Noções de biologia molecular

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Noções de Biologia Molecular
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Considerações gerais
 Os nucleotídeos participam do metabolismo celular
 Ácidos Nucléicos fornecem roteiro para todos os eventos realizados 
numa célula.
 São as moléculas com função de armazenamento e expressão da 
informação genética. 
 Existem 2 tipos de ácidos nucléicos: 
O Ácido Desoxirribonucléico - DNA
 O Ácido Ribonucléico - RNA 
 Ac. Nucléicos são macromoléculas formadas pela ligação tipo 
fosfodiéster entre cinco nucleotídeos diferentes. 
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OS ÁCIDOS NUCLÉICOS – DNA e RNA 
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLÉICO E ÁCIDO RIBONUCLÉICO
James Watson e Francis Crick
FUNÇÕES DO DNA
- É o principal constituinte dos 
cromossomos; 
FUNÇÕES DO RNA 
- Participa da síntese das proteínas. 
NUCLEOTÍDEOS
NUCLEOTÍDEOS
NUCLEOTÍDEOS
- Constituem os genes;
- Responsáveis pelas características 
dos indivíduos 
- Formado a partir do DNA; 
FOSFATO
PENTOSE 
Desexirribose
BASE 
NITROGENADA
ADENINA
GUANINA
CITOSINA
TIMINA
PÚRICAS
PIRIMÍDICAS
1
23
4
5
3
5
3
5
3
5
3
5
3
5
5
3
5NUCLEOTÍDEOS 5
3
3
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NUCLEOTÍDIOS E AC. NUCLÉICOS
Nucleotídeos
 São as unidades fundamentais dos ácidos nucléicos.
 Ligam-se uns aos outros através de ligações fosfodiéster,
formando cadeias longas com milhões de resíduos de
comprimento.
 Participam da estrutura dos ácidos nucléicos.
 Atuam como componentes na estrutura de coenzimas
importantes no metabolismo oxidativo da célula.
 Agem como forma de energia química - ATP.
 Funcionam ainda como ativadores e inibidores importantes
em várias vias do metabolismo intermediário da célula.
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NUCLEOTÍDIOS E AC. NUCLÉICOS
Estrutura dos Nucleotídeos
 As bases nitrogenadas
Púricas: Adenina e Guanina
 Pertencem a 2 famílias
Pirimídicas: Citosina, Timina 
Uracila
Tanto DNA como RNA possuem = bases púricas, e a citosina.
 A timina existe apenas no DNA, e no RNA, uracila.
Em alguns tipos de DNA virais e no RNAt podem aparecer bases
incomuns.
 As propriedades das bases afetam a estrutura dos ácidos
nucléicos.
{
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NUCLEOTÍDIOS E AC. NUCLÉICOS
DNA
• A demonstração de que o DNA continha a informação genética foi
feita pela primeira vez em 1944.
(mostraram que o tipo de cápsula de um pneumococo específico
poderia ser transmitido para outro por meio da introdução de DNA
purificado.)
• Observou-se que a quantidade de nucleotídeos de
desoxiadenosina A = a de nucleotídeos de timina T, assim como
G=C.
•Watson, Crick e Wilkins propuseram no início dos anos de 1950, um
modelo de fita dupla da molécula de DNA.
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NUCLEOTÍDIOS E AC. NUCLÉICOS
DNA
 Estrutura
A Dupla Hélice:
• Há um pareamento de bases entre as fitas da molécula do DNA. Assim,
temos sempre pareadas:
- Adenina com Timina A-T
- Citosina com Guanina C-G
 As bases se mantém pareadas por pontes de hidrogênio, 2 entre "A"
e "T" e 3 entre "C" e "G".
 As fitas do DNA podem ser separadas sob certas condições
experimentais, s/ rompimento das ligações fosfodiéster, e a dupla hélice
pode ser desnaturada em um processo controlado e dependente de
temperatura.
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NUCLEOTÍDIOS E AC. NUCLÉICOS
RNA
 Atua como uma espécie de "cópia de trabalho", criada a partir 
do molde de DNA e utilizada na expressão da informação genética.
 A síntese de uma molécula de RNA a partir de um molde de 
DNA chama-se "TRANSCRIÇÃO”. 
 Nesta transcrição, modificações podem ocorrer sobre a 
molécula de RNA transcrita, convertendo-a de uma cópia fiel em uma 
cópia funcional do DNA.
