estrutura atividade Ácidos nucleicos
TRANSCRIPT
Estrutura e Atividade
dos Ácidos Nucléicos
Ácidos Nucléicos – O Código
da Vida
DNA e RNA Cadeia de polinucleotídeos
Composição dos Nucleotídeos
1) Açúcar (pentose)
Ribose: -D-ribofuranose (RNA)
Desoxirribose: -D-2´-desoxirribofuranose (DNA)
2) Base nitrogenada: ligado ao carbono 1 do açúcar
Purinas: adenina, guanina
Pirimidina: citosina, timina, uracila
3) Grupo Fosfato: ligado ao carbono 5 do açúcar
Obs: Nucleosídeo = açúcar + base nitrogenada
Pentoses
O HOH2C
H
H
H H H
OH
OH
Desoxirribose
1´
5´
4´
3´ 2´
Ribose
O HOH2C
H
OH
H H H
OH
OH
1´
5´
4´
3´ 2´
Citosina
H
H
N
H
O
N
N
H H
H N
H
O
O
N
H3C H
Timina
Guanina
O
N
N N
H
N
N H
H
H
H
Purinas
Pirimidinas
Adenina
N
H
N
H N
H
N
N
H
H
H N
H
O
O
N
H H
Uracila
Bases Nitrogenadas
O CH
2
H
H
H H H
O
H
Desoxirribose
O P P O O P -O
O O O
O-
Fosfato
O- O-
Adenina NH2
N
H N
H
N
N
H
Nucleotídeos
O CH
2
H
H
H H H
OH
Desoxirribose
O P P O O P -O
O O O
O O O
Fosfato
Base
nitrogenada
Adenina
Nucleotídeos
O CH
2
H
H
H H H
OH
Desoxirribose
O P P O O P -O
O O O
O O O
Fosfato
Base
nitrogenada
Guanina
Nucleotídeos
O CH
2
H
H
H H H
OH
Desoxirribose
O P P O O P -O
O O O
O O O
Fosfato
Base
nitrogenada
Timina
Nucleotídeos
O CH
2
H
H
H H H
OH
Desoxirribose
O P P O O P -O
O O O
O O O
Fosfato
Base
nitrogenada
Citosina
Nucleotídeos
DNA
Ácido Desoxirribonucléico
É o material genético da
quase totalidade dos
seres vivos.
DNA
É grande e complexo e
possui grande quantidade
de informações.
Cada gene é um segmento
de DNA, que contém a
informação para fabricar
uma determinada proteína.
Cada cromossomo é
composto por uma série de
genes.
DNA
Cada gene transporta informação em sua banda de DNA.
Por exemplo, um gene pode carregar informação para cor
dos olhos e um outro, para o tipo de cabelo.
Esse armazenamento de informação no gene é denominado
informação genética.
Centrômero
Telômero
DNA
Pode se duplicar,
gerando cópias perfeitas
de si mesmo.
Comanda a síntese de
proteínas, controla o
metabolismo e a
arquitetura da célula.
Molécula de DNA parental
Fita filha
Molécula de DNA filha (dupla
hélice)
Uma das funções do DNA
dos cromossomos é servir
de molde para sua própria
duplicação na fase S do
ciclo celular, sendo as
cópias distribuídas para as
células-filhas.
Outra função do DNA é a
passagem da informação
nele contida para as
moléculas dos três tipos
de RNA: RNA
transportador, RNA
mensageiro e RNA
ribossômico.
DNA
Origem da replicação
Origem da replicação
Origem da replicação
Fita parental
Fita filha
Duas moléculas de DNA
Duplicação ou Replicação do
DNA A duplicação é
semiconservadora.
Origina-se em sítios específicos.
Ocorre em ambas as direções.
Enzimas auxiliam o processo.
Graças à abertura da cadeia dupla inicial e à posição dos nucleotídeos correspondentes em cada semicadeia, formam-se duas cadeias, cópias exatas da inicial.
Cadeias originais do DNA em azul; cadeias novas em laranja.
DNA
O DNA é geralmente fita
dupla.
No DNA o número de
Timinas (T) é igual ao
número de Adeninas (A)
e o número de Guanina
(G) é igual ao de Citosina
(C).
