aula 05 mundo do rna - origem da vida e diversidade dos seres vivos - ufabc

Mundo do RNA

Origem da vida na Terra

• Replicadores X Metabolismo

• Definição de vida

• História da vida começou quando

surgiram moléculas capazes de auto-

replicação

• Replicadores

Replicadores

• Estas moléculas auto-replicadoras

deveriam possuir 3 características

– Reprodução: capacidade de gerar prole

– Hereditariedade: a prole deve ser similar aos

seus pais

– Variação: hereditariedade nem sempre é

perfeita

Qual seria a molécula primordial?

• Dias atuais

• DNA RNA proteína

• DNA: molécula responsável por

armazenar a informação genética

• RNA: intermediário na transmissão desta

informação

• Proteínas: modo de ação do gene,

capacidade enzimática

Dogma central da biologia

DNA -> RNA -> Proteína -> metabolitos

Quem veio primeiro Proteína, DNA ou RNA ?

O que veio primeiro o replicador (DNA ou RNA)

ou metabolismo enzimático (proteínas)

toda enzima é uma proteína (até inicio da década de 80)

“Nem toda proteína é uma enzima mas toda enzima é uma proteína ...”

Toda regra tem uma exceção !

A molécula primordial

• Atividade do DNA e proteínas

• Proteínas: essenciais para a vida, pois

são as moléculas capazes de realizar

atividades enzimáticas

• ...Mas são incapazes de se auto-duplicar

• DNA...incapaz de ter atividade

catalisadora

• Sobrou o RNA...

RNA

• Media a informação contida nos genes para seu modo de ação, as proteínas

• Mas em 1980, este conceito mudou

• Sidney Altman e Thomas Cech (os dois ganharam o prêmio nobel devido à esta descoberta) descobriram independentemente um tipo de RNA que era capaz de catalisar uma reação

– Que reação era essa?

Atividade catalisadora do RNA

• Foi descoberta em um ciliado,

Tetrahymena

• Denominou-se ribozima

• Esta descoberta deu suporte à teoria do

‘Mundo do RNA primordial’

Proposta para origem da vida

A evolução funcional do RNA

A evolução funcional do RNA

• Nos dias atuais

DNA RNA proteínastranscrição tradução

mRNA tRNA

rRNA

Seriam evidências a favor do mundo do RNA?

Ácidos nucléicos

Ácidos nucléicos

RNA: menos estávelDNA

Alguns dos principais tipos de RNA

Pré-requisitos para o mundo do

RNA

• Capacidade de auto-síntese

Síntese do RNA pré-biótico:

proposta• Existência de nucleotídeos livres na água

• Podiam se ligar, mas facilmente se quebrar

• Mas no meio desta sopa, algumas seqüências adquiriram a capacidade de manterem-se unidas, e de se alongarem por um período de tempo maior

• Esta população de pré-RNAs sofria seleção natural e as moléculas mais eficientes em catalisar sua própria reprodução, sobreviveu e evoluiu para o RNA moderno

• Evidências in vitro

Mundo do RNA pré-biótico

• Lincoln TA AND Joyce GF (January 8, 2009).

"Self-Sustained Replication of an RNA Enzyme".

Science

• Sistema de evolução in vitro

• Grande população de RNAs + moléculs C e N

• Identificaram ribozimas que eram capazes de

sintetizar cadeias de RNA a partir de moléculas

C e N (velocidade maior que as proteínas

atuais)

Estoque da informação genética

• RNA: dificuldades em estocar grandes quantidades de informação

• Moléculas grandes de RNA são facilmente hidrolisadas

• Bases nitrogenadas suscetíveis à radiação UV

• Estas características não impedem que o RNA estoque informação genética, mas indica que a sua manutenção era custosa (reparo, reposição) e, também, susceptível a maiores taxas de mutação

Síntese do RNA

• Dias atuais

• Transcrição: RNA polimerase

• DNA RNA mensageiro

TRANSCRIÇÃO: DNA → RNA

Origem do mRNA

• Ainda no mundo do RNA?

• Seria um subproduto da duplicação do

RNA genômico?

• Ou surgiu após a formação do mundo do

DNA?

Transcrição do RNA

Elongação da transcrição

Processamento

do RNA

Tradução do RNA

Importante: após o tratamento dos ribossomos com proteases, ainda assim é

possível a síntese de peptídeos

Origem da síntese protéica

• Decodificar a informação nucleotídica em

aminoácidos

• A origem do código genético

O código genético

O código genético

• 4 bases X 20 aminoácidos

• Combinações: 41= 4 aminoácidos

• 42= 16 aminoácidos

• 43= 64 aminoácidos

• Redundância do código genético

O código genético

A origem da tradução

• Mundo do RNA?

Via Hipotética de síntese de proteínas por Ribozimas ....

Transição para o mundo RNA + Proteína RNP world

A) Ativação de um aminoácido

B) Transferência de um aminoácido ativado para o terminal do tRNA

C) Transferência peptidica resultando em um dipeptídeo

d) sucessivas transferências peptídicas resultando em um polipeptídeo

Reações Demonstradas experimentalmente

Síntese protéica

• Após o seu surgimento

• Especialização das funções catalíticas

• Proteínas são catalisadores mais

eficientes

– Manutenção da estrutura terciária precisa

Transição de mundos

preRNA world -> RNA world -> RNP world -> DNA world

Transição para o mundo do DNA

• Quais fatores teriam propiciado esta

mudança?

• Esta parece ter sido uma mudança

drástica para a evolução da vida

Genoma de RNA

• Alguns vírus, retrovírus

• Genoma RNA

– Simples ou dupla fita

• Não existe síntese protéica sem RNA,

mas existe informação genética sem DNA

• Evidência de que a origem do código

genético é anterior ao DNA

Vantagens do DNA

• Molécula mais estável

• Mais resistente à danos

• Dupla fita: fita molde

• Estas características permitem o aumento do tamanho do genoma, através de duplicações

• Com o aumento do tamanho, temos um aumento de diversidade do código para proteínas

• Processo de duplicação do DNA é menos susceptível ao erro

Como surgiu o DNA?

• Questão em aberto

• Algumas propostas: origem de enzimas

especiais, as transcriptases reversas

Alternativas ao RNA como replicadores originais

(ou candidatos a ancestrais de RNA)

Ou alternativas que poderíamos encontrar em outros mundos

Alternativas !!!!!!!

Ácidos nucleicos de ...

Treose

Threose nucleic acid

TNA

Peptideo

Peptide nucleic acid

PNA

Glicerol

glycerol nucleic acid

GNA

piranosil

pyranosyl-RNA. B

nucleic acid

pRBNA

O RNA nos dias atuais• mRNAs , tRNAs, rRNAs

• RNA na duplicação do DNA

• Micro e siRNAs: regulação de transcrição

e tradução

RNA de interferência

• Controle da expressão gênica

• Pequenos segmentos de RNA

• Ligam-se à sequências específicas de

RNA e podem aumentar ou diminuir sua

atividade

RNA de interferência

Afinal ainda somos

um mundo de RNA ?

Bibliografia

• Biologia Molecular e Evolução (2001)

organizado por Sérgio Russo Matiolli,

Holos Editora, Ribeirão Preto