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Genética • O DNA genômico utiliza o RNA como molécula intermediária para a síntese proteica • A sequência de nucleotídeos da região apropriada de uma molécula de DNA é inicialmente copiada sob a forma sob a forma de RNA por meio de um processo denominado transcrição - São estas cópias de RNA de segmentos de DNA que são usadas diretamente como moldes para direcionar a síntese da proteína em um processo chamado de tradução. Transcrição: • Ocorre no núcleo da célula • O primeiro passo é a cópia de uma parcela especifica da sequencia de nucleotídeos do DNA ( de um gene) • O gene é copiado sob forma de uma sequencia de RNA • O RNA é composto de subunidades nucleotidicas unidas entre si por ligações fofodiéster. - O RNA difere quimicamente do DNA em dois aspectos. - Os nucleotídeos do RNA são ribonucleotídeos, isto é, eles contêm o açúcar ribose em vez de desoxirribose presente no DNA. - Outra diferença é a existência da base uracila (U) em vez da timina (T) encontrada no DNA. • RNA codificante → RNA sintetizado a partir de genes codificadores de proteínas, determinada pela sequência de nucleotídeos da fita sense (5’→ 3’) do gene. • A transcrição começa com a abertura e a desespiralização de uma pequena porção da dupla-hélice de DNA, o que expõe as bases em cada fita de DNA. - Uma das duas fitas da dupla-hélice de DNA age, como um molde para a síntese de uma molécula de RNA. • A sequência de da cadeia de RNA é determinada pela complementaridade do paramento de bases entre os nucleotídeos • Quando o pareamento adequado é estabelecido, o ribonucleotideo a ser incorporados é ligado à cadeia de RNA em formação por meio da RNA- polimerase • As RNA-polimerases catalisam a formação de ligações fofodiéster que conectam os nucleotídeos entre si formando uma cadeia linear. - A RNA-polimerase move-se sobre o DNA desespiralizando a dupla hélice - Expondo a fita molde para o pareamento • A cadeia de RNA em formação é estendida na direção 5’ para 3’ • A hidrolise de ATP, CTP, UTP e GTP fornece a energia necessária para impulsionar essa reação • Promotor: é uma sequencia especial de nucleotídeos que indica o ponto inicial para a síntese de RNA • Terminador: consiste em um seguimento de DNA que contém sinais de terminação para a transcrição Tipos de RNA-polimerase: • 3 tipos - Transcrevem diferentes tipos de genes • RNA-polimerase 1 : transcreve os genes que codificam o rRNA e vários pequenos RNAs • RNA-polimerase 2: transcreve a grande maioria dos genes, inclusive todos aqueles que codificam proteínas • RNA-polimerase 3: transcreve os genes que codificam o tRNA, rRNA, alguns snRNA e vários pequenos RNAs • As RNA-polimerases necessitam de diversas proteínas adicionais - Fatores gerais de transcrição - Ajudam a posicionar a RNA-polimerase corretamente sobre o promotor, auxiliam na separação das duas fitas de DNA para permitir que a transcrição inicie - Consistem em um grupo de proteínas interativas as TF2 (fator de transcrição para a polimerase 2) Gabrielle Peixoto Transcrição e Tradução Genética - Tem a função também de auxiliar na leitura dos sinais do DNA que indicam onde iniciar a transcrição • O processo de transcrição tem início com a ligação do fator geral de transcrição TFIID (proteína de ligação a TATA) a uma pequena sequência de DNA de dupla-hélice composta por nucleotídeos T e A. ( sequência TATA box) • Outros fatores são então reunidos, junto à RNA- polimerase II, para formar um complexo de iniciação de transcrição completo. • OBS.: A sequência TATA não é a única sequência de DNA que sinaliza o início da transcrição. Porém, para a maioria dos promotores de polimerase II, ela é a mais importante. •A RNA polimerase 2 tem acesso à fita molde no ponto inicial da transcrição - O TFIID, que contém a enzima DNA-helicase - Através da hidrolise de ATP, promove