Estudo Ativo - Estrutura e organização do material genético - BMC

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Biologia Molecular e Celular
Isabel Lima
ESTRUTURA E ORGANIZAÇÃO DO
MATERIAL GENÉTICO
Está perdido?
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Não recomendo que essas perguntas e respostas sejam copiadas e coladas no anki diretamente diante da sua
extensão.
Referências utilizadas:
ALBERTS, B.; JOHNSON, A.; LEWIS, J.; et al. Biologia molecular da célula. Artmed, 2010.
Estudo Ativo!
1. O que são genes?
São partes do DNA que possuem a informação que determina a característica
da espécie e do indivíduo. É a parte funcional do DNA que pode ser transcrita em
RNA, mas não necessariamente esse será mensageiro, haja vista que existem os
genes de RNA. Portanto, o gene pode ser responsável tanto pela produção de
proteínas, quanto pela produção de RNAs.
Gene é toda parte funcional que pode ser transcrita. Tanto a sequência que
transcreve um RNAt, quanto aquela que transcreve RNAm, que tornar-se-á uma
proteína, ambos são genes.
2. Explique “sequências codificantes”
São, dentre todos os genes, apenas aqueles que se transcrevem em RNAm
com o fito de decodificar uma proteína.
3. Trace a trajetória histórica do DNA
A partir do início da história oficial da genética, com Mendel, e comThomas
Morgan iniciou-se uma busca incessante para encontrar a materialização dos alelos
mendelianos. Isso só aconteceu formalmente na década de 40, com Griffith e
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colaboradores, com uma pesquisa associando estreptococos patogênicos e não
patogênicos e camundongos. Gfriffith criou a tese da Hipótese do Princípio
Transformante, que consiste no compartilhamento de informações entre bactérias.
Logo, Hershey e Chase, com uma pesquisa com marcação de DNA, descobriram
que era essa a parte celular compartilhada que refletiam nas informações.
McAveloed e McCarthy formalizaram essas descobertas e Watson e Crick (Rosalind
Franklin) descobriram a forma do DNA.
4. Descreva o que é o DNA e as suas principais características,
descrevendo-as separadamente.
‘ O DNA é uma dupla cadeia polipeptídica, chamada de fita, composta por 4
subunidades nucleotídicas. A função principal do DNA é carregar os genes. Essas
fitas se ligam por ligações de hidrogênio. Sobretudo, o DNA é antiparalelo, com fitas
complementares, em formato de dupla hélice e sua duplicação é semiconservativa.
Antiparalelismo ⇒ A cadeia principal, formada por desoxirriboses
trifosfatadas ligadas entre si, tem dois polos: 5’ e 3’. Se na fita 1 a extremidade 5’
está para cima, na fita 2 a extremidade 5’ estará para baixo. Essas extremidades
criam uma direção 5’ → 3’ muito semelhante à leitura de letras em uma página,
sendo 5’ a esquerda (neste caso, leitor, a palavra letras) e a 3’ a direita (neste caso a
letra “a” da linha acima).
Complementaridade ⇒ Se na fita 1 temos uma sequência de TGCAG, na fita
2 necessariamente teremos ACGTC.
Dupla-hélice ⇒ formada a partir do empilhamento das bases em um arranjo
energeticamente mais favorável dentro da dupla. Essa orientação é para direita e em
cada volta cabem 10 nucleotídeos.
Semiconservativa ⇒ Uma fita parental serve de molde para formar uma
segunda fita “filha” que é complementar à sua fita mãe. Uma fita S (AAAA) serve de
molde para a produção de uma fita S’ (TTTT), e a fita S’ por sua vez pode ser molde
para a formação de um clone da S (AAAA).
5. Descreva as subunidades do DNA, apresentando semelhanças e
diferenciações entre elas
O nucleotídeo é formado por uma pentose, neste caso a desoxirribose, que
se liga a um fosfato no seu carbono 5’ e uma base nucleotídica.
