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FUNÇÕES DO DNA E RNA

FUNÇÕES DOS NUCLEÓTIDOS•Transportadores de energia; •Componentes dos cofactores enzimáticos;•Mensageiros químicos.

Modelo da Dupla Hélice do DNA

• A complementaridade dos 2 filamentos torna o DNA unicamente adequado a TRANSMITIR a informação genética.

• Cada fita de DNA contém uma cópia desta informação (codificada pela sequência de nucleótidos complementares).

REPLICAÇÃO DO DNA

• Os GENES carregam a informação biológica que deve ser precisamente COPIADA e TRANSMITIDA durante a divisão celular.

• A sequência linear de nucleótidos em um gene codifica a ordem de aminoácidos numa proteína.

A biossíntese do DNA é essencial à multiplicação das células, visto que permite transmitir a informação

genética da célula mãe às células filhas. Consiste portanto na cópia fiel e integral da molécula

de DNA parental.

Duplicação dos cromossomas

Separação dos cromossomas

Divisão celular

DNA produz RNA produz proteínas

• As sequências de DNA são transcritas no RNA mensageiro (mRNA). O mRNA

é então transcrito para especificar a sequências da proteína.

• O DNA é replicado quando cada fita especifica a sequência do seu parceiro

para produzir novas moléculas a partir de molécula de hélice dupla.

Transferências de Informação

• 1 – Transferência DNA DNA• Replicação ou duplicação, necessária à

conservação da Informação Genética.• 2 – Transferência DNA RNA

• Transcrição, que permite a passagem de Informação do DNA para os diversos RNA.

• 3 – Transferência RNA Proteínas• Tradução, que permite a síntese de proteínas

específicas, com base na informação contida no mRNA.

•4 – Transferência RNA RNA ▫Síntese de RNA ( comportamento viral).

•5 – Transferência RNA DNA▫Tumores oncológicos ou oncogénicos.

• A replicação do DNA respeita três regras:• A replicação é semiconservativa, cada cadeia funciona como a base

para a síntese de uma nova cadeia, produzindo duas novas moléculas de DNA, cada uma com uma nova cadeia e uma antiga.

• A replicação inicia numa origem e procede bidirecionalmente.• A síntese do DNA procede numa direcção de 5`3` semicontínua

(fragmentos de Okazaki).

REPLICAÇÃO DO DNA

REPLICAÇÃO BIDIRECIONAL

Enzimas que actuam durante a replicação de DNA

• DNA Helicase: A função da DNA helicase é  reconhecer a origem de replicação e desenrolar a dupla-hélice de DNA, na forquilha de replicação. Da sua acção resultam duas cadeias simples antiparalelas.

• Single-stranded DNA binding proteins (SSB) : são proteínas que se ligam às cadeias molde separadas pela DNA Helicase, impedindo que estas se voltem a ligar, mantendo a estabilidade da forquilha de replicação. São também essenciais na reparação e recombinação de DNA.

• DNA polimerase: enzima que catalisa a formação de cadeias de DNA usando as cadeias separadas como molde. Actuam no terminal 3’ da cadeia molde e só replicam na direcção 5’-3’.

• DNA polimerase III é necessária para a síntese contínua da cadeia líder, enquanto que na cadeia atrasada, para além da DNA polimerase III é, também, precisa a primase para a síntese de primers iniciadores de polimerização pela DNA polimerase III, a DNA polimerase I para a remoção de primers e preenchimento de espaços e ainda a participação da DNA ligase para unir os fragmentos de Okasaki. Este enzima pode também corrigir erros de replicação. Se foi introduzido um nucleótido errado, a DNA polimerase reconhece-o e retorna a esse ponto hidrolisando o nucleótido errado a partir da extremidade 3’. Depois de removido, a DNA polimerase prossegue o crescimento da cadeia nova.

• Primase: faz parte de um agregado de proteínas chamado primossoma. Este enzima sintetiza pequenos primers que vão fornecer o terminal 3’ OH necessário para a DNA polimerase iniciar a síntese da cadeia atrasada. Este primer de RNA será mais tarde removido pela DNA polimerase I.

• DNA ligase: é o enzima que une os fragmentos de Okasaki para completar a cadeia atrasada.

ETAPAS DA REPLICAÇÃO

Etapa de iniciação

Corresponde à síntese, a nível da origem da replicação, dos iniciadores que serão posteriormente alongados pelos DNA-polimerases.