a desespiralização do DNA, expondo a fita molde • A RNA-polimerase 2 se mantém no promotor, sintetizando pequenos fragmentos de RNA - Até sofrer uma serie de alterações que permitem sua saída do promotor e a entrada na fase de extensão da transcrição - Essa transição se deve à adição de grupos fosfato à cauda da RNA-polimerase 2 - A CTD ou domínio C-terminal • A polimerase pode então se separar do agrupamento de fatores gerais de transcrição - Sofre modificações que fortalecem a sua interação com o DNA e adquire novas proteínas - que permite transcrever por longas distâncias • Quando a polimerase 2 inicia a extensão do transcrito de RNA, a maioria dos fatores gerais de transcrição é liberada do DNA - Ficando disponível para iniciar um novo ciclo • O DNA está empacotado em nucleossomos, os quais são organizados em estruturas de cromatina - E por isso a transcrição é um processo complexo - Complexo Mediador: permite que as proteínas ativadoras se comuniquem adequadamente com a polimerase 2 e com os fatores gerais - Iniciando a Transcrição - Que também requer o recrutamento da cromatina e enzimas modificadoras de pistonas - Que possibilitam maior acesso ao DNA Processamento do mRNA: • A transcrição é apenas o primeiro passo para a produção do mRNA • Há outras etapas: a modificação covalente de ambas extremidades do RNA e a remoção de sequencias de íntrons ( que são retirados pelo processo de splicing do RNA) • As extremidades do mRNA sao modificadas pelo capeamento na extremidade 5’ e pela poliadenilação na extremidade 3’ - O que permite que a célula verifique se ambas extremidades estão presentes - se a mensagem está intacta antes de exportar a sequencia de RNA do núcleo para ser traduzida em proteína Capeamento do RNA: a primeira modificação dos pré- mRNAs • Assim que a RNA-polimerase II tenha produzido aproximadamente 25 nucleotídeos de RNA, a extremidade 5’ da nova molécula de RNA é modificada pela adição de um “quepe” ou “capping” (um nucleotídeo guanina modificado) Gabrielle Peixoto Genética • A reação do mapeamento é realizada por 3 enzimas agindo sucessivamente: - Fosfatase: remove um fosfato da extremidade 5’ do RNA nascente - Guanil-transferase: adiciona um GMP em uma ligação reversa (5’ para 5’) - Metil-transferase: adiciona um grupo metil à guanosina Splicing do RNA: • As sequencias codificantes dos genes são interrompidas por sequências não codificantes - Os Íntrons - Não se sabe ainda a função exata dos introns. Acredita-se que eles possam permitir um rearranjo dos éxons, agindo como espaçadores. • Éxons: porção codificante • Ambas as sequencias são transcritas em RNA • As sequencias dos íntrons são removidas do RNA recentemente sintetizado (pré-RNA) - Através do splicing • Grande parte do splicing atua na produção de mRNA • Somente após ocorrer o splicing e o processamento das extremidades 5’ e 3’ esse RNA será denominado mRNA • Cada evento de splicing remove um íntron - Por meio de duas reações sequenciais de transferências de fosforil, conhecidas como transesterificações, as quais unem dois éxons, enquanto removem o íntron sob a forma de um “laço” • Splicing alternativo: permite que um mesmo gene produza um grupo de diferentes proteínas • O splicing do RNA é realizado pelo Spliceossomo, eles possuem sequências em suas extremidades que são reconhecidas, chamadas sequências de consenso. • As snRNPs (pequena ribonucleoproteína nuclear) formam o cerne do spliceossomo, o grande complexo de moléculas de RNA e de proteínas que realiza o splicing do pré-mRNA na célula. - Cerne = cápsula proteica que rodeia o RNA Poliadenilação na extremidade 3’: • À medida que a RNA polimerase 2 se aproxima do final de um gene um mecanismo assegura que a extremidade 3’ seja corretamente processada • Duas proteínas: - CstF : fator de estimulação à clivagem - CPSF: fator de especificidade de clivagem e