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NUCLEOTÍDIOS E AC. NUCLÉICOS
RNA
 Estrutura
Em relação ao DNA, 4 diferenças são importantes: 
 O RNA possui uracila no lugar da timina na seqüência de
bases.
 A pentose do RNA é a ribose.
 O RNA é formado por uma fita única, c/ eventual pareamento
de bases intracadeia.
 A molécula do RNA é muito menor que a do DNA.
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O Dogma Central da Biologia Molecular:
Ligação fosfodiéster
O grupo fosfato liga o carbono 3’ do 
açúcar de um nucleotídeo ao carbono 5’ 
do açúcar do carbono seguinte
Devido a esta formação a cadeia de DNA 
fica com uma direção determinada, isto é, 
em uma extremidade temos livre a 
hidroxila do carbono 5’ da primeira 
pentose e na outra temos livre a hidroxila 
do carbono 3’ da última pentose.
Isto determina que o crescimento do 
DNA se faça na direção de 5'para 3'.
DNA
 É constituído de duas cadeias de nucleotídeos
que se enrolam originando a dupla hélice
 Modo antiparalelo: enquanto uma vai para a
direção 5’ para 3’, a outra corre na direção
oposta 3’ para 5’
 Pontes de hidrogênio
 A=T e CG
DNA
Replicação do DNA
 é semiconservativa.
 As fitas do DNA se abrem e servem como molde
para a síntese se novas fitas de DNA, formando
novamente uma dupla hélice idêntica a original.
 cada dupla hélice filha contém um filamento antigo
e outro recém-sintetizado.
Replicação do DNA
 a dupla-hélice de DNA é geralmente muito
estável.
 O processo de replicação inicia com proteínas que
se ligam ao DNA e promovem a abertura das fitas
quebrando as pontes de hidrogênio entre as bases.
 Separação de um pequeno segmento de DNA com
poucos pares de base por vez não requer uma
grande quantidade de energia.
 Segmento de DNA ricos em pares de base T-A é
relativamente mais fácil de ser separado sendo
geralmente encontrados nas origens de replicação.
Replicação do DNA
• Junção iniciador: molde
• O molde: fornece o DNA
que irá orientar a adição de
cada desoxinucleotídeo
complementar
• O iniciador: é um segmento
curto complementar ao
molde – deve possuir um
grupo 3’-OH adjacente
exposto para a fita simples
do molde
P P
Diagrama do mecanismo de síntese do DNA
Replicação do DNA
 No processo de duplicação do DNA as ligações de hidrogênio entre as
bases se rompem e as duas cadeias começam a se separar, formando a
FORQUILHA DE REPLICAÇÃO. A enzima responsável pela
formação dessa forquilha é uma HELICASE.
 A enzima DNA POLIMERASE adiciona nucleotídeos à nova fita
sempre no sentido 5’  3’.
 Fita líder-como o DNA é sintetizado apenas pelo alongamento da
extremidade 3’ apenas um dos moldes pode ser sintetizado de forma
contínua
 Fita tardia- esse molde faz com que a DNA polimerase se desloque em
direção oposta à forquilha de replicação – sintetizada de maneira
descontínua
 Os pequenos fragmentos de DNA recém sintetizados
formados na fita tardia - fragmentos de Okasaki.
 Após a sua síntese – os fragmentos de Okasaki são ligados
covalentemente, produzindo uma nova fita de DNA
contínua e intacta
 São intermediários e temporários na replicação do DNA
Replicação do DNA
Replicação do DNA
Forquilha da replicação
direção geral da 
replicação do DNA
DNA- iniciador
Fita líder 
Fita tardia DNA-helicases
DNA- polimerases
 DNA-helicases – catalisa a separação das duas fitas de DNA
 Essas enzimas se ligam ao ssDNA e se deslocam
unidirecionalmente, utilizando a energia de hidrólise de
nucleosídeos trifosfatos
 Topoisomerases:
 Quando a DNA-helicase divide as duas fitas gera supertorções
 As supertorções são removidas pela topoisomerase – essas
enzimas provocam a quebra de uma das duas fitas de DNA, e
permanecem ligadas ao DNA
 Essa ação alivia o acúmulo de supertorções
Replicação do DNA
 A primase é uma RNA-polimerase especializada em sintetizar
pequenos iniciadores de RNA (5 a 10 nucleotídeos) sobre um
molde de DNA.