DNA
O modelo de Watson e
Crick (1953) mostra o
DNA como uma fita
retorcida (Dupla Hélice).
As ligações na mesma
fita são do tipo
fosfodiéster.
DNA
As interações entre as
fitas são do tipo ligações
(pontes) de hidrogênio
Entre A e T são duas e
entre C e G são três.
A = T
G C
Bases são complementares.
Pontes de hidrogênio são formadas entre as bases:
A = T 2 pontes de hidrogênio
G C 3 pontes de hidrogênio
G C É MAIS ESTÁVEL
Pareamento de Bases
Pontes de hidrogênio
CH2
O
OH
Guanina
O
N
N
N
H
N
N
H
H
H
O H2C
OH
Citosina
H
H
N O
N
N
H H
Pareamento dos Nucleotídeos
Pontes de hidrogênio
CH2
O
OH
Adenina N
H
N H
N
H
N
N
H
O H2C
OH
H N
O
O
N
H3C H
Timina
Pareamento dos Nucleotídeos
OH
O H2C
P
O
O O
O
P P O
O
O
P O
O
O
O
O
O
O O H2C
OH
P
O
O O
O
5´
3´
Polimerização
OH
O H2C
P
O
O O
O
O H2C
P
O
O O
O
O H2C
P
O
O O
O
O H2C
P
O
O O
O
O H2C
P
O
O O
O
O H2C
OH
P
O
O O
O
3´
3´
5´
5´
Invertido e
Complementar
Pareamento
das Fitas de
DNA
O DNA controla a célula
pela transferência de
informação codificada
para o RNA.
Como o DNA controla a Célula?
A informação no RNA é
usada para a síntese de
proteínas.
Figure 4.10
Síntese de RNAm no núcleo
1
2 Movimento do RNAm para o citoplasma via poro nuclear
3 Síntese de proteína no citoplasma.
DNA
RNAm
NÚCLEO
Citoplasma
RNAm
Ribossomo
Proteína
RNA
Ácido Ribonucléico
O RNA é geralmente fita
simples.
É menor que o DNA.
É relacionado com a
síntese protéica.
Material genético de
alguns vírus.
Principais Tipos de RNA
RNA mensageiro (RNAm)
O número de nucleotídeos é
diretamente proporcional ao
tamanho da proteína que
codifica.
Carrega as informações do
núcleo até o citoplasma.
Principais Tipos de RNA
RNA ribossômico (RNAr)
É a maior molécula de RNA.
É o mais abundante (80% do RNA celular).
Constitui os ribossomos junto com as protéinas.
Composto por RNAr + Proteínas
Pode ser encontrado:
Livre no hialoplasma (inativo)
Formado por 2 subunidades
unidas por íons de Mg++
Preso ao RNAm:
Síntese de proteínas
para consumo interno
Preso ao
Ergastoplasma:
Síntese de proteínas
para a exportação
Ribossomos
Principais Tipos de RNA
RNA transportador (RNAt) Menor molécula de RNA.
Liga-se a um aminoácido para conduzi-lo até o local onde está ocorrendo a síntese protéica.
Existe no mínimo um RNAt para cada tipo de aminoácido.
(a)
3
C C A C G C U U A A
G A C A C C U
* G
C * *
G U G U *
C U * G A G
G U
* * A
* A
A G U C
A G A C C *
C G A G A G G
G *
* G A
C U C * A U
U U A G G C G 5
Amino acid
attachment site
Hydrogen
bonds
Anticodon
A
3’ RNAm
5’
RNAr
Aminoácid
o
5´ 3´
RNAt
Anticódon
Principais Tipos de RNA
Diferenças entre RNA e DNA
RNA DNA
Açúcar Ribose Desoxirribose
Bases
nitrogenadas
Guanina (G)
Citosina (C)
Adenina (A)
Uracila (U)
Guanina (G)
Citosina (C)
Adenina (A)
Timina (T)
Número de fitas Geralmente
simples Dupla
Termoestável?
Não Sim
Atividade dos Ácidos Nucléicos
Duplicação ou Replicação
Objetivo: Gerar cópias (Mitose ou meiose).
