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DNA – Replicação, Transcrição e Tradução Tradução Dois tipos de ácidos nucleicos são encontrados nas células: ácido ribonucleico (RNA) e ácido desoxirribonucleico (DNA), ambos são polímeros , suas unidades de formação são chamados nucleotídeos, que são constituídos por três unidades: Grupo fosfato, uma pentose e uma base nitrogenada. DNA – Contem 2 bases púrica: Adenina (A) e Guanina (G) E 2 Bases Pirimídicas: Citosina (C) e Timina (T) RNA – Contem 2 bases púrica: Adenina (A) e Guanina (G) E 2 Bases Pirimídicas: Citosina (C) e Uracila (U) Replicação, ou copia do DNA, é semiconservativa, o que significa que cada fita hélice atua como modelo para síntese de uma nova fita complementar. A síntese da fita de DNA segue o padrão 5’ – 3’. DNA polimerase elas adicionam nucleotídeos, um por um, incorporando somente aqueles que são complementares a fita molde. As enzimas DNA polimerase é responsável pela síntese de DNA: Algumas características das DNA polimerases: • Sempre precisam de uma fita molde • Adicionam nucleotídeos somente na terminação 3' de uma fita de DNA • Não conseguem dar início à formação de uma cadeia de DNA; requerem uma cadeia pré-existente ou uma pequena sequência de nucleotídeos chamada de primer • Elas revisam (ou conferem) seu trabalho, removendo a maior parte dos nucleotídeos erroneamente adicionados à cadeia A adição de nucleotídeos requer energia. Essa energia vem dos próprios nucleotídeos, que possuem três fosfatos ligados à sua estrutura (bastante semelhante à molécula de ATP). Quando a ligação entre os fosfatos é quebrada, a energia liberada é usada para formar uma nova ligação entre o novo nucleotídeo e a cadeia crescente. Polimerases de DNA somente podem adicionar nucleotídeos à extremidade 3' de uma fita existente de DNA (elas utilizam o grupo -OH livre encontrado na extremidade 3' como um "gancho", adicionando um nucleotídeo a este grupo na reação de polimerização). Sozinha, ela não pode! O problema é resolvido com a ajuda de uma enzima chamada primase. A primase faz um primer de RNA, ou um trecho curto de ácido nucleico complementar ao molde, que fornece uma extremidade 3' para a DNA polimerase trabalhar. Um primer típico tem cerca de cinco a dez nucleotídeos. O primer inicia a síntese de DNA, isto é, faz com que ela comece. A transcrição é o processo de formação de uma molécula de RNA a partir de uma molécula molde de DNA. Neste processo, as fitas do DNA se separam e uma serve de molde para o RNA, enquanto a outra fica inativa. Ao fim da transcrição, as fitas que foram separadas voltam a se unir. Códon: Conjunto de cada trinca de nucleotidios. Intron: Partes não codificantes, fica entre os exons. São ignoradas durante a fase da transcrição Exon: Regiões expressadas, saem do núcleo. O processo é iniciado quando a polimerase do DNA se liga a uma das extremidades do DNA. Essa extremidade é muito específica, possuindo uma sequência especial de bases, e é chamada de promotor. Neste local, existe um sítio de iniciação, com a primeira base a ter transcrita. A polimerase do RNA segue pela extensão da cadeia, transcrevendo o DNA em RNA até encontrar a sequência de terminalização, que contém bases específicas que determinam o fim da transcrição. Os RNAs formados durante a transcrição podem ser de três tipos: o mRNA, o tRNA e o rRNA. Extremidade que possui o fosfato é chamado 5’ O que possui o açúcar (pentose) é chamado de 3’ TRANSCRIÇÃO DO DNA REPLICAÇÃO DO DNA A transcrição ocorre em três etapas: a iniciação, o alongamento e o término. Alongamento O RNA recém-sintetizado pareia-se temporariamente com a fita molde de DNA, formando um híbrido curto