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Unidade I ESTUDOS DISCIPLINARES Citologia Prof. Francisco Kuchinski Ácidos nucleicos Estrutura – propriedades – importância Ácidos nucleicos armazenam e transmitem a informação hereditária (constituem o código genético). São as maiores moléculas nos seres vivos. Realizam o controle dos processos vitais. Tipos: Ácido desoxirribonucleico – DNA. DNA do núcleo e DNA: mitocondrial / cloroplasto. Ácido ribonucleico – RNA. RNA mensageiro – RNAm – RNA ribossômico – RNAr. RNA transportador ou de transferência – RNAt. Nota: PNA – ácido nucleico artificial. www.diadematematica.com Fig. DNA do núcleo Ácidos nucleicos Conjuntos de nucleotídeos Nucleotídeos + nucleotídeos + ... + nucleotídeos = DNA / RNA. Nucleotídeo = fosfato + açúcar + base nitrogenada (monômero). Fosfato ligação covalente com o açúcar (elo de ligação). Açúcar ligação covalente com a base nitrogenada. Ligação entre bases nitrogenadas: pontes de H2. www.iqes.iqm.unicamp.br wwwsobiologia.com.br Bases nitrogenadas Bases nitrogenadas púricas: são maiores e apresentam um anel duplo de carbono e nitrogênio – adenina e guanina. Bases nitrogenadas pirimídicas: são menores e apresentam um anel simples: citosina, timina e uracila. A – C – G: constitui DNA e RNA. T: só ocorre no DNA. U: só ocorre no RNA. Ligações no DNA entre as bases: forma helicoidal ao DNA. www.galleryhip.com Pentoses: desoxirribose e ribose (açúcar) Grupo fosfato – PO4 A desoxirribose constitui o DNA. A ribose constitui o RNA. Na desoxirribose, observe: o carbono 5 (se liga ao PO4); o grupo OH está ligado ao carbono 3’. São extremidades: 5’ e 3’. Cadeias do DNA são antiparalelas. www.bioblogkarolla.blogspot.com www.facon.ufms.br Nucleotídeos x polinucleotídeo / polímero = DNA DNA x duas cadeias / filamentos Moléculas adjacentes de nucleotídeos são unidas por ligação fosfodiéster (grupo fosfato ligando dois açúcares de dois nucleotídeos). Extremidades do polinucleotídeo são diferentes: uma delas apresenta o grupo fosfato ligado ao carbono 5’; a outra apresenta o grupo hidroxila ligado ao carbono 3’. Nota: genes apresentam centenas a milhares de nucleotídeos. Genes são segmentos funcionais do DNA. www.pt.wikipedia.org Ácidos nucleicos quantificação de bases nitrogenadas do DNA Quantidades de bases nitrogenadas no DNA ou ADN: A = T e G = C. Homo sapiens: 6 bilhões de pares de bases. A quantidade no DNA de Timina (T) = 20%. Pergunta-se: quais são os porcentuais das outras bases? Resposta: Como T = A e se T = 20%, logo, A = 20%. Assim, 20% + 20% = 40%. Sobram 60%, que serão divididos entre G e C, 30% para cada. T = 20% A = 20% G = 30% C = 30% Ácidos nucleicos RNA x uma cadeia / um filamento Seus nucleotídeos apresentam: PO4 + ribose + base nitrogenada (A – G – C – U). Origem: a partir do DNA por ação enzimática. Tipos: RNAr – RNAm e RNAt. Na origem do RNAm, age a enzima RNApolimerase tipo II. O DNA possui separação total ou parcial de suas cadeias. Há emparelhamento de nucleotídeos de RNA em uma das cadeias do DNA (DNA-molde). RNAase liga os nucleotídeos do RNAm. Emparelhamento das bases: A-U ou U-A e G-C ou C-G. RNAm se desprende do DNA o qual reconstitui-se. Ácidos nucleicos Origem do RNA mensageiro – RNAm (transcrição do DNA) www.blogdoenem.com.br www.blogdoenem.com.br Interatividade Sabe-se que o DNA armazena a informação hereditária e o RNAm transporta instruções para a codificação das proteínas. Se a cadeia “molde” do DNA possuir a