Genética I - Parte X

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16/06/2014
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Genética
Melissa Vieira Leite
Parte X
Ácidos Nucléicos
• São macromoléculas
intracelulares de dois tipos:
– Ácido desoxirribonucléico (DNA);
– Ácido ribonucléico (RNA);
DNA
• O DNA tem a função de armazenar e manter a
informação genética (código genético);
• Constituído por unidades menores chamadas
nucleotídeos;
• Cada nucleotídeo divide-se em moléculas
menores:
– Bases nitrogenadas:
• Púricas: adenina e guanina;
• Pirimídicas: timina e citosina;
– Açúcar do tipo pentose (desoxirribose);
– Fosfato;
• Ligação
fosfodiéster • Constituído por duas cadeias de nucleotídeos;
• A associação entre elas faz-se por pareamento de
bases nitrogenadas;
• Fitas anti paralelas;
• Essa constituição é universal nos seres vivos;
• O DNA é estruturado da mesma maneira, as
diferenças estão na sequência em que os nucleotídeos
se associam;
• Tipos de DNA: genômico, mitocondrial, de
cloroplastos e plasmidial;
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“Embalagem” do DNA
• Os cromossomos, como são visualizados durante as
divisões celulares, estão em uma forma compactada;
• Tendo em vista que as moléculas de DNA são
extremamente longas, por exemplo, o genoma humano,
possui aproximadamente três bilhões de pares de
bases, o que faz com que cada célula diplóide possua
cerca de 2 metros de DNA compactados em 46
cromossomos, sendo cada cromossomo constituído por
uma molécula de DNA e por diversas proteínas
envolvidas na compactação.
• Em um primeiro nível de compactação, o DNA se
enrola como um carretel em estruturas formadas por
oito moléculas de proteínas denominadas histonas,
formando os nucleossomos;
• Os nucleossomos, organizados em uma forma que se
assemelha a contas de um colar, assumem uma forma
helicoidizada denominada solenóide;
• Existem evidências de que a solenóide ainda sofre um
outro processo de helicoidização a redor de uma
estrutura protéica denominada arcabouço.
“Embalagem” do DNA
• Complexo DNA +
proteínas = cromatina
RNA
• Constituído por unidades menores chamadas
nucleotídeos;
• Cada nucleotídeo divide-se em moléculas menores:
– Bases nitrogenadas:
• Púricas: adenina e guanina;
• Pirimídicas: uracila e citosina;
– Açúcar do tipo pentose (ribose);
– Fosfato;
• Constituído de apenas uma cadeia de nucleotídeos;
• Pode ser observado no núcleo e no citoplasma da
célula;
• Formado no núcleo, mas sua função principal ocorre no
citoplasma;
• São moléculas bem menores do que o DNA e menos
estáveis;
• Tipos de RNA:
– Ribossômico;
– Mensageiro;
– Transportador;
Localização dos tipos de RNA
• Ribossômico: pode ser observado no núcleo, na região
do nucléolo e no citoplasma, pois constitui o
ribossomo. Encontram-se livres no citoplasma ou
associados ao retículo endoplasmático rugoso;
• Mensageiro: é formado no núcleo e sua função
biológica ocorre no citoplasma;
• Transportador: é formado no núcleo e sua função
biológica ocorre no citoplasma;
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Função dos tipos de RNA
• Ribossômico: constituído por subunidades maior e
menor dos ribossomos são o locus da síntese de
proteínas no citoplasma;
• Mensageiro: é o carreador da informação genética
diretamente do DNA. A partir dele temos a
transcrição do código genético;
• Transportador: são RNAs pequenos que tem a função
de ligar aminoácidos específicos e transportá-los para
a região de síntese de proteínas;
Código genético
• A transcodificação da mensagem do DNA para
proteínas faz-se por meio de um código de trinca ou
códon (três nucleotídeos);
• Cada trinca representa um aminoácido; estes porém
podem reconhecer mais de um códon. Assim, o código
genético é dito “degenerado”;
• Essa característica é importante em atividades da
engenharia genética, como a amplificação de
sequências gênicas a partir de iniciadores
degenerados, que tem como base a sequência de
proteínas;
Alguns processos importantes no
estudo dos ácidos nucléicos são:
• REPLICAÇÃO: síntese de DNA;
• TRANSCRIÇÃO: síntese de RNA a partir do DNA;
• TRADUÇÃO: síntese de proteínas a partir do RNA.
Replicação de DNA
• A helicase ou DNA helicase é uma enzima que promove
a abertura da hélice de DNA;
• Durante o processo de replicação do DNA, as
helicases recebem "ajuda" da enzima DNA-girase (ou
topoisomerase), que desenrola a cadeia, diminuindo a
tensão à medida que as helicases avançam, facilitando
assim o seu trabalho;
• A separação das cadeias de nucleotídeos ocorre pela
com ruptura das ligações de hidrogênio formando as
forquilhas;
• RNA iniciador;
• A DNA polimerase sempre adiciona nucleotídeos na
ponta 3’ crescente;
• Sentido 5’ → 3’;
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• Filamento leading: contínua;
– DNA polimerase III sintetiza o DNA;
• Filamento lagging: descontínua;
– A primase sintetiza primers de RNA;
– A DNA polimerase III alonga os primers com novo
DNA;
– Estes são chamados de Fragmentos de Okasaki;
– A DNA polimerase I remove o RNA na ponta 5’ do
fragmento vizinho e preenche o espaço com DNA;
– A DNA ligase conecta os fragmentos adjacentes.
A replicação do DNA é bidirecional e
semiconservativa.
