Expressão Gênica e Diferenciação Celular

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Citologia
Biomedicina
Replicação DNA
Conhecendo o Genoma
Genoma - Conjunto de genes presentes num indivíduo
Genoma/Proteoma/Transcriptoma/Glicoma
Hoje em dia, um novo gene (com cerca de 12 mil bases) tem a sua 
sequência decifrada num simples minuto;
O projeto genoma requer 3 gigabytes de espaço para armazenamento de 
dados
O DNA humano é 98% idêntico ao DNA do chipanzé;
Aproximadamente 98% Genona não codifica proteína (gene)
“Lixo DNA”
Todas as células possuem o mesmo genoma?
Se o genoma é igual, o que diferencia as 
células????
Expressão Gênica e Diferenciação Celular
Em cada célula só parte do seu genoma está em uso, esse conjunto de 
genes varia, determinando, assim, as características da célula.
Expressão Gênica e Diferenciação Celular
Em cada célula só parte do seu genoma está em uso, esse conjunto de 
genes varia, determinando, assim, as características da célula.
Expressão Gênica e Diferenciação Celular
Como a célula lê o genoma?
Processo de Expressão Gênica
Gene
Replicação
Transcrição
Tradução
Como a célula lê o genoma?
Processo de Expressão Gênica
RNA – Diferentes Tipos
Replicação
Transcrição
Tradução
RNA – ácido ribonucléico
RNA – RiboNucleic Acid
ESTRUTURA MOLECULAR DO RNA
➢ Formado por vários nucleotídeos 
➢ Precisa do DNA para ser formado
➢ O açúcar do RNA é uma pentose (RIBOSE)
➢ URACILA no lugar de TIMINA
➢ NÃO POSSUI DUPLA HÉLICE (única camada)
Os RNAs, existem na célula como produto direto de genes e
pertencem a 3 classes distintas:
➢ RNA mensageiro (mRNA), o qual contém a informação que posteriormente
será traduzida numa proteína;
➢ RNA ribossomal (rRNA), componente principal do ribossoma;
➢ RNA de transferência (tRNA), que funciona como uma molécula
transportadora de aminoácidos no decorrer do processo de tradução.
Tipos de RNA 
http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia2/AcNucleico5.php
Imagem: Autor desconhecido / domínio público
mRNA – RNA mensageiro
➢ Cada aminoácido é codificado por 3 
nucleotídeos (códon) 
tRNA – RNA transferência
➢ transporta os aminoácidos
➢ Braço aceptor – ligação com o aa
➢ Braço do anticódon – 3 nt
complementares aos códons 
Tipos de RNA 
rRNA – RNA Ribossômico 
➢ Proteínas associadas a rRNA
➢ Duas subunidades 
Transcrição
Transcrição da Informação Genética
➢ Transcrição é a primeira etapa da expressão do gene.
➢ Envolve a cópia da sequência de DNA de um gene para produzir uma
molécula de RNA.
➢ A transcrição é realizada por enzimas chamadas RNA polimerases, que
ligam nucleotídeos para produzir uma cadeia de RNA (usando uma
cadeia de DNA como modelo).
➢ Transcrição é o processo de formação do RNA a partir do DNA.
➢ Esse RNA formado é o RNAm (RNA mensageiro), que tem a função
"informar" ao RNAt (RNA transportador) a ordem correta dos
aminoácidos que originarão proteínas.
Pra quê serve? 
➢ Define o repertório de genes ativos a cada instante - o transcriptoma
➢ Muda de acordo com o tecido, alimentação, estímulos ambientais
➢ Um entendimento fino e preciso da regulação da transcrição gênica 
define a adaptação do indivíduo ao meio, diferenciação celular, 
embriogênese, etc...
Transcrição da Informação Genética
Pontos Principais:
➢ A transcrição é o processo no qual um gene da sequência de DNA é 
copiado (transcrito) para fazer uma molécula de RNA.
➢ RNA polimerase é a principal enzima de transcrição.