Esta etapa passa-se em três fases:- Reconhecimento da origem da replicação por um complexo

proteico;- Abertura localizada da dupla cadeia pelo DNA helicase;- Síntese do iniciador.

Etapa da elongação

• Forquilha de replicação – as duas cadeias são antiparalelas e que a polimerização se faz unicamente no sentido 5´3´, implica que a síntese de uma cadeia se dê no sentido da progressão da forquilha de replicação, enquanto a síntese da outra apenas pode fazer-se no sentido inverso da progressão da forquilha.

O enzima ligase liga os fragmentos de Okasaki

COMPLEXO MULTIENZIMÁTICO DA REPLICAÇÃO

Etapa de terminação

•Os mecanismos que intervêm na etapa de terminação são ainda mal conhecidos.

DNA é sintetizado por DNA polimerase

• DNA polimerase I foi isolado a partir de E.coli em 1955 por Kornberg.

• Os DNA polimerases necessitam sempre de um DNA molde e uma sequência iniciadora.

• O substrato da síntese é o desoxiribonucleótido-5´-trifosfato.• A síntese de DNA ocorre pela adição de nucleótidos à

extremidade 3´OH da cadeia em crescimento.• Sentido da síntese sempre é 5’ → 3’.

Modelo da estrutura dos DNA-polimerases

ESQUEMA MOLECULAR DO DNA POLIMERASE

DNA-POLIMERASES

• Polimerase I - reparação de DNA; remove os primers de RNA nos fragmentos de Okazaki e substitui-os por DNA.

• Polimerase II - reparação de DNA; função não muito bem esclarecida.

• Polimerase III - sintetiza cadeias de DNA. Faz parte dum grande complexo, o holoenzima da DNA polimerase III. Uma das sub-unidades deste holoenzima é a subunidade ß, que mantém a polimerase III associada ao DNA.

DNA É DEGRADADO POR NUCLEASES

• Todas as células contêm vários tipos de nucleases diferentes

pertencendo a duas classes: exonucleases e endonucleases.

• Exonucleases degradam ácidos nucleicos da extermidade da

molécula. Muitos operam na direcção 5´3´ ou na direcção 3

´5´, removendo nucleótidos somente da extremidade 5´ ou da

3´.

• Endonucleases podem começar a degradar em sítios internos

específicos num ácido nucleico, reduzindo este em fragmentos

mais pequenos.

• Alguns enzimas exonucleases e endonucleases degradam

somente DNA com hélice simples.

DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO DO DNA•As duas fitas da dupla hélice podem ser

reversivelmente separadas quando as pontes de hidrogénio são quebradas com aumento de temperatura ou a extremos de pH (pH alcalino para separar as fitas).

As cadeias dos ácidos nucleicos são sintetizadas a partir de nucleótidos trifosfatados-dNTPs (ricos em energia) por reacções de polimerização (libertando pirofosfato inorgânico) durante a formação da LIGAÇÃO FOSFODIÉSTER.

O DNA NO NÚCLEO

• A soma total de todo o DNA num organismo é chamado de genoma. A informação Genómica é como um sistema operativo dum computador para a célula.

• Um cromossoma : uma molécula de DNA▫ Genoma: o conjunto de cromossomas

de uma dada espécie.▫ Genoma Humano: 46 cromossomas

22 cromossomas autossómicos (x2) 2 cromossomas sexuais

▫ Total: 6x109pares de nucleótidos

Composição química dos Cromossomas Eucariótos

• Cromatina = DNA e Proteínas associadas (Histonas e não-Histonas). As histonas têm um papel estrutural importante (H1, H2a, H2b, H3 e H4) no empacotamento do DNA nos cromossomas.

EXPRESSÃO DOS GENES

•Cada DNA contém uma série de códigos para produzir proteínas.▫Genótipo – conjunto de genes de um

indivíduo.▫Fenótipo – características observadas em

como cada gene se expressa.▫Um par e genes forma um alelo.▫Pode ser dominante, recessivo ou com

alguma combinação.

ALELOS MÚLTIPLOS

• Nem todos os caracteres de devem a um só alelo. Alguns resultam de uma combinação de vários pares de alelos – alelos múltiplos.

Os tipos sanguíneos:

Tipo Frequência

A 42%

B 10%

AB 4%

O 44%

MUTAÇÕES DO DNA

• Na replicação pode ocorrer por vezes erros – mutações.