RNA-DNA. Uma vez iniciada, a transcrição segue numa velocidade de aproximadamente 50 nucleotídeos por segundo, estando a RNA polimerase ligada à fita molde de DNA até encontrar o sinal de término da transcrição. Término O final da transcrição é um processo bem controlado, determinado pelo surgimento dos códons de parada ou de terminação, finalizando a síntese dessa molécula. Iniciação A síntese do RNA começa em regiões do DNA chamadas de regiões promotoras, que são sequências específicas reconhecidas pela RNA polimerase, e direcionam a transcrição de genes. O reconhecimento da RNA polimerase aos promotores se dá graças ao fator sigma, que liga-se à RNA polimerase fazendo com que estas tenham maior afinidade com as sequências promotoras. Os promotores contêm sequências consenso localizadas antes do início da transcrição, a distâncias específicas. Uma importante etapa na iniciação da transcrição é a abertura da dupla fita de DNA (desenovelamento), que é feito rompendo-se as ligações entre as bases das duas fitas. É necessário que os nucleotídeos de um dos filamentos estejam disponíveis a novos pareamentos. A RNA polimerase deve desenrolar o DNA dupla hélice, formando uma bolha de transcrição, cerca de 17 pares de bases desenrolados. == Sítios do Ribossomo == Sítios A = Aminoácido Sitio P = Peptídeo Sitio E = Exit E P A Ocorre no Núcleo • O RNAm transcrito no núcleo se liga a um ou mais ribossomos no citoplasma. • O ribossomo “Lê” o primeiro códon e um RNAt com o anticódon correspondente transporta um aminoácido e se liga ao códon • Aminoácido são unidos por ligações peptídicas • Ao final da tradução do polipeptídio tem-se a proteína O processo de tradução gênica consiste em unir aminoácidos de acordo com o a sequência de códons do RNA mensageiro. 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. 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. O RNA transportador (RNAt) é uma molécula sintetizada a partir do processo de transcrição do DNA em segmentos localizados em regiões específicas dos cromossomos. Esta molécula é responsável por conduzir os aminoácidos para a formação das cadeias polipeptídicas constituintes das proteínas. Está presente no Citoplasma. O RNA mensageiro (RNAm) tem como função orientar a síntese de proteínas. Ocorre no citosol O RNA ribossômico (RNAr) participa do processo de tradução dos códons para construção das proteínas. TRADUÇÃO DO DNA TRANSCRIÇÃO DO DNA Metabolismo - Bioenergética Quantidade de energia associada a uma reação, capaz de realizar trabalho; Quando a reação libera energia a variação na energia livre de gibbs tem sinal negativo ΔG<0 Reação Exergônica Quando a reação absorve energia a variação na energia livre de gibbs tem sinal positivo ΔG>0 Reação Endergônica ΔG= ΔH – T x ΔS ∆G = variação da energia livre; ∆H = variação da entalpia; T = temperatura em Kelvin (sempre positiva); ∆S = variação da entropia. ∆H (variação da entalpia): Entalpia (H) é o conteúdo de energia de uma substância. Essa variação é a quantidade de energia que foi liberada ou absorvida no processo. - Quando uma ligação libera calor (ΔH<0 Exotérmica) o sinal é negativo; - Quando uma ligação absorve calor (ΔH<0 Exotérmica) o sinal é positivo; ∆S (variação da entropia): A entropia (S) é a grandeza termodinâmica que mede o grau de desordem de um sistema. ΔS<0 Aumento da desordem ΔS<0 Diminuição da desordem A variação de energia livre (ΔG) depende da variação do conteúdo de calor de (ΔH) e da variação no grau da desordem Adenosina trifosfato (ATP) O ATP Fornece energia por transferências de grupos fosfatos Via Glicolítica Oxidação de ácidos Graxos Ciclo de Krebs Outras vias oxidativas NADH NAD⁺ Cadeia de