Material genético

Prévia do material em texto

Estrutura e Função do Material 
Genético 
 
Profa. Dra. Nívea Macedo 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS 
INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDE 
SETOR DE BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR 
Mecanismos de replicação do DNA 
• A replicação da dupla-hélice de DNA produzida pela DNA-polimerase é 
“semiconservativa”; 
 
• Na forquilha de replicação, um complexo multienzimático que contém a DNA-
polimerase sintetiza o DNA das duas fitas novas; 
 
• Todas as diversas DNA-polimerases descobertas, entretanto, polimerizam DNA 
apenas na direção 5’-3’. 
 
• Trifosfato de desoxirribonucleosídeo são os substratos para a DNA-polimerase; 
Mecanismos de replicação do DNA 
Mecanismos de replicação do DNA 
• A forquilha de replicação possui uma estrutura assimétrica, a fita- filha de DNA 
sintetizada continuamente é denominada fita-líder (ou fita contínua) e sua 
síntese precede levemente a síntese da fita-filha sintetizada de modo 
descontínuo (fita retardada ou descontínua); 
 
• A alta fidelidade da replicação do DNA requer vários mecanismos de correção; 
100 – 200 
nucleotídeos 
em eucariotos! 
A alta fidelidade da replicação do DNA requer vários 
mecanismos de correção 
• A fidelidade da cópia do DNA durante a replicação é tal que apenas cerca de 
um erro é cometido para cada 109 nucleotídeos copiados; 
 
• O pareamento complementar-padrão não é o único possível; 
 
• Por exemplo, com pequenas alterações na geometria da hélice, duas ligações 
de hidrogênio podem ser formadas entre G e T; 
 
• Formas tautoméricas raras das 4 bases do DNA ocorrem temporariamente em 
proporções de uma parte para 104 ou 105 podem parear erroneamente sem 
alteração na geometria da hélice (ex.: a forma tautomérica rara de C forma par 
com A em vez de G); 
 
• A DNA polimerase em movimento tem menor afinidade pelo nucleotídeo 
pareado incorretamente , dificultando a catálise da ligação covalente quando 
ocorre pareamento incorreto; 
 
Mecanismos de replicação do DNA 
• A DNA-polimerase realiza a primeira etapa da correção e ocorre 
imediatamente antes da adição do novo nucleotídeo à cadeia crescente.; 
 
• A próxima reação de correção de erro, conhecida como correção 
exonucleolítica, ocorre imediatamente após os raros casos em que um 
nucleotídeo incorreto é covalentemente adicionado à cadeia crescente; 
A alta fidelidade da replicação do DNA requer vários 
mecanismos de correção 
• As propriedades de autocorreção das DNA-polimerases dependem da 
necessidade de uma extremidade iniciadora perfeitamente pareada; 
 
• As enzimas RNA-polimerases envolvidas na transcrição gênica não necessitam 
de uma atividade de correção exonucleolítica eficiente, pois os erros na síntese 
de RNA não são passados para a próxima geração, e as moléculas de RNA com 
defeitos ocasionais não têm maior relevância; 
 
• As RNA-polimerases são capazes de iniciar novas cadeias polinucleotídicas sem 
um iniciador; 
 
• Uma taxa de erros de aproximadamente um em cada 104 é encontrada na 
síntese de RNA; 
Apenas a replicação do DNA na direção 5’-3’ permite 
correção eficiente de erros 
• A necessidade da alta precisão provavelmente explica por que a replicação do 
DNA ocorre apenas na direção 5’-3’; 
 
• Se houvesse uma DNA-polimerase capaz de adicionar trifosfatos de 
desoxirribonucleosídeo na direção 3’-5’, a extremidade crescente 5’, e no os 
mononucleotídeos a serem incorporados, conteria o trifosfato ativado; 
 
• Nesse caso, os erros na polimerização não poderiam ser simplesmente 
hidrolisados, pois a extremidade 5’ assim formada imediatamente terminaria a 
síntese de DNA; 
 
• Entretanto, as células têm uma outra oportunidade de corrigir esses erros por 
um processo chamado de reparo de erros de pareamento incorreto; 
Apenas a replicação do DNA na direção 5’-3’ permite 
correção eficiente de erros 
Uma enzima especial de polimerização de nucleotídeos 
sintetiza pequenas moléculas de iniciadores de RNA na fita 
descontínua 
• Na fita-líder, apenas um iniciador é necessário para o início da replicação; 
 
