GENERALIDADES Todo ser vivo consiste de células, nas quais está situado

o material hereditário.

O número de células de um organismo pode variar de uma a muitos milhões.

Estas células podem apresentar-se nos mais variados tipos, nos organismos pluricelulares.

Os primeiros indícios de que o DNA era o material hereditário surgiram de experiências realizadas com bactérias, sendo estas indicações estendidas aos organismos superiores.

Os genes que constituem o genoma de qualquer espécie estão organizados num número relativamente pequeno de cromossomos.

O material genético de cada cromossomo consiste de um filamento muito longo de DNA, contendo muitos genes numa ordem linear.

Gene O conceito estrito de gene sofreu uma evolução, ao

longo do tempo, sendo atualmente definido como o segmento de DNA que produz uma cadeia polipeptídica e inclui regiões que antecedem e que seguem a região codificadora.

Instrons - sequências que não são transcritas;

Exons – sequências que se intercalam com os segmentos codificadores individuais;

ÁCIDOS NUCLÉICOS: ESTRUTURA QUÍMICA A estrutura química dos ácidos nucléicos é simples e não

varia nos diversos organismos.

Os ácidos nucléicos consistem de sequências de nucleotídios, formado por: uma base nitrogenada, que pode ser uma purina (adenina ou

guanina) ou uma pirimidina (timina ou citosina, no DNA; uracil ou citosina, no RNA);

uma pentose (desoxirribose, no DNA; ribose, no RNA);

um grupo fosfato (PO4.).

O conjunto de base + açúcar denomina-se nucleosídeo, chamando-se nucleotídio ao conjunto de base + açúcar + fosfato.

Dogma da Genética Em 1953, J. D. Watson e F. C. Crick propuseram o

seguinte modelo para a estrutura molecular do DNA:

(a) a molécula de DNA é um longa cadeia de nucleotídios, formando uma configuração semelhante a uma escada de corda, enrolada helicoidalmente;

(b) nessa escada, o açúcar e o fosfato são os componentes verticais (corrimões) e as bases nitrogenadas são os degraus: para que estes se formem, as ligações entre as bases são feitas por pontes de hidrogénio, sendo duplas entre as bases adenina e timina, e triplas entre guanina e citosina;

(c) este modelo também requer que as duas cadeias polinucleotídicas sejam antiparalelas, isto é, corram em direções opostas: uma corre na direção 5' - 3', enquanto a outra na 3' - 5',

FUNÇÕES DO DNA O DNA tem Junção autoduplicadora

Cada filamento serve de molde para a construção de um novo filamento, por pareamento de bases, a partir de nucleotídios presentes no núcleo da célula.

Os nucleotídios são unidos por ação da enzima DNA-polimerase, sendo ligados ao filamento-molde por novas pontes de hidrogénio.

A replicacão do DNA pode iniciar-se, ao mesmo tempo, em vários pontos do filamento, podendo ser uni ou bidirecional.

O ponto no qual ela se origina é denominado forquilha de replicacão ou ponto crescente.

Forquilha de replicação: ponto de origem da replicação do DNA.

Replicação do DNA uni ou bidirecional, segundo se formem, na origem, uma ou duas forquilhas de replicação.

Duplicação semiconservativa

do DNA.

• Ao fim da replicação do DNA é que tem início a divisão celular. •É a autoduplicação que garante a transmissão do material genético de uma célula para as suas descendentes.

RNA: TIPOS E FUNÇÕES Existem quatro tipos principais de RNA.

Todos transcritos de moldes de DNA por RNA-polimerases e possuindo a mesma estrutura química básica.

Eles têm tamanhos diferentes e possuem sequências de bases desiguais que determinam funções específicas.

RNA HETEROGÉNEO (RNAhn) Este tipo de RNA é encontrado apenas em eucariotos e

seu tamanho pode variar de 5.000 a 50.000 nucleotídios.

É o primeiro passo da transcrição, forma-se a partir do DNA e grande parte dele nunca sai do núcleo.

É formado por regiões codificadoras que são transcritas (exons) e regiões não-codificadoras que não são transcritas (introns), por isso ele é muito mais longo do que a informação que codifica.

