Genética molecular

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Genética molecular
Estudos estabeleceram que a hereditariedade ocorre através da transmissão, de modo ordenado, dos genes, localizados nos cromossomos, sendo transmitidos de genitor para o filho.
A informação genética consiste em informações para fazer proteínas. As proteínas são responsáveis pela maioria das funções celulares, dão suporte a estrutura celular, catalisam reações químicas, regulam a própria expressão, permitem que a célula se comunique e se mova e é o que diferencia uma célula da outra.
Experimentos levaram à identificação do DNA como o portador da informação genética.
1) Grandes culturas de células S inativadas por -> série de etapas bioquímicas purificaram progressivamente o princípio transformante. 
Por este método, eles foram capazes de obter pequenas quantidades de princípio transformante altamente purificado, que eles puderam então analisar através de outros testes para determinar sua identidade.
A substância apresentou resultados negativos em testes químicos conhecidos para detectar proteínas e positivo para DNA.
A composição dos elementos assemelhava-se muito a DNA em suas proporções de nitrogênio e fósforo.
Enzimas que degradam proteínas e RNA tinha pouco efeito sobre o princípio transformante, mas enzimas capazes de degradar DNA eliminavam a atividade transformante.
Todos estes resultados apontavam para DNA como o provável princípio transformante. 
2) Raio X identificando padrão para uma estrutura helicoidal -> não era apenas uma hélice e sim uma dupla hélice, com pontes e pares de bases nitrogenadas que pareiam umas as outras.
Estrutura do DNA
DNA era composto de subunidades chamadas nucleotídeos. Um nucleotídeo é feito de um açúcar (desoxirribose) + um grupo fosfato + uma das quatro bases nitrogenadas: adenina (A), timina (T), guanina (G) ou citosina (C) = desoxirribonucleotideo.
 
O Ácido desoxirribonucleico é um polímero composto por unidades de desoxirribonucleotídeos.
O DNA é uma dupla fita em forma de hélice. As Pontes de hidrogênio mantem as fitas unidas.
 
Bases C e T -> um anel = piridiminas
Bases A e G -> dois anéis = purinas
 
No modelo de Watson e Crick, as duas fitas da dupla hélice de DNA são mantidas juntas por ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas nas fitas opostas. Cada par de bases fica plano, formando um "degrau" da escada da molécula de DNA.
Pares de base não são feitos de qualquer combinação de bases. Em vez disso, se há um A em uma fita, ele deve ser pareado com um T na outra (e vice-versa). Similarmente, um G encontrado em uma fita, deve sempre ter um C como parceiro na fita oposta. Essas associações A-T e G-C são conhecidas como pares de base complementares.
A estrutura do DNA abriu a porta para a compreensão de muitos aspectos da função do DNA, como saber como ele é copiado e como a informação que carrega é usada pela célula para fazer proteínas.
RNA
O RNA (ácido ribonucleico) é uma molécula responsável pela síntese de proteínas das células do corpo. Sua principal função é a produção de proteínas.
Por meio da molécula de DNA, o RNA é produzido no núcleo celular, sendo encontrado também no citoplasma da célula. 
A molécula de RNA é composta por ribonucleotídeos, os quais são formados por uma ribose (açúcar), um fosfato e as bases nitrogenadas.
 As bases nitrogenadas são: adenina (A) e Guanina (G): purinas
 Citosina (C) e Uracila (U): pirimidinas
Purinas pareiam com Pirmidinas, mantendo a distância das ligações constante ao longo da dupla-hélice conferindo maior estabilidade.
Compactação do DNA
Genoma = todo material gênico = 46 cromossomos = 2m de DNA
As proteínas que se associam ao DNA para formar os cromossomos eucarióticos pertencem a duas classes: histonas e proteínas cromossômicas não-histonas. O complexo formado pelas duas classes de proteínas com a DNA nuclear é denominado cromatina. As histonas (8) são responsáveis pelo primeiro grau de compactação à cromatina, o nucleossomo.
Cromatina = DNA + proteína
A interação entre histonas e DNA se dá pela atração de cargas;
DNA possui uma carga externa negativa devido aos grupamentos fosfato que ficam voltados para o exterior da dupla hélice; Histonas possuem carga positiva devido a presença de aminoácidos como Lisina e Arginina;
O segundo nível de compactação: os nucleossomos associados à cromatina interagem entre si formando um solenóide; Estas porções do DNA em solenoide são descritas como fibra de 30nm;
O Terceiro nível de compactação: A fibra de de 30 nmé condensada formando loops ao redor de proteínas de sustentação (scaffold). Esta estrutura é a fibra de 300 nm.