poliadenilação - Movimentam-se coma cauda da polimerase e são transferidas à extremidade 3’ • Uma vez que CstF e CPSF se ligam a sequências nucleotídicas específicas sobre a molécula de RNA que está em formação, proteínas adicionais associam-se a elas para criar a extremidade 3’ do mRNA. • O RNA é clivado - Após, uma enzima PAP (poli-A-polimerase) adiciona nucleotídeos A (adenina) à extremidade 3’ produzida pela clivagem - Essas adições ocorrem pelo ATP - O mesmo tipo de ligações 5’ a 3’ utilizado na síntese convencional é formado nessa situação - A RNA-polimerase 2 continua a transcrever, mas a polimerase logo libera a sua pressão sobre a fita-molde e a transcrição termina. Exportação do mRNA para fora do núcleo: • Os mRNA são guiados através dos canais aquosos dos complexos do poro nuclear (NPCs) da membrana nuclear, os quais conectam diretamente o nucleoplasma e o citosol • mRNA é muito grande o que impossibilita sua passagem • A célula, então, usa energia para o transporte ativo • São transportadas através dos complexos do poro nuclear via receptores de transporte nuclear - Tal exportação ocorre por um receptor especifico que deve ser carregado sobre o mRNA - Uma vez que tenha auxiliado a transportar uma molécula de RNA através do complexo do poro nuclear, o receptor de transporte se dissocia do mRNA, penetra novamente o núcleo e exporta uma nova molécula de mRNA. Tradução: • Após o mRNA ter sido produzido por meio da transcrição e do processamento a informação presente é usada para sintetizar uma proteína • Ocorre então a Tradução da informação contida no RNA para uma sequencia de aminoácidos que dará origem a uma proteína • Por meio de regras do código genético Gabrielle Peixoto Genética • A sequência de nucleotídeos em uma molécula de mRNA é lida em grupos consecutivos de três. • Existem 64 combinações possíveis de três nucleotídeos: os tripletes AAA, AUG, AUA - Entretanto somente 20 aminoácidos diferentes são encontrados nas proteínas, pois alguns tripletes nunca são usados ou o código é redundante • Cada grupo de três nucleotídeos consecutivos no RNA é denominado códon - E cada códon especifica ou um aminoácido, ou a finalização do processo de tradução. Ribossomos: • A síntese de proteínas é guiada pela informação presente nas moléculas de mRNA • A síntese é realizada no ribossomo • Feita a partir de proteínas ribossomais moléculas de RNA e RNAs ribossomicos (rRNA) • São montadas nos nucléolos pela associação de rRNAs recém-transcritos e modificados com proteínas ribossomais • Transportadas para o interior do núcleo após sua síntese no citoplasma. - são então transportadas para o citoplasma, onde serão unidas para realizar a síntese de proteínas. • É composto de uma subunidade grande e de uma subunidade pequena que se encaixam para formar um ribossomo completo. - A subunidade pequena fornece uma região sobre a qual os tRNAs pode ser eficientemente pareados sobre os códons do mRNA, - A subunidade grande catalisa a formação das ligações peptídicas que unem os aminoácidos, formando uma cadeia polipeptídica • Quando a síntese de proteínas não está ativa, as duas subunidades do ribossomo estão separadas. - Elas se unem sobre uma molécula de mRNA, próxima à sua extremidade 5’, para iniciar a síntese de uma proteína. - O mRNA é então puxado através do ribossomo. • Seus códons encontram os sítios ativos dos ribossomos, a sequência nucleotídica do mRNA é traduzida em uma sequência de aminoácidos, usando os tRNAs como adaptadores para adicionar cada aminoácido na sequência correta à extremidade da cadeia polipeptídica em formação. • Quando um códon de terminação é encontrado, o ribossomo libera a proteína finalizada, e suas duas subunidades separam-se novamente. - Essas subunidades podem então ser utilizadas para iniciar a síntese de outra proteína sobre outra molécula de mRNA. • Um ribossomo contém