transporte de elétrons H2O O2 Biossíntese de Lipídios Outras biossíntesesNADP⁺ NADPH Via das pentoses Pentose (c5) Glicose (c6) Keq= 𝑃 𝑅 = 1 se > 1 + Produtos < 1 + Reagentes Controle do fluxo metabólico Controle alostérico - Regulação por retroalimentação Modificações covalentes- Adição ou remoção de grupos fosfato de resíduos específicos de serina, treonina e tirosina. - Fosforilação e desfosforilação - Quinases e Fosfatases NAD e NADP ENERGIA LIVRE DE GIBBS Glicólise Glicólise é o metabolismo da glicose para obtenção de energia (ATP). Quando os níveis desse açúcar se elevam no sangue, a INSULINA é liberada, para que as células captem esse carboidrato ao acionar os transportadores de Glicose (GLUT) Metabolismo normal da glicose. (1) A glicose de uma refeição entra no sangue; (2) o corpo retira glicose do sangue para armazenamento e metabolismo; (3) o pâncreas libera insulina em resposta ao aumento da glicose no sangue; (4) a insulina aumenta a captação de glicose pelo organismo, diminuindo as concentrações de glicose no sangue. Quebra de uma molécula de glicose (6C) liberando duas moléculas de piruvato (3C) através de uma série de reações enzimáticas. 2 ▪ Glut 1: Hemácias, rins e Cérebro ▪ Glut 2: Fígado e pâncreas, Não depende de insulina, mas seu transporte aumenta com a presença desse hormônio. ▪ Glut 3: Neurônios e placenta ▪ Glut 4: Células musculares e adiposas. Depende de insulina ▪ Glut 5: Parede do intestino delgado Inicia a partir da captação celular. Neste ponto ela é transformada em Glicose-6-fosfato, a qual ela pode participar da Glicogênese, da Glicólise e na via das pentose fosfato: Metabolismo da Glicose Principais destinos: Armazenamento: Glicogênio, amido, sacarose Oxidada através da glicólise: Piruvato Oxidada através da via das pentoses Tipos de degradação da glicose: Glicose anaeróbica: Ocorre na ausência de oxigênio, produzindo 2 ATPs por molécula de glicose. Glicose aeróbica: Presença de oxigênio com produção de 2 ATPs e 2 NADH Via Glicolítica É a via metabólica, que ocorre no citosol, responsável por quebrar a molécula de glicose nos tecidos é uma série de 10 reações que prepara a glicose para o fornecimento de energia, convertendo-a em piruvato. A via glicolítica está dividida em duas fases distintas: Fase de Ocorre tanto na presença como na ausência de O2 Investimento (Fase Preparatória) (a glicose transformada em gliceraldeído3-P por meio de uma via em que não há ganho de ATP, mas sim uso de energia[- 2 ATPs]) e Fase de ganho de energia (Fase de Pagamento), tendo um ganho geral de 2 ATP Fase Preparatória: -2 ATPs Fase de Pagamento: -2 ATPs + 2ATP + 2 ATP = 2 ATP + 3 NADH + H⁺ Há 3 reações irreversíveis (a 1ª, a 3ª e a 10ª reação), sendo elas as reguladoras da via glicolítica. Porem a principal reguladora é a enzima fosfofrutocinase (PFK-1) [3ª reação]. Enzimas reguladoras da Glicólise Fosfofrutocinase (PFK-1): ❖ Regulada por efeitos alostérico negativos: ATP, Citrato e Íons de hidrogênio ❖ Regulada por efeito alostérico positivo: AMP e Frutose-2,6- difosfato Hexocinase: ❖ Inibida pela elevação da concentração de glicose-6-fosfato ❖ A inibição da PFK-1 Leva a inibição da hexoquinase Glicose-6-fosfatase (no fígado) Piruvato quinase: ❖ Quando o nível da glicose está muito baixo, o glucagon dispara uma série de reações de AMPc fosforilando a piruvato quinase diminuindo sua atividade. ❖ Sua atividade é reduzida pela alta concentração de ATP ❖ Defeito nessa enzima leva a um quadro de anemia hemolítica;. Glicólise REGENERAÇÃO DO NAD⁺ O NAD oxidado (NAD⁺) tem uma concentração limitada no citosol, porem ele é de suma importância pra realizar a 6ª reação da via glicolítica, quando se converte NAD