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Essas bases se dividem em duas classes: pirimidinas, comportando citosina,
timina e uracila, e purinas, comportando adenina e guanina — DNA é não possui a
uracila. Essas duas classes subunidades se ligam entre si, ligando Adenina - Timina,
ligada por 2 ligações de hidrogênio, e Citosina - Guanina, 3 ligações de hidrogênio.
⇒ Lady gaga é pura de purina
6. Explique como acontece a formação do polinucleotídeo
Primeiro, há a quebra da ligação pirofosfato (ligação entre o fósforo 1 e 2) existente
no trifosfato ligado ao carbono 5’. Com essa quebra, há a liberação de energia que
catalisa a união desse fosfato com o carbono 3’ do nucleotídeo adjacente por uma
reação de desidratação, liberando uma molécula de água. Forma-se, assim, uma
ligação intramolecular covalente chamada “fosfodiéster”, que pode ser quebrada por
hidrólise.
7. Apresente fatores de diferenciação entre o DNA e o RNA
O DNA é dupla hélice, apresenta Timina em suas bases nitrogenadas
O RNA possui apenas uma única fita e apresenta Uracila em suas bases
8. O que é código genético? (Caiu na bahiana essa kkkkkkkk)
É a relação entre as 4 bases nitrogenadas e a sequência de aminoácidos (20)
em uma proteína.
9. O que é genoma?
É a parte codificável do DNA, capaz de se transcrever em RNA e em
proteínas. Em outras palavras, é a parte do DNA que contém a informação. Ou seja,
é o conjunto de genes.
O genoma humano possui 21 mil genes que codificam uma quantidade ainda
maior de proteínas devido ao splicing.
10.Defina cromossomo
É o conjunto enovelado e empacotado de DNA estabilizado por proteínas
compactadoras (histonas) e outras proteínas acessórias que participam da
expressão gênica, da replicação e do reparo. Sobretudo, o cromossomo é visível
apenas na metáfase.
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11. Defina cromatina
A cromatina é uma fase de compactação do DNA mais presente na intérfase.
Nessa fase, não é possível diferenciar os pares cromossômicos, haja vista que eles
estão mais espalhados e difusos no núcleo.
A cromatina pode ser dividida em eucromatina e heterocromatina. A
eucromatina corresponde a 90% da cromatina total, está na sua forma
descondensada e contém os genes ativos (que podem ser transcritos, mas não
necessariamente traduzidos). Já a heterocromatina corresponde a 10% da
cromatina total, está na sua forma condensada e contém os genes inativos, podendo
ser uma heterocromatina constitutiva (sempre condensada) ou facultativa (alterna
entre condensada ou não)
12. Diferencie o DNA bacteriano do DNA eucarioto (humano, por exemplo)
O DNA procarioto normalmente está conectado em suas extremidades,
formando uma estrutura circular. Sobretudo, ele não é protegido por um envelope
nuclear, estando livre no citoplasma, especificamente em uma região chamada
nucleóide. Além disso, o DNA bacteriano pode até se condensar, mas não são
usadas as mesmas proteínas compactadoras dos eucariotos (as histonas) e nem se
forma um cromossomo, mas sim algo semelhante a isso.
13. Descreva a distribuição comum dos cromossomos nas células
humanas e aponte as suas exceções
Os cromossomos humanos são distribuídos em 22 pares de cromossomos
autossômicos, todos pares homólogos, e 1 par de cromossomos sexuais,
apresentando 23 pares e 46 cromossomos. No caso do par sexual, será um par
homólogo para a fêmea e um par não-homólogo para o macho.
Sempre, neste par, um cromossomo é herdado da genitora e o outro do
genitor. Deve-se destacar que células que não se dividem, que não possuem DNA
ou ainda os gametas não possuem essa distribuição.
14. Explique o termo sequência genômica humana
Se refere a todos os 22 pares autossômicos somados ao par sexual e ainda a
parte do genoma humano reservado na mitocôndria.
