Condensa o cromossomo Introduz supercoiling negativo em molde de DNA circular relaxado por topoisomerase I  Auxilia a ação da proteína DnaA na iniciação da replicação do DNA  Regulamenta o processo de replicação do DNA
OBS: As Arqueas (que se separaram evolutivamente primeiro das bactérias e depois dos ancestrais dos eucariotos) possuem uma estrutura de cromatina intermediária entre as bactérias e os eucariotos. Isto é conseguido com uma variedade enorme de NAPs, incluindo Hu e histonas. 
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Cada nucleossoma tem aproximadamente 10 nm de diâmetro. Os octâmeros de histonas são enrolados por duas voltas de DNA (aproximadamente 140 pb) e separados um dos outros por cerca de 20 a 60 pb. Nucleossomas são usualmente empacotados juntos com a histona (H1 ou H5,) para formar a fibra de 30nm. 
As histonas H2A, H2B, H3 e H4 são chamadas histonas centrais pois ficam no cerne dos nucleossomos.
As histonas H1 ou H5 são chamadas histonas de ligação pois se ligam ao DNA espaçador entre os nucleossomos.
Além das histonas, a cromatina eucariótica contém várias proteínas chamadas Não histônicas. Dentre as proteínas não histônicas mais relevantes estão as chamadas HMG (high mobility group) e SMC (strutural maintenance of chromosomes) também chamadas de coesinas (ajudam a manter as duas cromátides irmãs juntas) ou condesinas (auxiliam a condensação e segregação dos cromossomos durante a divisão celular – formação das fibras de 700 e 1400 nm).
As histonas possuem caudas N terminais ricas em lisinas, que são importantes na regulação do nível de empacotamento e portanto da atividade da cromatina. Estas caudas podem ser modificadas por acetilação, metilação sumoilação e fosforilação. Elas também interagem entre si durante a formação das fibras de 30 nm.
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OBS 
Metiltransferases de histonas ( HMT ) são enzimas modificadoras de histonas, (incluindo a histona - lisina N - metiltransferase e histona - arginina N - metiltransferase ) , que catalisam a transferência de um , dois , ou três grupos metilas a resíduos de lisina e arginina em proteínas histona . A ligação de grupos metila ocorre predominantemente em resíduos específicos de lisinas ou argininas nas histonas H3 e H4 . Em ambos os tipos de HMT, o cofactor S - adenosil- metionina ( SAM ) serve atua como co-factor doador das metilas. Em células eucarióticas. A metilação das histonas é importante biologicamente porque é a principal modificação epigenética da cromatina que determina a expressão do gene, a estabilidade do genoma, a maturação de a maturação de células tronco, o desenvolvimento das linhagens celulares , impressão genética , a metilação do DNA e a mitose celular e regulamenta o processo de replicação do DNA. Dependendo do resíduo de lisina e arginina envolvido pode ativar ou inibir estes processos.
Não confundir com DNA methyltrnasferases 
M5C metiltransferases (metilase específica de DNA na posição C-5-citosina ) (C5 MTAse) são enzimas que especificamente metilam o carbono C-5 de citosinas no DNA para produzir C5-metilcitosina. Em células de mamíferos, essas enzimas metilam certas sequências CpG, que são responsáveis para modular a expressão gênica e adiferenciação celular. Em bactérias, estas enzimas são um componente dos sistemas de modificação de restrição e servem como ferramentas valiosas para a manipulação de DNA.
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Ativadores podem se ligar em sítios de ligação de ativadores e recrutar histonas acetilases. Histonas acetiladas são reconhecidas por proteínas com bronodomínio. Estas proteínas recrutam, por sua vez, histonas acetilases disseminando a acetilação em nucleossomos vizinhos .
Por outro lado histonas metiladas em resíduos específicos (por exemplo lisina 9 cauda da H3) agem como repressores da ativação por serem reconhecidos por proteínas com cromodomínios que impedem o acesso da maquinaria de transcrição.