Estrutura de genes de eucariotos, mostrando os exons e os introns. Durante o processamento no núcleo, os introns são retirados e os exons são reunidos para formar o RNA mensageiro.

RNA MENSAGEIRO (RNAm) O RNA mensageiro transfere a informação contida nos

genes estruturais para as sequências de aminoácidos que formam os polipeptídios.

O RNAm é relativamente estável e possui de 350 a 5.000 nucleotídios.

Durante seu processamento, são adicionados cerca de 200 nucleotídios de adenina à extremidade 3', constituindo a chamada sequência poli-A.

Outra modificação pós-transcricional do RNAm que pode ocorrer é o capping, isto é, a adição de um trifosfato de metilguanosina à extremidade 5' do RNAm, no núcleo. Este evento parece ter grande efeito na tradução do RNAm, pois confere vantagem quanto ao início da síntese proteica.

Eventos que podem ocorrer durante o processamento do RNA mensageiro: (a) adição da sequência ou cauda poli-A; (b) adição de trifosfato de metilguanosina.

RNA TRANSPORTADOR (RNAt) É também transcrito do DNA, sendo relativamente pequeno,

com 70 a 90 nucleotídios.

É estável, possuindo moléculas altamente especializadas que são importantes para a síntese de proteínas e o tornam apto a reconhecer e a ligar-se a aminoácidos e a códons determinados no RNAm.

Cada aminoácido possui um ou mais RNAt que lhe são específicos. Esta especificidade depende de uma série de enzimas complexas, as aminoacil-RNAt-sintetases.

Existe uma série de três bases que são complementares a um conjunto de igual número de bases no RNAm. Essas bases do RNAm denominam-se códon e as do RNAt, anticódon. É o anticódon o responsável pelo reconhecimento do códon correto.

Representação esquemática do RNA transportador.

RNA RIBOSSÔMICO (RNAr) Este tipo de RNA está presente nos ribossomos,

organelas celulares compostas de RNA e proteínas, nas quais se dá a tradução genética, ou seja, a síntese protéica.

Os ribossomos são os responsáveis pela interação entre o RNAt e o RNAm, facilitando o reconhecimento entre códons e anticódons.

Vídeo.

SÍNTESE DE PROTEÍNAS Como já foi visto, os genes estão localizados nos

cromossomos que, por sua vez, estão no núcleo da célula.

Recapitulando, viu-se, também, que os genes são formados de DNA, o qual contém a informação genética, que consiste de uma sequência de nucleotídeos que determinam a sequência de aminoácidos que se ligam para formar um polipeptídio, e depois a proteína funcionante, que irá determinar o fenótipo.

O número de proteínas de um organismo é muito grande, mas elas podem ser agrupadas nos seguintes tipos, de acordo com sua função:

a) Proteínas estruturais - são responsáveis pela forma dos organismos, pois são elas que constroem as paredes celulares e as membranas nucleares, fazendo parte, ainda, do conteúdo citoplasmático e de suas organelas.

b) Enzimas - são proteínas especializadas na catálise de reações biológicas. Elas apresentam uma extraordinária especificidade e estão envolvidas nas atividades metabólicas celulares, controlando toda a fisiologia do organismo.

c) Anticorpos - são proteínas responsáveis pela defesa do organismo. Sua função é eliminar estruturas protéicas estranhas ao organismo, desempenhando, portanto, um papel importante nas infecções e nos transplantes.

d) Hormônios - são proteínas formadas em órgãos específicos, reguladas geneticamente e transportadas pelo sangue para outras regiões do organismo, com a finalidade de regular o seu funcionamento normal.

O CÓDIGO GENÉTICO O código para formação dos diferentes tipos de proteínas que o

organismo deve formar ao longo de sua vida está contido na célula-ovo de cada indivíduo.

Todas as células de um determinado organismo, num dado momento de sua vida, contêm o mesmo código ou informação genética daquela primeira célula, porém nem todos os genes estão funcionando em todas as células ao mesmo tempo e com a mesma intensidade.

