Resumo Bioquímica I

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Resumo Bioquímica I – primeiro período
Faculdade de Farmacia UFRJ- Caroline Gonçalves Felix 
Replicação tradução e transcrição.
O DNA é a sigla para acido desoxirribonucleico, composto orgânico cujas moléculas contem informações genéticas que coordenam o funcionamento do organismo. As sequencias de nucleotídeos do DNA codificam a estrutura primaria de todos os RNA’s e proteínas celular e por meio de enzimas, afeta indiretamente a síntese de todos os constituintes celulares. Constituída de duas cadeias polinucleotídias.
 	O cromossomo é constituído por uma longa fita dupla de  DNA são macromoléculas que são usualmente empacotados. O DNA é o material que contem informação genética são chamados de genes esses que codificam a cadeias polipeptídicas e RNA. O cromossomo é composto de proteínas chamadas histonas, que se arranjam em grupos de oito, e são envolvidas pela molécula de DNA. Estes grupos de oito histonas, enroladas pelo DNA são chamados de nucleossomos. Os nucleossomos ajudam no enovelamento do cromossomo. Na intérfase, o cromossomo encontra-se totalmente descondensado, formando a cromatina. Já na metáfase ele encontra-se máximo de sua condensação.
Nucleotídeo: é constituído de desoxirriboses (açúcar de 5 carbonos), grupamento fosfato e uma base nitrogenada. Os carbonos são contados a partir da base nitrogenada. A enzima DNA-polimerase liga os nucleotídeos no carbono 3’ com um grupamento fosfato, essa ligação se chama de Ligação Fosfodiéster. 
Replicação semiconservativa: cada fita de DNA serve como molde para a síntese de uma nova fita, produzindo duas moléculas novas de DNA, cada uma formada por uma fita nova e uma fita antiga. 
Experimento de Meselso-Stahl: primeiro as células foram cultivadas em um meio contendo o isótopo N15, de modo que todo nitrogênio no DNA fosse esse isótopo. Depois as células foram transferidas a um meio de cultura onde só tinha outro isótopo, N14 que gerou moléculas filhas de DNA hibrido N14-N15. Um segundo ciclo de replicação produziu uma banda de DNA híbrido com N15 e N14 e outra contendo apenas N14, confirmando a teoria da semiconservação.
Por que o código genético é universal e degenerado?
	O código genético é universal porque é valido para todos os seres vivos. Os mesmos códons (trincas do RNA mensageiro) codificam sempre os mesmos aminoácidos, seja qual for à espécie, e eles podem ser traduzidos por ribossomos de qualquer célula.
	O código genético é dito degenerado porque existem trincas diferentes para codificar um mesmo aminoácido. Só para o aminoácido leucina, por exemplo, exsitem seis diferentes trincas. Isto é uma característica muito favorável, pois é possível a ocorrência de mutações (alterações da sequencia dos nucleotídeos do DNA) que provocam mudanças no aminoácido por ela codificando se a mudança for feita para outra trinca que codifica o mesmo aminoácido. 
Bases nitrogenadas
-Purinas à Adenina e Guanina, são as maiores e são cíclicas-duplas.
-Pirimidinas à Citosina e Timina (ou Uracila no RNA), são menores e cíclicas-simples.
-Os pareamentos das bases são: A-T/ A-U (duas ligações de hidrogênio) e G-C (três ligações de hidrogênio).
- O nucleotídeo do RNA tem um oxigênio e um H no carbono 2 e o do Dna tem apenas um H.
- O RNA tem a base uracila e o DNA tem a timina.
- A molécula de RNA é simples e a de DNA é dupla.
- A hidroxila do carbono 3, tanto do RNA quanto no DNA, é o local a partir do qual serão adicionados novos nucleotídeos durante a síntese de rna e dna.
- O DNA tem uma carga total negativa devido o grupamento fosfato na sua extremidade do lado externo, em contato com a água.
- O RNA é mais instável e fácil de degradar do que o DNA, pois, além de ser fita simples, a presença do oxigênio no carbono 2 o torna mais reativo com enzimas degradativas.
Replicação	
A replicação do DNA só ocorre porque proteínas iniciadoras (ORC e pré-RC) sintetizadas no momento fim de G1 se ligam a sítios específicos do DNA, denominados de origens de replicação. A ligação das proteínas iniciadoras nas origens de replicação promove a separação das duas fitas do DNA, expondo um pequeno número de bases sem pareamento. Para os cromossomos eucariontes, formados por longas moléculas de DNA linear, existem várias origens de replicação, o que permite que a duplicação do DNA se inicie simultaneamente em vários locais dos cromossomos, tornando o processo mais rápido.
