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Como se transmite a informação contida no DNA?ç

Como se traduz a informação que se encontra num gene?

Como se passa de um gene para uma característica?

A í tí t dd t ít í t f ã d liA síntesesíntese dede proteínasproteínas resume-se na transformação da linguagemcodificada do DNA (sequência de nucleótidos) para a linguagem deproteínas (sequência de aminoácidos).

A informação para a ordenação dos aminoácidos está contida nosgenesgenes (segmentos de DNA).

DNA e proteínasp

A f t t ti id d d él l d d dA forma, estrutura e actividade de uma célula depende da presençade proteínasproteínas.

A função das proteínas depende da sua conformação tridimensionalque por sua vez é determinada por uma sequênciasequência dede aminoácidosaminoácidosque, por sua vez, é determinada por uma sequênciasequência dede aminoácidosaminoácidos.

Quem contém a informação para especificar a sequência deaminoácidos das diferentes proteínas é a sequênciasequência dede nucleótidosnucleótidos doDNADNA.

Enquanto que o DNA se localiza principalmente no núcleo, o RNAforma se no núcleo e migra para o citoplasmaforma-se no núcleo e migra para o citoplasma.

Estrutura do RNAEstrutura do RNA

A molécula de RNA é composta porumauma cadeiacadeia de polinucleotídica que,em certas formas e zonas, podedobrar-se sobre si devido à formaçãode pontespontes dede hidrogéniohidrogénio entre basescomplementares.

Duas moléculas de RNA e um nucleótido.

O ácido ribonucleico (RNA) tem algumasdiferenças:

cadeiacadeia geralmente simplessimples ao invés de dupla;g pp p ;

a pentose é a riboseribose em vez da desoxirribose;

possui a base azotada uracilouracilo (U) em vez da timina.

Célula eucariótica.

Invólucro nuclear com poros C ticom poros Cromatina

Nucléolo

Nas células eucarióticas o materialgenético encontra se na sua quasegenético encontra-se, na sua quasetotalidade, confinado ao núcleonúcleo.

CromatinaCromatina

Agregados filamentosos de DNADNA eproteínasproteínas, presentes nos núcleosinterfásicos das células eucarióticas.

Micrografia de parte de uma longaMicrografia de parte de uma longa molécula de DNA associada a

proteínas.

Célula procariótica.

CromossomaCromossoma

Unidade morfológica e fisiológica decromatina. Os cromossomas, porcondensação da cromatina, tornam-se visíveis aquando da divisão dacélula.

Principais diferenças entre RNA e DNAPrincipais diferenças entre RNA e DNA

RNARNA DNADNA

U d i li l tídi D d i li l tídiUma cadeia polinucleotídica. Duas cadeias polinucleotídicas.

A pentose é a ribose. A pentose é a desoxirribose.

As bases azotadas presentes são A As bases azotadas presentes são AAs bases azotadas presentes são A,G, U e C.

As bases azotadas presentes são A,G, T e C.

A razão adenina-uracilo e guanina-it i i

A razão adenina-timina e guanina-it i ã icitosina varia. citosina não varia.

A quantidade varia de célula paracélula e dentro da mesma célula de

A quantidade é constante em todasas células da mesma espécie

acordo com a actividade metabólica. (excepto gâmetas e certos esporos).Quimicamente pouco estável. Quimicamente muito estável.

Pode ser temporário existindo por PermanentePode ser temporário, existindo porcurtos períodos.

Permanente.

Apresenta três formas básicas: Somente uma forma básica.mensageiro, transferência,ribossómico.

Quantos nucleótidos são necessários para codificar os pcerca de vinte aminoácidos?

C dC d t i l t (3 l ótid ti dCodogeneCodogene – tripleto (3 nucleótidos consecutivos doDNA) que codifica um aminoácido

sequências de tripletos codificam a ordenação deq p çséries de aminoácidos que caracterizam as proteínas.