1) Estrutura primária - Associação da dupla hélice do DNA com um grupo específico de histonas. Duas cópias de cada uma das quatro histonas (H2A, H2B, H3, H4) constituem um octâmero, em torno do qual um segmento de dupla hélice de DNA se enrola, como uma linha em torno de um carretel. O octâmero circundado por duas voltas de DNA constitui um nucleossomo. Cerca de 140 bases de DNA estão associadas a cada centro de histonas. Após um segmento de DNA curto (20 a 60 bases), forma-se o centro seguinte de complexo de DNA, e assim por diante, conferindo à cromatina a aparência de contas num cordão. Este primeiro nível de compactação reduz o tamanho da molécula de DNA em 6 a 7 vezes. 
2) Solenóides - A histona H1 tem papel na organização da cromatina ocupando lugar na região entre os nucleossomos, forçando o material a outro tipo de compactação, em estruturas secundárias helicóides, denominadas solenóides. O solenóide corresponde à compactação de 6 a 7 nucleossomos. Essa nova fibra é a unidade fundamental da organização da cromatina. O solenóide é capaz de condensar aproximadamente 1200 bases de DNA.
3) Alças - Com a formação do solenóide, tem lugar a ação de proteínas não-histônicas, que formam estruturas em alças ou domínios. As alças podem ser o início de espessamentos parecidos com nós, denominados cromômeros. À medida que os cromossomos se condensam mais, os cromômeros adjacentes fundem-se em estruturas maiores, que depois se tornam às bandas cromossômicas.
4) Cromossomos - Encontramos essas formas na metáfase, quando há a maior condensação da cromatina. É o enrolamento final, do qual participa a topoisomerase II
Eucromatina: compactação menos intensa; ocorre em regiões do DNA com genes mais ativos; que consiste em DNA ativo, ou seja, que pode-se expressar como proteínas e enzimas.
Heterocromatina: Alto nível de compactação; Ocorre principalmente no centrômero e telômerosdo cromossomo; Geralmente os genes dessas regiões estão silenciados (não são expressos); que consiste em DNA inativo e que parece ter funções estruturais durante o ciclo celular. 
Ciclo Celular é o conjunto de fases que uma célula passa com o intuito de duplicar-se, dando origem a duas células novas. Em células eucarióticas, o ciclo celular é dividido em 3 fases principais, são elas: Intérfase, na qual ocorre crescimento da célula e preparo para a divisão propriamente dita; Fase mitótica (Fase M), na qual ocorrerá a separação dos cromossomos da célula-mãe; e Citocinese, na qual ocorrerá o rompimento das membranas plasmáticas e a finalização do processo de divisão, dando origem a duas células-filhas. Essas fases são de suma importância para o funcionamento da célula, erros nesses processos podem acarretar na morte celular ou até no desenvolvimento de células tumorais.
Para que o ciclo seja mantido de forma organizada, a célula conta com uma maquinaria de processos regulatórios dependente da ação de ciclinas e cinase. A ativação das moléculas responsáveis pelo mecanismo de divisão ocorre por cinases dependentes de ciclina (CDK, do inglês Cyclin-Dependent Kinases).Como o nome sugere, as CDKs requerem a ligação de ciclinas - cujos níveis podem variar durante diferentes fases, em contraste com os níveis de CDKs,que permanecem constantes - para serem funcionais, sem a presença destas,não há atividade.
Replicação do DNA
A estrutura de dupla hélice permite que cada fita sirva como molde para a produção de uma nova fita; A replicação do DNA é semiconservativa, o que significa que cada fita na dupla hélice atua como modelo para a síntese de uma nova fita complementar: Cada um dos filamentos originais de nucleotídeos permanece intacto e serve de modelo para a síntese da fita complementar.
As células precisam copiar seu DNA rapidamente e com poucos erros (para não correr riscos de ter problemas, como câncer). Para isso, utilizam uma variedade de enzimas e proteínas que trabalham juntas para garantir que a replicação do DNA seja eficiente e precisa.
A adição dos nucleotídeos ocorre na direção 5’ –3’. Adicionam nucleotídeos somente na terminação 3' de uma fita de DNA.
Uma das moléculas chave na replicação do DNA é a enzima DNA polimerase. DNA polimerases são responsáveis pela síntese do DNA: elas adicionam nucleotídeos, um por um, à fita crescente de DNA, incorporando somente aqueles que são complementares à fita molde.
