Estrutura e função dos Acidos Nucleicos

Prévia do material em texto

Nucleotídeos
► Manutenção e propagação da vida 
► Transferência de energia nas células 
(ATP, GTP) 
► Formas poliméricas, constituem os ácidos nucléicos
(DNA, RNA)
► Funções catalíticas e de sinalização nas células 
(acetil CoA, NADH, FADH2, NADPH, cAMP, cGMP). 
Bases
► Moléculas planares, aromáticas e heterocíclicas
► Purina (2 anéis aromáticos fusionados)
► Pirimidina (1 anel aromático)
Nucleotídeos
►Base nitrogenada, açúcar de 5C
(ribose ou desoxirribose), grupo fosfato
Nucleotídeos
Nucleotídeos
►Polímeros, conhecidos como RNA e DNA 
Ácidos nucléicos
Cadeias formadas
por milhões de
nucleotídeos ligados por
pontes de grupos
fosfato nas posições 3’ e
5’ de unidades de
pentoses vizinhas.
A ESTRUTURA DO DNA
Friedrich (1868)
Nucleína (P)
Avery (1940)
DNA extraído (informação para virulência)
Chase (1952)
DNA e Ptn marcadas radioativamente; Confirmação de Avery (DNA :
informação)
Chargaff 4 bases em proporções diferentes
Certas bases se relacionavam
1- Bases variam de um espécie para outra
2- DNA de diferentes tecidos da mesma espécie tem a mesma
composição de base
3- Composição não muda com a idade, estado nutricional ou ambiente
4- Independente da espécie : A = T ; G = C
Então, Purinas = Pirimidinas
Franklin e Wilkins
Difração em raios X (Analisar fibras)
Padrão Helicoidal
►Determinação da estrutura do DNA: Watson e Crick em 1953 
►Marco do surgimento da biologia molecular moderna 
A estrutura do DNA
Modelo da molécula fundamental da vida
Sugeriu o mecanismo molecular da 
hereditariedade
 Duas cadeias polinucleotídicas 
circundam um eixo comum formando a 
dupla hélice
 Duas fitas de DNA são antiparalelas
 Bases ocupam o centro da hélice, e as 
cadeias de açúcar-fosfato estão dispostas 
na periferia
Características do DNA de Watson-Crick
► Bases ligadas por meio de pontes de hidrogênio,
par de base planar
► Pareamento
Adenina - Timina e vice-versa (A-T ou T-A)
Guanina - Citosina e vice-versa (G-C ou C-G)
► Cada fita de DNA pode atuar como um molde para a
síntese de sua fita complementar
Informação hereditária: Codificada na seqüência de
bases em qualquer fita
Características do DNA de Watson-Crick
Fluxo da informação genética: código central
► RNA
• Ocorre principalmente como fita simples, em geral
formando estruturas compactas
• Certos vírus contêm RNA de fita dupla
• Açúcar (pentose) diferente do DNA: Ribose
• Pirimidinas: Citosina - Uracila
Obs: DNA de fita simples é raro, ocorrendo principalmente como 
material genético de certos vírus
Ácidos nucléicos de fita simples: RNA
DNA - RNA
DNA - RNA
PAREAMENTO
Replicação do DNA
► A natureza da fita dupla do DNA facilita a sua replicação
► Fitas-filhas : Polimerização de nucleotídeos um a um
► Replicação do DNA
Extremamente complexo
Enzimas e fatores celulares
► DNA original : Molde para a síntese da sua fita complementar
► Cada nova molécula de DNA replicada consiste de uma fita parental
e uma fita-filha
Replicação semiconservativa, pois gera duas cópias de DNA
híbrido
► Procariontes
• DNA inicia a replicação em um
único local, chamado de origem
de replicação (locus Ori)
► Eucariontes
• Múltiplas origens de replicação
Copia seu enorme genoma no
curto espaço de tempo da fase S
do ciclo celular
Origem da replicação em procariotas e eucariotas
► Semiconservativa
• Duas moléculas de DNA híbridas;
► Forquilha de replicação
• Estrutura complexa, compreende diversas proteínas e enzimas;
► Bidirecional
• Se propaga para os dois lados da molécula do DNA, ou seja, em
ambas as direções
Características da replicação
Forquilhas de replicação
► Mesma direção e sentidos opostos
Copiadas sempre: 5’3’
► Semidescontínua
• Cadeia no sentido do avanço da forquilha: cadeia líder ou cadeia contínua
• Cadeia descontínua: em sentido oposto ao do avanço da forquilha
• Fragmentos denominados fragmentos de Okazaki
Características da replicação
1- Helicase
Abre a dupla hélice do DNA, com gasto de ATP
2- Proteínas SSB
Estabilizam as fitas simples do DNA desenrolado, mantendo os filamentos
separados enquanto se processa a replicação (Evitar o pareamento)
3- Topoisomerase (DNA-girase)
Impede o superenovelamento da hélice causado pelo seu desenrolamento.