reduzido (NADH + H ⁺). REGENERAÇÃO ANAERÓBICA: Quando o piruvato é convertido em lactado ele utiliza NAD reduzido (NADH + H ⁺), recuperando como NAD oxidado; A enzima que catalisa essa reação é lactato desidrogenase. REGENERAÇÃO AERÓBICA: Se dá por meio de duas lançadeiras de: a Malato-aspartato (rende 3 ATPs por meio da NADH + H ⁺) e a glicerol-fosfato (rende 2 ATPs, por meio do FADH2). Glicerol-fosfato Malato-aspartato CICLO DE KREBS PIRUVATO: É uma molécula comum ao metabolismo de carboidratos, lipídios e Proteínas. Possui vários caminho: Anaeróbico ira formar lactato Aeróbico: irá formar acetil coenzima A (Acetil-coa) que irá para o ciclo Krebs. Também chamado de Ciclo do Ácido Cítrico Ocorre na Matriz Mitocondrial Controle do ciclo do ácido cítrico. O ciclo do ácido cítrico é regulado basicamente pela concentração de ATP e NADH. Os pontos de controle essenciais são as enzimas isocitrato desidrogenase e α-cetoglutarato desidrogenase. A deficiência da piruvato-desidrogenase a causa bioquímica mais comum de acidose láctica congênita. O sistema nervoso central é especialmente afetado por essa deficiência, que é dominante, ligada ao X. O envenenamento por arsênico causa inativação do complexo PDH, por ligar-se ao ácido lipoico. O citrato é sintetizado a partir de oxalacetato e acetil-CoA, pela citra- to-sintase. Essa enzima está sujeita à inibição pelo produto citrato. O citrato é isomerizado a isocitrato pela aconitase. O isocitrato é oxidado e descarboxilado pela isocitrato-desidrogenase, produzindo α- cetoglutarato, além de CO² e NADH. A enzima é inibida por ATP e NADH e ativada por ADP e Ca²⁺. O α-cetoglutarato é descarboxilado oxidativamente pelo complexo da - cetoglutarato-desidrogenase, resultando em succinil-CoA, CO² e NADH. A enzima é muito semelhante à piruvato-desidrogenase e utiliza as mesmas coenzimas. O complexo da α -cetoglutarato-desidrogenase é ativado por cálcio e inibido por NADH e succinil-CoA, mas não é regulado covalentemente. A succinil-CoA é clivada pela succinato-tiocinase (também denomina- da succinil-CoA-sintetase), produzindo succinato e GTP. Esse é um exemplo de fosforilação no nível do substrato. O succinato é oxida- do a fumarato pela succinato-desidrogenase, produzindo FADH2. O fumarato é hidratado a malato pela fumarase (fumarato-hidratase), e o malato é oxidado a oxalacetato pela malato-desidrogenase, produzindo NADH. Três NADHs, um FADH2 e um GTP (cujo fosfato terminal pode ser transferido ao ADP pela nucleosídeo-difosfato- cinase, produzindo ATP) são produzidos por uma volta do ciclo do ácido cítrico. A produção de acetil-CoA pela oxidação do piruvato via complexo PDH também produz um NADH. A oxidação dos NADHs e do FADH2 pela cadeia transportadora de elétrons produz cerca de 14 ATPs. Um ATP adicional (GTP) provém da fosforilação no nível do substrato, no ciclo do ácido cítrico. Portanto, um total de 15 ATPs são produzidos pela oxidação mitocondrial completa de piruvato a CO². O piruvato é descarboxilado oxidativamente pelo complexo da piruvato- desidrogenase (PDH), produzindo acetil-CoA, que é o principal combustível para o ciclo do ácido cítrico (ou ciclo dos ácido tricarboxílicos. Esse complexo multienzimático requer cinco coenzimas: pirofosfato de tiamina, ácido lipoico, FAD, NAD+ e coenzima A. O complexo PDH é regulado por modificação covalente de E1 (piruvato-desidrogenase) pelas enzimas PDH- cinase e PDH fosfatase: a fosforilação inibe a PDH. A PDH-cinase é ativada alostericamente por ATP, acetil-CoA e NADH, e inibida por piruvato; a fosatase é ativada por Ca²⁺. 