Durante a replicação do DNA é necessário que as duas hélices se separem, para que  isso aconteça, deve haver uma quebra na ligação de hidrogênio entre as bases, essa quebra é realizada pela enzima helicase usando a energia química do ATP. 
Após a quebra do pareamento, as proteínas de ligação unifilamentar (SSBs) vão se ligando ao DNA unifilamentar para impedir a ligação  imediata das hélices de bases. A separação das fitas cria uma tensão que é regulada pela topoisomerase fazendo pequenos cortes. 
A extremidade onde está a "bolha" de replicação é chamada de forquilha de  replicação. A partir de cada origem de replicação formam-se duas forquilhas de replicação. Essas são pontos dinâmicos onde as fitas do DNA parental estão se separando e sendo rapidamente replicados. Ambas as fitas de DNA são repicadas simultaneamente. 
Uma "bolha" de replicação pode ter uma ou duas forquilhas. Se tiver apenas uma  forquilha significa que a replicação é unidirecional e se tiver duas forquilhas a  replicação é bidirecional (uma "bolha" de replicação com duas  forquilhas que se movimentam em sentidos opostos).
  Assim formada a forquilha de replicação, uma enzima chamada de primase insere o primer de RNA, conjunto de ribonucleotídeos, que é o sinal para a DNA-polimerase I se ligar e trocar o primer e inserir os nucleotídeos para que a DNA-polimerase III inicie a síntese de uma nova fita. 
Uma nova fita de DNA é sempre sintetizada no sentido 5’ -> 3’, com o OH livre como ponto onde o DNA é alongado. Como as fitas são antiparalelas, a fita que serve de molde é lida de sua extremidade 3’ até a sua extremidade 5’.
Se ambas as fitas fossem sintetizadas continuamente a medida que a forquilha de replicação se movesse , uma das fitas seria sintetizada no sentido 3’->5’. Dessa forma, Uma das fitas é continua e a outra é descontínua. Fita continua é aquala cuja síntese 5’-.>3’ e segue na mesma direção da forquilha de replicação. Na fita descontínua é aquela que segue na direção oposta ao movimento da forquilha e é sintetizada em pequenos fragmentos denominados fragmentos de okazaki. 
As endonucleases clivam o DNA no interior da molécula. Elas podem ou não ser enzimas de restrição, isto é, toda ER é uma endonuclease, mas nem toda endonuclease é uma ER. As exonuclease: clivam o DNA nas extremidades e não são consideradas enzimas de restrição. Exemplo: DNases (enzima que degrada DNA) e RNases (enzima que degrada RNA).
Atividade de edição: Um mecanismo de todas as polimerases é uma atividade exonucleásica adicional que verifica cada nucleotídeo após sua adição. Essa atividade permite que a enzima remova um nucleotídeo recém-adicionado, sendo bastante específica para os pares de bases emparelhados errados. Se a polimerase adicionou o nucleotídeo errado, a translocação da enzima para o próximo nucleotídeo é inibida. Dessa forma, há uma pausa que permite a correção eliminando o nucleotídeo errado e a polimerase reinicia sua ação. 
Polimerases: DNA-polimerase I é uma enzima que desempenha um serie de funções de limpeza durante a replicação, a recombinação e o reparo. DNA-polimeraseII é uma enzima envolvida em um tipo de reparo do DNA. DNA-polimerase III é a principal enzima de replicação. 
Pelo fato da DNA-Pol I não catalisar as ligações fosfodiéster entre um grupamento fosfato de um nucleotídeo e um carbono 3’ de outro, a DNA-ligase catalisa essas ligações restantes.
Replicação em laboratório
 Precisa-se de fragmentos de DNA de cadeia dupla, primers para a sequência de DNA que precisam ser replicadas, desóxinucleotídeos tri fosfatados livres (nucleotídeos de DNA com grupamentos de 3 fosfatos, tambémnecessários in vivo, pois as DNA-polimerases só agem na existência desses nucleotídeos) e Taq-polimerase, um tipo de DNA-polimerase que permanece estável às temperaturas do processo.
 Em laboratório, uma máquina chamada termociclador aquece as amostras de DNA, separando as duas fitas (quando mais pares G-C, mais pontes de hidrogênio, necessitando de mais energia para serem separadas). Os primers se ligam às fitas e iniciam a síntese de novas fitas. OBS: na replicação in vitro (no laboratório), há a necessidade de cloreto de magnésio, uma vez que o magnésio é um cofator importante da taq-polimerase.
