Replicação-e-Transcrição

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Florianópolis, junho de 2011
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA SANTA CATARINA
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA
DISCIPLINA: BIOQUÍMICA BÁSICA
BQA5109
Replicação 
e 
Transcrição do DNA
O Material Hereditário dos Cromossomos São Segmentos de DNA (genes)
 Cada célula carrega em seu núcleo as instruções para a formação de um indivíduo 
completo... 
Quando uma célula se divide, cada célula leva uma cópia do DNA original
ORGANISMO
CÉLULA
NÚCLEO
CROMOSSOMOS
(DNA+PROTEÍNAS)
 Possui a informação que, em 
última análise, dita a função de 
uma proteína;
Características celulares são 
determinadas pelas proteínas que 
a célula produz;
 Capacidade de autoduplicação. 
DNA
DNA Possui a Informação Para Codificar Proteínas e RNAs
Origem a um novo ser com características semelhantes ao original...
DNA confere a base molecular da hereditariedade! 
Cada célula carrega no seu DNA as 
instruções para a formação de um 
indivíduo completo 
Quando a célula se divide, as células 
filhas levam uma cópia dessa 
informação
Relembrando: O DNA
Dupla-Hélice Estrutura Química Modelo Espacial
Polímero de desoxirribonucleotídeos de 4 espécies dispostos em duas fitas de sentidos 
opostos (ANTIPARALELAS). A estrutura de dupla-fita é mantida por pontes fosfodiéster (que 
unem nucleotídeos numa mesma fita) e ligações do tipo ponte de hidrogênio que ligam as 
bases COMPLEMENTARES entre as fitas.
A Estrutura do DNA Fornece as Bases da Hereditariedade
 A cópia do material hereditário é possível graças a natureza complementar das fitas 
do DNA (pareamento de bases)... 
Replicação: processo de biossíntese de DNA onde, a partir de uma molécula 
de DNA pré-existente formam-se duas moléculas filhas contendo uma das fitas 
da molécula mãe original.
PROCESSO SEMICONSERVATIVO
A Replicação é Semi-Conservativa
Cada dupla-hélice filha é composta de uma fita velha (conservada) e uma fita 
nova (recém-sintetizada)
 A replicação produz duas moléculas completas e idênticas a partir de uma molécula 
de DNA original
Características importantes
Em relação a Estrutura e ao processo de Replicação do DNA é CORRETO afirmar:
(A) O DNA é uma molécula composta por polímeros
de desoxirribonucleotídeos, dispostos em duas
fitas, sendo ambas idênticas entre si.
(B) Em relação ao pareamento de bases do DNA,
bases púricas fazem ligação do tipo ponte de
hidrogênio com outra base púrica na fita oposta
na dupla-hélice.
(C) Ligações do tipo fosfodiéster são responsáveis
por manter as duas fitas do DNA unidas,
auxiliando na estabilidade da molécula.
(D) A replicação do DNA é dita semi-conservativa
porque as duas novas moléculas de DNA
idênticas, são sintetizadas a partir de uma
molécula antiga.
(E) A replicação do DNA é dita semi-conservativa
porque cada fita na dupla-hélice do DNA novo
possui uma fita nova (recém-sintetizada) e uma
fita antiga (conservada).
Replicação – Ocorre Durante a Intérfase do Ciclo Celular
GLAST (EAAT1)
GLT-1 (EAAT2)
Replicação do DNA  1. Iniciação
Os locais onde o DNA é aberto são chamados de origens de replicação e 
são marcados por uma seqüência particular de nucleotídeos.
 A dupla-hélice do DNA é muito estável e proteínas auxiliam na separação das 
duas fitas...
1- DNAa – Ligam-se a segmentos do DNA ricos
em A=T e faz com que o DNA se dissolva, as
fitas separam-se, formando regiões de DNA de
fita simples;
2 – Proteína de Ligação do DNA de Fita Simples
(SSB) – Mantém a separação das fitas e
protegem o DNA de nucleases que clivam DNA
de fita simples;
3- DNA-Helicase – Liga-se ao DNA de fita simples
e a seguir move-se na região vizinha de dupla-
fita, forçando as fitas a se separarem,
desenrolando a dupla-hélice (requer ATP).
Não atuam em locais aleatórios
Replicação do DNA  1. Iniciação
Replicação do DNA  1. Iniciação
 A síntese do DNA novo ocorre nas zonas ou forquilhas de replicação e é bidirecional...
Replicação do DNA  2. Alongamento da cadeia
 DNA-Polimerase – Sintetiza a nova fita usando uma das fitas velhas como molde e 
catalisa a adição de nucleotídeos à fita de DNA em crescimento, verificando se foram 
corretamente incorporados. 
DNA-polimerase
O pareamento de bases entre o desoxirribonucleotídeo que entra e os da fita-molde 
guia a formação de uma nova fita de DNA, complementar na seqüência de 
nucleotídeos à fita molde. 
