II -MOLÉCULAS DA VIDA E SUAS TRANSFORMAÇÕES - OS GENES

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P r o f . E s p . L u c a s M a n o e l L i m a S a n t o s 
 
 
 
 
 
 
MOLÉCULAS DA VIDA E SUAS 
TRANSFORMAÇÕES 
 
 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO PARÁ 
CENTRO DE CIÊNCIAS SOCIAIS E EDUCAÇÃO 
CURSO DE LICENCIATURA PLENA EM 
 CIÊNCIAS NATURAIS 
Conceição do Araguaia – PA, Março de 2014. 
Os Genes 
 Os genes são os segmentos funcionais do DNA; 
 
 Conforme o objetivo do estudo, os genes podem ser 
analisados por três ângulos diferentes: O molecular, o 
mendeliana e o populacional. 
 
 A biologia celular - que os estuda do ponto de vista 
molecular - define os gene como "a seqüência de DNA que 
contém as informações necessárias para produzir uma 
molécula de RNA e, se esta corresponder a um RNA 
mensageiro, a partir dele elaborar uma proteína". 
 
 Calcula-se que existam cerca de 30.000 genes distribuídos 
nos 46 cromossomos das células humanas. 
 
 
Os Genes 
 Cada gene está localizado em um local particular 
do cromossomo chamado locus. 
 
 Cada laço, formado quando a cromatina de 30 nm 
se dobra, poderia corresponder a um gene. 
 
 No total, os genes envolvem cerca de 10% do DNA 
nuclear, mas o significado da maior parte do DNA 
restante é ignorado. 
 
Os Genes 
 Os genes não dirigem apenas a síntese das moléculas de RNA. 
 
 Como o restante do DNA, antes que as células somáticas se 
dividam, eles se replicam, isto é, sintetizam moléculas de DNA 
complementares que se repartem nas células-filha com a final 
idade de se autoperpetuar. 
 
 De modo complementar, pela forma como as células de DNA se 
replicam durante a meiose e se distribuem nas células 
germinativas, os genes constituem as entidades biológicas pelas 
quais são transmitidos os caracteres físicos dos pais aos filhos. 
 
 Além disso, as mutações que os genes acumulam ao longo do 
tempo podem resultar benéficas para a evolução da espécie. 
 
Os Genes 
 Como as informações genéticas 
depositadas nas moléculas de 
DNA estão localizadas no 
núcleo (à exceção do DNA 
mitocondrial) e a síntese 
protéica - baseada nessa 
informação - ocorre no 
citoplasma, é necessário que 
essa informação seja 
transferida do núcleo ao 
citosol. 
 
 
 
 Tal transferência é um processo complexo que 
necessita da intervenção de uma molécula 
intermediária. 
 
 Trata-se do RNA mensageiro (RNAm) que copia a 
informação contida no DNA e sai para o citosol, 
onde dirige a síntese da proteína. 
 
Os Genes 
 Desta forma, no núcleo, o DNA determina a 
seqüência dos nucleotídeos do RNAm e, no 
citoplasma, o RNAm estabelece a ordem dos 
aminoácidos da proteína (Fig. 13.2). 
 
 
 A síntese do RNA, que como acabamos de ver usa como molde um 
DNA; é denominada transcrição do DNA; 
 
 Enquanto a síntese da proteína, cujo molde é o RNAm leva o nome 
de tradução do RNAm. 
 
 Este fluxo de informações é conhecido como o "dogma central" da 
biologia molecular (Fig. 13.3). 
 
Os Genes 
 
 As metáforas utilizadas para definir ambas as etapas são bastante 
adequadas: 
 
 já que transcrição significa "cópia ou reprodução literal de um 
original" (o RNA se parece com o DNA) 
 
 e tradução indica "escritura ou expressão em uma linguagem daquilo 
que anteriormente foi escrito ou expressado em outra" (é o que 
ocorre entre a proteína e o RNAm). 
 
 Com relação a replicação do DNA, significa "cópia que reproduz com 
exatidão o original", que é o que faz o DNA quando se duplica; 
 
Os Genes 
 Ao definir o gene como uma região do DNA que 
gera um caráter físico hereditário, sugere-se que 
cada gene dá lugar a uma única classe de proteína. 
 