Transcrição
• O trecho da molécula de DNA que contém um gene a
ser transcrito, abre-se e nesse ponto inicia-se o
pareamento de nucleotídeos do RNA;
• Processo pelo qual uma região do DNA é copiada,
resultando num RNA mensageiro, ou mRNA;
• O mRNA, transporta informação genética do DNA ao
citoplasma, onde é usado como molde para síntese de
proteínas;
• Nos procariotos a transcrição é feita pela enzima
RNApolimerase que separa os pares de base do DNA,
desenrolando o DNA, dando início a síntese de RNA,
formando uma bolha de transcrição no DNA;
• O RNA será então uma cadeia de nucleotídeos
complementar ao molde do segmento do DNA de
interesse, porém a base que complementa Adenina
será a Uracila;
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Tradução
• Ocorre em três etapas sucessivas:
– Iniciação;
– Alongamento;
– Terminação;
• O códon de iniciação é sempre o mesmo, AUG, e
corresponde ao aminoácido metionina;
• Etapa de iniciação:
– A porção menor do ribossomo associa-se ao RNAt da
metionina e juntos passam a percorrer a molécula de
RNAm até encontrar o códon AUG;
– Quando o encontram, a subunidade maior do ribossomo
une-se à subunidade menor;
– No ribossomo existem dois sítios A (onde há entrada do
aminoácido) e sítio P (onde fica o polipeptídeo em
formação);
– O RNAt da metionina fica associado ao sítio P do
ribossomo, e o sítio A nesse momento permanece vazio;
– A metionina é, portanto, o primeiro aminoácido da
cadeia polipeptídica.
• Etapa de alongamento:
– Um RNAt de aminoácido que corresponda ao códon
seguinte do RNAm encaixa-se no sítio A;
– Estabelece-se uma ligação peptídica entre os dois
aminoácidos, e o RNAt da metionina solta-se;
– O ribossomo desloca-se no RNAm e os dois aminoácidos
unidos passam a ocupar o sítio P, ficando o sítio A vazio;
– Essa sequência de eventos ocorre até que o ribossomo
encontre um dos três códons de terminação: UAG, UAA
ou UGA.
• Etapa de terminação:
– O sítio A é ocupado por proteínas citoplasmáticas que
se ligam diretamente ao códon de terminação do RNAm;
– O polipeptídeo é liberado do ribossomo, as subunidades
maior e menor dissociam-se e há liberação do RNAm;
– A metionina do início da cadeia pode ser removida ou
ficar fazendo parte do polipeptídeo.
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• Um mesmo RNAm, entretanto, pode ser traduzido por
vários ribossomos;
• Vários ribossomos assim dispostos em uma molécula
de RNAm formam o polissomo ou polirribossomo;
• Os ribossomos livres no citoplasma são responsáveis
pela síntese de proteínas que vão atuar no citoplasma,
no núcleo ou nas mitocôndrias;
• Os ribossomos ligados ao retículo granuloso vão
produzir proteínas que irão para o complexo de golgi,
vesículas secretoras, lisossomos e vacúolos.
Expressãode informação gênica
• Gene é uma unidade de DNA que é capaz de construir
ao menos uma cadeia polipeptídica;
• A unidade gênica é composta pelas seguintes regiões:
– Promotora;
– EXON;
– INTRON;
– Terminadoras;
– Reguladora;
• A região promotora é aquela na qual associam-se
proteínas com fatores de transcrição e também a
enzima RNA polimerase. Essa região é uma sequência
geralmente rica em adenina e timina;
• A região do EXON é aquela que apresenta a
informação para construir as cadeias polipeptídicas;
• A região do INTRON pode estar associada à
regulação à regulação da expressão gênica;
• A região terminadora é aquela em que se observa o
códon de término de tradução ou transcrição. Esses
códigos apresentam um padrão bastante conservado
nos seres vivos;
• As regiões reguladoras de expressão podem estar
presentes:
– Em Cis: áreas adjacentes ao gene, na região promotora,
nas regiões de INTRON e terminadora;
– Ou em trans: próximas ao gene no ponto de vista
tridimensional, porém, afastadas quando observadas na
estrutura linear do DNA;
• Os RNAm, transcritos do DNA, nos eucariotos passam
por modificações (pós-transcricionais) antes de serem
traduzidas em proteínas;
• A primeira é a deleção das sequências de INTRON ou
Splicing;
• A segunda é a adição da cauda PoliA em seu extremo
3’;
• Essa cauda tem a função de aumentar a estabilidade
do RNAm e não existe nos RNAm de procariotos;
• No extremos 5’, é adicionado um “chapéu” de
guanosina metilada importante no direcionamento do
RNA-m no momento da tradução;
• A expressão gênica é a principal função relacionada
com os RNAs mensageiros (RNAm) e o processo da
transcrição. Ela define o perfil das proteínas nas
células e sua diferenciação;
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• A transcrição e a expressão gênica tem grande
importância na engenharia genética;
• A partir de seu estudo, pode-se isolar e caracterizar
genes que são especificamente ativados em células e
representam funções mais relevantes como, por
exemplo, anticorpos, proteínas de resistência a
patógenos e a pragas da agricultura, crescimento
celular, entre outros;
• Informação genética contida no DNA (genes) →
transcrita em RNA→ traduzida em proteína;
• Atualmente é possível inverter esse mecanismo e
realizá-lo ao contrário;
• Proteína ou RNA→ genes (DNA) que os originaram;
• Descoberta da transcriptase reversa: enzima
presente em alguns vírus retrovírus;
• Há também a possibilidade de desenhar iniciadores in
vitro;
"A sabedoria não consiste em ser perfeito, mas
em saber que não somos e ter habilidade de
usar nossas imperfeições para compreender as
limitações da vida e amadurecer."
Augusto Cury