Resumo Biologia Celular e MOolecular: DNA,RNA e histonas

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DNA, RNA e histonas
O DNA armazena toda a informação genética através do pareamento das bases nitrogenadas. Os seres vivos possuem entalpia, isto é, utilizam energia para manter seus sistemas biológicos organizados. Reprodução e metabolismo são características fundamentais para os seres vivos manterem sua organização.
Pelo fluxo da informação genética, o DNA é transcrito em RNA e traduzido em proteínas que realizarão o metabolismo de acordo com a necessidade da célula (respiração, movimento, defesa, sustentação).
Transcrição: síntese de RNAm a partir do DNA (núcleo), que estará presente nos nucleotídeos.
Tradução: síntese de proteínas a partir do RNAm (citosol), que estará presente nos aminoácidos.
OBS: Existem RNAnc = não codificado em proteína. Ex: RNAt e RNAr e os snRNA (pequenos RNAs nucleares), que vão remover os íntrons do pré-RNA para formar o RNAm.
DNA RNAm Proteína
 RNAnc
Obs: vírus que apresentam RNA no lugar de DNA são chamados retrovírus. Eles injetam RNA para ser transcrito em DNA e se tornar estável. Esse processo é chamado de transcrição reversa, transcriptase reversa é a enzima que tem essa função.
Gene: segmento de DNA que é transcrito em RNAm.
Pseudogene: segmento de DNA que é transcrito em RNA não funcional (RNAnc).
Composição química do DNA
O DNA é formado por nucleotídeos: base nitrogenada + pentose + fosfato.
O açúcar pode ser tanto ribose quanto desoxirribose. O que diferencia uma da outra é o fato da desoxirribose não ter um OH ligado ao carbono 2, e sim um H.
Existem cinco bases nitrogenadas (adenina, guanina, timina, citosina e uracila), porém o DNA não apresenta uracila. Essas bases podem ser purinas (adenina e guanina, apresentam dois anéis na estrutura) ou pirimidinas (citosina, uracila e timina).
Existe relação entre a quantidade de A-T e C-G.
Como um nucleotídeo se liga a outro na mesma cadeia?
A base nitrogenada sempre estará ligada ao carbono 1 da pentose e o fosfato ao carbono 5. O carbono 3 da pentose perde um OH para formar H2O com o H do fosfato debaixo e, como resultado, o grupamento fosfato se liga covalentemente com o carbono 3 da pentose de cima.
A ligação entre nucleotídeos se chama ligação fosfodiéster. Tanto o DNA como RNA apresentam polaridade, pois as extremidades de sua estrutura não são iguais. É a chamada polaridade 5’ -> 3’.
Como o nucleotídeo de uma cadeia se liga a outro de outra cadeia?
As bases nitrogenadas realizam ligação de hidrogênio (não-covalentes). Adenina liga com timina por 2 ligações e citosina com guanina por 3 ligações de hidrogênio. A ligação entre as bases deve ser mais fraca em relação ao esqueleto para o processo de transcrição/duplicação separar as bases sem danificar a estrutura.
Para as cadeias ligarem entre si, devem apresentar polaridade invertida, ou seja, o lado com extremidade 5’ deve estar voltado para uma direção e a extremidade 3’ para a direção oposta.
Na estrutura do DNA, as bases nitrogenadas ficam no meio. O formato de dupla-hélice protege as bases contra enzimas e agentes mutagênicos. Essa estrutura apresenta cavidades por onde ocorrerá o reconhecimento da transcrição.
O RNA e a RNA-polimerase
Por só ter uma fita, ele é instável. Dobra-se para fazer ligações de hidrogênio entre suas bases, adquirindo uma estrutura tridimensional complexa (assim como as proteínas), que o torna capaz de catalisar reações assim como as enzimas. Durante a transcrição, os polímeros de RNA são selecionados de acordo com a fita molde de DNA. O mesmo segmento de DNA pode ser usado repetidamente para guiar a transcrição de RNA idênticos. 
Enquanto o DNA é fixo e inviolável, o RNA é produzido em massa, existe em grande quantidade e é descartável. As moléculas de RNA são muito menores que as de DNA.
 A transcrição começa com a desespiralização da dupla-hélice de DNA, o que expõe as bases em cada fita. Quando o pareamento é estabelecido, o ribonucleotídeo a ser incorporado é covalentemente ligado à cadeia de RNA em formação, por meio de uma reação catalisada enzimaticamente.
A enzima que realiza a transcrição é a RNA-polimerase. Apesar de ser parecida com a DNA-polimerase, elas possuem diferenças óbvias: a RNA-polimerase sintetiza RNA ao invés de DNA, sua fita transcrita de RNAm não estoca informações permanentemente na célula e, principalmente, um erro na transcrição do RNA é menos significativo do que na replicação do DNA. Se um ribonucleotídeo for inserido de forma incorreta na cadeia de RNA em formação, a RNA-polimerase volta e esse ribonucleotídeo é removido.