2 CO² 3 NADH 1 FADH 1 ATP (gtp) CICLO DE KREBS Também chamado de Ciclo do Ácido Cítrico ■ Em sete reações sequenciais, incluindo duas descarboxilações, o ciclo do ácido cítrico converte citrato em oxalacetato e libera dois CO². A via é cíclica, de modo que os intermediários não são exauridos; para cada oxalacetato consumido na via, um é produzido. ■ Para cada acetil-CoA oxidada pelo ciclo do ácido cítrico, o ganho de energia consiste em três moléculas de NADH, uma de FADH2 e um nucleotídeo trifosfatado (ATP ou GTP). ■ Além da acetil-CoA, qualquer composto que origine um intermediário do ciclo do ácido cítrico com quatro ou cinco carbonos – por exemplo, os produtos da degradação de muitos aminoácidos – pode ser oxidado pelo ciclo. ■ O ciclo do ácido cítrico é anfibólico,servindo ao catabolismo e ao anabolismo; os intermediários do ciclo podem ser desviados e utilizados como material de partida para a síntese de diversos produtos. ■ Quando os intermediários são desviados do ciclo do ácido cítrico para outras vias, eles são repostos por algumas reações anapleróticas, que produzem intermediários de quatro carbonos por meio da carboxilação de compostos de três carbonos; essas reações são catalisadas por piruvato-carboxilase, PEP-carboxicinase, PEP-carboxilase e enzima málica. ■ As enzimas que catalisam carboxilações utilizam comumente a biotina para ativar o CO² e transportá-lo a aceptores, como piruvato ou fosfoenolpiruvato. ■ O ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs, ciclo do ácido tricarboxílico) é uma via catabólica central e praticamente universal por meio da qual os compostos derivados da degradação de carboidratos, gorduras e proteínas são oxidados a CO², com a maior parte da energia da oxidação temporariamente armazenado nos transportadores de elétrons FADH2 e NADH. Durante o metabolismo aeróbico, esses elétrons são transferidos ao 0², e a energia de fluxo de elétrons é capturada na forma de ATP. ■ A acetil-CoA entra no ciclo do ácido cítrico (na mitocôndria de eucariotos, no citosol de bactérias) quando a citrato-sintase catalisa sua condensação com o oxalacetato para a formação de citrato. 2 CO² 3 NADH 1 FADH 1 ATP (gtp) METABOLISMO DO GLICOGÊNIO glicogênio são o fígado e o músculo esquelético. O glicogênio é encontrado no citoplasma, e a sua molécula aparece na forma de grânulos. No fígado, a síntese e a degradação do glicogênio são reguladas para manter os níveis de glicemia necessários para suprir as necessidades do organismo como um todo. Por outro lado, no músculo, esses processos são regulados para atender às necessidades energéticas do próprio músculo. O metabolismo do glicogênio consiste na liberação e armazenamento regulados da glicose A degradação e a síntese do glicogênio são processos bioquímicos simples. A degradação do glicogênio consiste em três etapas: (1) a liberação de glicose 1-fosfato do glicogênio, (2) o remodelamento do substrato, o glicogênio, para possibilitar a degradação subsequente, (3) a conversão da glicose 1-fosfato em glicose 6-fosfato para metabolismo posterior. A glicose 6-fosfato derivada da degradação do glicogênio tem três destinos possíveis: (1) constitui o substrato inicial para a glicólise, (2) pode ser convertida em glicose livre para a liberação na corrente sanguínea, (3) pode ser processada pela via das pentoses fosfato, produzindo NADPH e derivados de ribose. A conversão do glicogênio em glicose livre ocorre principalmente no fígado. Embora a maioria dos tecidos tenha uma certa quantidade de glicogênio, os dois locais principais de armazenamento de METABOLISMO DO GLICOGÊNIO O substrato para a síntese de glicogênio é a UDP-glicose, sintetizada a partir de Glicose-1-P, geralmente proveniente da Glicose- 6-P da glicólise (por ação da fosfoglicomutase) ou, por