• Mutação▫ Alteração do código original (DNA) modifica o

genótipo.▫ Poder ser muito simples como por exemplo um

nucleótido errado.▫ Pode ser prejudicial/mortal ou ser uma alteração

positiva (evolução – rara).▫ Poder ser causada por factores químicos ou

ambientais – mutagénicos.

MUTAÇÕES DO DNA

• Danos no DNA leva a perda ou alteração do conteúdo da informação genética, um processo conhecido por mutação. Os compostos ou agentes que causam mutações são chamados mutagenes.

• Muitos tipos de mutações existem, dependendo nas mudanças da sequência de informação do cromossoma:

Mutações de transição são definidas pela conversão dos pares de bases de G-C a A-T ou A-T a G-C.

Mutações de transversão convertem purinas para pirimidinas ou viceversa.

Mutações de estrutura resultam da inserção ou eliminação de um par de bases.

Luz ultravioleta – todas as bases de DNA absorvem eficazmente UV e ficam quimicamente reactivas.

TIPOS DE DANOS NO DNA

Alteração de uma base

Depurinação

Desaminação da citosina para uracil

Desaminação da adenina

Alquilação da base (grupos metoxi – OCH3)

Inserção ou eliminação dum nucleótido

Alteração de duas bases

Luz UV induz o dímero timina-timina

Ligação bifuncional

Quebra de cadeias

Radiação ionizante

Desintegração radioactiva dos elementos

Formação de radicais livres oxidativos

Ligações cruzadas

Entre bases na mesma ou em hélices diferentes

Entre DNA e proteínas

BIOSÍNTESE DO RNA

PRINCIPAIS CLASSES DE RNA• RNA mensageiro – mRNA

▫ Copia informação genética do DNA, usada como matriz para a síntese de proteínas.

• RNA de transferência – tRNA▫ Pequena molécula (70-90 unidades de bases) utilizada

para manter o aminoácido correcto para o local da síntese proteica.

• RNA ribossomal – rRNA• Plantaforma para a síntese de proteínas, segura o mRNA

no lugar e ajuda na montagem das proteínas.• RNA nuclear pequeno - snRNA• Envolvido na divisão do mRNA.

TRANSCRIÇÃO DO RNA

• Transcrição é o processo pelo qual uma molécula de RNA é sintetizada a partir de um molde de DNA.

• Através da transcrição, são sintetizados todos os tipos de RNAs da célula, ou seja, o RNA mensageiro (mRNA), o RNA ribossómico (rRNA), o RNA transerência ou transportador (tRNA) e outros RNAs menores.

• Todos os RNAs estão envolvidos activamente na síntese protéica.

• O mRNA será usado para transferir a informação genética do DNA às proteínas, mas os demais RNAs sintetizados têm, por si, funções finais na célula, tanto estruturais como catalíticas.

TRANSCRIÇÃO

• A transcrição espelha o estado fisiológico da

célula. Ela é extremamente variável para atender

às suas necessidades num determinado momento.

• Tal variabilidade se reflete no facto de que

somente um gene ou grupo de genes em

particular é transcrito naquele instante fisiológico.

• Por outro lado, dependendo da necessidade da

célula, o mesmo gene pode ser transcrito

incontáveis vezes até que a necessidade seja

suprimida.

A transcrição é um processo extremamente selectivo

• A transcrição é realizada em dois níveis:

▫ (1) somente partes do DNA são transcritas para produzir RNA. Por exemplo, nas células da maioria dos mamíferos, somente 1% de toda a sequência do DNA é copiada para formar sequências de RNA funcional e algumas partes do DNA podem nunca ser transcritas.

▫ (2) somente uma porção ainda menor da sequência de nucleótidos do RNA sobrevive os passos de processamento pelo qual o RNA recém transcrito passa para se tornar maduro e funcional. A célula restringe a expressão de informação genética para a formação de produtos genéticos necessários naquele momento específico.

• Transcrição ocorre a partir da informação contida na sequência de nucleótidos de uma molécula de DNA fita dupla, sendo sempre no sentido 5' 3'. Apenas uma das fitas do DNA, chamada de fita molde, é utilizada durante a síntese, que segue as mesmas regras de complementaridade e antiparalelismo.

• O RNA recém sintetizado (5'3') é complementar à fita de DNA que serviu de molde (3' 5') e idêntico a outra fita de DNA do duplex (5' 3').

• A sequência de nucleótidos de um gene é sempre representada na orientação 5' 3', ou seja, a fita que não serve de molde.