seguinte sequência de bases nitrogenadas: A – A – T – G – C – T , após a transcrição do DNA originando um RNAm, qual será a correta sequência, o código correto? a) T – T – A – C – G – A. b) U – U – A – C – G – A. c) A – A – T – C – G – T. d) U – U – T – G – C – U. e) U – U – T – C – G – A. Resposta Sabe-se que o DNA armazena a informação hereditária e o RNAm transporta instruções para a codificação das proteínas. Se a cadeia “molde” do DNA possuir a seguinte sequência de bases nitrogenadas: A – A – T – G – C – T , após a transcrição do DNA originando um RNAm, qual será a correta sequência, o código correto? a) T – T – A – C – G – A. b) U – U – A – C – G – A. c) A – A – T – C – G – T. d) U – U – T – G – C – U. e) U – U – T – C – G – A. Ácidos nucleicos Replicação / duplicação do DNA Conhecimentos: célula procarionte – bactéria E. coli. E. coli apresenta um único cromossomo / único DNA circular. Homo sapiens – 46 cromossomos / 1.000 vezes mais DNA. Erro na replicação – 1: 10 bilhões de nucleotídeos. Enzimas: agem mais de 12 enzimas diferentes – helicase, DNAs polimerases, primases. O princípio básico da replicação é o pareamento de bases com fita molde (cadeias do DNA) e é semiconservativa. Em cada molécula de DNA formada, um filamento é da molécula mãe (molde) e o outro é novo. A replicação ocorre na interfase do ciclo celular, no estágio S. Tempo da replicação: 7 horas. Ácidos nucleicos Replicação / duplicação do DNA www.diadematematica.com www. ebe.ipuc.pt.com www.infoescola.com Ácidos nucleicos Replicação / duplicação do DNA Células somáticas filhas herdam a mesma informação genética da célula mãe. O DNA é sintetizado na direção 5’ – 3’ (cadeia filha), pois a cadeia mãe (molde) encontra-se na direção 3’ – 5’. Os novos nucleotídeos são adicionados um de cada vez: 3’. Pontos de origens da replicação são formados por centenas de nucleotídeos com duas sequências comuns assim representadas: GAGGC. Quebra das pontes duplas e triplas de H2. Ação da helicase, presente na “forquilha”, anteriormente à DNA ase. Uso de ATP. Presença da bolha e da forquilha de replicação. Replicon + replicon + ... + replicon (segmentos) = DNA. Ácidos nucleicos Replicação / duplicação do DNA www.pt.wikipedia.org www.gilneves18.blogspot.com www.slideplayer.com.br Ácidos nucleicos Replicação do DNA Quando descontínua, formam-se os fragmentos de Okazaki. Ocorre posteriormente a ligação entre tais fragmentos. É bidirecional: formação e forquilhas em direções contrárias. É assimétrica: mesma cadeia apresenta formação de um lado contínua e do outro lado descontínua (fragmentada). Formação contínua*: direção da forquilha. Formação descontínua: na direção contrária da forquilha. *Uso de apenas um Primer. Função da DNAprimase = produz RNA curto. Primer permanece no DNA copiado. *Função da DNAase sigma: adição de nucleotídeos. *Função da DNA ligase: liga as cadeias antiparalelas. Ácidos nucleicos Replicação do DNA Muitos Primer são utilizados na formação descontínua. Função da DNAase do tipo alfa: fragmentos de Okasaki. Enzimas desprendem-se das cadeias do DNA. Função da telomerase: replicação do DNA nos telômeros. Nos telômeros, a cada mitose, um Primer é perdido. Logo, haverá “desgaste / encurtamento” do DNA. Função da topoisomerase I e II (girase): desenrolamento das cadeias do DNA. Distinção entre os tipos I e II. Uso de ATP. Tipo I também age na transcrição do DNA. Replicação da eucromatina precede a da heterocromatina. Bandas R (ricas