Síntese de RNA – transcrição 
 Introdução e conceitos: 
Transcrição é o processo pelo qual uma molécula de RNA é sintetizada a partir de um molde de DNA. Através da transcrição, são sintetizados todos os tipos de RNAs da célula, ou seja, o RNA mensageiro (mRNA), o RNA ribossômico (rRNA), o RNA transportador (tRNA) e outros RNAs menores. Todos os RNAs estão envolvidos ativamente na síntese protéica. O mRNA será usado para transferir a informação genética do DNA às proteínas, mas os demais RNAs sintetizados têm, por si, funções finais na célula, tanto estruturais como catalíticas.
 É principalmente durante a transcrição que a célula exerce o controle da expressão gênica. O processo de transcrição é regulado por proteínas. Na maioria dos casos, o principal ponto de regulação da atividade de um gene é a decisão de iniciar ou não a sua transcrição.
Dependendo da necessidade da célula, o mesmo gene pode ser transcrito incontáveis vezes até que a demanda seja suprida. Além da característica temporal da transcrição, este é um processo extremamente seletivo. 
Mecanismos de transcrição:
A transcrição ocorre a partir da informação contida na sequência de nucleotídeos de uma molécula de DNA fita dupla, sendo sempre no sentido 5' → 3'. Apenas uma das fitas do DNA, chamada de fita molde, é utilizada durante a síntese, que segue as mesmas regras de complementaridade e antiparalelíssimo, exceto pelo pareamento de uracila (U), ao invés de timina (T), com adenina (A).
 O RNA recém-sintetizado (5' →3') é, portanto, complementar à fita de DNA que serviu de molde (3' → 5'), essa fita é chamada de fita molde ou anti-senso. A outra fita de DNA (5' →3') que tem a sequência idêntica ao do RNA transcrito, exceto por T (timina) no lugar do U (uracila) é chamada de fita codificadora ou senso.
 Por convenção, entretanto, a sequência de nucleotídeos de um gene é sempre representada na orientação 5' → 3'. Em 1960 foi descoberta uma enzima capaz de, na presença de DNA fita dupla e dos ribonucleotídeos trifosfatados (ATP, CTP, GTP e UTP), sintetizar RNA. Essa enzima foi denominada RNA-polimerase (RNAP). A reação catalisada pelas RNAPs é mecanisticamente idêntica à reação catalisada pelas DNA polimerases. As RNAPs desempenham todas as atividades necessárias para a transcrição:
 1) reconhecem e ligam-se a sequências específicas de DNA;
 2) desnaturam o DNA, expondo a sequência de nucleotídeos a ser copiada;
 3) mantêm as fitas de DNA separadas na região de síntese; 
 4) mantêm estável o duplex DNA:RNA na região de síntese;
 5) restauram o DNA na região imediatamente posterior à da síntese;
 6) sozinhas ou com auxílio de proteínas específicas, terminam a síntese do RNA. 
Existem, pelo menos, cinco RNAPs diferentes que estão envolvidas na síntese de RNAs específicos: RNAP I, RNAP II, RNAP III, RNAP mitocondrial (mtRNAP), e RNAP de cloroplastos. 
Embora consigam sintetizar RNA a partir de nucleotídeos livres, as RNA polimerases sempre precisam de proteínas acessórias, chamadas de fatores de transcrição, que auxiliem o início da transcrição. São estes fatores que identificam ao longo de um gene as sequências específicas no DNA que indicam o local de início da transcrição, ou seja, a partir de qual base o gene deve ser copiado em RNA. O primeiro par de bases do segmento de DNA que será transcrito é chamado de sítio de início e recebe o valor +1. Seqüências anteriores ao sítio de início são chamadas upstream (montante) sendo que as bases progridem negativamente (-1, -2, -3...) a partir do +1 para trás. Seqüências localizadas após o sítio de início são chamadas dowstream (jusante), e progridem positivamente (+2, +3, +4...). As sequências reguladoras da transcrição podem ser divididas em dois tipos: promotores e elementos reforçadores (enhancers). 
Os promotores para transcrição no DNA(em E. coli região –10 (TATA box) e região– 35) são inicialmente reconhecidos por fatores de transcrição que, ligados ao DNA, interagem com outros fatores, formando um complexo ao qual as RNAPs se associam. Os promotores são, em geral, seqüências de 100 a 200 pb (pares de bases). Eles sempre estão próximos ao sítio de início da transcrição e possuem seqüências consenso, comuns a todos os promotores, que são reconhecidas pelos fatores de transcrição.