quatro sítios de ligação para moléculas de RNA: uma para o mRNA e três denominados sítio A, sítio P e sítio E, que são para tRNA. - tRNA adere fortemente aos sítios A e P apenas se seus anticódons formam pares de bases com o códon complementar na molécula de mRNA que está ligada ao ribossomo. - Essa característica do ribossomo mantém a fase de leitura correta no mRNA. RNA transportador (tRNA): • A tradução do mRNA em proteína depende de moléculas adaptadoras que podem reconhecer e se ligar ao códon e, em outra região de sua superfície, ao aminoácido. - Esses adaptadores são os RNAs transportadores (tRNAs) • Quatro pequenos segmentos do tRNA dobrado formam dupla-hélices (essa é a estrutura do tRNA.) • Duas regiões de nucleotídeos não-pareados situadas em cada uma das extremidades da molécula são cruciais para a função do tRNA na síntese de proteínas. - Uma dessas regiões forma o anticódon, - Eles pareiam com o códon complementar em uma molécula de mRNA. - A outra é uma pequena região de fita simples na extremidade 3’ da molécula: este é o sítio onde o aminoácido que corresponde ao códon é ligado ao tRNA. Etapas da Tradução: Iniciação: • O mRNA apresenta uma sequência curta de bases logo no início da molécula, denominada sequência-líder. - Estas sequências permitem que se formem uma associação entre a subunidade menor do ribossomo-aminoacil-tRNA e o mRNA por ligações do tipo pontes de hidrogênio. • A tradução de um mRNA inicia com um códon AUG, e um tRNA especial é necessário para iniciar a tradução. - Esse tRNA iniciador sempre carrega o aminoácido metionina, portanto todas as proteínas recém-formadas possuem metionina Gabrielle Peixoto Genética como seu primeiro aminoácido em suas extremidades N-terminal, a extremidade de uma proteína que é sintetizada primeiro. • O complexo iniciador-metionina (Met-tRNAi) é inicialmente depositado sobre a subunidade ribossomal pequena, juntamente com proteínas adicionais denominadas fatores de iniciação eucarióticos ou eIFs. • Apenas o tRNA carregado com metionina é capaz de se ligar firmemente à subunidade ribossomal pequena, sendo capaz de ligar diretamente ao sítio P. - A subunidade ribossomal pequena se liga à extremidade 5’ de uma molécula de mRNA, a qual é reconhecida em virtude de seu quepe 5’ e de seus dois fatores de iniciação ligados, o eIF4E e o eIF4G. • A subunidade ribossomal pequena então se move para frente (5’ para 3’) sobre o mRNA, fazendo uma varredura e procurando pelo primeiro AUG. - Esse movimento é facilitado pelos fatores de iniciação adicionais, que agem como helicases, impulsionados por ATP. - A tradução então se inicia no primeiro AUG encontrado pela subunidade pequena. • Os fatores de iniciação dissociam-se, permitindo que a subunidade ribossomal grande se associe ao complexo e complete o ribossomo. • O tRNA iniciador encontra-se, ligado ao sítio P, deixando o sítio A livre. - A síntese de proteína está, portanto, pronta para iniciar. Alongamento: • Uma vez que a síntese de proteína tenha sido iniciada, cada novo aminoácido é adicionado à cadeia em extensão em um ciclo de reações contendo quatro passos iniciais: - ligação do tRNA, - formação da ligação peptídica, - translocação das subunidades grande e pequena. • Como resultado dos dois passos de translocação, o ribossomo completo move-se três nucleotídeos sobre o mRNA e é posicionado para dar início ao próximo ciclo. • Passo 1 do alongamento, um tRNA carregando o próximo aminoácido da cadeia liga-se ao sítio A ribossomal, formando pares com o códon do mRNA lá posicionado. - Dessa forma, o sítio P e o sítio A contêm tRNAs adjacentes ligados. • Passo 2, a extremidade carboxila da cadeia polipeptídica é liberada do tRNA no sítio P pelo rompimento da ligação altamente energética entre o tRNA e seu aminoácido. - A carboxila é, então, ligada ao grupo amino livre do aminoácido ligado