 Embora a maioria dos genes que produzem RNAm 
se conduza dessa maneira, alguns dão origem a 
poliproteínas, ou seja, produtos transitórios que 
se escondem em várias proteínas, cada uma 
determinante de um traço físico singular. 
 
Os Genes 
A célula produz vários tipos de RNA 
 
 
 Existem três tipos de RNA principais: 
 
 
os já mencionados RNA mensageiros ou RNAm, que recolhem a informação 
dos genes e dirigem a síntese das proteínas; 
 
os RNA ribossômicos ou RNAr, que são fundamentalmente estruturais, 
 
e os RNA de transferência ou RNAt, que atuam como adaptadores. 
 
 
 A síntese protéica (ou tradução do RNAm) ocorre no interior de células, 
estruturas citosólicas pequenas chamadas ribossomas, que constam de quatro 
RNAr diferentes entre si e numerosas proteínas. 
 
Os Genes 
 
 Sob a direção de um RNAm ocorrem nos 
ribossomas as reações químicas que ligam os 
aminoácidos de cada proteína. 
 
 A tradução necessita da participação dos RNAt, 
dos quais existem vários tipos, todos de tamanho 
pequeno, que se encarregam de transladar os 
aminoácidos para o ribossomo, seguindo a ordem 
que marca as informações genéticas do RNAm. 
 
Os Genes 
Além desses três tipos de RNA, existem os seguintes, o primeiro e o 
último localizados no citosol e os restantes no núcleo: 
 
 O RNA citosólico pequeno ou RNAcp (em inglês, small cytosolic RNA), 
 
 Os RNA nucleares pequenos ou RNAnp (em inglês, small nuclear RNA) 
que fazem parte de certas ribonucleoproteínas chamadas RNPnp. 
 
Estas moléculas desempenham funções importantes durante o 
processamento dos RNAm. 
 
 Os RNA nucleolares pequenos ou RNAnop (em inglês, small nucleolar 
RNA), que fazém parte de certas ribonucleoproteínas chamadas 
RNPnop. 
 
Estas moléculas intervêm no processamento dos RNAr. 
 
 
Os Genes 
 
 O RNA de inativação do cromossomo X ou RNAxist (em inglês, X-
inactivation specific transcript RNA); 
 
 
 O RNA da telomerase ou RNAte (em inglês, telomerase RNA), que 
faz parte de um complexo ribonucleoprotéico; 
 
 
 Os microRNA (em inglês, microRNA ou miRNA); 
 
 
Os Genes 
Os transcritos primários são processados no 
núcleo 
 
 As moléculas de RNA surgidas da transcrição do 
DNA são chamadas de transcritos primários. 
 
 Convertem-se em RNA funcionais antes de sair do 
núcleo, ao fim de várias modificações, conhecidas 
pelo nome de processamento do RNA. 
 
 
Os Genes 
 O processamento mais conhecido é o dos transcritos primários dos RNAm; 
 
 Que contêm segmentos não funcionais intercalados com segmentos que 
contêm a informação genética que codifica a proteína. 
 
 Os primeiros são denominados íntrons, os segundos éxons. 
 
 O processamento remove os íntrons e conecta os éxons entre si, dando 
lugar a um RNAm com informações genéticas contínuas, apto para dirigir a 
síntese da proteína. 
 
Os Genes 
Cada aminoácido é codificado por uma trinca de 
nucleotídeos 
 
 
 Devido ao fato de um gene ser um segmento de DNA que 
contém a informação necessária para gerar um RNA ou uma 
proteína, dizemos que ele codifica essas duas moléculas. 
 
 
 O termo "codifica" é empregado porque as instruções que se 
trasladam do DNA para o RNA é no caso do RNAm - deste à 
proteína são transmitidas sob a forma de código. 
 
 
Os Genes 
 Recordemos que tanto os ácidos nucléicos (DNA, RNA) como as proteínas 
são moléculas formadas por sequencias de monômeros (nucleotídeos nos 
ácidos nucléicos e aminoácidos nas proteínas) dispostos em linha. 
 
 O sistema de códigos se baseia na disposição ordenada dos nucleotídeos no 
DNA, os quais determinam o ordenamento dos nucleotídeos no RNA. 
 