É um processo Semiconservativo.
Enzimas envolvidas:
Helicase – Rompimento das pontes de Hidrogênio, ou seja, separação dos filamentos da dupla hélice que vai ser copiada).
DNA polimerase – Encaixe de novos nucleotídeos obedecendo a correspondência: A e T, C e G.
Topoisomerase – Desdobramento das voltas da hélice dupla (consome energia = ATP).
Proteínas envolvidas:
Proteínas SSP (Single Strand Proteins) – impedem que as
pontes de Hidrogênio entre as bases se refaçam depois de
desfeitas pela helicase.
Duplicação ou Replicação
Os quatro desorribonucleotídeos trifosfato necessários a síntese de DNA são dATP, dCTP, dTTP, dGTP, contendo as bases adenina, citosina, timina e guanina.
A DNA-polimerase não consegue iniciar a síntese de DNA sem o auxílio de um iniciador ou primer de RNA, porque ela só é capaz de adicionar nucleotídeos a um polinucleotídeo preexistente.
Duplicação ou Replicação
Os dois filamentos da hélice dupla são antiparalelos, isto é, um deles tem direção 5’-3’ e o outro a direção 3’-5’.
A replicação do DNA é extremamente precisa, estimando-se que é cometido apenas um erro na replicação de 109 bases.
Leading: filamento que é sintetizado inteiro.
Lagging: filamento que é feito em pedaços que depois são soldados (cada pedaço começa por 5’ e termina em 3’).
Lagging
Leading
Duplicação ou Replicação
A replicação inicia-se, simultaneamente em vários pontos do cromossomo.
Uma vez iniciada a replicação em locais predeterminados situados ao longo dos cromossomos, os locais de iniciação, ele se propaga para os dois lados (replicação bidirecional), até encontrar a replicação do segmento vizinho.
Cada segmento de DNA capaz de iniciar a replicação chama-se réplicon.
Forquilha de
Replicação
Transcrição
Objetivo: Gerar o RNA.
Ocorre no núcleo.
Enzima envolvida:
RNA polimerase.
Forma as moléculas de RNA tendo como molde uma
das fitas do DNA.
Transcrição
Transcrição
A transcrição é feita por RNA-polimerases dependentes de
DNA, que apresentam características comuns a todas elas:
1. Só realizam a polimerização de ribonucleotídeos, para formar
RNA, na presença de um modelo ou “template” de DNA, que
pode ser um filamento simples de DNA ou uma dupla hélice.
2. São necessários os quatro trifosfatos de ribonucleosídeos
precursores do RNA, ou seja, ATP, CTP, GTP e UTP.
3. As RNA-polimerases requerem os cátions Mn 2+ ou Mg2+ para
exercerem atividade enzimática.
4. A transcrição tem lugar apenas num filamento de DNA de
determinado local da dupla hélice, tratando-se assim de uma
transcrição assimétrica.
5. As RNA-polimerases não dependem de um iniciador ou primer,
ao contrário do que acontece com as DNA-polimerases.
RNA polimerase
Nucleotídeos do RNA
RNA recém formado
Direção da transcrição
“Template” da fita de DNA
Transcrição
Transcrição
Nas células eucariontes, o RNA é transcrito como
moléculas maiores que são reduzidas de tamanho por
um processo intranuclear de acabamento.
Nesse processo está incluído o splicing, que consiste
na remoção e digestão de segmentos chamados íntrons
e junção dos segmentos funcionais, os éxons, que vão
constituir a molécula final de RNAm.
O splicing, processo de acabamento do RNA, é muito
complexo e preciso, porque a molécula de RNA
inicialmente transcrita deve ser cortada em locais exatos,
e as partes funcionais ou éxons devem ser emendadas
também de maneira exata.
DNA
RNA transcrito
RNAm
Íntrons removidos
Éxons unidos
Núcleo
Citoplasma
Transcrição
Transcrição - Processamento do RNAm
Durante a transcrição
– O gene determina a seqüência de bases ao longo da molécula
de RNAm.
