como as células leem o genoma

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Conf 8 – Como as células leêm o genoma? 
 
→ Dogma Central da biologia 
• Foi postulado por Francis Crick (1958) 
• Explica como ocorre o fluxo de informações do código genético 
• Segundo esse dogma, o fluxo de informação segue o seguinte sentido: 
 DNA -> RNA -> proteínas 
• Algumas mudanças foram feitas no modelo proposto originalmente 
• Foi descoberto que algumas enzimas são capazes de utilizar o RNA para 
produzir DNA 
→ Modelo proposto atualmente: 
 
• Replicação do DNA: processo pelo qual uma molécula de DNA é capaz de 
formar outra molécula idêntica à original. 
• A transcrição reversa acontece principalmente em vírus 
• A replicação do RNA também é um fato observado em alguns vírus. Essa 
molécula é replicada e atua como um RNA mensageiro. 
 
→ Processo de transcrição e tradução 
• A célula é a unidade básica de todo ser vivo 
• Dentro da maioria das células existem um núcleo 
• O núcleo contém um genoma 
• Nos animais a quantidade de genomas variam de acordo com a espécie 
• Os genomas contém cromossomos e cada cromossomo tem uma imensa 
fita de DNA firmemente empacotado ao redor de proteínas chamadas de 
histonas 
• Dentro do DNA há regiões chamadas genes, e esse genes contém instruções 
para formar proteínas 
• Quando um gene é ligado, uma enzima chamada RNA polimerase se 
conecta ao gene 
• Essa enzima se move ao longo do DNA 
• Fazendo uma fita de RNA mensageiro a partir de bases nitrogenas livres 
dentro do núcleo 
• O código do DNA determina a ordem em que as bases livres serão 
adicionadas ao RNA, e esse processo é chamado transcrição. 
• Até mil transcritos do mesmo gene por hora 
 
 
• Antes do RNA mensageiro ser usado como um modelo para produção de 
proteínas ele precisa ser processado 
• Isso envolve a remoção e adição de regiões do RNA (splicing) (exons- pra 
fora do núcleo/introns-dentro do núcleo) 
• O RNA mensageiro se move para fora do núcleo em direção ao citoplasma e 
inicia o processo de tradução 
• Fábricas de proteínas no citoplasma chamadas ribossomos se conectam ao 
RNA mensageiro 
• O ribossomo lê o código no RNA mensageiro para produzir uma cadeia de 
aminoácidos 
• Moléculas do RNA transportador levam os aminoácidos até o ribossomo 
• 3 bases do RNA mensageiro são lidas por vez, chamadas de codón 
• São lidas até encontrar uma sequência A-U-G, essa trinca dará partida para 
produção de proteína 
• Enquanto cada triplito é lido, o RNA transportador entrega o aminoácido 
correspondente, formando assim uma corrente crescente de aminoácidos 
• Mas como cada aminoácido chegará corretamente ao ribossomo? 
• Existe um terceiro RNA chamado de RNA transportador (RNAt) 
• Tem como função trazer o aminoácido correto para se encaixar na 
sequência da proteína 
• Depois que o último aminoácido é adicionado, a corrente vai até uma 
máquina molecular que dobra a corrente de aminoácidos numa forma 
tridimensional complexa e específica 
• O processo de construção da proteína é finalizado e ela já está pronta para 
realizar sua função dentro da célula 
 
 
→ Tabela de aminoácidos (codóns) 
 
 
→ DNA e RNA 
• DNA: fita dupla 
Contém: um grupo fosfato, um açúçar (dexossiribose) e quatro bases 
nitrogenadas 
(timina, guanina, citosina e adenina) 
• RNA: fita simples 
Contém: um grupo fosfato, um açúçar (ribose) e quatro bases nitrogenadas 
(uracila, guanina, citosina e adenina 
 
• Diferentes sequências -> diferentes funções 
 A -> T 
 C -> G 
• Genes: são unidades ativas na molécula de DNA que contém informação 
que serão importantes para a conformação estrutural de um indivíduo, para 
expessam de uma proteína estrutual (proteína de secreção, proteína do 
sistema imunológico) 
• Célula da pele vai ter a mesma informação do epitélio intestinal, porém o 
que determina a função são os sítios regulatórios 
• Genoma humano: 19.000 
• Genoma bovino: 22.000 
• Genoma caprino: 22.175 
• Genoma canino: 25.000 
• Um único gene pode codificar diferentes proteínas ou amnoácidos 
dependendo da maneira com que esse gene se organiza 
 