• No lado descontínuo da forquilha, uma enzima chamada de DNA-primase, que 
utiliza trifosfatos de ribonucleosídeos para sintetizar pequenos iniciadores de 
RNA na fita descontínua; 
 
• Nos eucariotos, esses iniciadores possuem cerca de 10 nucleotídeos e são 
produzidos em intervalos de 100 a 200 nucleotídeos na fita descontínua; 
 
• A síntese de cada fragmento de Okasaki termina quando a DNA-polimerase 
encontra o iniciador de RNA ligado a extremidade 5’ do fragmento anterior; 
 
• Para produzir uma cadeia contínua de DNA a partir de vários fragmentos na fita 
descontínua, um sistema especial de reparo atua rapidamente para retirar o 
iniciador de RNA e substitui-lo por DNA; 
 
• Uma enzima chamada de DNA-ligase liga a extremidade 3’ do novo fragmento 
de DNA à extremidade 5’ do fragmento anterior, completando o processo; 
Proteínas especiais auxiliam na abertura da dupla-hélice de 
DNA a frente da forquilha de replicação 
• A dupla-hélice de DNA é bastante estável 
sob condições normais; 
 
• Por essa razão, duas proteínas de replicação 
adicionais as DNA-helicases e as proteínas 
ligadoras de DNA de fita simples são 
necessárias para promover a abertura da 
dupla-hélice; 
 
• As DNA-helicases utilizam a hidrólise do ATP 
para impulsionarem-se rapidamente sobre a 
fita simples de DNA e quando encontram 
uma região de dupla-hélice, continuam o 
deslocamento sobre essa fita, interferindo e 
separando a hélice em até mil pares de 
nucleotídeos por segundo; 
Proteínas especiais auxiliam na abertura da dupla-hélice de 
DNA a frente da forquilha de replicação 
• As proteínas ligadoras de fita simples de DNA (SSB, single strand DNA-binding), 
também denominadas proteínas desestabilizadoras de hélices, ligam-se e 
estabilizam a conformação distorcida e de fita simples; 
Do DNA ao RNA 
A estrutura química do RNA 
• As RNA-polimerases catalisam a formação de ligações fosfodiéster que conectam os 
nucleotídeos entre si, formando uma cadeia linear na direção 5’ para 3’; 
 
• Os substratos são os trifosfatos de nucleosídeos (ATP, CTP, GTP e UTP); 
 
• Taxa de um erro a cada 104 nucleotídeos copiados; 
 
• Possuem um pequeno mecanismo de correção; 
O DNA é transcrito pela enzima RNA polimerase 
As células possuem diversos tipos de RNAs 
A iniciação da transcrição em eucariotos necessita de várias 
proteínas 
• Os eucariotos possuem 3 RNA-polimerases: RNA-polimerase I, RNA-polimerase II e RNA-
polimerase III; 
A extensão da transcrição em eucariotos está fortemente 
associada ao processamento de RNA 
• As modificações nas extremidades permitem que a célula verifique se ambas as 
extremidades de uma molécula de mRNA estão presentes; 
A extensão da transcrição em eucariotos está fortemente 
associada ao processamento de RNA 
• A maquinaria de splicing do RNA é composta por 5 moléculas de RNA e cerca de 200 
proteínas; 
• Cada evento de splicing remove um íntron por meio de duas reações sequenciais de 
transferência de fosforil, conhecidas como transesterificações, as quais unem dois 
éxons, enquanto removem um íntron sob a forma de um “laço”; 
O splicing do RNA é realizado pelo spliceossomo 
• As etapas-chave do splicing do RNA são realizadas por moléculas de RNA e não por 
proteínas; 
 
• Pequenas moléculas especializadas de RNA (snRNAs – pequenos RNAs nucleares) 
reconhecem as sequências nucleotídicas que especificam onde o splicing deve ocorrer e 
também participam da química do splicing (U1, U2, U4, U5 e U6); 
 
• Cada uma snRNA é complexada com pelo menos 7 subunidades protéicas para formar uma 
snRNP; 
 
• As snRNPs formam o cerne do spliceossomo; 
 
Outras propriedadesdo pré-RNA e sua síntese auxiliam a 
explicar a escolha dos sítios adequados de splicing 
1. Os eventos iniciais do 
splicing são concomitantes 
com a transcrição; 
2. Proteínas SR e hnRNPs; 
Splicing alternativo