Como decifrar o código genético?g g

Marshall Nirenberg e Heinrich Matthaei, em 1961, elaboraram uma sérieMarshall Nirenberg e Heinrich Matthaei, em 1961, elaboraram uma sériede experiências que levaram à decifração do código genético.Utilizaram moléculas de mRNA, sintetizadas em laboratório, e todas assubstâncias químicas e estruturais necessárias à tradução foramsubstâncias químicas e estruturais necessárias à tradução foramextraídas da bactéria Escherichia coli. Depois de sintetizada amolécula de mRNA, os investigadores colocaram-na no meio decultura onde obtiveram os polipéptidos que se encontram no quadrocultura, onde obtiveram os polipéptidos que se encontram no quadroseguinte.

ExperiênciasExperiências

MoléculaMolécula SequênciasSequências

mRNA UUUUUUUUUUUUmRNA UUUUUUUUUUUU…

Polipéptido Fen-Fen-Fen-Fen-…

mRNA AAAAAAAAAAAA…

Polipéptido Lis-Lis-Lis-Lis-…

mRNA CCCCCCCCCCCC…

Polipéptido Pro Pro Pro ProPolipéptido Pro-Pro-Pro-Pro-…

Khorana sintetizou moléculas de mRNA com nucleótidos alternadosKhorana sintetizou moléculas de mRNA com nucleótidos alternados(por exemplo, ACACACACA…). Esta cadeia permitia dois tipos decombinações (ACA e CAC). Neste caso, a cadeia peptídica era formadapor dois tipos de aminoácidos – treonina (Tre) e histidina (His)por dois tipos de aminoácidos – treonina (Tre) e histidina (His).

CódigoCódigo genéticogenético – quadro de correspondência entre os 64 codõespossíveis de nucleótidos e os cerca de 20 aminoácidos existentes.

Código genéticog g

T d h i t d dê i t li dTem de haver um sistema de correspondência entre a linguagem doDNA (sequências de nucleótidos) e a linguagem das proteínas(sequências de aminoácidos) – um código genético.

Cada aminoácido é codificado por um conjunto de três nucleótidosp j– um tripleto ou codão – originando 64 combinações possíveis.

A síntese de proteínas ocorre no citoplasma, ao nível dosribossomas.

UniversalidadeUniversalidade dodo códigocódigo genéticogenético apesar de excepções aplica seUniversalidadeUniversalidade dodo códigocódigo genéticogenético – apesar de excepções, aplica-sea todos os seres vivos.

NãoNão éé ambíguoambíguo a um codão corresponde um e só um aminoácidoNãoNão éé ambíguoambíguo – a um codão corresponde um e só um aminoácido,sempre o mesmo.

ÉÉ redundanteredundante – vários codões são sinónimos (codificam o mesmoaminoácido). Este fenómeno é conhecido por degenerescência docódigo genéticocódigo genético.

OO 33ºº nucleótidonucleótido dede cadacada codãocodão nãonão éé tãotão específicoespecífico comocomo osos doisdoisprimeirosprimeiros – por exemplo: o aminoácido arginina (arg) pode sercodificado pelos codões CGU CGC CGA e CGGcodificado pelos codões CGU, CGC, CGA e CGG.

OO tripletotripleto AUGAUG temtem dupladupla funçãofunção – codifica o aminoácido metionina(met) que é um codão de iniciação da síntese de proteínas(met), que é um codão de iniciação da síntese de proteínas.

OsOs tripletostripletos UAA,UAA, UAGUAG ee UGAUGA sãosão codõescodões dede finalizaçãofinalização ouou STOPSTOP –representam sinais de fim de síntese, não codificando aminoácidos.

Por exemplo, o RNAt com o anticodão UAC transporta o aminoácidodifi d l dã d RNA lh é l t (AUG) tcodificado pelo codão do RNAm que lhe é complementar (AUG), neste

caso a Metionina (Met).

Características do código genéticog g

UniversalidadeUniversalidade – cada codão tem a mesma função em quase todosos seres vivos.

RedundânciaRedundância – codões diferentes podem codificar o mesmoaminoácido.

PrecisãoPrecisão – o mesmo codão não codifica aminoácidos diferentes.

EspecificidadeEspecificidade dosdos nucleótidosnucleótidos – os dois primeiros nucleótidos deEspecificidadeEspecificidade dosdos nucleótidosnucleótidos os dois primeiros nucleótidos decada codão são mais específicos.

