1.Saber em que consiste a divisão celular, incluindo a cariocinese e a citocinese.

A divisão celular consiste em dois processos consecutivos: mitose e citocinese. A mitose origina dois núcleos geneticamente idênticos, enquanto a citocinese separa o citoplasma, colocando os núcleos-filhos em células separadas.

As células que se dividem activamente passam por uma sequência definida de acontecimentos, que se designa ciclo celular. O ciclo celular divide-se em interfase e mitose.

A interfase, ou seja, a fase entre duas divisões mitóticas pode ser subdividida em três partes:

Fase G1 - a designação desta etapa deriva de gap = intervalo, e decorre imediatamente após a mitose. É um período de intensa actividade bioquímica, no qual a célula cresce em volume e o número de organitos aumenta. Para que a célula passe para a fase seguinte do ciclo é necessário que atinja um ponto crítico designado ponto de restrição, momento em que se dão mudanças internas;

Fase S - esta é a fase de síntese de DNA. Cada cromossoma é duplicado, passando a ser formado por dois cromatídeos. Nesta etapa numerosas proteínas são igualmente sintetizadas;

Fase G2 - esta fase conduz directamente à mitose e permite formar estruturas, como as fibras do fuso acromático.

Mitose

A mitose é um processo contínuo considerando-se, quatro etapas: Prófase, Metáfase, Anáfase e Telófase. No decorrer destas etapas, o material genético sintetizado na fase S do ciclo celular é dividido igualmente por dois núcleos filhos.

A mitose é iniciada apenas em presença de um factor promotor da mitose (MPF), que provoca a condensação dos cromossomas. As variações de concentração de MPF estão relacionadas com as variações de uma outra proteína conhecida por ciclina. Aparentemente, quando a ciclina atinge uma certa concentração no citoplasma, o MPF é activado. Durante a mitose a ciclina é rapidamente destruída, aumentando novamente durante o ciclo seguinte.

Um dos primeiros sinais do próximo início da mitose é o surgimento de uma faixa relativamente densa de microtúbulos logo abaixo da membrana citoplasmática. Esta faixa envolve o núcleo num plano que corresponderá ao plano equatorial do fuso acromático mitótico. Esta faixa desaparece após a formação do fuso acromático mas corresponderá ao local onde se forma a separação entre as duas células filhas.

As etapas da mitose, decorrem da seguinte forma:

Prófase - Durante esta etapa, a mais longa de todo o processo mitótico, a cromatina condensa-se gradualmente em cromossomas bem definidos. Durante este processo é visível que cada cromossoma é compostos por dois cromatídeos enrolados um no outro, pois o DNA foi duplicado durante a fase S. No final da Prófase os cromatídeos estão visíveis lado a lado, unidos pelo centrómero, uma sequência específica de DNA que ligará a molécula ás fibras do fuso acromático. A presença do centrómero divide cada cromatídeo em dois braços. É durante esta fase que surge em volta do núcleo a chamada zona clara, que contém os microtúbulos. Estes inicialmente estão orientados ao acaso mas no fim da etapa estão alinhados paralelamente á superfície do núcleo, ao longo do eixo do fuso acromático. No final da etapa, o invólucro nuclear desaparece;

Metáfase - esta etapa inicia-se com a formação do fuso acromático, que ocupa a área anteriormente ocupada pelo núcleo. As fibras do fuso são feixes de microtúbulos e vão-se ligar a complexos proteicos especializados - cinetócoros - desenvolvidos nos centrómeros durante a Prófase. Estes microtúbulos do cinetócoros estendem-se, juntamente com os microtúbulos polares, para os pólos da célula. Através deles vai ocorrer o alinhamento dos cromossomas no centro do fuso, formando a placa equatorial. Nesta situação os cromatídeos estão em posição de se separarem. O alinhamento das fibras do fuso acromático ocorre a partir dos centros de organização dos microtúbulos.

Anáfase - esta etapa, muito breve, começa bruscamente, com a separação simultânea de todos os cromatídeos pelos centrómeros. Cada cromatídeo toma agora para si a designação de cromossoma. À medida que os cinetócoros se deslocam em direcção a pólos opostos os braços dos cromossomas são arrastados, sendo as pontas dos braços mais longos as últimas a serem separadas. Este movimento em direcção aos pólos parece dever-se ao encurtamento dos microtúbulos junto ao cinetócoro, como se este "comesse" o caminho ao longo das fibras. No final da Anáfase dois conjuntos idênticos de cromossomas encontram-se em cada pólo;

Telófase - nesta etapa final da mitose, a separação dos dois conjuntos de cromossomas é finalizada pela formação da membrana nuclear, a partir de retículo endoplasmático rugoso. O fuso acromático desaparece e os cromossomas relaxam novamente, tornando-se indistintos. O nucléolo é reconstituído e cada núcleo entra na interfase.