Existem quatro tipos diferentes de nucleotídios no DNA, de acordo com a base nitrogenada que possuem (guanina, adenina, timina, citosina).

Três bases nitrogenadas adjacentes codificam um aminoácido e formam a unidade de informação genética ou códon. Assim, o código genético é lido em trincas.

* Os códons estão mostrados em termos de RNa mensageiro, que são complementares aos códons do DNA correspondentes.

O código genético (segundo Thompson e Thompson, 1988).

ETAPAS DA SÍNTESE PROTEICA Transcrição: DNA RNAm

A molécula do DNA consiste numa cadeia dupla de nucleotídeos. Para formar RNAm, a molécula se abre no sentido longitudinal pela quebra das pontes de hidrogênio, deixando livres os terminais das bases.

Os nucleotídeos do RNAm pareiam-se com os do DNA, obedecendo à mesma especificidade no pareamento das bases:

Esta nova cadeia que se forma usando um dos filamentos do DNA como molde é o RNAm.

A molécula deste ácido nucléico leva o código do DNA (a mensagem) até os ribossomos, no citoplasma.

Assim, um só dos filamentos do DNA é responsável pela síntese de uma proteína.

A transcrição de um gene inclui o sítio promotor, o gene propriamente dito e a trinca de terminação, conforme a figura.

Transcrição reversa: RNA DNA

Certos vírus de RNA são capazes de reverter o fluxo no processo normal de informação do DNA para o RNA.

Este processo é feito graças à enzima transcríptase reversa, que é capaz de sintetizar uma cadeia dupla de DNA, copiando o RNA do cromossomo viral.

O DNA é chamado de provírus e é incorporado no DNA do hospedeiro, durante o ciclo vital do vírus.

Tradução: RNAm cadeia polipeptídica

A tradução é o segundo evento na transferência da informação do gene estrutural do DNA para a sequência de aminoácidos de um polipeptídio.

O comando central para a determinação da estrutura específica das proteínas é executado pelo DNA.

A região deste que é responsável pela estrutura de uma cadeia polipeptídica é denominada cístron.

Como se dá a síntese de proteínas? 1) O RNAm leva a mensagem copiada do DNA até os

ribossomos. 2) O RNAt transporta os aminoácidos ativados até os

ribossomos, organizando-os segundo a sequência de nucleotídeos contida no RNAm e que foi transcrita do DNA. Cada aminoácido liga-se a um RNAt específico, que é identificado pelo seu anticódon.

3) Os ribossomos, organelas citoplasmáticas situadas nas paredes do retículo endoplasmático, mantêm o controle da síntese, de tal forma que os aminoácidos sejam reunidos na mesma ordem determinada pelos códons do DNA. Este controle é feito através do RNA ribossômico. Durante a

formação da cadeia polipeptídica, os ribossomos movem-se ao longo do RNAm, traduzindo cada um dos códons.

REGULAÇÃO GÊNICA Todos os tipos de genes estruturais - codificadores de

proteínas em geral, do RNAt e do RNAr - estão organizados em grupos que podem ser controlados coordenadamente.

Este controle é exercido por um gene denominado gene regulador, que produz uma proteína, diferente das que são codificadas pelos estruturais, e cuja função é controlar a expressão destes últimos genes.

REGULAÇÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS

As necessidade regulatórias dos organismos superiores podem ser divididas em dois tipos:

a) regulação com efeitos a longo prazo, que envolve a diferenciação morfológica e funcional permanente;

b) regulação com efeitos a curto prazo, que resulta em respostas imediatas, porém transitórias, a um dado estímulo;

A regulação da expressão gênica nos eucariotos pode dar-se pelo menos em quatro fases: (a) ativação do gene estrutural;

(b) início da transcrição;

(c) processamento do RNAm e transporte ao citoplasma;

(d) tradução do RNAm.

A expressão gênica nesses organismos é considerada sob controle positivo: os genes são inativos, a menos que eles sejam ligados.

Os estágios seguintes da regulação podem estar sujeitos a controle positivo ou negativo.

Os mecanismos e moléculas que executam os vários tipos de controle ainda são pouco conhecidos.