CodãoCodão dede iniciaçãoiniciação – o codão AUG inicia a leitura do código eCodãoCodão dede iniciaçãoiniciação o codão AUG inicia a leitura do código etambém codifica a metionina.

CodãoCodão dede terminaçãoterminação – os codões UAA UAG e UGA terminam aCodãoCodão dede terminaçãoterminação os codões UAA, UAG e UGA terminam asíntese da proteína.

MecanismoMecanismo dada síntesesíntese proteicaproteica

Duas etapas fundamentais:Duas etapas fundamentais:

TranscriçãoTranscrição dada mensagemmensagem genéticagenética – segmentos deDNA codificam a produção de RNA.

TraduçãoTradução dada mensagemmensagem genéticagenética – o RNA codifica aprodução de proteínas.p odução de p ote as

1º Transcrição1º Transcrição – a informação contida no DNA é çç çtranscrita para uma sequência de ribonucleótidos que

constituem uma molécula de RNA pré-mensageiro.

DNA mRNA

Transcrição.

Fim da transcrição.

Uma visão global da transcrição.

Alguns intervenientesAlguns intervenientes FunçõesFunções

Cadeia de DNA Molde para a síntese de RNA

Nucleótidos de RNA Unidades para a sínteseNucleótidos de RNA (ribonucleótidos)

Unidades para a síntese de RNA

RNA polimerase (enzima) Catalisador das reacções

ATP Fornece energia

Transcrição da mensagem genéticaç g g

1º - ligação da RNA polimerase a locais específicos do DNA, nonúcleo;

2º - rompimento das pontes de hidrogénio e separação das cadeias deDNA;

3º - ligação de nucleótidos livres a uma das cadeias do DNA, quefunciona como molde, no sentido 5’ 3’, formando-se o mRNA;, , ;

4º - libertação do mRNA sintetizado;ç ;

5º - restabelecimento das pontes de hidrogénio e da estrutura do DNA.p g

Transcrição e processamento de mRNA em eucariontes.

Processamento de RNAmProcessamento de RNAm – a molécula de DNA contém sequências de nucleótidos que não codificam

informação (intrões), intercaladas com sequências que difi ( õ ) i t õ ã ti d õcodificam (exões) – os intrões são retirados e os exões

unidos, tornando-se o RNA pré-mensageiro funcional (RNAm)(RNAm).

Este RNAm abandona o núcleo, transportando a mensagem,ainda em código, para os ribossomas, onde a mensagem édescodificada, ou seja, é traduzida para a linguagem proteica.

ProcessamentoProcessamento dodo mRNAmRNAProcessamentoProcessamento dodo mRNAmRNA

O mRNA sofre um processo de maturação em queos intrõesintrões (sequências de nucleótidos semsignificado na síntese proteica) transcritos sãoremovidos e os exõesexões (sequências de nucleótidosque especificam aminoácidos) são ligados entre si.

MigraçãoMigração dodo mRNAmRNA

O mRNA funcional abandona o núcleo em direcçãoao citoplasmaao citoplasma.

2º Tradução2º Tradução – ocorre nos ribossomas e consiste na ççtransformação da mensagem contida no RNAm na

sequência de aminoácidos que constituem a proteína.

RNAm Proteínas

IntervenientesIntervenientes FunçõesFunções

mRNA Contém a informação para a síntese de proteínas.

A i á id M lé l bá i t ãAminoácidos Moléculas básicas para a construção de proteínas.

tRNA Transfere os aminoácidos para os ribossomas.

Ribossomas Sistemas de leitura onde ocorre a tradução.ç

Enzimas Catalisam as reacções.

ATP Transferem energia para o sistemaATP Transferem energia para o sistema.

Constituição de um ribossoma.

CodãoCodão – cada tripleto do RNAm que codifica umdeterminado aminoácido ou o início ou o fim dasíntese proteica.

tRNA ou RNA de transferência

Faz a selecção e transporte do aminoácidoaminoácido apropriado e faz oreconhecimento do codãocodão correspondente do mRNA.