Molécula
de
DNA Gene 1
Gene 2
Gene 3
Fita de
DNA (template)
TRANSCRIÇÃO
RNAm
Proteína
TRADUÇÃO
Aminoácido
A C C A A A C C G A G T
U G G U U U G G C U C A
Trp Phe Gly Ser
Codon
3 5
3 5
Transcrição
DNA
Núcleo
Transcrição
RNA
Tradução
Proteína
Citoplasma
Síntese Protéica
Ocorre no citoplasma
Personagens
– RNAm
– Ribossomos
– Aminoácidos
– RNAt
– Enzimas e ATP
Códon
Anticódon
Código genético
universal
Tradução
TRANSCRIÇÃO
TRADUÇÃO
DNA
RNAm
Ribossomo
Polipeptídeo
Polipeptídeo
Aminoácidos
RNAt com aminoácidos
aderidos Ribossomo
RNAt
Anticódon
RNAm
Gly
A A A
U G G U U U G G C
Códons 5 3
Códon e Anticódon
O Código Genético
Um códon no RNAm – Serve tanto para a tradução em um aminoácido ou serve como um sinal
para o término da tradução (códon de terminação).
Segunda base do RNAm U C A G
U
C
A
G
UUU
UUC UUA
UUG
CUU
CUC
CUA
CUG
AUU
AUC
AUA
AUG
GUU
GUC
GUA
GUG
Met
Iniciação
Phe
Leu
Leu
lle
Val
UCU
UCC UCA
UCG
CCU
CCC
CCA
CCG
ACU
ACC
ACA
ACG
GCU
GCC
GCA
GCG
Ser
Pro
Thr
Ala
UAU
UAC
UGU
UGC Tyr Cys
CAU
CAC
CAA
CAG
CGU
CGC
CGA
CGG
AAU
AAC
AAA
AAG
AGU
AGC
AGA
AGG
GAU
GAC
GAA
GAG
GGU
GGC
GGA
GGG
UGG
UAA
UAG Terminação
Terminação UGA Terminação
Trp
His
Gln
Asn
Lys
Asp
Arg
Ser
Arg
Gly
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
Pri
meir
a b
ase n
o R
NA
m (
extr
em
idad
e 5)
Te
rce
ira
ba
se
no
RN
Am
(e
xte
mid
ad
e 3)
Glu
O Código Genético
A tabela anterior mostra os códons para os 20 aminoácidos,verificando-se
que 61 codificam aminoácidos e três servem para determinar que a
molécula protéica deve ser terminada.
São os códons de terminação UAA, UAG e UGA.
O códon AUG, conhecido como códon de iniciação, é a parte do sinal
para início da cadeia polipeptídica. Isso quando ele está localizado na
extremidade do RNAm; qaundo está situado em outra posição na molécula
do RNAm, codifica o aminoácido metionina.
O exame da tabela anterior mostra que, com exceção dos códons para
metionina e triptófano, todos os outros aminoácidos têm mais de um códon.
Por outro lado, o código genético é universal, sendo o mesmo para todos
os organismos procariontes e eucariontes.
Primeira etapa é a ativação dos aminoácidos por ATP, com a formação de
aminoacil-adenilatos, seguida pela combinação do grupo carboxila do
aminoácido com o respectivo RNAt.
Aminoácido
ATP
Adenosina
Pirofosfato
Adenosina
Adenosina
Fosfatos
RNAt
P P P
P
P Pi
Pi Pi
P
AMP
Aminoacilação
do RNAt
Aminoacil- sintetase RNAt
(enzima)
Ativa os sítios de ligação do
aminoácido e ATP. 1
ATP perde dois grupos P
e junta-se ao aminoácido como AMP.
2
3 Ligação
covalente
do RNAt com
o aminoácido,
liberando AMP.
O aminoácido ativado
é liberado pela enzima
4
Tradução
Tanto a formação dos
aminoacil-adenilatos
como a ligação destes
com os RNAt são
catalisadas pela mesma
enzima chamada
aminoacil-sintetase
RNAt Cada aminoácido é
ativado por uma sintetase
que tem especificidade
dupla: para o aminoácido
e para os respectivos
RNAt.