 
→ Diferenças principais: 
• RNA: ribose e uracila 
DNA: desoxirribose e timina 
• RNA depois de formado podem se dobrar 
• RNA complementar ao DNA 
• Enzima chave: RNA polimerase 
• RNAs polimerases ligam-se ao DNA 
• RNA polimerase move-se pelo DNA, abrindo-o e copiando-o 
• RNA não permanece ligado ao DNA 
• O RNA é produzido a partir da molécula de DNA 
• A quantidade e a velocidade vão depender da necessidade da célula 
• Regiões não codantes: regiões que não produzem nada 
• Genes: região que contém informação para produção de proteína 
• Bases nitrogenadas: adenina, timina, citosina e guanina 
• É enorme, por isso não do núcleo para ir ao citoplasma 
• Transcrição: produção de um RNA a partir do DNA 
• Tradução: produção da proteína a partir do RNA 
• RNAm: uracila. citosina, guanina e adenina 
 
→ Tipos de RNA (3 principais) 
• mRNA (mensageiro): RNA produzido com auxilio do RNA polimerase que 
dará origem a uma proteina. 
• tRNA (transportador): 
• rRNA (ribossomal): codificado pelos genes, faz parte da estrutura do 
ribossomo 
 
 
• Regiões específicas em que as RNAs-polimerases ligam-se ao DNA 
 
 
• Promotores: Procarioto (bactérias) e eucariotos (todos que possuem 
membrana nuclear) 
• Expressão constitutiva ou específica: 
- Constitutiva: ativa em todas as células (ex: metabolismo; produção de energia) 
produção constante. 
- Específica: proteína do leite (caseína), só vai estar expressa, ativa e funcinal no 
leite, mas a sequência de DNA vai estar presente em todo o organismo. 
• Promotor é como se fosse um interruptor, vai ligar desligar o processo de 
transcrção e vai definir o local e quantidade de gene na sequência 
 
→ Cromatina 
• Cromatina é o complexo de DNA e proteínas que se encontram dentro do 
núcleo celular nas células eucarióticas, e as principais proteínas da 
cromatina são as histonas. 
• Algumas regiões desse DNA vão estar mais expostas, mais acessíveis para 
que ocorra o processo de transcrição chamadas de eucromatina 
• Regiões mais condensadas, são chamadas de heterocromatina, são genes 
que não estarão sendo necessários no momento para aquela célula 
 
→ Eucariotos 
Tipos de RNAs polimerase: 
• RNA-polimerase 1: transcrição principalmente de genes que vão dar origem 
ao rRNA. 
• RNA-polimerase 2: transcrição de todos os genes que vão dar origem as 
proteínas 
• RNA-polimerase 3: transcrição principalmente de genes que vão dar origem 
ao tRNA. 
 
 
→ Processamento do mRNA 
• Capeamento 
• Ocorre após a enzima RNA-polimerase II ter polimerizado cerca de 25 
nucleotídeos de RNA 
• Acontece na extremidade 5' 
• Sofre uma modificação com adição do cap 5’, um nucleotídeo guanina 
modificado 
• Ocorre através da ação de três enzimas trabalhando sucessivamente 
• Uma fosfatase remove um fosfato na extremidade 5’ 
• Uma guanil-transferase adiciona uma guanosina monofosfato (GMP) em 
uma ligação reversa 5’ para 5’ 
• Por último, a enzima metil-transferase adiciona um grupo metil à guanosina 
• As três enzimas ficam ligadas na serina-5 da cauda fosforilada da RNA-
polimerase. 
 
• Splicing 
• Partes específicas do pré-RNAm, chamadas íntrons são reconhecidas e 
removidas por complexos proteína-e-RNA chamados de spliceossomos 
• Íntrons pode ser vistos como sequências lixos que devem ser retiradas para 
que a "parte boa" possa ser montada 
• As "partes boas" que não são cortadas, são chamadas de éxons 
• O éxons são conectados para formar o mRNA maduro para ser enviado para 
fora do núcleo 
• Somente os éxons de um gene são capazes de codificar uma proteína 
• Splicing alternativo: mais de um mRNA pode ser formada a partir de um 
mesmo gene, por isso é possível codificar mais proteinas do que se tem de 
genes no DNA 
• O mesmo pré-RNAm pode sofrer splicing de várias maneiras diferentes, 
dependendo de quais éxons sejam mantidos. Isso resulta em diferentes 
RNAm maduros, cada qual é traduzidoem uma proteína de estrutura 
diferente 
• fator de estimulação à clivagem (CSTF) e o fator de especificidade de 
clivagem e poliadenilação (CPSF), se deslocam com a cauda C-terminal da 
polimerase 
 