ao tRNAno sítio A, formando uma nova ligação peptídica. - Essa reação central da síntese de proteínas é catalisada por uma peptidil-transferase contida na subunidade ribossomal grande. • Passo 3, a subunidade grande se move em relação ao mRNA que está preso à subunidade pequena, o que interfere nas hastes aceptoras dos dois tRNAs que se encontram nos sítios E e P da subunidade grande. • Passo 4, outra série de modificações conformacionais move a subunidade pequena e o mRNA a ela conectado exatamente três nucleotídeos, reposicionando o ribossomo de tal forma que ele está pronto para receber o próximo aminoacil-tRNA. • O passo 1 é então repetido com a chegada de um novo aminoacil-tRNA, e assim por diante. • Dois fatores de extensão entram e saem do ribossomo a cada ciclo, cada um hidrolisando GTP em GDP e levando a modificação conformações no processo. - Esses fatores são de- nominados EF1 e EF2 • Ocorre pela hidrolise de GTP, que aumenta bastante a velocidade do processo. Terminação: • O final da mensagem codificadora de uma proteína é sinalizado pela presença de um de três códons de terminação: UAA, UAG ou UGA. - Eles são reconhecidos por um tRNA e não determinam um aminoácido. - Sinalizam para o ribossomo o final da tradução. • As proteínas conhecidas como fatores de terminação ligam-se a qualquer ribossomo que possua um códon de terminação posicionado no sítio A, - E esta ligação força a peptidil-transferase no ribossomo a catalisar a adição de uma molécula de água em vez de um aminoácido no peptidil- tRNA. Gabrielle Peixoto Genética • Essa reação libera a extremidade carboxila da cadeia polipeptídica em crescimento de sua conexão a uma molécula de tRNA. • A cadeia de proteína finalizada é imediatamente liberada no citoplasma. - O ribossomo, então, libera o mRNA e separa-se nas duas subunidades grande e pequena, as quais podem associar-se sobre essa mesma ou outra molécula de mRNA para iniciar um novo ciclo de síntese de proteínas. Polirribossomos: • As moléculas de mRNA que estão sendo traduzidas são, de modo geral encontradas sob a forma de polirribossomos, também conhecidos como polissomos. • Consistem em grandes arranjos citoplasmáticos compostos de vários ribossomos separados por nucleotídeos sobre uma única molécula de mRNA. - Essas iniciações múltiplas permitem que a célula produza muito mais moléculas de proteína • As extremidades 5’ e 3’ do mRNA interagem. - Portanto, assim que um ribossomo se dissocia, suas duas subunidades estão em uma posição ótima para reiniciar a tradução sobre a mesma molécula de mRNA. Gabrielle Peixoto Genética Perguntas: 1. A mesma molécula — o RNA — que faturou o Nobel de Medicina ou Fisiologia na segunda- feira foi a protagonista do prêmio de Química entregue ontem. O americano Roger Kornberg, da Universidade Stanford, foi laureado por registrar em imagens o momento em que a informação genética contida no DNA no núcleo da célula é traduzida para ser enviada para fora pelo RNA — o astro da semana. Esse mecanismo de transcrição, por meio do qual o RNA carrega consigo as instruções para a produção de proteínas (e por isso ele ganha o nome de RNA mensageiro), já era conhecido pelos cientistas desde a década de 50. (Girardi, G. Estudo de RNA rende o segundo Nobel — O Estado de S. Paulo, 5 out. 2006). A partir da leitura do trecho acima e de seu conhecimento de Biologia molecular, assinale a alternativa incorreta. a) A produção de RNA mensageiro ocorre por controle do material genético. b) No núcleo da célula, ocorre transcrição do código da molécula de DNA para a de RNA c) O RNA mensageiro leva do núcleo para o citoplasma instruções transcritas a ele pelo DNA d) No citoplasma, o RNA mensageiro determina a sequência de aminoácidos apresentada por uma proteína. e) Cada molécula de RNA mensageiro é uma longa sequência de nucleotídeos idêntica ao DNA. 2. Sobre a transcrição e processamento do RNAm, julgue as seguintes alternativas: I. A transcrição dá origem aos RNA mensageiros, apenas. II. O gene corresponde à sequência de DNA que contém a informação que codifica RNA ou proteína. III. A enzima responsável pela transcrição é a RNA polimerase, tanto em células eucarióticas e procarióticas. Estão corretas: a) A alternativa III, apenas. b) As alternativas I e II, apenas. c) As alternativas I e III, apenas. d) As alternativas II e III, apenas. e) Todas as alternativas. 