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15. Diferencie cromossomos homólogos de não-homólogos
Os cromossomos homólogos são idênticos entre si em questão de formato
(não de informação) e são herdados pelos seus genitores: um cromossomo da
genitora e o outro do genitor. Estes compõem a maioria do cariótipo, contendo 22
pares para machos e 23 pares para fêmeas.
Já os não homólogos, presentes apenas no macho, diferem em formato, haja
vista que o cromossomo X, por exemplo, é muito diferente do Y.
Os cromossomos sexuais possuem apenas um único par.
16. O que é cariótipo?
A representação visual de todos os cromossomos condensados.No caso do
cariótipo humano, são 46 cromossomos mitóticos organizados em 22 pares de
cromossomos autossômicos e 1 par de cromossomos sexuais.
Os pares autossômicos e o par sexual em fêmeas são cromossomos
homólogos, já o par sexual em machos são cromossomos não-homólogos.
17. Explique o paradoxo do valor C
O valor C corresponde ao tamanho do genoma de uma espécie. Verificou-se
que esse tamanho de nada interfere na complexidade desse ser, ou seja, não existe
uma regra simples, baseada em uma proporção direta, que relacione tamanho dos
cromossomos, nº cromossômico, tamanho do genoma e complexidade de um
organismo. Por ex., um ser humano tem 46 cromossomos, mas uma carpa tem 100
e um cervo tem 6.
18. Descreva a organização interna do genoma humano e seus
componentes
No genoma humano temos o DNA de cópia única, responsável pela
codificação de RNAs, inclusive o mensageiro que tornar-se-á uma proteína. Nesta
sequência que corresponde ao DNA de cópia única temos os éxons, que serão
realmente codificados, e os íntrons, que serão retirados.
Temos ainda o DNA intercalante ou espaçador que não tem função
transcricional, servindo como uma proteção para o DNA de cópia única.
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Por fim, tem-se o DNA repetitivo, que são sequências de bases nucleotídicas
que se repetem, podendo ser funcionais, sequências não codificadoras como as
sequências de DNA regulador, ou com função desconhecida, como o DNA satélite,
os transposons e os retrotransposons.
As sequências reguladoras, associadas ao gene, são responsáveis pela
ativação ou inativação de determinado gene e podem ser de DNA repetitivo ou não.
19. Diferencie os estágios do DNA segundo o seu ponto no ciclo celular
Durante a intérfase, temos o DNA na forma de cromatina, impedindo o
reconhecimento individual dos cromossomos; os genes são expressos para que
haja o devido crescimento da célula nas etapas G1 e G2; os cromossomos estão
duplicados e organizados entre cromátides irmãs.
Durante a divisão, temos o DNA condensado na forma de cromossomo,
permitindo o seu reconhecimento individual, em especial na metáfase; os genes não
podem ser transcritos; as cromátides irmãs, fruto da duplicação dos cromossomos,
estão prestes a serem separadas e distribuídas entre as células-filhas.
20. Aponte as sequências especializadas de DNA que compõem o
cromossomo explicando as suas funções
- Origem de replicação
- É o ponto de partida da replicação do DNA
- Centrômero
- É um local de união das cromátides irmãs
- Possui o cinetocoro que se liga às fibras do fuso
- Telômero
- É uma capa de proteção ao DNA que se desgasta a medida que a
célula se divide por ação da telomerase
- Evita a formação de cromossomos anômalos ou confusão com
DNA quebrado;
- Marca a idade celular
-
21. Explique cada parte do nucleossomo
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O nucleossomo é composto por duas coisas: cerne de DNA associado à um
octâmero de histonas (duas H2A, duas H2B, duas H3 e duas H4) e também ligado à
proteínas cromossômicas não histonas; e as fitas de DNA de ligação adjacentes.
O nucleossomo é a unidade básica para a efetivação da condensação e
compactação do DNA
22.Aponte quais são as proteínas que participam do processo de
compactação do cromossomo, detalhando-as quando possível e
explicando a ordem da sua compactação.