Forquillha: é o nome que se dá à região onde está ocorrendo a replicação; Inicia-se pela separação das duas fitas de DNA; Há várias enzimas atuando nessa região;
DNA polimerases podem somente fazer DNA na direção 5' para 3', e isto coloca um problema durante a replicação. Uma dupla hélice de DNA é sempre antiparalela; em outras palavras, uma fita vai na direção 5' para 3', enquanto a outra vai na direção 3' para 5'. Isto faz com seja necessário que as duas novas fitas, que também são antiparalelas a seus moldes, sejam feitas de maneiras ligeiramente diferentes.
Uma das novas fitas, a que se desloca de 5' para 3' em direção ao garfo de replicação, é a fácil. Esta fita é feita continuamente, porque a DNA polimerase está se movendo na mesma direção que o garfo de replicação. Esta fita sintetizada continuamente é chamada fita líder.
A outra fita nova, que se desloca de 5' para 3' distanciando-se do garfo, é mais intricada. Esta fita é feita em fragmentos porque, conforme o garfo avança, a DNA polimerase (que se afasta do garfo) se separa e se religa ao DNA recentemente exposto. Esta fita intricada, que é feita em fragmentos, é chamada fita tardia.
Os pequenos fragmentos são chamados de fragmentos de Okazaki. A fita líder pode ser ampliada a partir de um único primer, enquanto a fita tardia precisa de um novo primer para cada um dos curtos fragmentos de Okazaki. Várias proteínas atuam ao mesmo tempo na forquilha de replicação.
O processo de correção de erros só é possível se a energia de ligação está presente no nucleotídeo livre;
DNA polimerases são as enzimas que constroem DNA nas células. Durante a replicação do DNA (cópia), a maioria das DNA polimerases pode “verificar o seu trabalho” com cada base que eles adicionam. Esse processo é chamado de revisão. Se a polimerase detectar que um nucleotídeo errado (incorretamente emparelhado) foi adicionado, ele irá remover e substituir o nucleotídeo imediatamente, antes de continuar com a síntese de DNA.
O RNA é usado como intermediário da informação entre DNA e proteína em TODOS OS ORGANISMOS!
A síntese proteica é o mecanismo de produção de proteínasdeterminado pelo DNA, que acontece em duas fases chamadas transcrição e tradução.
Em resumo, o DNA é "transcrito" pelo RNA mensageiro (RNAm) e depois a informação é "traduzida" pelos ribossomos (compostos RNA ribossômico e moléculas de proteínas) e pelo RNA transportador (RNAt), que transporta os aminoácidos, cuja sequência determinará a proteína a ser formada.
Expressão Gênica : As etapas do processo de síntese das proteínas é regulado pelos genes. Expressão gênica é o nome do processo pelo qual a informação contida nos genes (a sequência do DNA) gera produtos gênicos, que são as moléculas de RNA (na etapa de transcrição gênica) e as proteínas (na etapa de tradução gênica).
Transcrição Gênica: Nessa primeira fase a molécula de DNA se abre, e os códigos presentes no gene são transcritos para a molécula de RNA. A enzima polimerase do RNA se liga a uma das extremidades do gene, separando as fitas de DNA e os ribonucleotídeos livres se emparelham com a fita de DNA que serve de molde.
A sequência das bases nitrogenadas do RNA seguem exatamente a sequência de bases do DNA, segundo a seguinte regra: U com A (Uracila-RNA e Adenina-DNA), A com T (Adenina-RNA e Timina-DNA), C com G (Citosina-RNA e Guanina-DNA) e G com C (Guanina-RNA e Citosina-DNA).
O que determina o início e o fim do gene que será transcrito são sequências específicas de nucleotídios, o início é a região promotora do gene e o fim é a região terminal. A polimerase do RNA se encaixa na região promotora do gene e vai até a região terminal.
Tradução Gênica: A cadeia polipeptídica é formada pela união de aminoácidos segundo a sequência de nucleotídeos do RNAm. Essa sequência do RNAm, denominada códon, é determinada pela sequência de bases da fita do DNA que serviu de molde. Desse modo, a síntese de proteínas é a tradução da informação contida no gene, por isso se chama tradução gênica.
Código Genético: Códons e Aminoácidos: Existe uma correspondência entre a sequência de bases nitrogenadas, que compõem o códon do RNAm, e os aminoácidos a ele associados que se denomina código genético. A combinação de trincas de bases formam 64 códons diferentes aos quais correspondem 20 tipos de aminoácidos que comporão as proteínas.
DNA e RNA são quimicamente muito semelhantes; 
Transcrição –mantém a mesma “linguagem”; 
A maior diferença entre DNA e RNA é que o RNA nãoocorre em dupla-fita -> proporciona dobramentos internos