Cadeia polipeptídica em crescimento
Aminoácido
RNAt
RNAm
Códons
3
5
Depois da aminoacilação do RNAt, os eventos da síntese protéica passam a ter lugar nos
ribossomos. Os ribossomos oferecem locais onde os outros componentes da síntese protéica
(RNAm, aminoacil-RNAt, cadeia polipeptídica em formação, fatores protéicos solúveis,
moléculas de GTP) se colocam em posição que torna possível ao código genético contido no
RNAm ser traduzido corretamente. Cada ribossomo recebe duas moléculas de RNAt
simultaneamente. Os eventos que ocorrem nos ribossomos envolvem proteínas do citossol que
participam das diferentes etapas da síntese protéica.
Tradução
Subunidade
maior do
ribossomo
2
RNAt
iniciador
RNAm
Sítio de ligação ao RNAm Subunidade
menor do
ribossomo
Complexo de iniciação
Sítio P
GDP GTP
Códon de iniciação
1
U A C
A U G
E A
3
5
5
3
3 5 3 5
Tradução
O início da tradução ― A síntese protéica se continua com a ligação do aminoacil-adenilato mais o RNAt
iniciador à subunidade menor do ribossomo. Nas bactérias, mais bem estudadas do
que as células eucariontes, o iniciador é sempre a N-formilmetionil RNAt (fMet RNAt).
Em seguida, o RNAm junta-se ao complexo formado pela subunidade menor + fMet
RNAt + GTP, de modo que o códon de iniciação, AUG, interage com o anticódon da
fMet RNAt, formando assim o complexo de iniciação. Em seguida, a subunidade
maior (50 S) do ribossomo junta-se ao complexo, formando o ribossomo completo com
70 S (célula procarionte). É interessante notar que a fMet liga-se à subunidade
ribossômica menor sem interferência do RNAm, que é adicionado posteriormente. Nas
células eucariontes, o iniciador é a metionina não-formilada ligada ao seu RNAt.
O alongamento da
cadeia polipeptídica – Como os ribossomos
têm dois locais para a
entrada dos aminoacil-
RNAt, ocorre uma
ligação peptídica entre
os dois aminoácidos
próximos e,
imediatamente, o
deslocamento de um
deles para fora do
ribossomo. Assim, fica
um local vago no
ribossomo para entrada
de novo aminoacil-
RNAt, conforme códon
do RNAm.
Polipeptídeo
mRNA Ribossomo pronto para
receber o próximo
Aminoacil-RNAt
P A
P A
P A
P A
GDP GTP
GTP
GDP
2
2
5
3
TRANSCRIÇÃO
TRADUÇÃO
DNA
RNAm Ribossomo
Polipeptídeo
Tradução
– Sempre que sai um
aminoácido, já inserido
na nova cadeia
polipeptídica, há
transferência do que ficou
no ribossomo para o sítio
de saída (sítio P), ficando
vazio o sítio de entrada
(sítio A).
O término da tradução – O alongamento da cadeia polipeptídica se continua até o ribossomo encontrar
no RNAm, um código ou um trio de terminação, o que determina a liberação do
último aminoácido e a separação das duas subunidades ribossômicas, que
podem ser usadas novamente para produzir outras novas cadeias
polipeptídicas.
Polipeptídeo
livre
Códon de terminação
(UAG, UAA, or UGA)
5
3 3
5
3 5
Tradução
O polirribossomo se forma porque vários ribossomos
traduzem simultaneamente a mesma molécula de RNAm.
Polipeptídeos em
crescimento
Polipeptídeo
completo
Subunidades
ribossômicas
separadas
Extremidade
5 do RNAm
Extremidade
3 do RNAm
Um molécula de RNAm é geralmente traduzida simultaneamente por alguns
ribossomos em conjunto, formando polirribossomos.
(a)
Ribossomos
RNAm
Eletrofotomicrografia de transmissão mostrando um grande polirribossomo em
célula procarionte.
0.1 µm
(b)
Tradução
Ribossomo
Término da síntese
Ribossomo
libera-se do RNAm Proteína
formada
Ribossomo
Início da síntese
de proteína
Resumo da Tradução
Polissomos ou polirribossomos
Proteína:
início da síntese
RNAm
FIM