➢ A transcrição começa quando a RNA polimerase se liga a uma 
sequência promotora próxima ao início de um gene (diretamente 
ou através das proteínas auxiliares).
➢ A RNA polimerase usa uma das fitas de DNA (a fita molde) como 
uma referência para fazer uma molécula de RNA nova, 
complementar. 
➢ A transcrição acaba num processo chamado terminação. 
➢ A terminação depende das sequências no RNA, que sinalizam que a 
transcrição acabou
Transcrição da Informação Genética
A síntese de RNA (mensageiro, por exemplo) se inicia com a separação das duas 
fitas de DNA. Apenas uma das fitas do DNA serve de molde para a produção da 
molécula de RNAm. 
Replicação e Transcrição:
➢ os nucleotídeos utilizados possuem o açúcar ribose no lugar desoxibibose
e há a participação de nucleotídeos de uracila no lugar de nucleotídeos 
de timina. 
➢ Assim, se na fita de DNA que está sendo transcrita aparecer adenina, 
encaminha-se para ela um nucleotídeo complementar contendo uracila;
Transcrição da Informação Genética
Antes que a transcrição possa ocorrer, a dupla hélice de DNA deve se 
desenrolar próximo ao gene que está sendo transcrito.
A região do DNA aberto é chamada de bolha de transcrição.
Iniciação - A RNA polimerase se liga a dupla fita do DNA na região 
denominada promotor. A iniciação é um passo muito importante na 
expressão gênica!!! 
Elongamento - Adição covalente de nucleotídeos a extremidade 3' da 
cadeia polinucleotídica crescente; isto envolve o desenvolvimento 
transitório de um curto trecho de DNA fita simples. 
Término - Reconhecimento da sequência de término e liberação da RNA 
polimerase. 
Embora a transcrição seja realizada pela RNA polimerase, outras enzimas 
são necessárias para produzir o transcrito, além de outras proteínas. Estes 
fatores ou se associam diretamente com a RNA polimerase ou auxiliam na 
formação do aparato transcricional. 
Inicialização da Transcrição
➢ Todas as RNA polimerases eucarióticas requerem a ajuda de fatores 
proteicos de transcrição para começar a síntese de uma cadeia de 
RNA.
➢ Esses fatores de transcrição devem se ligar a uma região promotora 
no DNA e formar um complexo de iniciação apropriado antes que a 
RNA polimerase se ligue e inicie a transcrição.
➢ A síntese de RNA começa em regiões do DNA chamadas 
de promotoras - sequências específicas reconhecidas pela RNA 
polimerase - que direcionam a transcrição de genes.
Região Promotora
Essas sequências podem ser bastante variáveis, porém, mantêm 
conservadas regiões responsáveis pela função promotora.
Nos eucariotos a principal região promotora é conhecida como TATA box.
5'-TATAAA-3
Cerca de 25 nucleotídeos antes do local de início da transcrição 
Essas sequências são reconhecidas por algumas proteínas específicas 
(Proteínas Ligadoras TATA box), chamadas de fatores de transcrição, que 
trazem a RNA polimerase para realizar a montagem dos RNAs
Inicialização da Transcrição
Alongamento
Uma vez que a RNA polimerase está na posição do promotor, o próximo 
passo da transcrição — o alongamento — pode começar. 
Basicamente, o alongamento é a fase que a sequência de RNA fica 
mais longa, graças à adição de novos nucleotídeos.
Durante o alongamento, a RNA polimerase "caminha" ao longo de uma 
fita de DNA, conhecida como fita molde, da 3' para 5’. 
Para cada nucleotídeo no molde, a RNA polimerase adiciona um 
nucleotídeo de RNA correspondente (complementar) à extremidade 3' 
da fita do RNA.
Alongamento
O transcrito de RNA é quase idêntico à fita de DNA
não molde ou codificante. 
➢ Contudo, as fitas de RNA têm a base uracila (U) em vez de timina (T) 
➢ Assim como um açúcar ligeiramente diferente no nucleotídeo. 