 Por sua vez, os nucleotídeos do RNAm determinam o ordenamento dos 
aminoácidos na proteína. 
Os Genes 
 
 Como no processo das informações genéticas, cada nucleotídeo é 
representado por uma letra: 
 
 A, G, C ou T no DNA; 
 
 A, G, C ou U no RNA; 
 
 
 O alfabeto contido nas moléculasde DNA ou de RNA - por ter quatro 
letras somente - não é suficiente para simbolizar os 20 tipos de 
aminoácidos que podem ser encontrados numa proteína. 
 
 As células resolvem o problema utilizando grupos de três nucleotídeos - 
em diferentes combinações - para codificar cada aminoácido. 
 
Os Genes 
 Estas trincas de nucleotídeos são denominadas 
códons. 
 
 
 
 
 Tendo em vista que há quatro tipos de 
nucleotídeos, o número de trincas possível, ou 
seja, de códons, é de 64 (4³ = 64). 
 
 O conjunto de 64 códons leva o nome de código 
genético. 
 
Os Genes 
Existem 61 códons para codificar os 20 tipos de 
aminoácidos 
 
 Como se utilizam 61 dos 64 códons para codificar os 20 
tipos de aminoácidos, a maior parte deles pode ser 
codificada por mais de um códon, condição que levou a se 
dizer que existe uma "degeneração" no código genético. 
 
 Os códons que codificam o mesmo aminoácido chamam-se 
"sinônimos". 
 
 Somente a metionina e o triptofano, que são os 
aminoácidos menos comuns das proteínas, são 
especificados por um único códon. 
 
 
Os Genes 
 Os três códons que não codificam aminoácidos (UAA, UGA e 
UAG) têm como função: 
 
 uma vez que a cadeia polipeptídica incorporou o último 
aminoácido - sinalizar a conclusão da síntese da molécula 
protéica; 
 
 eles recebem o nome de códons de terminação; 
 
 As instruções do código genético emanadas do DNA constam, 
basicamente, de uma série de trincas de nucleotídeos; 
 
 A sequencia determina o alinhamento dos códons no RNA, que 
são os que especificam o ordenamento dos aminoácidos na 
proteína. 
 
Os Genes 
 Uma vez que a maior parte dos transcritos primários conta com 
sequencias de nucleotídeos superfluos que são suprimidos, estes 
- e por extensão os do DNA - não são representados no RNA 
processado nem na molécula proteica. 
 
 
 Excetuando os segmentos supérfluos, de tudo o que foi 
mencionado até aqui, deduzimos que, em cada série: 
 
DNA -> RNA -> Proteína 
 
as unidades que integram estas moléculas - códons no DNA e no 
RNA, e aminoácidos na proteína - são colineares, já que os 
códons do DNA se correspondem com os do RNA e estes com os 
aminoácidos da proteína. 
 
Os Genes 
O gene tem várias partes funcionais 
 
 Até agora, ao falar do gene, referimo-nos exclusivamente a seu segmento 
codificador. 
 
 Contudo, o gene conta com outros componentes alheios a este segmento e que 
são: 
 
1) O promotor, que inicia a transcrição e assinala a partir de qual nucleotídeo o 
gene deve ser transcrito e que pode estar localizado próximo da extremidade 
5' do segmento codificador, onde começa a síntese do RNA. 
 
2) Sequencias reguladoras, que determinam quando o gene deve ser transcrito e 
quantas vezes deve fazê-lo. 
 
Na maioria dos genes, estes segmentos estão localizados longe do codificador. 
 
Os Genes 
 Existem dois tipos de reguladores, os 
amplificadores e os inibidores. 
 
 Os primeiros são mais numerosos e por isso os 
mais estudados. 
 
 Cada gene tem uma combinação particular de 
vários amplificadores e vários inibidores. 
 
Os Genes 
 Algumas sequencias amplificadoras e inibidoras se 
repetem em genes diferentes, porém nunca os genes 
distintos têm uma mesma combinação destas 
sequencias reguladoras. 
 
 Foi comprovado que quando se elimina uma seqüência 
amplificadora de um gene, a velocidade de transcrição 
diminui. 
 
