estrutura atividade Ácidos nucleicos

55
Estrutura e Atividade dos Ácidos Nucléicos

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Page 1: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

Estrutura e Atividade

dos Ácidos Nucléicos

Page 2: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

Ácidos Nucléicos – O Código

da Vida

DNA e RNA Cadeia de polinucleotídeos

Page 3: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 4: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

Pentoses

O HOH2C

H

H

H H H

OH

OH

Desoxirribose

3´ 2´

Ribose

O HOH2C

H

OH

H H H

OH

OH

3´ 2´

Page 5: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 6: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 7: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 8: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 9: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 10: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 11: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

DNA

Ácido Desoxirribonucléico

É o material genético da

quase totalidade dos

seres vivos.

Page 12: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 13: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 14: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

DNA

Pode se duplicar,

gerando cópias perfeitas

de si mesmo.

Comanda a síntese de

proteínas, controla o

metabolismo e a

arquitetura da célula.

Page 15: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 16: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 17: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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).

Page 18: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 19: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 20: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 21: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 22: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 23: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Polimerização

Page 24: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Invertido e

Complementar

Pareamento

das Fitas de

DNA

Page 25: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 26: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 27: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 28: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 29: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 30: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 31: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

3’ RNAm

5’

RNAr

Aminoácid

o

5´ 3´

RNAt

Anticódon

Principais Tipos de RNA

Page 32: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 33: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

Atividade dos Ácidos Nucléicos

Page 34: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 35: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 36: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 37: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 38: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 39: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

Transcrição

Page 40: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 41: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

RNA polimerase

Nucleotídeos do RNA

RNA recém formado

Direção da transcrição

“Template” da fita de DNA

Transcrição

Page 42: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 43: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

DNA

RNA transcrito

RNAm

Íntrons removidos

Éxons unidos

Núcleo

Citoplasma

Transcrição

Transcrição - Processamento do RNAm

Page 44: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 45: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 46: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 47: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 48: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 49: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 50: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 51: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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.

Page 52: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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).

Page 53: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 54: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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

Page 55: Estrutura Atividade Ácidos Nucleicos

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