➢ Cada T da fita codificante é substituído por um U no transcrito de RNA
Terminação
A RNA polimerase vai continuar transcrevendo até encontrar sinais para 
parar. 
O processo de término da transcrição é chamado terminação e isso 
acontece uma vez que a polimerase transcreve uma sequência de DNA 
conhecida como terminador.
Em eucariontes como os humanos, a terminação da transcrição acontece 
de forma diferente dependendo do tipo de gene envolvido.
Terminação
DNA para RNA
Com o fim da transcrição, as duas fitas de DNA seu unem novamente, 
refazendo-se a dupla hélice.
RNAm produzido destaca-se de seu molde e, após passar por um 
processamento, atravessa a carioteca e se dirige para o citoplasma, onde se 
dará a síntese proteica. 
Terminação
Pré-mRNA - ????
Splicing
Processamento do RNA, ocorre no núcleo e consiste na remoção dos íntrons
e união éxons imediatamente após a transcrição do RNA. 
Os íntronsretirados do pré-RNA são “destruídos” dentro do núcleo gerando 
nucleotídeos livres que são reciclados. 
Splicing Alternativo
A descoberta de apenas 30.000 genes em humanos não reflete a dimensão correta
do número possível de proteínas a serem sintetizadas.
O splicing alternativo permite que uma única fita de RNA mensageiro recém-
sintetizada sofra diversas possibilidades de processamento, aumentando
consideravelmente o número total possível de proteínas.
Tradução
Tradução
➢ No processo de tradução, a célula lê a informação de uma molécula 
chamada RNA mensageiro (RNAm) e usa essa informação para 
construir uma proteína.
➢ A tradução envolve "decodificar" um RNA mensageiro (RNAm) e 
usar sua informação para produzir um polipeptídeo ou cadeia de 
aminoácidos. 
➢ No geral, polipeptídio é basicamente uma proteína (com a diferença 
técnica que algumas proteínas grandes são formadas por muitas 
cadeias de polipeptídios.
Fases
➢ Iniciação
➢ Alongamento
➢ Terminação
.
Tradução
Em um RNAm, as instruções para a produção de um polipeptídeo vêm em 
grupos de três nucleotídeos chamados códons. 
Aqui estão algumas características principais dos códons.
➢ Existem 61 códons diferentes para os aminoácidos
➢ Três códons de "parada" marcam o polipeptídeo
como terminado
➢ Um códon AUG é um sinal de "início" para começar
a tradução (também especifica o aminoácido metionina)
Essas relações entre os códons do RNAm e os aminoácidos são 
conhecidas como código genético
Código Genético - Códons
Código Genético - Códons
Código Genético - Códons
Códons e Aminoácidos
➢ Na tradução, os códons de um RNAm são lidos por ordem (da 
extremidade 5' para a extremidade 3') por moléculas chamadas de RNAs
de transferência ou RNAt.
➢ Cada RNAt possui um anticódon, um conjunto de três nucleotídeos que 
se liga ao códon correspondente no RNAm através do pareamento de 
bases. 
➢ A outra extremidade do RNAt traz o aminoácido especificado pelo códon.
Tradução
Tradução: começo, meio e fim (livro)
Três etapas: iniciação, alongamento e 
terminação.
➢ Iniciação ("começo"): nesta etapa, o 
ribossomo se junta ao RNAm e ao primeiro 
RNAt para que a tradução possa ter início.
➢ Alongamento ("meio"): nesta etapa, os 
aminoácidos são trazidos ao ribossomo pelos 
RNAt e são ligados entre si para formar uma 
cadeia.
➢ Terminação ("fim"): na última etapa, o 
polipeptídeo final é liberado para que possa 
cumprir sua função na célula
Inicialização
Para que se possa dar início à tradução, alguns ingredientes são 
necessários. 
Esses incluem:
➢ Um ribossomo (o qual tem duas parte, uma pequena e uma grande)
➢ Um RNAm com as instruções para a proteína que será construída
➢ Um RNAt "iniciador" transportando o primeiro aminoácido da proteína, 
que quase sempre é a metionina (Met)
Durante a iniciação, essas peças devem se unir de maneira correta. 