Enzimas e proteínas no processo da replicação
4- Primase (RNA-Polimerase)
Adiciona um primer ou iniciador (um pequeno segmento de RNA) na fita descontínua,
sem o qual as enzimas DNA-polimerases não poderiam iniciar a síntese do DNA
5- DNA Polimerase III
Principal enzima na duplicação do DNA e atua na forma de um dímero, catalisa a
síntese das fitas contínua e descontínua
6- DNA Polimerase I
Remove o primer de RNA e preenche com DNA (desfaz o híbrido DNA-RNA)
7- DNA-Ligase
Une os fragmentos recém-sintetizados de DNA
Enzimas e proteínas no processo da replicação
Enzimas e proteínas no processo da replicação
Transcrição:
a síntese do RNA
Para que serve o RNA?
► DNA : Quase que exclusivamente no núcleo das células eucarióticas
► Síntese de proteínas ocorre nos ribossomos no citoplasma
► DNA e os ribossomos nunca estão em contato
►RNA: Molécula intermediária entre o DNA e a maquinaria de
biossíntese de proteínas
► mRNA
• Molde para a síntese de proteínas
• Informação genética ou “receita” para a síntese de uma proteína
• Obtida do DNA no núcleo
• 5% de todo o RNA celular e seu tempo de vida útil é curto (pois
uma vez que a proteína é produzida ele é degradado).
• Três nucleotídeos (trinca) no mRNA codifica um aminoácido:Códon
► tRNA
• Adaptador na síntese de proteínas
• Leva os aminoácidos ativados, que são os componentes para a
síntese protéica
• Ribossomo: Local da síntese protéica, no citoplasma
• Corresponde à cerca de 15% de todo o RNA celular
• Anticódon : Liga ao códon do mRNA.
Tipos de RNA e suas funções
► rRNA
• Papel estrutural e catalítico
• Principal componente dos ribossomos: ocorre a síntese protéica.
• Ribossomos são compostos de rRNA e proteínas
• Os ribossomos catalisam a união dos aminoácidos trazidos pelo
tRNA, seguindo as instruções (a sequência de códons) do mRNA, o
que resulta na síntese de uma nova proteína
• Corresponde à cerca de 80% de todo o RNA celular
► snRNA
• Pequenas moléculas
• Núcleo das células eucarióticas
• Associados a proteínas específicas: pequenas ribonucleoproteínas
nucleares (snRNP).
• snRNAs + snRNPs formam um complexo chamado de
spliceossomo : atua no processo de splicing do RNA
Tipos de RNA e suas funções
► Transporta a informação genética do núcleo ao citosol, onde é
usado como molde para a síntese de proteínas
► A fita do mRNA eucariótico possui na sua porção 3’-terminal uma
longa cadeia de nucleotídeos adenina (cauda poli-A) e na sua porção
5’-terminal uma molécula de 7-metilguanosina trifosfatada
Estrutura do RNA mensageiro (mRNA)
► Menor RNA, em forma de folha de trevo
► Existe um tipo específico de RNA para cada um dos 20
aminoácidos.
►Cada tRNA transporta seu aminoácido específico ao sítio de
tradução no rRNA.
Estrutura do RNA transportador (tRNA)
► O rRNA associado a proteínas forma os ribossomos, organelas 
que servem como sítio para a tradução
► Estão presentes no citosol
► Três espécies de tamanho distinto de rRNA nas células 
procarióticas: 23S / 16S / 5S
► Quatro espécies de tamanho distinto de rRNA em células 
eucarióticas: 28S / 18S / 5,8S e 5S
Estrutura do RNA ribossomal (rRNA)
Tipos de RNAs
► Uma das fitas de DNA
► RNA-Polimerase : transcreve o gene
► O desoxirribonucleotídeo codifica o ribonucleotídeo na fita de mRNA► Região promotora = local onde a RNA-Pol se liga e provoca a abertura
da dupla fita de DNA
► Após a adição dos ribonucleotídeos a fita dupla de DNA se fecha
► A RNA-Polimerase para quando alcança a seqüência terminal
Visão geral da transcrição
Os ribonucleotídeos são 
adicionados na extremidade 3’-OH 
da fita de mRNA 
(fita cresce na direção 5’ → 3’).