em GC) e bandas G e K (ricas emAT). Ácidos nucleicos Replicação / duplicação do DNA www.ese.ipvc.pt www.ebe.ipuc.pt www.infoescola.com www.virtual.epm.br www.pt.wikinoticia.com Interatividade Indique qual é a alternativa correta em relação ao processo da replicação do DNA: a) Dos diferentes estágios da interfase, o denominado de “S” é o mais longo, e não o estágio G1. b) Bandas cromossômicas sempre apresentam as mesmas proporções de bases nitrogenadas: A – T e G – C. c) As pontes de hidrogênio que interligam as bases nitrogenadas são duplas entre A – T e triplas entre G – C. d) O “curto RNA”, denominado de Primer e que surge no início da replicação origina-se a partir dos ribossomos. e) Há muitos Primer independentes se a replicação é contínua ou descontínua. Resposta Indique qual é a alternativa correta em relação ao processo da replicação do DNA: a) Dos diferentes estágios da interfase, o denominado de “S” é o mais longo, e não o estágio G1. b) Bandas cromossômicas sempre apresentam as mesmas proporções de bases nitrogenadas: A – T e G – C. c) As pontes de hidrogênio que interligam as bases nitrogenadas são duplas entre A – T e triplas entre G – C. d) O “curto RNA”, denominado de Primer e que surge no início da replicação origina-se a partir dos ribossomos. e) Há muitos Primer independentes se a replicação é contínua ou descontínua. Ácidos nucleicos Reparos no DNA e enzimas específicas O DNA pode sofrer vários tipos de alterações x reparos. Alteração = modificação no DNA = mutação. Alteração pode ser corrigida. Caso contrário = mutação. Enzimas: (A) DNA ase, (B) nuclease reparadora, DNA ligase. (A) insere o nucleotídeo correto na extremidade 3’. E se inserir de forma incorreta? (A) percebe (leitura de provas). Há uma parada nas adições e a própria (A) elimina o nucleotídeo inserido errado. Caso (A) não consiga fazer o reparo, age a enzima (B), que remove o nucleotídeo após (A) e finalmente a DNA ligase liga o nucleotídeo na cadeia. Ácidos nucleicos Reparos no DNA e enzimas específicas Presença de uracilas no DNA no local de citosinas. Causa: desaminações expontâneas. Age enzima: DNA glicosidase (secção entre base / açúcar). A cadeia fica por um momento sem o nucleotídeo. Ação da DNA ase do tipo beta e da DNA ligase. Presença de dímeros de Timina (T__T) . Causa: indução por agentes ambientes – luz ultravioleta (UV). Agem enzimas: nucleases, helicase e DNA ligase. Nucleases cortam a cadeia eliminando nucleotídeos. Falha nas nucleases: doença – xeroderma pigmentoso (XP) (efeito da radiação UV não é corrigida). Ácidos nucleicos Transposons e transposase Transposons são segmentos transponíveis de DNA que mudam de local no genoma. Transposons codificam a proteína (enzima): transposase (é uma enzima de restrição). Função: faz secção da cadeia e a insere num outro local do genoma. Os segmentos (transposons) apresentam em suas extremidades sequências iguais de nucleotídeos. Porém, na sequência contrária: 5’___a,b,c,d,e________e,d,c,b,a,____3’. Nota: transposons e sua semelhança com retrovírus: transposons = segmento de DNA x RNA viral; RNA viral = transposons especializados (transcriptase reversa). Informação genética no RNA viral é copiada no DNA. Ácidos nucleicos Pseudogenes = falsos genes Tipos: pseudogenes e pseudogenes processados Sobre os pseudogenes Origem: pela duplicação genética, isto é, na duplicação do DNA surgem “novos genes” com a mesma informação genética. Na duplicação pode ocorrer a formação