A citocinese é um processo que se sobrepõe à mitose e corresponde à divisão do citoplasma. Na maioria das células decorre por invaginação da parede celular (se presente) e pela constrição da membrana citoplasmática. No entanto, em células vegetais a separação ocorre através da formação do fragmoplasto.

Esta estrutura é um sistema de fibras semelhantes às do fuso, formadas por microtúbulos mas organizados perpendicularmente ao eixo do fuso.

Divisão do núcleo (cariocinese)Divisão do citoplasma (citocinese)

2. Distinguir a divisão celular e a replicação do DNA nos procariontes e nos eucariontes

As células procarióticas dividem-se por bipartição ou gemulação, ocorre imediatamente a seguir à replicação do ADN, enquanto as eucarióticas seguem um processo de divisão do núcleo, chamada mitose, seguida pela divisão da membrana e do citoplasma chamado citocinese.

Replicação nos procariontes

Mecanismo de replicação do DNA

O DNA é sintetizado na direcção 5’ - 3’ e utiliza como molde uma cadeia de DNA preexistente A enzima helicase separa as duas cadeias de DNA, quebrando as ligações de H entre as bases

azotadas A enzima topoisomerase também actua neste processo, pois alivia a tensão de torção provocada

pelo desenrolar das cadeias através de cortes das ligações fosfodiéster Quando as cadeias se abrem, forma-se uma bolha de replicação que vai aumentando à medida que

as cadeias se separam e forma-se uma estrutura em forma de Y (forquilha de replicação) em que os braços são as cadeias já separadas e o tronco a dupla hélice que vai ser separada

Cada bolha tendo duas forquilhas, a partir de uma origem comum, avançam em direcções opostas (bidireccional). As forquilhas desaparecem quando se separam os últimos nucleótidos do DNA

A síntese do DNA inicia-se a partir de várias origens de replicação (estas origens formam-se quando se separam as cadeias de DNA e são constituídas por sequências repetitivas que são reconhecidas por proteínas)

As cadeias de DNA sendo antiparalelas criam dificuldade para a síntese de novas cadeias porque à medida que se separam, uma progride no sentido 5´ - 3´ e a outra no sentido 3´ - 5´ (replicação assimétrica)

A cadeia-filha que adopta como molde a cadeia progenitora que corre na direcção 3’ - 5’ é construída ao crescer na direcção 5’ - 3’, de forma contínua através da agregação de nucleotídeos na extremidade 3’, à medida que avança a forquilha de replicação (cadeia avançada)

A outra cadeia-filha cujo molde é a cadeia progenitora que corre na direcção 5’- 3’ é sintetizada na direcção oposta ao avanço da forquilha de replicação de forma descontínua, o que implica que a nova cadeia seja construída em pequenos segmentos – fragmentos de Okazaki – que se ligam entre si, à medida que são produzidos (cadeia atrasada)

A cadeia de DNA sintetizada de forma contínua começa a replicar-se a partir de um primer (RNA iniciador). O RNA iniciador é produzido pela enzima DNA primase. O primer tem como função permitir a ligação da DNA polimerase à cadeia inicial do DNA, para que esta continue a síntese da

cadeia-filha na direcção 5´-3’, pois nenhuma DNA polimerase é capaz de iniciar a síntese de uma nova cadeia

A cadeia descontínua necessita de vários primers, um para cada fragmento de Okazaki. O processo de junção de dois fragmentos de Okazaki implica a remoção do RNA iniciador por uma nuclease reparadora. Os dois fragmentos de DNA são finalmente ligados um ao outro pela DNA ligase.

A replicação está concluída quando os replicões (DNA que é sintetizado a partir de uma origem de replicação) se ligam entre si

Replicação das extremidades dos cromossomas: As extremidades 3’ (ricas em guanina) dos cromossomas são mais compridas do que as extremidades 5’. A extremidade 3´está ligada a proteínas que reconhecem as guaninas, estabilizando as extremidades dos cromossomas e impedem a sua degradação. A enzima telomerase adiciona à extremidade 3’ de cada cromossoma sequências repetitivas (sequências teloméricas).

O mecanismo de replicação, embora comum a todos os organismos, sejam eles eucariontes ou procariontes, apresenta grandes diferenças no processo. Nos procariontes, a replicação inicia-se num único ponto da cadeia polinucleotídica e prossegue até terminar, porque nestes organismos apenas existe uma molécula de DNA e o seu comprimento é muito menor que o do DNA eucarionte.