RNA É SINTETIZADO POR RNA-POLIMERASES• Os RNAPs desempenham todas as actividades necessárias

para a transcrição:1) reconhecem e ligam-se a sequências específicas de DNA;2)desnaturam o DNA, expondo a sequência de nucleótidos a ser copiada;3) mantêm as fitas de DNA separadas na região de síntese;4) mantêm estável o duplex DNA:RNA na região de síntese;5) restauram o DNA na região imediatamente posterior à da síntese;6) sozinhas ou com auxílio de proteínas específicas, terminam a síntese do RNA.

Estrutura do holoenzimaRNA polimerase

SÍNTEDE DE RNA INICIA-SE COM PROMOTORES

• Os reguladores da transcrição podem ser divididos em dois tipos: promotores e elementos reforçadores (enhancers).

• As sequências reguladoras nada mais são do que um padrão de bases encontrado em todos os genes, que tem uma função designada de acordo com os factores/proteínas/enzimas que o reconhecem e se ligam a ele.

•Isto dá-se de duas formas: ligando-se a ele e assim sinalizando a outros agentes o local de acção (promotor), ou ainda liga-se ao código, mas para modular a actividade de outros agentes por estarem presentes em todos os genes, podem ser chamadas de região consenso ou conservada, termos que também se aplicam para outras sequências que não somente regulam, mas sinalizam.

O início da transcrição em genes que utilizam RNAP II é complexo e envolve uma cascata na qual vários factores de transcrição vão se ligando ao DNA. Inicialmente há ligação de um factor ao TATA Box.Essa ligação sinaliza para que outros factores se liguem entre si e a outros elementos do promotor. Quando todos os factores já estiverem em seus devidos locais, o complexo estará pronto para receber a RNAP II e formar o chamado complexo de iniciação da transcrição. A RNAP II é responsável por abrir as fitas de DNA, e colocar a primeira base.

•Alongamento▫É o aumento da cadeia de RNA para o qual

outros factores acessórios são necessários. Os factores utilizados no complexo de iniciação da transcrição são libertados e a RNAP II sofre alterações na sua conformação.

•Terminação▫Muito pouco se conhece sobre o final da

transcrição. Sabe-se que todas as três RNAPs terminam a síntese em regiões consenso do DNA ricas em T.

CÓDIGO GENÉTICO• Um codão é um tripleto de nucleótidos ou sequência de três

bases que estão codificados para um aminoácido específico. • Codão – sequência no mRNA.• Anticodão –sequência no tRNA.• Os pares codão e anticodão têm de ser bases

complementares.• Se grupos de 3 bases são usadas e há 4 bases, temos 64

combinações possíveis (43=64).• A codificação dos aminoácidos torna-se assim muito fácil.

O adaptador do tRNA “transcreve” a sequência de nucleótidos dum mRNA na sequência de aminoácidos dum polipeptídeo.O processo de síntese de proteínas guiada por mRNA é referido por translação.

TRADUÇÃO RNA - PROTEÍNAS

• Num tripleto, todos os mRNAs têm três sequências de leitura, demonstradas em diferentes cores. Os tripletos são diferentes em cada sequência de leitura, logo cada um descodifica em aminoácido diferente.

Sequências de leitura no código genético

•Os codões são a chave para a transcrição da informação genética, direccionado a síntese de proteínas específicas.

•A sequência de leitura é iniciada quando a transcrição do uma molécula de mRNA começa, e é mantida enquanto a máquina sintética lê de um tripleto para outro.

•Se a leitura inicial for parada por uma ou duas base, ou se a translação salta um nucleótido no mRNA todos os codões subsquentes não poderão sequenciar proteínas.

•O codão de iniciação AUG é o sinal mais comum para se iniciar um polipeptído em todas as células.

•Os codões de terminação (UAA, UAG, e UGA), também chamados de codões de finalização ou codões sem sentido, normalmente sinalizam o final de uma síntese de polipeptídos e não descodificam nenhum tipo de aminoácidos conhecido.

RNA TRANSFERÊNCIA• O tRNA é o adaptador entre o mRNA

e a informação das proteínas. tRNA dá a especificidade para o código genético, para que cada codão não seja específico para um aminoácido específico. tRNA contém dois sítios activos.▫ O anticodão consiste em três

nucleótidos que formam pares de bases com os três nucleótidos dum codão.

▫ O aceitador que é esterificado para o aminoácido especificado pelo codão.

Por exemplo, a alanina é codificada pelos tripletps GCU, GCC, GCA, e GCG