 O processo de transcrição pode ser dividido em 3 partes: iniciação, alongamento e terminação.
 Iniciação:
 O primeiro passo da transcrição requer regiões reguladoras e a RNA polimerase de E.coli, uma holoenzima composta pelas subunidades (a2bb’s). O cerne ou núcleo da enzima é composto pelas subunidades (a2bb’) e o fator sígma da enzima (s). A RNA polimerase desempenha múltiplas funções, e participa dos processos de início, alongamento e término da transcrição. 
A transcrição se inicia nos promotores do DNA molde. Em E. coli eles são conhecidos como seqüência –10 e – 35, por são centradas a cerca de 10 a 35 nucleotídeo a montante do ponto de início (+1). 
O fator s reconhece a região promotora e o restante da holoenzima (cerne ou núcleo) é responsável pela transcrição. A RNAP contendo o fator sígma pode detectar o promotor no DNA sem desenrolá-lo. Os promotores sinalizam o local onde a síntese do RNA deve ser iniciada. O reconhecimento do promotor passa por duas etaps: formação do complexo e iniciação abortiva.
 O complexo é inicialmente fechado (DNA dupla fita) e depois aberto, formando a bolha de transcrição). A abertura da fita é exatamente na região –10, pois é rica em AT ( AT é mais fácil de ser rompida, por ter 2 pontes de hidrogênio). O próximo passo é a incorporação dos dois primeiros ribonucleotídeos e a formação da ponte fosfodiésteres. Sem que a enzima se desloque do DNA são sintetizados nove nucleotídeos e logo é novamente reiniciado a síntese novamente, caracterizando a fase abortiva do processo.
 Com o desligamento do fator sígma do complexo termina a fase abortiva permitindo que a RNAP comece a se deslocar pela fita de DNA para sintetizar a fita de RNA. Esta fase é chamada de alongamento. 
Alongamento:
 É o aumento da cadeia de RNA para o qual outros fatores acessórios são necessários. Os fatores utilizados no complexo de iniciação da transcrição são liberados e a RNAP (a2bb’), deslize sobre o molde de DNA, abrindo o DNA à sua frente (“bolha de transcrição”) e fechando atrás de si, após ter usado a fita de DNA como molde para a transcrição. A RNAP tem função de helicase, por isto que ela abre a fita de DNA. Um duplex híbrido DNA-RNA forma-se dentro da bolha à medida que o RNA é sintetizado. Os erros na seqüência da cadeia produzidos nesta etapa são cuidadosamente corrigidos pela RNA polimerase (função de correção de erro). 
Terminação:
 Muito pouco se conhece sobre o término da transcrição, mas em E. coli há 2 tipos de término do da transcrição: terminação independente de rho (r) ou a dependente de rho (r). Na terminação independente de rho (r), que ocorre em 90% dos casos, sabe-se que a RNAP terminam a síntese em regiões consenso. Neste tipo de terminação, existe uma seqüência invertida repetida seguida por uma seqüência de adeninas (A) na fita molde. A região assimétrica permite ao RNA nascente formar uma estrutura de alça (grampo de terminação) que ocasiona uma longa pausa no alongamento da cadeia, nesta região há uma desestabilização no híbrido DNA-RNA. O desligamento do RNA do sistema provoca uma ruptura do complexo de transcrição e as fitas deDNA são renaturadas novamente. 
Terminação dependente de rho (r):
 Esta proteína na presença de ATP se liga ao RNA nascente simples fita, percorrendo a fita de RNA até encontrar o ponto de término, desestabilizando o híbrido DNA:RNA, separando o RNA e terminando assim a transcrição. OBS: Nos procariotos a transcrição e a tradução são acopladas. Imediatamente após a liberação das primeiras regiões do RNA sintetizado na bolha de transcrição, os ribossomos se ligam a ele e iniciam a síntese de proteínas.
Tradução 
Depois do DNA ser transcrito em RNA, a informação genética é lida e decodificada em sequências de aminoácidos que formarão um determinado polipeptídeo (isso pois o nome da ligação entre dois aminoácidos é ligação peptídica) em detrimento da sequência de códons (tripletos de bases que codificam um aminoácido ou um stop codon) em um processo chamado tradução, realizado fora do núcleo, nos ribossomos.