► Semelhante em procariotos e eucariotos, porém mais complexo em
eucariotos
• 3 diferentes RNA polimerases
• proteínas auxiliares : fatores de transcrição (TF).
► A síntese do RNA é dividida em três etapas: iniciação, alongamento e
terminação.
Transcrição em Eucariotos
► Iniciação: ligação da RNA-Pol II a uma região do DNA que especifique a
transcrição do gene de interesse (região promotora)
► Região Promotora I = Caixa TATA (TATA Box)
► Região Promotora II = Caixa CAAT
► Fatores de iniciação: proteína chamadas de fatores de transcrição 
(TF,Transcription factor)
Iniciação da transcrição-mRNA
► Adição de nucleotídeos : Enzima RNA-Pol
► Não requer primer
► Síntese na direção 5’→ 3’
► Um pedaço da fita dupla de DNA-molde permanece aberto no local
da síntese de RNA
Alongamento da cadeia
Fita senso
Terminação da cadeia
► Sítios específicos onde a transcrição é terminada
Sequências de terminação: região rica em G-C e outra rica em A-T
► O RNA transcrito dessa região pode formar uma estrutura em
grampo auto complementar terminada em vários resíduos de U
Modificações
pós-transcricionais:
3 etapas
Adição de cap 5’
► Transcrito primário
Cópia linear do gene
Eucariotos : introns e éxons
Modificado imediatamente após a transcrição
1- Capeamento 5’ do m-RNA
Adição de uma 7-metil-guanosina
através de uma ligação trifosfato à
extremidade 5’ do mRNA (ligação 5’-5’
auxilia na estabilização do mRNA)
Protege contra ribonucleases
Ligação do RNAm ao ribossomo
Adição de cauda poli-A
► Poliadenilação
Adição de uma cauda poli-A.
40 a 200 adeninas ligados à extremidade 3’-terminal do m-RNA.
Auxiliar na estabilização do mRNA, facilita sua saída do núcleo
Remoção de íntrons
► Formação do RNA maduro: processamento ou splicing.
Spliceossomo
► Criação de várias proteínas diferentes através de variações no
splicing do mesmo mRNA
► Éxons de um pré-mRNA se ligam de maneiras diferentes
(diferentes combinações de éxons) durante o processo de splicing
30.000 genes em seres humanos
100.000 proteínas a serem sintetizadas
► Permite que uma única fita de mRNA recém-sintetizada sofra
diversas possibilidades de processamento
Splicing alternativo
Exemplo de splicing alternativo
Tradução:
a síntese da proteína 
Visão geral da tradução
► Códons do mRNA : fabricação de uma cadeia polipeptídica nos
ribossomos
► Sequência de aminoácidos da proteína é determinada : sequência
de bases do DNA que serviu de molde para a síntese do mRNA
► Síntese da proteína representa a “tradução” da informação do gene
► Participantes
Ribossomo, mRNA, tRNA, aminoácidos , enzimas
► A correspondência entre os códons do mRNA e os aminoácidos
por eles determinados constitui o código genético
- 64 trincas diferentes
- 61 trincas : aminoácidos
- 3 trincas: códons de terminação; UAA, UAG e UGA
- Códon iniciador é sempre AUG (Metionina)
► O código genético é degenerado (ou redundante)
- Um mesmo aminoácido pode ser codificado por vários códons
diferentes
Visão geral da tradução
CÓDONS 
Etapas da tradução
► Iniciação
- Ribossomo se liga ao sítio de iniciação específico no
mRNA, enquanto o tRNA iniciador(UAC), é ligado ao códon
iniciador (AUG) do mRNA.
► Alongamento da cadeia
- Aminoácidos são adicionados à cadeia polipeptídica pelos
tRNA, de acordo com a seqüência de códons especificada
pelo mRNA, à medida que o ribossomo se desloca pelo
mRNA
► Terminação da tradução
- Ribossomo chega a um dos três códigos de parada
possíveis (UAA, UAG e UGA),
- A proteína é desligada do ribossomo, e as subunidades
ribossomais se separam
Iniciação da tradução
Alongamento da cadeia
Alongamento da cadeia
Terminação da tradução
Polirribossomos ou Polissomos
► À medida que um ribossomo se desloca sobre o mRNA, traduzindo
sua mensagem na forma de uma proteína, outro ribossomo pode
também iniciar a tradução do mesmo mRNA
►10 a 20 podem se encaixar simultaneamente em um mesmo mRNA,
todos sintetizando ao mesmo tempo o mesmo tipo de proteína
Conclusão: o fluxo da informação 
genética