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Artigo original da descoberta da dupla hálice ( Nature 25 de abril de 1953) Link http://www.nature.com/nature/dna50/archive.html
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Tirinhas da Mafalda, personagem criada por Quino em 1964
Mafalda: A personagem principal, uma menina de 6 anos de idade, que odeia sopa e adora os Beatles e o desenho Pica-Pau. Ela se comporta como uma típica menina na sua idade, mas tem uma visão aguda da vida e vive questionando o mundo à sua volta, principalmente o contexto dos anos 60 em que se encontra. É a politicamente correta, preocupada com o mundo.
Filipe: Um sonhador que odeia a escola, mas que frequentemente trava intensas batalhas com sua consciência e seu senso nato da responsabilidade. Foi inspirado pelo jornalista Jorge
Timossi, um amigo de Quino.
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Fita lider ou contínua
Fita lag ou descontínua
Principais enzimas e proteínas envolvidas
DNA polimerases
Primase
Helicase
Girase
Topoisomerase
Proteína de ligação a fita simples
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Origem de replicação. Nas bactérias só existe uma destas sequuências. A rigor, a replicação completa do cromossomo de uma bactéria depende da iniciação nesta sequuência. Neste caso, é dito que as bactérias tem apenas um replicon. Replicon é a unidade de DNA no qual a replicação ocorre a partir de uma origem. Já os eucariotos, por terem genomas bem maiores que as bactérias e mais de um cromossomo, têm várias origens de replicação. Nas leveduras (ex: Saccharomyces cerevisiae) existem pelo menos umas 500 origens de replicação, denominadas de ARS (Autonomously Replicating Sequences); ou seja, 500 replicons. Eucariotos superiores tem 10 a 100 vezes mais replicons, mas não há consenso de sequências.
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Dam metiases - Somente origens metiladas nas duas ftas podem ser replicadas. origens hemimetiladas que acabaram de ser replicadas precisam ser metiladas por Dam metilases para tornarem-se ativas e permitirem a ligação de DnaA , e então Dna B -Dna C
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DnaA – Reconhece a região da repetição de 9 nucleotídeos na origem de replicação e ligam-se à ela (é uma ligação cooperativa onde várias moleculas de DnaA se ligam a várias sequências de 9 pb). Com a ajuda da HU (que estabiliza a curvatura do DNA) desnatura a região; requer ATP.
Dna B – É uma helicase. Com a ajuda de DNA C reconhece a região da origem ligando se a ela; requer ATP
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Procariotos têm 5 DNA polimerases (I, II, III, IV e V, também chamadas de pol A, B, C, D e E), na qual a DNA polimerase III (polC) é a mais importante em termos de processividade; DNA polimerase I (pol A) remove os iniciadores e preenche os gaps; DNA polimerase II (pol B) tem atividade revisora; demais são importantes para síntese translesão. 
Eucariotos têm mais de 15 polimerases. As mais importantes em termos de processividade são alfa (associada a primase, lenta e revisora mais associada a síntese da fita lag) e delta (alta processividade com atividade de profereading mais associada a síntese da fita lider), mas outras são importantes para assegurar a fidelidade ou realizarem a síntese em condições especiais (síntese translesão, por exemplo). 
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DNA polimerase funciona como um dímero, que sintetisa ao mesmo tempo as duas fitas de DNA, ambas no sentido 5’ – 3’, porém uma na direção da forquilha de replicação e outra na direção contrária.
Procariotos têm 5 DNA polimerases (I, II, III, IV e V), na qual a DNA polimerase III é a mais importante em termos de processividade.
Eucariotos têm mais de 15 (alfa, beta, gama, delta etc). As mais importantes em termos de processividade são alfa e delta, mas outras são importantes para assegurar a fidelidade ou realizarem a síntese em condições especiais. 
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Topoisomerases I e II.
São enzimas que promovem o relaxamento de estruturas superesperilizadas de DNA. Topo I produz quebras em uma das fitas do DNA, permitindo o giro da fita quebrada sobre a fita intacta. Não há necessidade de ATP. Topo II envolve quebras nas duas fitas de um segmento denominado gatted (G) e a translocação de um outro segmento denominado transpotado (T) através da fenda produzida. Há envolvimento de ATP no processo. 
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