O ribossomo: É formado pela associação entre proteínas e rRNA, possui duas subunidades, uma maior (60S, sendo S uma unidade de sedimentação, usada em laboratório para separar as substâncias por métodos de centrifugação) e outra menor (30S). Possui também um sítio A (aminoacil), onde ocorre a chegada do tRNA com os aminoácidos, e um sítio P (peptidil), onde são feitas as ligações peptídicas e um sítio E, por onde sai o tRNA.
O tRNA e o carreamento de aminoácidos: O tRNA (RNA transportador) é uma fita de RNA que carrega um determinado aminoácido e que possui uma região chamada anticódon que pareia com o códon do mRNA no processo de tradução.
Códons e aminoácidos: Cada códon é codifica um determinado aminoácido. Lembrando que o código genético é chamado “degenerado”, pois certos aminoácidos são codificados por mais de um códon.
 Alguns códons codificam a parada do processo de tradução (são chamados de stop codons, e são o UGA, UAA e UAG) e um códon específico determina o inicio da transcrição o AUG. 
Estrutura dos aminoácidos:
 A estrutura geral dos aminoácidos envolve um grupo amina e um grupo carboxila, ambos ligados ao carbono α quiral (o primeiro depois do grupo carboxilo). 
O carbono α também é ligado a um hidrogénio e a uma cadeia lateral, que é representada pela letra R. O grupo R determina a identidade de um aminoácido específico. Aminoácidos podem ser classificados quando ao seu substituinte: polares neutros (substituintes que podem formar ligações de hidrogênio), ácidos (substituintes com carboxila), básicos (substituintes com amina) e apolares (substituintes como hidrocarbonetos apolares ou hidrocarbonetos modificados, exceto a glicina). 
Os ácidos e básicos são hidrófilos. Podem ser classificados também por informação nutricional: essenciais (que o corpo não sintetiza) e não-essenciais (que o corpo pode sintetizar).
Aminoácidos podem ser classificados quando ao seu substituinte: polares neutros (substituintes que podem formar ligações de hidrogênio), ácidos (substituintes com carboxila), básicos (substituintes com amina) e apolares (substituintes como hidrocarbonetos apolares ou hidrocarbonetos modificados, exceto a glicina). Os ácidos e básicos são hidrófilos.
 Podem	 atuar como ácidos e bases:	
   •  De acordo com seu grupamento  R	(ionizáveis), amino e carboxil; Dependendo do meio, os aminoácidos podem atuar como:
Ácidos: (protonado,  podendo doar prótons), carregados negativamente 
Neutros: (a  forma  protonada e a forma  receptora  de  prótons  em   equilíbrio)	
Base:  (base  conjugada	 do ácido correspondente,  ou   seja,  perdeu  prótons,	 e   agora  é  receptora	 deles). Carregados positivamente
Inicio da tradução:
 O chamado complexo de iniciação da tradução é formado pelo pareamento entre um tRNA de anticódon UAC (pareia com o AUG, o iniciador), carregando uma metionina, e a subunidade menor do ribossomo. Depois da formação desse complexo, se junta a subunidade maior e assim começa o processo de alongamento da cadeia de peptídeos. O tRNA que chegou se instala no sítio P do ribossomo. O sítio A está livre para receber o próximo tRNA. -Todo esse processo é auxiliado por proteínas e por energia fornecida por moléculas de GTP.
Alongamento:
 Chega no sítio A um tRNA carregando o próximo aminoácido codificado pela sequência do mRNA. Pela proximidade, os aminoácidos fazem uma ligação peptídica entre si, reação catalisada pela peptidil-transferase. Esse segundo tRNA se move para o sítio P, movendo o tRNA anterior para o sítio E para depois ser liberado no citoplasma e ser reutilizado futuramente, e o ribossomo se move mais um tripleto no sentido 5’-3’, liberando novamente o sítio A. O processo continua até a fase de terminação, na qual o stop codon codifica um fator de dissociação (uma proteína), fazendo com que o polipeptídeo se ligue à uma molécula de água e que o tRNA se solte do ribossomo, liberando as duas subunidades, para serem reutilizadas, e a proteína sintetizada, que pode vir a sofrer alguma alteração no complexo de Golgi pra se tornar funcional.
Mutações genéticas: 
Substituição: muda um códon apenas, podendo causar o não a substituição de um aminoácido porque o DNA é degenerado, diferentes códon podem traduzir o mesmo aminoácido.
 Deleção/inserção: 	altera todo o quadro de leitura.