- Histonas (H1; H2A; H2B; H3 e H4)
- A H2A, H2B, H3 e H4 participam da formação do nucleossomo (conta
do colar de 10nm) formando um octâmero. Já a H1 funciona como uma
proteína lateral de estabilização que liga o nucleossomo ao “colar”, que
é o DNA
- Primeiro, há a formação de dímeros H3-H4 e H2A-H2B. Depois, esses
dímeros H3-H4 formam tetrâmeros. Posteriormente, esse tetrâmero se
liga aos dímeros de H2A-H2B. Assim, forma-se o octâmero de histonas
ligadas ao DNA.
- Proteínas cromossômicas não histonas
- São proteínas acessórias que facilitam o processo de compactação
23. Aponte e diferencie as duas fibras de condensação
- Fibra de 10nm
- É menos condensada
- Se assemelha a um colar de contas em que o colar é o DNA e as
contas são os nucleossomos
- Nucleossomos associados linearmente
- Fibra de 30nm
- É mais condensada
- Está espiralizada em função da H1 e da cauda terminal da H4
- Nucleossomos em zigue zague
24. Aponte quais são os aminoácidos mais frequentes na formação do
cerne e explique o porquê disso
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Lisina e Arginina são os aminoácidos mais frequentes na formação dos
nucleossomos — em + de ⅕. Isso acontece devido a carga líquida desses, sendo ela
positiva, neutralizando a carga líquida negativa do DNA.
25.Aponte a utilidade da cauda N terminal nas histonas
A cauda N terminal das histonas participam de diversos eventos críticos de
rearranjo de compactação e função da cromatina. Por exemplo, a cauda da histona
H4 participa na formação da fibra de 30nm.
26. Explique a dinamicidade dos nucleossomos
Os nucleossomos não são estruturas estáticas. Eles se "abrem" 4x por
segundo e permanecem abertos por 10-50 mseg permitindo a formação de novas
ligações.
Sobretudo, existem os complexos de rearranjo de cromatina dependentes de
adenosina trifosfato (ATP), que, com a energia liberada da hidrólise do ATP,
permitem o afrouxamento da ligação do DNA com o octâmero de histonas. Esse
afrouxamento permite a formação de novas ligações e até mesmo o deslizamento
desse cerne pelo DNA.
Existem ainda as chaperonas de DNA, que fazem a ubiquitinação de partes
(ou de todo) o nucleossomo, permitindo a reformulação desses.
Complementando, existem as histonas HAT que adicionam o grupo acetil às
lisinas das histonas e as HDAC que as retiram, afrouxando a estrutura e permitindo
a sua transcrição (controla o como e quando o gene sera expresso).
Limitando essa dinamicidade, temos a acetilases que criam barreiras
impedindo essas novas modificações.
27. Explique como que a fibra de 10nm se torna a fibra de 30nm,
detalhando-as
A fibra de 10nm, conhecida como colar de contas, é uma fibra com uma
condensação baixa quando comparada com a fibra de 30nm. As contas, nesse caso,
seriam os cernes dos nucleossomos, formados por octâmeros de histonas ligados
ao DNA. Já o colar seria a própria fita de DNA que liga um cerne (ou conta) a outra.
Para que haja a compactação dessa fibra de 10nm para uma de 30nm,
precisa-se da participação ativa da cauda N terminal da histona H4 e principalmente
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da participação da histona H1 que é presente em 1/10 dos cernes dos
nucleossomos e é responsável pela ligação do cerne ao DNA modificando a sua
direção, formando um zigue-zague. Esse formato de zigue-zague permite o
entrelaçamento entre os cernes, antes distribuídos linearmente no colar de contas,
aumentando a sua compactação e a “grossura” da fibra.
28. Defina “regiões alu”
Regiões com alta concentrações de genes
29. Explique o que há no nucléolo
30. Aponte a função das proteínas transmembrana presentes no envelope
nuclear