ED-ESTRUTURA E REPLICAÇÃO DO DNA

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ESTUDO DIRIGIDO
ESTRUTURA DO DNA:
1) Explique a estrutura do DNA
Como uma substância química, o DNA é consideravelmente simples. Ele contém três tipos de componentes químicos: (1) fosfato, (2) um açúcar denominado desoxirribose e (3) quatro bases nitrogenadas — adenina, guanina, citosina e timina. O modelo da dupla-hélice proposto por Watson e Crick foi construído com base nos resultados de cientistas antes deles. Eles se basearam nas descobertas anteriores da composição química do DNA e das proporções de suas bases. Além disso, imagens de difração de raios X do DNA revelaram ao olho treinado que o DNA é uma hélice de dimensões precisas. Watson e Crick concluíram que o DNA é uma dupla-hélice composta por dois filamentos de bases de nucleotídeos ligados, que se enrolam um ao redor do outro. O DNA é uma dupla-hélice composta por duas cadeias de nucleotídeos unidas por meio do pareamento complementar de A com T e de G com C.
2) Explique o modelo semiconservativo de replicação do DNA
O mecanismo de cópia ao qual Watson e Crick fizeram referência é denominado replicação semiconservativa. Os arcabouços de açúcar e fosfato são representados por fitas espessas e a sequência de pares de bases é aleatória. Imaginemos que a dupla-hélice é análoga a um zíper que se abre, com início em uma extremidade. Podemos observar que, se essa analogia com o zíper é válida, a deselicoidização dos dois filamentos exporá bases únicas em cada filamento. Cada base exposta apresenta o potencial de parear com nucleotídios livres em uma solução. Tendo em vista que a estrutura do DNA impõe estritas exigências de pareamento, cada base exposta irá parear apenas com a sua base complementar, A com T e G com C. Portanto, cada um dos dois filamentos únicos atuará como um modelo, ou molde, para direcionar a montagem das bases complementares para formar novamente uma dupla-hélice idêntica à original. Presume-se que os nucleotídios recentemente adicionados advenham de um conjunto de nucleotídios livres que deve estar presente na célula. Se esse modelo estiver correto, então cada molécula-filha deve conter uma cadeia de nucleotídios parental e uma cadeia de nucleotídios recentemente sintetizada. Entretanto, um pouco de ponderação demonstra que existem no mínimo três modos diferentes nos quais uma molécula de DNA parental pode estar relacionada com as moléculas-filhas. Na replicação semiconservativa, a dupla-hélice de cada molécula-filha de DNA contém um filamento da molécula de DNA original e um filamento recém-sintetizado. 
3) Explique o processo de replicação do DNA com detalhes.
A replicação do DNA ocorre na forquilha de replicação, onde a dupla-hélice está desenrolando e os dois filamentos estão se separando. A replicação do DNA prossegue continuamente na direção da forquilha de replicação em deselicoidização no filamento contínuo. O DNA é sintetizado em segmentos curtos, na direção para longe da forquilha de replicação, no filamento descontínuo. A DNA polimerase necessita que um primer, ou uma cadeia curta de nucleotídios, já esteja posicionado para iniciar a síntese. 
Uma máquina molecular denominada replissomo realiza a síntese do DNA. Ela inclui duas unidades de DNA polimerase para lidar com a síntese em cada filamento e coordena a atividade das proteínas acessórias necessárias para o priming, a deselicoidização da dupla-hélice e a estabilização dos filamentos separados. Onde e quando ocorre a replicação são cuidadosamente controlados pela montagem ordenada do replissomo em um local preciso, denominado origem. A replicação prossegue em ambos os sentidos a partir de uma única origem no cromossomo procariótico circular. A replicação prossegue em ambos os sentidos a partir de centenas de milhares de origens em cada um dos cromossomos eucarióticos lineares.
4) Explique como são copiadas as pontas do DNA: telômeros.
A replicação da molécula de DNA linear em um cromossomo eucariótico prossegue em ambos os sentidos a partir de diversas origens de replicação. Esse processo replica a maior parte do DNA cromossômico, mas existe um problema inerente na replicação das duas extremidades das moléculas de DNA lineares, as regiões denominadas telômeros. A síntese contínua no filamento leading pode prosseguir até a ponta do molde. Entretanto, a síntese do filamento descontínuo necessita de primers à frente do processo; assim, quando o último primer é removido, faltam sequências no final daquele filamento. Consequentemente, uma ponta unifilamentar permanece em uma das moléculas-filhas de DNA. Se o cromossomo-filho com essa molécula de DNA fosse replicado novamente, o filamento com sequências ausentes na extremidade se tornaria uma molécula bifilamentar encurtada após a replicação. A cada ciclo de replicação subsequente, o telômero continuaria a encurtar, até que finalmente seriam perdidas informações codificantes essenciais. As células desenvolveram um sistema especializado para evitar essa perda. A solução envolve a adição de múltiplas cópias de uma sequência não codificadora simples ao DNA nas pontas do cromossomo. Portanto, cada vez que um cromossomo é duplicado, ele fica mais curto e apenas essas sequências repetidas, que não contêm informações, são perdidas. As repetições perdidas são, em seguida, adicionadas novamente às extremidades do cromossomo. Os telômeros são estruturas especializadas nas extremidades dos cromossomos que contêm repetições em tandem de uma sequência curta de DNA, que é adicionada à extremidade 3’ pela enzima telomerase. Os telômeros estabilizam os cromossomos ao prevenir a perda de informação genômica após cada rodada de replicação do DNA e por meio da associação com proteínas para formar um capuz que “esconde” as extremidades dos cromossomos do maquinário de reparo do DNA da célula.