 Esses iniciadores são estendidos pela DNA-polimerase que
iniciam a síntese a partir desse iniciadorde RNA
 Cada fita líder necessita de apenas único iniciador de RNA, ao
contrário da fita tardia que apresenta uma síntese descontínua
e requer a síntese de um novo iniciador para cada fragmento de
Okasaki
Replicação do DNA
 Os iniciadores de RNA devem ser removidos para finalizar
a replicação do DNA e substituídos dor DNA
 RNAseH - reconhece e remove a maior parte de cada
iniciador de RNA
 A remoção do RNA iniciador deixa uma lacuna na molécula
de DNA de fita dupla – uma junção iniciador: molde que é o
substrato ideal para a DNA-polimerase.
 A DNA-polimerase preenche essa lacuna através do
pareamento de cada nucleotídeo – deixando uma molécula
de DNA completa, exceto por uma quebra no esqueleto
 Essa quebra é repara por uma enzima chamada: DNA-ligase
Replicação do DNA
Replicação do DNA
 As DNA-polimerases:
◦ DNA Pol I – é especializada na remoção dos iniciadores
de RNA utilizados na síntese de DNA. Não apresenta alta
processividade, porque adiciona apenas apenas de 20 a 100
nucleotídeos por evento de ligação.
◦ DNA Pol III – é altamente processiva. É a principal enzima
envolvida na replicação do DNA
Replicação do DNA
Transcrição do DNA
 O processo de transcrição ocorre no núcleo e produz um RNA
complementar a uma fita de DNA.
 O processo de transcrição inicia com a abertura e desespiralização de
uma pequena porção da dupla-hélice do DNA.
 No processo de síntese de RNA, a molécula de DNA se abre e
ribonucleotídeos livres começam a se emparelhar em torno de apenas
uma das fitas, resultando em uma sequência de nucleotídeos
complementar a fita de DNA molde.
 Os ribonucleotídeos, colocados na seqüência 5’  3’, vão se ligando
uns aos outros sob comando da enzima RNA POLIMERASE para
formar o RNA. Uma vez concluído o processo, o RNA se desprende do
DNA e este se recompõe.
Transcrição
 O promotor é a sequencia de DNA à qual a RNA-polimerase é
inicialmente ligada.
◦ Fatores gerais de transcrição atuam se ligam ao promotor onde
posicionam a RNA polimerase. Ocorre a adição de um grupo
fosfatona “cauda” da RNA polimerase, essa fosforilação permite o
início da transcrição.
 A enzima além de catalisar a síntese do RNA ela também desenrola o
DNA à sua frente e o recompõe atrás de si
 Após a transcrição de todos a extensão do gene pela polimerase ela
precisa parar e liberar o RNA produzido
RNA polimerase
•Transcreve RNA a partir do DNA
•Atuam somente na presença de DNA, que servem de
molde para a síntese de cadeias de RNA de fita simples
•Somente uma das fitas é utilizada como fita molde para
a síntese de RNA
•A síntese de RNA sempre ocorre em direção fixa,
inicia na extremidade 5’ e com término na extremidade
3’
RNA mensageiro
Exons- regiões com 
informações codificantes
Íntrons- regiões que 
não tem função 
codificante, portanto não 
aparecem representadas 
na proteína
Carrega a mensagem 
para o citoplasma, onde 
liga-se aos ribossomos de 
acordo com uma 
seqüencia de códons
DNA
 Códon – todos os
aminoácidos nas
proteínas são
codificados por uma
combinação de três
bases do DNA.
 Triptofano e
metionina são
codificados por um
único códon.
Principais Tipos de RNA
RNA mensageiro (mRNA): contém a informação genética para a
sequência de aminoácidos das proteínas. É formado no núcleo e
contém a “mensagem” - o código transcrito a partir do DNA - para a
síntese das proteínas. Cada conjunto de três nucleotídeos no RNAm é
chamado de CÓDON. Os códons relacionam-se com os 20 tipos de
aminoácidos.
RNA transportador (tRNA): Está presente no citoplasma e é
responsável pelo transporte dos aminoácidos até os ribossomos para a
síntese protéica. No RNAt existe uma seqüência de nucleotídeos
correspondente ao códon chamada de ANTI-CÓDON.
RNA ribossômico (rRNA): Faz parte da estrutura dos ribossomos e
participa do processo de tradução dos códons para construção das
proteínas.
Síntese de proteínas
 O aminoácido é ligado ao seu
correspondente RNAt pela ação da
enzima aminoacil-RNAt sintetase.
 A célula possui 20 aminoacil-RNAt
sintetases diferentes.
 As ligações peptídicas ocorrem dentro do
ribossoma.
 Translocação
Obrigada!