3. Julgue a sentença a seguir: "Assim como o DNA, o RNA é um polímero linear composto de quatro tipos diferentes de subunidades nucleotídicas unidas entre si por ligações fofodiéster." a) Verdadeiro b) Falso 4. Sobre a transcrição em eucariotos, assinale a alternativa incorreta: a) Fatores gerais de transcrição são proteínas fundamentais nesse processo. b) A descondensação da cromatina é realizada previamente pra que a RNA-polimerase identifique a região promotora e inicie a transcrição. c) Um único tipo de RNA-polimerase participa do processo. d) A região TATA Box, rica em timina e adenina, costuma ser promotora da maioria dos genes dos eucariotos. e) Uma vez que no DNA de eucariotos existem sequências não codificantes, é necessário que haja o processamento do mRNA. 5. O processo de _____________ permite a possibilidade de um gene produzir produtos proteicos diferentes, em organismos eucariotos. A alternativa que completa a lacuna acima é: a) Capeamento da extremidade 5’ b) splicing c) splicing alternativo d) poliadenilação da extremidade 3’ e) processamento do mRNA 6. A transcrição pode ser definida como: a) Processo em que a molécula de DNA é duplicada. b) Processo em que a molécula de RNA é utilizada para a síntese de proteínas. c) Processo em que a molécula de DNA é usada para sintetizar proteínas. d) Processo em que uma molécula de RNA é formada a partir do DNA. e) Processo em que o RNA é usado para sintetizar DNA. Gabrielle Peixoto Genética 7. A transcrição pode ser dividida em três importantes etapas. Que nome recebe a fase em que ocorre a incorporação de nucleotídeos a partir da complementariedade com o DNA- molde? a) Iniciação b) Crescimento c) Terminação d) Alongamento e) Síntese 8. A fase de iniciação começa quando a RNA polimerase reconhece no DNA a região que marca o início da transcrição. Que nome recebe essa região? a) Transcritora b) Promotora c) Iniciadora d) Start e) Reconhecedor 9. Com base nos seus conhecimentos sobre os tipos de RNAs, marque a alternativa que correlaciona corretamente o tipo do RNA com sua função. a) tRNAs (RNA transportador) codificam proteínas b) mRNAs (RNA mensageiro) formam a estrutura básica do ribossomo e catalisam a síntese proteica; c) mRNAs (RNA mensageiro) Codificam proteínas d) rRNAs (RNA ribossômico) são elementos essenciais para a síntese proteica, funcionando como adaptadores entre o mRNA e os aminoácidos 10. Quando a RNA-polimerase II produz aproximadamente 25 nucleotídeos de RNA, a extremidade 5’ da nova molécula de RNA é modificada pela adição de um “quepe” que consiste em um nucleotídeo guanina modificado. Esse processo é denominado de: a) Splicing do RNA b) Capeamento do RNA c) Poliadenilação na extremidade 3’ d) Splicing alternativo. 11. Julgue a seguinte afirmativa: "As sequências dos íntrons são removidas do RNA recentemente sintetizado (pré-RNA) por meio de um processo denominado splicing de RNA.” a) Verdadeiro b) Falso 12. A respeito do processo de transcrição, marque a alternativa que indica corretamente o nome da enzima responsável por orientar o emparelhamento dos ribonucleotídeos. a) RNA polimerase. b) DNA polimerase. c) Fator de liberação. d) Aminoacil-tRNA sintetase. e) Peptidil transferase. Gabrielle Peixoto Respostas: 1- E 2-D 3-A 4-C 5-C 6-D 7-D 8-B 9-C 10- B 11-A 12- A
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