TEMA: TRANSCRIÇÃO E TRADUÇÃO
1. O que é transcrição do DNA. Faça um esquema mostrando as fitas: molde, código e o RNAm formado.
A primeira etapa na transferência da informação do gene para a proteína é produzir um filamento de RNA cuja sequência de bases seja complementar à sequência de bases de um segmento de DNA, por vezes seguida por uma modificação daquele RNA para prepará-lo para os seus papéis celulares específicos. Portanto, o RNA é produzido por meio de um processo que copia a sequência de nucleotídios do DNA. Tendo em vista que esse processo é reminiscente da transcrição (cópia) de palavras escritas, a síntese do RNA é denominada transcrição. Diz-se que o DNA é transcrito em RNA, e o RNA é denominado transcrito. A transcrição é assimétrica: apenas um filamento do DNA de um gene é utilizado como um molde para a transcrição. Esse filamento está na orientação de 3′ para 5′ e o RNA é sintetizado no sentido 5′ para 3′.
2. Por que podemos afirmar que em eucariotos um gene pode formar mais de uma proteína?
A recomposição alternativa do prémRNA possibilita que um gene codifique mais de uma proteína. As proteínas são compostas por domínios funcionais que com frequência são codificados por diferentes éxons. Portanto, a recomposição alternativa de um pré-mRNA pode levar à síntese de diversas proteínas com diferentes combinações de domínios funcionais.
3. A frase: “Nem todo gene codifica uma proteína” é correta ou falsa. Explique.
E verdadeira, pois depende da estrutura da proteína e função e do mRNA.
4. Explique a frase: “O DNA gera o comando através do RNAm, mas quem efetua a função é a proteína”.
O DNA comanda quais proteínas serão sintetizadas, mas quem realiza a função é a proteína 
5. Pesquisa: O genoma humano é composto por poucos genes, a grande maioria de DNA é não gênico, até mesmo o gene tem sequências que não chegam a ser codificadas em proteínas. Procure razões para explicar tal afirmação.
Ao descrever a estrutura geral do genoma humano, primeiramente devemos confrontar sua estrutura repetida. Uma fração considerável do genoma humano, aproximadamente 45%, é repetitiva. Uma grande parte desse DNA repetitivo é composta por cópias de elementos de transposição. De fato, até mesmo no DNA de cópia única restante,uma fração apresenta sequências que sugerem que elas podem ser descendentes de elementos de transposição antigos que agora são imóveis e acumularam mutações aleatórias, causando a sua divergência na sequência em relação aos elementos de transposição ancestrais. Portanto, uma grande parte do genoma humano parece ser composta por “caronas” genéticos. Apenas uma pequena parte do genoma humano codifica polipeptídios; ou seja, um pouco menos de 3% dele codifica éxons dos mRNA. Os éxons são tipicamente pequenos (aproximadamente 150 bases), enquanto os íntrons são grandes, muitos se estendendo a mais de 1.000 bases e alguns se estendendo a mais de 100.000 bases. Os transcritos são compostos por uma média de 10 éxons, embora muitos apresentem substancialmente mais. Finalmente, os íntrons podem ser submetidos a splicing do mesmo gene em locais variáveis. Essa variação na localização dos sítios de splicing gera diversidade adicional considerável ao mRNA e à sequência polipeptídica. Com base nos atuais dados de cDNA e EST, no mínimo 60% dos genes humanos codificadores de proteínas provavelmente apresentam duas ou mais variantes de corte. Em média, existem diversas variantes de corte por gene. Portanto, o número de proteínas distintas codificadas pelo genoma humano é muito superior ao número de genes reconhecidos.
6. Analise e o esquema abaixo:
Considerando o esquema acima descreva os processos celulares envolvidos na formação das três moléculas em amarelo. Explique porque estes três processos são considerados como o dogma central da biologia molecular.
 À esquerda, você visualiza o DNA e uma seta circular, que representa a replicação do DNA, o processo por meio do qual uma cópia do DNA é produzida. Esse processo possibilita que cada uma das duas células-filhas que resultam da divisão celular apresente uma cópia completa de todo o DNA da célula genitora. Outra seta conecta o DNA ao RNA, simbolizando como a sequência dos pares de bases em um gene (DNA) é copiada para uma molécula de RNA. O processo de síntese do RNA a partir de um molde de DNA é denominado transcrição. Uma classe de moléculas de RNA sintetizada por meio da transcrição é o RNA mensageiro, ou mRNA, abreviadamente. O mRNA é o molde para a síntese proteica. A seta final conecta o mRNA e a proteína. Tal seta simboliza a síntese proteica ou a tradução da informação contida na sequência de bases específica no mRNA em uma sequência de aminoácidos que compõem uma proteína. As proteínas são as oficinas de produção das células e compreendem as enzimas, os componentes estruturais das células e as moléculas para a sinalização celular. O processo de tradução ocorre nos ribossomos no citoplasma de cada célula.