Obs: Mesmo o DNA sendo uma fita dupla, cada gene apresenta somente uma região promotora (onde a RNA-polimerase se liga), e, pelo fato dessas sequências de promotores serem assimétricas, a polimerase só pode se ligar sob uma orientação. A produção de RNA é percorrida pelo DNA no sentido 3’->5’
Os eucariotos têm 3 tipos de RNA-polimerase: RNA-polimerase I e III transcrevem genes que codificam o RNAt, RNAr e outros pequenos RNAs. A RNA-polimerase II transcreve a grande maioria dos genes. 
Existem fatores gerais de transcrição que ajudam a posicionar a RNA-polimerase sobre a região promotora, auxilia na separação da fita de DNA e liberam a RNA-polimerase do promotor para iniciar a transcrição. O conjunto desses fatores formam um complexo de iniciação de transcrição. Uma vez que ela comece a transcrição, a maioria desses fatores gerais são liberados do DNA.
Além dos fatores gerais de transcrição, a RNA-polimerase necessita de proteínas conhecidas como ativadores transcricionais e de um complexo proteico conhecido como Mediador. Os ativadores trascricionais se ligam a sequencias específicas do DNA e ajudam a atrair a RNA-polimerase II para o ponto de início da transcrição. Já o Mediador permite que as proteínas ativadoras se comuniquem com a polimerase II e com os fatores gerais de transcrição.
Complexos remodeladores de cromatina e enzimas modificadoras de histonas facilitam o acesso ao DNA sob uma forma menos condensada, já que ele fica condensado como eucromatina. Isso facilita a montagem dessa maquinaria de iniciação da transcrição.
Códons e genes
Os genes estão localizados nas bases nitrogenadas, onde sua sequência codificará um aminoácido. Cada trinca de bases nitrogenadas do RNAm que recrutará um aminoácido é chamada de códon.
O RNAm sai do núcleo e vai para o ribossomo (formado por 2 RNAr), onde fará o pareamento com RNAt para codificar um aminoácido. O RNAt possui duas extremidades; uma se liga a um aminoácido específico e a outra apresenta uma sequência de anticódons, permitindo o reconhecimento dos códons do RNAm e liberando o aminoácido da outra extremidade. Após liberação, o RNAt deixa o ribossomo, enquanto um novo chega e faz esse pareamento para formar a proteína. 
O gene começa a se expressar quando é transcrito em RNAm, por isso o RNA e proteínas são considerados expressões do gene. A expressão de gene é regulada, em vez de produzir todo seu repertório de proteínas com toda intensidade, a célula ajusta a velocidade de transcrição e tradução de acordo com a necessidade.
O genoma de uma célula são todas as informações genéticas contidas em seu DNA. O fenótipo são os resultados dos produtos do gene. Sem levar em conta influências do ambiente externo, um único gene pode produzir fenótipos diferentes, desde que produza proteínas diferentes e, para isto, deve produzir RNAm diferentes. 
1 gene RNAm -> proteína -> fenótipo
 RNAm -> proteína -> fenótipo
 RNAm -> proteína -> fenótipo
RNA isoforme: RNAs mensageiros com características diferentes, mas produzidos a partir de uma mesmo gene.
Como o gene é organizado estruturalmente?
O DNA é subdividido em genes. 90% do nosso DNA não armazena informação genética.
Região intergênica: onde não tem gene.
Região intragênica: onde tem gene.
A região intragênica se dividem em região promotora e região transcrita. Mesmo sendo região intragênica, nem todosos nucleotídeos serão transcritos.
Região promotora: indica o início com -1, é a parte que não é transcrita, mas é essencial para ocorrer a transcrição, pois, na posição -25 de qualquer organismo se encontra uma sequência de nucleotídeos (TATAAT) que a RNA-polimerase vai se ligar. Essa região se chama TATA, ou TATA box. Promotor basal é a região que inclui o TATA e outros nucleotídeos dentro da região promotora.
Região transcrita: indica seu início com uma seta ( ) ou +1. É onde começa a transcrição dos nucleotídeos.
A região transcrita também é dividida, pois nem todo nucleotídeo do RNAm é importante para produzir proteína. As duas regiões são: região UTR e região codificadora.
Região UTR (untranslated): é o espaço entre o sítio de início de transcrição e o 1º códon, o chamado códon iniciador (esse códon será o AUG). Também é o espaço não traduzido após o último códon, o stop códon (esses stop códons não serão traduzidos, eles só sinalizam que acabou). A região UTR é transcrita, mas não será traduzida.
Região codificadora: região após o AUG que será transcrita e traduzida.
Toda região codificadora é subdividida obedecendo o seguinte critério: os códons estão agrupados em blocos e, entre esses blocos, existem segmentos sem códons. 
Éxons: interior dos blocos, apresentam códons.
Íntrons: espaço entre os éxons, não apresentam códons.
Obs: a diferença entre UTR e íntron é só que um está dentro da região codificadora, e o outro na transcrita.
Após a transcrição, o pré-RNA sofrerá o splice/splicing, onde os íntrons serão arrancados e os éxons se juntaram para formar a fita de RNAm que será traduzida em proteína.
Para que serve o splice?