Nas células eucariontes a replicação do DNA ocorre, em simultâneo, em múltiplos locais específicos da cromatina (origens de replicação, são sequências ricas em A-T), catalisada pelas polimerases do DNA. A molécula de DNA, começa a desenrolar por acção das enzimas topoisomerases e das helicases, e a desnaturar ao nível das origens de replicação. Para as polimerases do DNA iniciarem a condensação dos nucleótidos é necessária a síntese de um pequeno fragmento de RNA (primer) catalisada por uma polimerase do RNA específica, a primase.

A polimerização das novas cadeias de DNA ocorre de forma bidireccional, a partir de cada origem de replicação, formando-se a forquilha de que se deslocam em direcções opostas. Em cada braço da forquilha de replicação a polimerização ocorre no sentido 5’ 3’, na cadeia líder de forma contínua e na cadeia atrasada de forma descontínua, com a formação de fragmentos, os fragmentos de Okazaki, a partir de iniciadores de RNA. Posteriormente, os segmentos de iniciadores de RNA são removidos e uma polimerase do DNA sintetiza em seguida DNA que preenche as regiões inicialmente ocupadas pelos iniciadores. A

continuidade das cadeias recém sintetizadas é assegurada por uma ligase do DNA que catalisa a formação de ligações fosfodiéster entre os vários fragmentos.

3. Saber em que consiste o centrómero e o cinetócoro dos cromossomas de eucariontes, e qual o seu papel na divisão celular.

Centrómeros - região especializada do cromossoma que assegura a distribuição correcta dos cromossomas duplicados durante a mitose, é onde se ligam os microtúbulos do fuso acromático e garantem que os cromatídeos estão unidos.Os centrómeros são compostos por sequencias repetitivas e outras não repetitivas, nos seres humanos é composto por DNA satélites e proteínas associadas.

Cinetócoro – zona especializada no cromossoma capaz de formar o centrómero; é uma placa proteica

4. Saber distinguir as diferentes etapas do ciclo celular

5. Explicar porque motivo a replicação

é orientada no sentido (5’->3´)

As polimerases do DNA atuam adicionando um nucleotídeo por vez na extremidade 3´-OH livre de uma cadeia polinucleotídica em formação, que se encontre emparelhada com a cadeia molde. Por isso dizemos que a síntese de DNA ocorre no sentido 5´-> 3´.Ocorre no sentido 5´ => 3´ e entendemos o porquê de ocorrer nesse sentido, visto o alto indíce de mutação que poderia ocorrer caso fosse no sentido contrário.

6. Distinção entre cadeia atrasada e cadeia avançada.

Cadeia atrasada: cadeia que cresce descontinuamente na direcção oposta à do movimento da forquilha de replicação.Cadeia líder : cadeia que cresce continuamente do seu terminal 5’ para 3’. A direcção da síntese é a mesma do movimento da forquilha de replicação.

7. Entender o papel dos vários componentes envolvidos na replicação: helicase, topoisomerases, primases, DNA polimerases, proteínas SSB, ligase, PCNA

Helicase - é uma enzima que promove a abertura da hélice de DNA, separando-o em duas fitas simples para que possa sofrer replicação. A helicase quebra as ligações de hidrogénio entre as bases azotadas de ambas as cadeias de DNA.

Topoisomerases - são enzimas que resolvem os problemas topológicos das células, associando-se ao DNA durante a replicação, transcrição, recombinação e remodelagem da cromatina, pela introdução de uma quebra temporária em ambas as fitas (Topoisomerase 2) ou numa única fita (Topoisomerase 1) da hélice dupla do DNA, tanto em eucariontes quanto em procariontes.

Primase : a primase faz parte de um agregado de proteínas chamado primossoma. Esta 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 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’. Esta 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’.

Proteínas (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.

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

Helicase: Rompe as pontes de Hidrogénio para abrir as fitas e permitir que a DNA polimerase aja.

Topoisomerase: Auxilia a helicase aliviando a pressão dentro da forquilha de replicação.

DNA Polimerase: participa da formação, revisão e correção da ligação fosfodiester, acrescentando os nucleotídeos.

Ligase: Une os fragmentos de Okasaki após a retirada dos primers.

Primases: Responsável pela formação dos Primers (iniciadores).

Fita líder: copiada de forma contínua sempre no sentido 5’-3’.

Fita atrasada: copiada e forma descontínua. Gera os fragmentos de Okasaki que são unidos depois pela ligase.

Primers: Pequena sequência de RNA que se liga à origem de replicação iniciando a replicação. Os primers são construídos pela primase.