exemplo, da degradação da galactose. A enzima que aproveita a glicose destes nucleotídeos, liberando o UDP, é a glicogênio sintase. Esta no entanto, necessita de um "primer", um resíduo por onde começar, que deve ser formado por pelo menos quatro moléculas de glicose. A proteína glicogenina é a responsável pela formação desta pequena cadeia. A ela se liga o primeiro resíduo de glicose, após o que a proteína agirá como catalisadora. Formado o primer, a glicogênio sintase se liga à cadeia e à glicogenina (que permance unida àquele primeiro resíduo de glicose), estendendo a cadeia. Conforme a cadeia cresce, a enzima e a glicogenina vão se separando, expondo trechos da cadeia onde poderão ser inseridos pontos de ramificação. A glicogênio sintase, no entanto, apenas estende a cadeia, sem ramificá-la, pois sua ação se restringe à formação de ligações alfa 1-4. A enzima ramificadora, capaz de formar as ligações alfa 1-6 necessárias, é a glicosil-(4-6)- transferase. Esta, no entanto, utiliza resíduos (de 6 a 7 carbonos) da própria cadeia, previamente formados pela glicogênio- sintase, apenas transferindo-os aos pontos de ramificação. Portanto, não há aproveitamento de UDP-glicose por parte desta enzima. Uma vez que o glicogênio esteja grande o bastante, a enzima glicogênio sintase é deslocada (fica livre para atuar na formação de outras moléculas), mas a glicogenina permanece. Assim, na degradação do glicogênio, a ação se dará sobre a cadeia ligada a esta proteína. Caso o glicogênio não seja degradado até a última molécula de glicose, o resíduo ligado à glicogenina já será o primer para uma nova formação quando necessário. A síntese de glicogênio é proeminente no fígado e músculo. O fígado armazena o excesso de carboidratos na forma de glicogênio para enviar, pelo sangue aos outros tecidos, glicose quando necessário. O músculo armazena apenas para consumo próprio, e só utiliza durante o exercício quando há necessidade de energia rápida. No repouso, a preferência é pelos lipídios justamente para manter a reserva de glicogênio. Glicogenólise É a quebra do glicogênio pelo fígado (para os demais tecidos do corpo) ou pelo tecido muscular (para uso próprio exclusivo) para liberação de glicose e utilização desta para obter energia. Quando os níveis de glicose diminuem, o glucagon é o hormônio liberado. • O músculo não possui glucose-6-fosfatase, e não pode por isso transformar a glucose-6-P (que não pode sair da célula)em glucose (que pode sair das células). O glicogénio do músculo é por isso uma reserva de glucose-6-P para consumo próprio em situações de emergência. A sua degradação é estimulada pela ligação de uma hormona que sinaliza situações de perigo: a adrenalina (também chamada epinefrina). • O fígado possui glucose-6-fosfatase, e pode por isso transformar a glucose-6-P (que não pode sair da célula) em glucose (que pode sair das células). O seu glicogénio é por isso uma reserva de glucose para utilização por outras células em períodos de carência de glucose. A sua degradação é estimulada pela ligação de uma hormona libertada pelo pâncreas quando os níveis de glucose no sangue estão baixos: o glucagon. Quando o Glucagon é secretado na corrente sanguínea, ele é captado seu receptor na célula. Então ele ativa a proteína G estimulante, que por sua vez ativa a enzima adenilato ciclase no interior da membrana. Essa enzima transforma ATP em AMPCiclico, que por sua vez ativa a proteína quinase dependente de AMPc (PKA, que só é ativada quando a concentração de AMPc está alta). Essa PKA em atividade inibe a glicogênese, por ativar a fosforilação de algumas enzimas. CICLO DE KREBS
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