A presença de íntrons no DNA permite a recombinação genética, possibilitando que os genes para novas proteínas evoluam mais facilmente pela combinação de partes de genes preexistentes. Os transcritos de muitos genes sofrem o splice de diferentes maneiras, possibilitando que um mesmo gene produza um grupo de diferentes proteínas.
A maquinaria do splice do pré-RNA deve reconhecer 3 regiões: a região do splice 5’, região do splice 3’ e ponto de forquilha na sequência do íntron.
As etapas do splice são realizadas por moléculas de RNAs, não por proteínas (tem algumas que ajudam sim!). Os snRNA se juntam para formar Spliceossomo: grande complexo de moléculas de RNA e proteínas que fazem o splice. 
Para evitar que o splice ocorra nos éxons em vez dos íntrons, os componentes do spliceossomo são transferidos da cauda da RNA-polimerase para o RNAm a medida que ele está sendo produzido pela polimerase II. Outra técnica é analisando o tamanho dos éxons, pois, diferentemente dos íntrons, possuem um tamanho uniforme. Os éxons são marcados para proteger sua área, eliminando só o que está entre eles (íntrons).
Histonas
O DNA depende de proteínas chamadas histonas para realizar seu condensamento no núcleo. Se fosse esticado, o DNA teria cerca de 2 metros, porém ele é condensado para caber no núcleo da célula. 
Para ser uma histona, a proteína deve:
Ser pequena (média de 100 aminoácidos);
Ser enriquecida com carga positiva para interagir com a negativa do DNA; 
Apresentar arginina e lisina. 
Quando histonas se juntam com o DNA, formam um novo complexo: cromatina. Quando a cromatina se condensa com 11 nm, seu nome é Nucleossomo, e pode ser dividido em 2 partes:
Cerne do nucleossomo: representado por discos de histona com DNA enrolado nele, dando cerca de 1,7 voltas. Contém 8 histonas de 4 tipos.
DNA de ligação: são os 60 nucleotídeos que ligam os cernes. Há também histona H1
Obs: nucleossomo não existe dentro da célula, só foi descoberto quando a eucromatina foi colocada em solução salina.
Para se condensar ainda mais, os cernes se dobram e formam fibras de 30 nm, a eucromatina.
Para ocorrer a divisão celular, na prófase, a cromatina se condensa ainda mais. Acima de 30nm recebe o nome de heterocromatina. Quando seu condensamento está no nível máximo é chamada de cromossomo (como o cromossomo é DNA + histonas ele não é a mesma coisa que DNA).
Intérfase: a cromatina encontra-se condensada no nível de eucromatina (algumas ainda como heterocromatina).
Prófase: a cromatina encontra-se condensada no nível de heterocromatina.
A compactação da cromatina em cromossomo na mitose serve para desemaranhar as cromátides-irmãs e deixa-las prontas para separação na anáfase. Além disso, a compactação protege o DNA de se quebrar na hora da separação.
Formação do Nucleossomo
É formado por 4 tipos de histonas, são elas: H2A, H2B, H3 e H4. 
H2A e H2B se juntam e formam um dímero. Dois dímeros desse tipo se juntam e formam um tetrâmero. O mesmo ocorre com H3 e H4. 
H2A------H2B H3-----H4
H2A------H2B H3-----H4
Esses dois tetrâmeros se juntam e formam um disco com 8 histonas (octâmero). A histona H1 do DNA de ligação faz o condensamento para virar eucromatina.
As histonas são sintetizadas especialmente durante a fase S do ciclo celular e montadas nos nucleossomos das duplas-hélices de DNA das células-filhas logo atrás da forquilha de replicação. Em contraste, as variantes de histonas são sintetizadas durante a intérfase, e são inseridas na cromatina quase formada.
Obs: O DNA em um nucleossomo é desenrolado a partir de cada extremidade cerca de 4 vezes por segundo, permanecendo exposto por 10 a 50 milissegundos. Assim, o DNA está disponível para ligação com outras proteínas. Esse afrouxamento é necessário, pois as células contêm complexos de remodelamento da cromatina. Se o DNA fosse fixo, os mecanismos de leitura (acessam sequências específicas de DNA), a DNA-polimerase (replicação) e RNA-polimerase (transcrição) não realizariam suas funções corretamente.
Os complexos de remodelamento da cromatina usam ATP para deslocar o DNA do cerne, “afrouxando-o”.
A região amino-n-terminal (o começo das proteínas histonas) está voltado para fora do disco de histonas. Grupamentos químicos podem ser adicionados nessa parte para fazer a cromatina relaxar ou condensar mais. A célula induz essas modificações para fazer a divisão celular, por exemplo. Quanto mais condensado, mais difícil será a transcrição e expressão de genes.
Uma concentração maior de grupo metil, por exemplo, indica o excesso de condensamento da cromatina, dificultando a formação de proteínas, inclusive de genes supressores de tumor. A PERDA DE FUNÇÃO SEM MUTAÇÃO NO DNA É CHAMADA DE ALTERAÇÃO EPIGENÉTICA. ESSA ALTERAÇÃO É TRANSMITIDA PARA AS CÉLULAS-FILHAS. As modificações nas histonas são cuidadosamente controladas