Cada molécula de tRNA possui:

uma sequência de três nucleótidos, chamada anticodãoanticodão, que écomplementar de uma sequência de três nucleótidos do mRNA,complementar de uma sequência de três nucleótidos do mRNA,chamada codão. O anticodão reconhece o codãocodão, ligando-se a ele;

iã lh it fi i á idi á id ífi l luma região que lhe permite fixar um aminoácidoaminoácido específico, localaminoacil, na extremidade 3’;

l i li ã ibiblocais para ligação ao ribossomaribossoma;

locais para ligação às enzimasenzimas intervenientes na síntese proteica.p g ç p

O RNARNA dede transferênciatransferência (RNAt) transporta osO RNARNA dede transferênciatransferência (RNAt) transporta osaminoácidos para os ribossomas (locais onde ocorrea síntese proteica), onde vão ser ordenados segundoo código expresso no RNAm.o código expresso no RNAm.

Cada molécula de RNA de transferência possui umasequência de 3 nucleótidos designada de anticodãoanticodão,complementar de um codão do RNAm.

Na outra extremidade liga-se o aminoácidogcodificado pelo codão do RNAm, complementar doanticodão que o RNAt possui.

A traduçãotradução comporta 3 etapas sucessivas:

iniciação, alongamento e finalização.

Fase de iniciação da tradução.

IniciaçãoIniciação – o RNAm e o RNAt iniciador (com oaminoácido metionina) ligam-se à subunidadepequena de um ribossoma, a subunidadegrande liga-se ao conjunto e o ribossoma ficag g jfuncional.

EtapasEtapas dada síntesesíntese proteicaproteica

AA -- IniciaçãoIniciação

Ligação do mRNAmRNA e do tRNAtRNA iniciadoriniciador queLigação do mRNAmRNA e do tRNAtRNA iniciadoriniciador, quetransporta o aminoácido Metionina, àsubunidadesubunidade pequenapequena do ribossoma.

Junção da subunidadesubunidade grandegrande ao conjunto.

Ribossoma em funcionamento.

Crescimento (alongamento ou elongação) do polipéptido.

AlongamentoAlongamento – um novo RNAt, com o 2ºaminoácido, liga-se ao 2º codão, formando-se a1ª ligação peptídica entre o aminoácido agoratransportado e a metionina; o ribossoma avançap ; ç3 bases, o 1º RNAt desprende-se e o processovai-se repetindo ao longo do RNAm.

BB -- AlongamentoAlongamento

Ligação de um novonovo tRNAtRNA, com outroaminoácido, ao segundo codão do mRNA.

Formação de uma ligaçãoligação peptídicapeptídica entre osdois aminoácidos.dois aminoácidos.

Avanço de trêstrês basesbases pelo ribossoma.

RepetiçãoRepetição do processo ao longo do mRNA.

Conclusão da síntese proteica (A). Os diferentes componentes separam-se (B).

FinalizaçãoFinalização – quando o ribossoma chega a umdos codões de finalização (UAA, UAG, UGA) asíntese termina – a proteína destaca-se, e asp ,subunidades do ribossoma separam-se.

CC -- FinalizaçãoFinalização

Chegada do ribossoma a um dos codõescodões dedefinalizaçãofinalização.

Libertação da proteínaproteína.

Separação do ribossomaribossoma nas suassubunidades.

Características da síntese de proteínasp

complexidadecomplexidade – intervenção de vários agentes;

rapidezrapidez – proteínas complexas produzidas em apenas algunsi tminutos;

lifilifi i id d d DNAamplificaçãoamplificação – transcrição repetida da mesma zona de DNA etradução repetida do mesmo mRNA.

Visualização da transcrição. Moléculas de mRNA (A) d i l t i ã i t ti d ti d(A), cadeias laterais, são sintetizadas a partir de

uma cadeia de DNA (B), no eixo central.

Síntese simultânea de vários péptidos a partir do mesmo mRNA

Polirribossomas

Conjunto de ribossomasribossomas ligados por um filamento de RNARNA.

Cada ribossoma traduz a informação genética contida no mRNA esintetiza a correspondente proteína.

Num dado momento a biossíntese está em diferentesdiferentes estádios.