de pseudogenes. Pseudogenes não realizam a transcrição (logo, sem o RNAm). Pseudogenes não são eliminados do genoma. Assim, há um acúmulo destes e modificações / mutações tornam-se funcionais / presentes. Ácidos nucleicos Pseudogenes = falsos genes Tipos: pseudogenes e pseudogenes processados Sobre os pseudogenes processados Origem: pela transcrição inversa de moléculas de RNA. Surgem a partir de RNAs que foram copiados em DNA: ação de vírus sobre o DNA (?) Ação da enzima: transcriptase reversa. Localização: inseridos no genoma. Interatividade Qual é a função da enzima DNA ligase: a) Liga novos nucleotídeos nas cadeias do DNA. b) É responsável pela ruptura incorreta de bases nitrogenadas e a ligação posterior e correta entre A com T e G com C. c) Após certos tipos de cortes numa cadeia do DNA ou nas duas, é responsável pela ligação no sentido antiparalelo destas cadeias. d) Liga segmentos de RNA no DNA. e) Inibe a enzima DNA polimerase. Resposta Qual é a função da enzima DNA ligase: a) Liga novos nucleotídeos nas cadeias do DNA. b) É responsável pela ruptura incorreta de bases nitrogenadas e a ligação posterior e correta entre A com T e G com C. c) Após certos tipos de cortes numa cadeia do DNA ou nas duas, é responsável pela ligação no sentido antiparalelo destas cadeias. d) Liga segmentos de RNA no DNA. e) Inibe a enzima DNA polimerase. Ácidos nucleicos Mutações gênicas (alterações no DNA) Agentes externos físico, químico e biológico Agente físico (radiações ionizantes / raios X e não ionizantes/UV). Agente químico (HNO2) e agente biológico (vírus/bactérias). Agente espontâneo: erros na replicação do DNA. www.members.tripod.com Mutações gênicas x aberrações cromossômicas. Pequeno número de nucleotídeos x alteração no cariótipo. Aberrações cromossômicas podem ser: numéricas e estruturais. Nas estruturais surgem alterações extensas no cromossomo, tais como: perda, inversão, duplicação e translocação. Nas numéricas: 45A + XX – 45ª + XY (trissomia do 21). Ácidos nucleicos Mutações gênicas Casos mais comuns: substituição de um nucleotídeo por outro; perda de um ou de vários nucleotídeos (deleção); inserção de um ou de vários nucleotídeos (intercalação). Consequência: a troca de um nucleotídeo em um gene origina alteração na informação genética, com tradução do código alterado (proteína diferente, ausência da proteína, interrupção na síntese da proteína). Mutações em células: somáticas x germinativas. Mutações que afetam a morfogênese: malformações/síndromes. Proteínas modificadas causam: alterações funcionais e até transtornos metabólicos. Ácidos nucleicos Agentes ambientais causadores de mutações gênicas A. Físicos: radiação em geral, ultravioleta (raios UV), raios X. Raio x causa: rompimento da dupla hélice. Raios UV causam: formação de dímeros – os mais comuns T_T. Essa ligação T_T altera o pareamento com as A e A. Resultado da ligação T_T: altera a replicação e origina mutações. B. Químicos: ácido nitroso, corantes acridínicos, agentes alquilantes (adição no DNA de grupos etil e metil nas bases). São exemplos: gás mostarda, enxofre nitrogenado, etilmetanosulfonado (EMS) e dietilsulfato (DES). C. Biológicos: vírus e bactérias que introduzem segmentos estranhos de “DNA viral” nos genes das células eucariontes. Mutação gênica causada por radiação UV www.juntadeandalucia.es www.arpa.emr.it www.djalmasantos.wordspress.com Ácidos nucleicos Mutações A) Gênicas espontâneas: maior %. Ocorre na replicação. Nucleotídeos