 Em contrapartida, quando se elimina uma seqüência 
inibidora, a velocidade aumenta. 
 
 
Os Genes 
3) Finalmente, nas proximidades da extremidade 3' 
do segmento codificador, o gene conta com um 
segmento de DNA denominado seqüência de 
terminação - que não deve ser confundido com o 
códon de terminação do RNAm - o que marca a 
conclusão da síntese de RNA. 
 
 Em seguida, analisaremos - separadamente - a 
composição dos genes que codificam os diferentes 
tipos de RNA. 
 
 
Os Genes 
Composição Dos Genes - Estrutura dos genes que 
codificam os RNA mensageiros 
 
 A Fig. 13.5 mostra os diversos componentes dos genes que 
codificam os RNAm. 
 
 
 
 O promotor pode contar com dois elementos. 
 
 A combinação mais comum inclui as sequencias chamadas 
TATA e CAAT, situadas perto do codificador. 
 
Os Genes 
 A caixa TATA com os 25 nucleotídeos posiciona-se "corrente acima" do 
primeiro nucleotídeo do codificador. 
 
 A caixa CAAT se localiza no mesmo lado, porém um pouco mais distante, a 
cerca de 75 nucleotídeos ou seja, a 50 nucleotídeos da seqüência TATA. 
 
 A seqüência de nucleotídeos mais comuns que se encontram na caixa TATA 
é a TATAAAA, embora, às vezes, dois T substituam os A nas quinta e 
sétima posições. 
 
 A seqüência da caixa CAAT pode ser GGCCAATCT. 
 
Os Genes 
 Devemos lembrar que muitos promotores contêm a 
sequencia TATA, porém não a seqüência CAAT. 
 
 Às vezes estão ausentes as duas, caso no qual o 
promotor pode representar sequencias com uma 
concentração não usualmente alta de citosinas e 
guaninas, chamadas regiões CG. 
 
 Os reguladores - amplificadores e inibidores - também 
podem ser encontrados "corrente acima" com relação 
à extremidade 5' do segmento codificador, embora 
muito distante, frequentemente a milhares de 
nucleotídeos. 
 
Os Genes 
 Diferentemente do promotor, nos reguladores a seqüência 
de nucleotídeos - tanto em número quanto em qualidade - é 
específica, quer dizer, varia nos diferentes genes. 
 
 No segmento codificador alternam-se segmentos de DNA 
utilizáveis como segmentos não funcionais. 
 
 Como nos transcritos primários, são chamados éxons e 
íntrons, respectivamente; 
 
 A maioria dos genes que codificam o RNAm contém entre 
um e 60 íntrons e são muito poucos os genes desprovidos 
deste tipo de sequência. 
 
Os Genes 
 A seqüência de terminação não pode ser identificada ainda. 
 
 No entanto, em um setor anterior a ela, é comum a 
presença da seqüência AATAAA, que é necessária para a 
conclusão da síntese do transcrito primário. 
 
 A imensa maioria dos genes que codificam o RNAm é 
representada por cópias únicas (mais exatamente por duas 
cópias, o que se deve a condição diplóide das células 
somáticas). 
 
 Uma das exceções corresponde aos genes que codificam as 
cinco histonas; 
 
Os Genes 
 Os cinco genes são encontrados no cromossomo, alinhados um atrás do 
outro, separados entre si por seqüências de DNA que não se transcrevem e 
que se chamam espaçadores (Fig. 13.6). 
 
 Neste jogo de cinco genes existem entre 20 e 50 cópias dispostas em fila, 
separadas entre si por novos DNA espaçadores. 
 
 
Estes genes estão 
separados por segmentos 
espaçadores ricos em A-T. 
Os Genes 
Estrutura do gene que codifica o RNA ribossômico 45S 
 
 Os ribossomas são formados por duas subunidades, 
cada uma composta por RNA ribossômicos combinados 
com proteínas. 
 
 Os RNAr são identificados tendo em conta seus 
tamanhos, expressos como coeficientes de 
segmentação; 
 
 Desta forma, existem quatro tipos de RNAr, 
chamados 28S, 18S, 5,8S e 5S 
 
Os Genes 
 Os três primeiros derivam-se de um transcrito 
primário comum denominado RNAr 45S; 
 
 Existem, portanto, dois genes codificadores de 
RNAr, o correspondente ao RNAr 45S e o que 
codifica o RNAr 5S. 
 