Replicação do DNA  2. Alongamento da cadeia
DNA-polimerase catalisa a adição de 
nucleotídeos à extremidade 3`-OH de uma 
fita de DNA nova pela formação de uma 
ligação fosfodiéster com o grupo 5`-fosfato
do nucleotídeo que está sendo incorporado 
Nova cadeia é sintetizada sempre na direção
5` 3`
Os nucleotídeos entram na reação como 
nucleosídeos trifosfatados de alta energia e 
há quebra da ligação fosfoanidrido
A DNA-polimerase permanece associada 
ao DNA e move-se ao longo da cadeia 
(3’ 5’) durante a polimerização
Replicação do DNA – Enzima DNA-Polimerase Necessita de um Primer
O mecanismo de polimerização do DNA apresenta dois problemas...
Solução: Uma enzima chamada primase sintetiza um PRIMER (10 nucleotídeos) de RNA
1. A DNA- polimerase 
precisa de um grupo 3'-OH 
para estender a cadeia de 
DNA
Ribonucleotídeos 
Como se inicia a síntese de DNA?
Ao final do processo de replicação o primer é removido
Como é possível sintetizar as fitas novas sobre um molde que está na 
direção oposta (5` 3`) ?
Replicação do DNA – Enzima DNA-Polimerase
2. A enzima DNA-polimerase só sintetiza fitas novas na direção 5` 3`, fazendo a 
leitura da fita molde na direção 3` 5`;
Cada fita possui uma polaridade 
única (são antiparalelas)
Ambas as novas fitas parecem 
crescer na mesma direção
Replicação do DNA – Enzima DNA-Polimerase
Não existe síntese na direção 3' 5' !!!
Solução: O problema é solucionado por uma manobra da enzima. A fita que deveria 
crescer no sentido 3' 5' é feita descontinuamente, em pequenos pedaços, com a DNA-
polimerase trabalhando para trás a partir da forquilha de replicação. 
Os fragmentos são posteriormente unidos (DNA-ligase), formando uma fita contínua.
Replicação do DNA – Fita contínua (líder) e Fita Descontínua (atrasada)
 Síntese de uma fita contínua a partir de fragmentos...
Replicação do DNA  3. Terminação
O primer de RNA é alongado pela DNA- polimerase 
III até que outro RNA seja encontrado
O primer de RNA é removido pela DNA-polimerase I 
(atividade 5`3` exonuclease) e a lacuna é 
preenchida com desoxirribonucleotídeos pela 
própria enzima (atividade 5`3` polimerase)
A quebra restante é ligada pela DNA-ligase 
catalisa a ligação fosfodiéster final entre os grupos 
5’-fosfato da cadeia de DNA sintetizada pela DNA-
polimerase III e o grupo 3’-OH da cadeia feita pela 
DNA-polimerase I.
Resumindo...
Uma maquinaria de replicação, que 
envolve proteínas e enzimas, 
sintetiza o novo DNA
A DNA-polimerase é a enzima responsável 
pela polimerização do novo DNA
A seqüência de nucleotídeos de uma nova 
fita do DNA é ditada pela fita molde
As fitas novas são sintetizadas em direções 
opostas (contínua e descontínua)
A polimerização sempre ocorre na direção 
5`  3`
Fragmentos são unidos e duas fitas 
contínuas são formadas
Um primer de RNA é utilizado na síntese da 
nova fita (e posteriormente removido) 
Dogma Central da Biologia Molecular
Relembrando: O RNA
Polímero de 4 tipos de 
ribonucleotídeos (4 
tipos) unidos por 
ligação fosfodiéster, 
existente como fita 
simples
RNAm
RNAr RNAt
Características Essenciais da Transcrição
 Altamente Seletiva: de acordo com o tipo celular, para algumas regiões do DNA muitos 
transcritos são feitosenquanto que, para outras, poucos transcritos são feitos. 
 RNA´s podem sofrer várias modificações: Adições terminais, desbastes, remoção de 
segmentos internos e junções. Estas modificações convertem o transcrito primário em uma 
molécula funcional. 
Transcrição – Visão Geral
Transcrição: Processo de síntese do RNA, que utiliza uma das fitas do DNA com 
molde. 
1 – Desenrolamento, abertura
da dupla-hélice e exposição das 
bases de cada fita do DNA
2 - A seqüência de NT da fita 
do RNA é determinada pela 
seqüência de NT da fita molde 
do DNA.
3- Os ribonucleotídeos 
incorporados são 
covalentemente ligados à 
cadeia em formação do RNA 
em uma reação catalisada por 
enzima.
A cadeia nova de RNA é produzida sempre na direção 5` 3`e os ribonucleotídeos são 
adicionados um por vez, de acordo com os nucleotídeos presentes na fita de DNA usada 
como molde. A enzima responsável pelo processo é a RNA-POLIMERASE
Transcrição – A RNA-Polimerase
Funções na Transcrição:
1. Reconhece sítios de iniciação (sítios promotores) no DNA;
2. Desespiraliza um curto trecho da dupla hélice do DNA próximo a ela, 
liberando um molde de fita única;
3. Seleciona o ribonucleosídeo fosfato correto e catalisa a formação de uma 
ligação fosfodiéster; este processo é repetido muitas vezes à medida que 
a enzima se move ao longo do DNA;
4. Detecta sinais de terminação;
5. Interage com ativadores e repressores que modulam a velocidade da 
transcrição.