Juntas, elas formam o complexo de iniciação, a configuração molecular 
necessária para começar a fazer uma nova proteína
Inicialização
Alongamento
Nosso primeiro RNAt transportador de metionina começa no compartimento 
do meio no ribossomo, chamado de sítio P. 
Ao lado, um novo códon é exposto em outro compartimento, chamado de 
sítio A. 
O sítio A será o "desembarque" para o próximo RNAt, aquele cujo anticódon 
é o correspondente perfeito (complementar) do códon em exposição
E – Exit
P – Peptídeo
A - Aminoácido
Alongamento
Alongamento
Terminação
➢ A tradução acaba em um processo chamado terminação. 
➢ A terminação acontece quando um códon de parada no RNAm (UAA, 
UAG ou UGA) entra no sítio A.
➢ Códons de parada são reconhecidos por proteínas chamadas 
de fatores de liberação, os quais se adaptam perfeitamente no 
sítio P (embora não sejam RNAt). 
➢ Fatores de liberação confundem a enzima que normalmente forma 
as ligações peptídicas: fazem-na adicionar uma molécula de água ao 
último aminoácido da cadeia. 
➢ Essa reação separa a cadeia do RNAt, assim a proteína recém-
produzida é liberada.
Terminação
Código Genético
3 bases nitrogenadas
1 aminoacido
Fluxo da Informação Genética
Transcrição da Informação Genética
➢ RNA mensageiro (mRNA),
➢ RNA ribossomal (rRNA)
➢ RNA de transferência (tRNA),
Transcreveu - Traduzir
Tradução da Informação Genética
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/organic/translation.html
Exercícios
Exercícios
DNA
mRNA -Códon
Anticódon
Aminoácidos
Proteína
Monte uma proteína
DNA
mRNA -Códon
Monte uma proteína
DNA
mRNA -Códon
Anticódon
Monte uma proteína
DNA
mRNA -Códon
Anticódon
Aminoácidos
Proteína
2.O esquema abaixo representa a sequência de aminoácidos de um trecho 
de uma proteína e os respectivos anticódons dos RNA transportadores: 
AAA – GCU – UUC – ACG – CAG: Anticódons RNAt. 
FEN – ARG – LIS – CIS – VAL: Trecho da proteína. 
Assinale a alternativa que contém a sequência de códons do RNA 
mensageiro que participou dessa tradução: 
a) UUU – CGT – TTG – UGC – GUC 
b) UUU – CGA – AAG – UGC – GUC 
c) TTT – CGT – TTC – TGC – GTC. 
d) CCC – TAC – CCA – CAT – ACT 
Considere um fragmento de DNA com a seguinte sequência de bases
– GTA – GCC – TAG –
e responda ao que se pede: 
a) Determine a sequência:
I. Do DNA complementar a esta sequência. 
II. RNAm transcrito a partir deste DNA. 
III. RNAt transcrito a partir do RNAm. 
Considere um fragmento de DNA com a seguinte sequência de bases
– GTA – GCC – TAG –
e responda ao que se pede: 
a) Determine a sequência:
I. Do DNA complementar a esta sequência. CAT CGG ATC
II. RNAm transcrito a partir deste DNA. CAU CGG AUC
III. RNAt transcrito a partir do RNAm. GUA GCC UAG
Modificações Pós Traducionais
É a modificação química de uma cadeia proteica depois de sua tradução.
Tipos de Modificações:
➢ Enovelamento de proteínas
➢ Fosforilação
➢ Formação de pontes dissulfeto
➢ Glicosilação
➢ Sulfatação
Síntese RNA
Núcleo
Glicosilação
Remoção Sinal
Segregação
Tradução
Fosforilação
Açúcares 
modificados
Distribuição
Proteólise
Armazenamento
Condensação
Empacotamento
Modificações Pós Traducionais
Lisossomo