 A célula tem cerca de 200 cópias do gene do 
RNAr 45S. 
 
Os Genes 
 Estão localizadas nas constrições secundárias dos cromossomos 13, 14, 
15, 21 e 22, que se situam no nucléolo. 
 
 Em média, cada constrição secundária conta com cerca de 20 cópias do 
gene. 
 
 Como observamos na Fig. 13.7, as20 cópias do gene estão alinhadas em 
fila, separadas entre si por segmentos de DNA espaçadores que não se 
transcrevem. 
 
 
 
 
 
 Em cada um desses espaçadores estão localizados o regulador e a maior 
parte do promotor. 
 
Os Genes 
 Vejamos os elementos encontrados em cada cópia do gene (Fig. 13.8): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Igualmente aos genes dos RNAm, o promotor do gene do RNAr 45S encontra-se "corrente 
acima" com relação à extremidade 5' do segmento codificador. 
 
 Trata-se de uma seqüência em torno de 70 nucleotídeos, 20 dos quais são também os 20 
primeiros nucleotídeos do setor codificador. 
 
 Portanto, lida na direção 5'~3' , a última parte do promotor é a parte inicial do segmento 
codificador. 
 
 O regulador, que atua como amplificador, é uma seqüência de cerca de 100 nucleotídeos. 
 
Os Genes 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Está situado a uns 50 nucleotídeos "corrente acima" do promotor, isto é, a uns 100 nucleotídeos da 
extremidade 5' do segmento codificador. 
 
 No segmento codificador, as seqüências de DNA correspondentes aos RNAr 18S, 5,8S e 28S - nessa 
ordem - se acham separadas entre si por espaçadores. 
 
 Estes, diferentemente dos espaçadores intercalados entre as cópias, transcrevem-se, de modo que 
aparecem no transcrito primário ou RNAr 45S (Fig. 15.9). 
 
 A seqüência de terminação , na extremidade 3' de cada cópia, aparece depois do setor que codifica o 
RNAr 28S. 
 
 Caracteriza-se por conter várias T seguidas. 
Os Genes 
Estrutura do gene que codifica o RNA ribossômico 55 
 
 Do gene do RNA 5S existem - uma depois da outra - cerca 
de aproximadamente 2.000 cópias separadas por 
segmentos espaçadores de DNA. 
 
 Todas as cópias se localizam na extremidade distal do 
braço longo do cromossomo 1, de modo que não pertencem 
ao nucléolo. 
 
 Cada cópia do gene tem duas seqüências especiais de 
nucleotídeos que constituem o promotor, situadas no 
interior do segmento codificador, do qual também fazem 
parte. 
 
Os Genes 
 Devido a isto, as duas sequencias do promotor são transcritas. 
 
 
 Além disso, têm uma seqüência situada "corrente acima" do 
codificador- quer dizer, no espaçador precedente - cuja função 
parece ser reguladora. 
 
 
 A seqüência de terminação na extremidade 3' de cada cópia 
apresenta vários T contíguos, como no gene do RNAr 45S. 
 
Os Genes 
Estrutura dos genes que codificam os RNA de transferência 
 
 Existem entre 10 e 100 cópias de cada um dos genes que 
codificam os diferentes RNAt, alguns dos quais se acham 
alinhados em fila - cópia depois de cópia - como os genes do 
RNAr SS . 
 
 O promotor destes genes é constituído por duas seqüências de 
nucleotídeos separadas, ambas no interior do segmento 
codificador, do qual também fazem parte (Fig. 13 .10). 
 
 Assim, tais seqüências, além de cumprir a função de promotor, 
se transcrevem. 
 
Os Genes 
 
 Alguns genes dos RNAt apresentam um íntron de 4 a 15 nucleotídeos em meio ao 
segmento codificador e, por conseguinte, dois éxons. 
 
 Não foram descritas seqüências reguladoras. 
 
 A seqüência de terminação é semelhante à das cópias dos genes dos RNAr 45S e 5S .