8. Entender porque motivo a síntese de DNA recorre a um primer, ou fragmento iniciador, de RNA ou DNA.

Para a actuação das DNA polimerases é necessária a síntese de um pequeno fragmento de RNA (designado por iniciador, primer) catalisada por uma RNA polimerase específica (primase, uma subunidade da DNA polimerase a).

9. Conhecer o significado dos seguintes termos: forquilha de replicação, origem de replicação, replicão, ORI, fragmentos de Okasaki, cadeias atrasada e adiantada, telomerase.

Forquilhas de replicação-as terminações, onde as fitas de DNA são separadas e replicadas.

Origens de replicação-são regiões específicas na sequência nucleotídica de moléculas de DNA, nas quais determinadas proteínas se ligam para abrir a dupla hélice deste ácido nucléico, permitindo o início da biossíntese de novas moléculas de DNA.

Replicão é uma parte do DNA, ou seja, uma região do DNA que se duplica como uma unidade individual.

10. Reconhecer ainda o problema da replicação dos telómeros em cromossomas lineares, e a forma como as células eucariontes resolvem esse problema.

Os telómeros são estruturas constituídas por fileiras repetitivas de proteínas e DNA não codificante que formam as extremidades dos cromossomas. Sua principal função é manter a estabilidade estrutural do cromossoma. Os telómeros estão presentes principalmente em células eucarióticas, visto que o DNA das células procarióticas forma cadeias circulares, logo não tem locais de terminação.

Cada vez que a célula se divide, os telómeros são ligeiramente encurtados. Como estes não se regeneram, chega a um ponto em que não permitem mais a correcta replicação dos cromossomas e a célula perde completa ou parcialmente a sua capacidade de divisão. O encurtamento dos telómeros também pode eliminar certos genes que são indispensáveis à sobrevivência da célula. Como o processo de renovação celular não tolera a morte das células antes da divisão correcta das mesmas, o organismo tende a morrer num curto prazo de tempo no momento em que seus telómeros se esgotam.

O controlo do ciclo celular. Ciclinas e enzimas cinases: papel na regulação do ciclo.

11. Papel das ciclinas e cinases

12. Reconhecer a existência de diferentes “checkpoints” ou pontos de controlo no ciclo, e o que controlam

13. Deverá conhecer o significado dos seguintes termos: S, G1, G2, G0, M, MPF, ciclina,cinase, fosfatase.

G1 - (Síntese proteica), primeiro intervalo S (síntese de DNA) G2 (segundo intervalo) (Duplicação dos centríolos)G0 (Repouso)M (mitose)MPF complexo formado por uma CDK (cinase dependente das ciclinas) e por uma ciclina que intervêm na mitose e na meiose.Cinase é um tipo de enzima que transfere grupos fosfatos de moléculas doadoras de alta energia para moléculas-alvo específicas. Fosfatase, faz exatamente a reação inversa das cinases, ela remove um grupo fosfato, ou seja, faz a desfosforilação

Expressão génica em eucariontes e procariontes. Diferenças. Transcrição e tradução.Transcrição: Complexo RNA polimerase; Promotores e factores de transcrição; Maturação do mRNA em eucariontes. Tradução: Código genético. Ribossomas e tRNA. Noção de aminoácido e tipos de aminoácidos. Estrutura tridimensional das proteínas, estrutura primária, secundária, terciária e quaternária das proteínas.

14. Porque motivo as proteínas são a única espécie química codificada pelos genes?

Os genes são unidades hereditárias constituintes de DNA e que possuem as informações para a síntese de proteínas.

15. Porque motivo a sequência de aminoácidos codificados vão trazer características tão diferentes às diferentes proteínas?

Deve-se ao facto de o código genético ser redundante, isto é, codões diferentes codificam o mesmo aminoácido.

16. A relação entre o código genético e a estrutura primária das proteínas

O Código Genético é a relação entre a sequência de bases do DNA e a sequência correspondente de aminoácidos, ou seja, a cada tripleto de nucleótidos de DNA corresponde um aminoácido específico.

Assim, é no código genético que está toda a informação para determinar a sequência de aminoácidos a ser codificada através do encadeamento de nucleótidos, constituindo assim a estrutura primária das proteínas.

17. Que tipos de aminoácidos existem, e o que os distingue

Aminoácidos essenciais/indispensáveis - aqueles que o nosso organismo não consegue sintetizar, logo a única forma de obtenção são através da ingestão de determinados alimentos;

Aminoácidos não essenciais/dispensáveis - são aqueles que o nosso organismo consegue sintetizar.