• Poliadenilação 
• Após CstF e CPSF se ligarem a sequências específicas na extremidade 3’, 
outras proteínas se reúnem para iniciar o processo de poliadenilação 
• A fita de RNA é clivado no local em que essas proteínas se associaram e em 
seguida, a enzima poli-A-polimerase (PAP) adiciona aproximadamente 200 
nucleotídeos A à extremidade 3’ clivada 
• Algumas dessas proteínas permanecem ligadas à cauda poli-A enquanto o 
mRNA é transportado para o citoplasma para auxiliar no direcionamento da 
síntese de proteínas 
• O tamanho da cauda é determinado pelas proteínas de ligação à poli-A 
(PAB) que se reúnem à cauda poli-A em formação 
• Com o fim da adição da cauda poli-A, o pré-mRNA passa a ser chamado de 
mRNA maduro e está pronto para ser transportado ao citoplasma 
 
→ RNA's transportadores (tRNA) 
• Transportam aminoácidos para o ribossomo. 
• Atuam como "pontes", combinando um códon em um RNAm com o 
aminoácido que o códon especifica 
• Cada tRNA contém 3 nucleotídeos chamados de anticodón 
• O anticodón de um dado RNAt pode se ligar a um ou alguns códons 
específicos de RNAm. 
• A molécula de RNAt também carrega um aminoácido: especificamente, 
aquele codificado pelos códons com os quais o RNAt se liga. 
 
• O códon não se liga diretamente ao aminoácido 
• tRNAs carregam anti-códon e aminoácido 
• Sintetizados pela RNA polimerase III 
• Os RNAts se ligam aos códons dentro do ribossomo, onde eles entregam os 
aminoácidos que são adicionados à cadeia proteica 
• Oscilação: fenômeno onde pares de bases atípicos, entre outros 
nucleotídeos que não são A-U e G-C podem se formar na terceira posição 
do códon. 
RNA 3D 
 
• Formado por uma cadeia única de RNA 
• Porém a cadeia toma uma estrutura tridimensional complexa pois pares de 
bases se formam entre nucleotídeos em diferentes partes da molécula. Isto 
gera regiões de fita dupla e alças, dobrando o RNAt num formato de "L" 
• Uma das pontas do formato de L abriga o anticódon, enquanto a outra 
possui o sítio de ligação para o aminoácido. 
• Diferentes RNAts possuem estruturas ligeiramente diferentes, e isto é 
importante para assegurar que eles serão acoplados ao aminoácido correto 
• Aminoacil-RNAt-sintetases: tem como função garantir que o aminoácido 
correto acople no tRNA correto, para que os codóns sejam lidos 
corretamente. 
• Há uma diferente enzima sintetase para cada aminoácido 
• Assim que o aminoácido e seu RNAt se anexam à enzima, a enzima liga um 
ao outro, numa reação alimentada pelo ATP (moeda energética) 
• Quando a aminoacil-RNAt-sintetase comete um erro, a um sítio de ligação 
que remove o aminoácido se ele for incorreto 
 
→ Ribossomos 
• Onde ocorre a tradução 
• São feitos de RNA e proteínas 
• Organizam a tradução e catalisam a reação que une os aminoácidos para 
formar uma cadeia proteica 
 
• O ribossomo é formado por uma subunidade grande e outra pequena. 
• Durante a tradução essas subunidades se juntam ao redor do RNAm 
• Quando a tradução é finalizada os dois componentes separam-se 
novamente e podem ser reusados 
Ribossomo 3D 
 
 
→ Sítios nos ribossomos 
• O ribossomo possui três espaços para RNAts: o sítio A, o sítio P e o sítio E 
• RNAts se movem através destes sítios (do A ao P ao E) enquanto entregam 
aminoácidos durante a tradução 
 
• Iniciação (sítio A): "começo", nesta etapa, o ribossomo se junta ao RNAm e 
ao primeiro RNAt para que a tradução possa ter início 
• Alongamento (sítio P): "meio", nesta etapa, os aminoácidos são trazidos ao 
ribossomo pelos RNAt e são ligados entre si para formar uma cadeia. 
• Terminação (sítio E): "fim", na última etapa, o polipeptídeo final é liberado 
para que possa cumprir sua função na célula