Enzima multimérica. Catalisam a formação de pontes fosfodiéster
que unem os nucleotídeos. Percorre o DNA, estendendo a fita 
nova de RNA na direção 5` 3`. Utiliza nucleosídeos trifosfatos 
(NTP) que, através da ruptura de suas ligações fosfoanidrídicas, 
fornecem a energia que impulsiona a reação
A RNA polimerase utiliza NTP 
como precursores e adiciona 
NMP à extremidade 3´ da 
ribose da cadeia de RNA em 
crescimento. 
Transcrição – A RNA-Polimerase
 A RNA-polimerase...
Os nucleotídeos se unem 
através de uma
ligação 3´-5´fosfodiéster, 
entre -OH de C3 da ribose de 
um nucleotídeo e -PO4
- do 
nucleotídeo adjacente.
A RNA-polimerase faz uma 
cópia de RNA a partir de 
um molde de DNA !!!
Transcrição – A RNA-polimerase
Etapas na Síntese de RNA – 1. INICIAÇÃO
 INICIAÇÃO: Envolve a ligação da RNA-polimerase a uma região do DNA que 
determina a transcrição de um gene em particular. Esta região é conhecida como
REGIÃO PROMOTORA.
Região Promotora I = Caixa de Pribnow = Sequência TATAAT –10. Situada 10 nucleotídeos à 
esquerda da primeira base do sítio de início da transcrição.
Região Promotora II = Sequência - 35 = Sequência TTGACA. Situada 35 nucleotídeos à 
esquerda da primeira base do sítio de início da transcrição.
5’- A T G C C A G T A G G C - 3’
3’- T A C G G T C A T C C G - 5’
5’- A U G C C A G U A G G C - 3’
(DNA) Fita codificadora
(DNA) Fita molde 
RNA
A enzima RNA-polimerase utiliza a fita 3’5’ do DNA como molde, produzindo uma fita de 
RNA na direção 5’3’. A fita molde do DNA é antiparalela e complementar à fita 
codificadora do DNA e ao RNA. 
 A região promotora não se localiza na fita molde...
Etapas na Síntese de RNA – 1. INICIAÇÃO
O RNA sintetizado possui, portanto, a mesma direção que a fita codificadora e U no lugar de T.
Etapas na Síntese de RNA – 2. ALONGAMENTO
 Alongamento: Uma vez que a região promotora tenha sido reconhecida, a RNA-
polimerase começa a sintetizar o transcrito e a subunidade sigma é liberada;
A RNA-polimerase desenrola a fita, expondo uma nova região de fita molde e 
adiciona ribonucleotídeos à nova fita de RNA, na direção 5` 3`. A nova seqüência 
de nucleotídeos é determinada pela fita molde do DNA
Etapas na Síntese de RNA – 3. TERMINAÇÃO
 Terminação: O alongamento continua até um sinal de terminação ser atingido...
OBS: Em alguns casos, uma proteína adicional (fator rô) pode ser requerida para a 
liberação do transcrito.
No final, RNA-polimerase e o transcrito são liberados...
Transcrição em Eucariotos
 Transcrição em Eucariotos: Mais complexa que em Procariotos e algumas etapas 
ainda não são bem compreendidas.
 Além do reconhecimento de uma região promotora (CAAT e TATA Box), diversos 
fatores de transcrição complementares ligam-se a sítios no DNA, regulando o 
processo.
Modificação Pós-Transcricional do RNA = identidade do RNA
 Após a formação do transcrito primário, os RNA´s são modificados e este transcrito 
inativo transforma-se em uma molécula funcional. 
RNA Ribossômico
RNA Transportador
Modificação Pós-Transcricional do RNA
Nucleotidil-transferase
Modificação Pós-Transcricional do RNA
RNA Mensageiro
Facilita a iniciação da tradução e auxilia a estabilizar a molécula
 Adição de CAP 5` e de uma Cauda poli-A:
Geralmente idêntico ao transcrito primário em procariotos, mas é 
muito modificado nos eucariotos.
Auxilia na estabilização do RNAm e facilita sua saída do núcleo.
guanidil transferase
Guanina-7-metil-transferase
Poli-A-polimerase
Modificação Pós-Transcricional do RNA
RNA Mensageiro
 Remoção de Íntrons: A funcionalidade do RNAm eucariótico pode envolver a remoção 
de seqüências de RNA (íntrons) que não codificam proteínas. As seqüências restantes 
(exons) são unidas para formar o RNA maduro. 
Catalisado por enzimas snRNPs
(pequenas partículas de ribonucleoproteína 
nuclear) que são formadas por Proteína + RNA
Permite que muitos genes possam ser processados, 
produzindo RNAm diferentes, dependendo do tipo 
da célula no qual o gene está sendo expresso ou o 
estágio de desenvolvimento
1 gene ≠proteínas
Resumo...