são inseridos em locais incorretos. Nucleotídeos são inseridos em menor ou maior número. B) Por desaminação: há perda do radical amino. Citosina desaminada converte-se em uracila – adenina/guanina. Correção: substituir uracila por citosina. A não substituição gera uma mutação. Adenina desaminada converte-se em hipoxantina. Assim, a hipoxantina – citosina/timina. C) Por depurinação: base purinas (A/G) se desligam dapentose. Nestes locais sem bases (sítios AP) – local sem códon. Ácidos nucleicos Mutações e os ciclos celulares Há genes que controlam a sobrevivência da célula (apoptose). Há genes envolvidos nos ciclos celulares: proliferação celular (presença de tumores). Qual é o lado positivo das mutações gênicas? Pode ocorrer um aumento no genoma. Logo, Indivíduo melhor adaptado ao ambiente em que vive. “Base da evolução das espécies”. Interatividade A natureza também desenvolveu mecanismos para corrigir as possíveis falhas no mecanismo da replicação. Pergunta-se: após a incidência constante de radiação UV sobre a pele, o que acarreta nas células lábeis que constituem a epiderme? a) Falência dos melanócitos e a presença do vitiligo. b) Apenas desidratação e substituição celular. c) Inibição de processos de diferenciação celular e da mitose. d) Formação de dímeros de timina e mutações. e) Desaminação e depurinação no DNA dos melanócitos. Resposta A natureza também desenvolveu mecanismos para corrigir as possíveis falhas no mecanismo da replicação. Pergunta-se: após a incidência constante de radiação UV sobre a pele, o que acarreta nas células lábeis que constituem a epiderme? a) Falência dos melanócitos e a presença do vitiligo. b) Apenas desidratação e substituição celular. c) Inibição de processos de diferenciação celular e da mitose. d) Formação de dímeros de timina e mutações. e) Desaminação e depurinação no DNA dos melanócitos. ATÉ A PRÓXIMA! Slide Number 1 � Ácidos nucleicos� Estrutura – propriedades – importância� � Ácidos nucleicos� Conjuntos de nucleotídeos� � Bases nitrogenadas� Pentoses: desoxirribose e ribose (açúcar)� Grupo fosfato – PO4 � � Nucleotídeos x polinucleotídeo / polímero = DNA� DNA x duas cadeias / filamentos� Ácidos nucleicos� quantificação de bases nitrogenadas do DNA Ácidos nucleicos� RNA x uma cadeia / um filamento � Ácidos nucleicos� Origem do RNA mensageiro – RNAm� (transcrição do DNA)� Interatividade Resposta Ácidos nucleicos� Replicação / duplicação do DNA Ácidos nucleicos� Replicação / duplicação do DNA Ácidos nucleicos� Replicação / duplicação do DNA Ácidos nucleicos� Replicação / duplicação do DNA Ácidos nucleicos� Replicação do DNA Ácidos nucleicos� Replicação do DNA Ácidos nucleicos� Replicação / duplicação do DNA Interatividade Resposta Ácidos nucleicos� Reparos no DNA e enzimas específicas Ácidos nucleicos�Reparos no DNA e enzimas específicas Ácidos nucleicos� Transposons e transposase Ácidos nucleicos� Pseudogenes = falsos genes� Tipos: pseudogenes e pseudogenes processados Ácidos nucleicos� Pseudogenes = falsos genes� Tipos: pseudogenes e pseudogenes processados Interatividade Resposta �� Ácidos nucleicos� Mutações gênicas (alterações no DNA)� Agentes externos físico, químico e biológico�� �� Ácidos nucleicos� Mutações gênicas�� Ácidos nucleicos� Agentes ambientais causadores de mutações gênicas � Mutação gênica causada por radiação UV� Ácidos nucleicos� Mutações Ácidos nucleicos� Mutações e os ciclos celulares Interatividade Resposta Slide Number 36