18. Como se processa a transcrição, tanto nos procariontes como nos eucariontes, reconhecendo as suas diferenças

A cadeia de DNA é separada através de uma enzima que promove a quebra das pontes de hidrogénio. Quando as hélices estão separadas, uma enzima chamada RNA polimerase une-se a uma das extremidades da fita, pois apenas uma fita é copiada, e segue pela cadeia, formando os pares: A-U e C-G. Essa extremidade é específica e possui uma sequência chamada de promotor. A polimerase do RNA segue pela extensão da cadeia, transcrevendo o DNA em RNA até encontrar a sequência de terminalização, que contém bases específicas que determinam o fim da transcrição. Ao término do processo, a molécula de RNA se desprende e as fitas de DNA voltam a se unir.

A transcrição em eucariontes é bem mais complexa que em procariontes. Nos eucariontes a transcrição ocorre no núcleo. Já nos procariontes ocorre no espaço espalhado. Outra diferença é que o transcrito primário de mRNA dos eucariontes, ao contrário dos procariontes, é amplamente processado. O RNA nascente sofre uma série de alterações: aquisição de revestimento na sua extremidade 5’, cauda poli-A na extremidade 3’ e remoção exata de intrões (splicing) para a formação de mRNAs maduros com mensagens contínuas.

19. Saber o que são promotores e factores de transcrição.

Os promotores são os sítios que a RNA polimerase reconhece para estabelecer a ligação com o DNA, mas para que essa enzima identifique a região promotora é necessário que um fator de transcrição (ou alguns, dependendo do gene) esteja ligado aos elementos da região promotora.

Os fatores de transcrição são proteínas que contêm pelo menos dois domínios funcionais: um de ligação com o DNA e outro de ligação com a RNA polimerase. Essas proteínas controlam, quando, onde e como os gene serão transcritos, sendo a base para o controle da expressão génica.

20. Como se dá e em que consiste a maturação de mRNA nos eucariontes.

O processo de maturação que sofre o mRNA dos eucariontes caracteriza-se pela remoção de sequências nucleotídicas não codificáveis (intrões) da molécula de RNA transcrita a partir do DNA, ficando apenas constituído por exões.

21. Como se dá a tradução, que componentes estão envolvidos, qual o seu papel, e como é reconhecido o início e o fim da tradução.

A tradução ocorre em três etapas (iniciação, alongamento e terminação), nas quais a informação presente no mRNA e organizada em codões, é reconhecida pelos anticodões presentes nos tRNA’s que transportam os resíduos de aminoácidos. Cada codão do mRNA e o respectivo aminoácido são incapazes de se “reconhecer” mutuamente, sendo necessário um “adaptador” que possibilite esse reconhecimento. Esta função de “adaptador” é então executada por moléculas de tRNA que servem de ponte entre os aminoácidos e o mRNA, de forma a ser permitida a tradução da informação codificada no mRNA, em proteína nos ribossomas.O processo de síntese proteica é iniciado em geral pelo codão AUG (codão de iniciação). A tradução é iniciada com a formação de um complexo de iniciação ao nível do codão de iniciação (AUG), que consiste na cadeia de mRNA, num tRNA com o anticodão complementar (UAC) e carregado com o primeiro aminoácido, ligados numa sequência de reconhecimento específica do mRNA.

Após a formação do complexo de iniciação dá-se a ligação da subunidade ribossomal a este complexo e é iniciada a etapa de alongamento da cadeia peptídica. Nesta altura os factores de início desligam-se e o ribossoma está pronto a receber o segundo tRNA e a formar a primeira ligação peptidica catalizada.

As duas subunidades do ribossoma contêm 3 locais adjacentes para a associação às moléculas de tRNA. No decorrer do processo, as moléculas de tRNA ligam-se numa primeira fase ao local A, sendo depois deslocadas para o local P e finalmente para o local E.

A elongação tem início quando o anticodão encontra o local A, complementar do codão do mRNA existente nesta posição. Este processo é dependente de GTP e de determinados factores de elongação. Simultaneamente, o primeiro t-RNA é deslocado para o local P ficando o peptidil-tRNA na posição A. Seguidamente, o ribossoma desloca-se uma distância equivalente a um tripleto, em relação ao mRNA, o que expõe o codão seguinte e permite a aceitação de um novo aminoacil-tRNA no local A. A terminação da síntese da cadeia peptídica ocorre quando, ao nível do local A, surge um dos codões de terminação (UAA, UAG e UGA). Para cada um dos referidos 3 codãos não existe correspondência para nenhum dos aminoácidos e a síntese proteica é bloqueada.

22. Conhecer os seguintes termos.

Ligação peptídica - ligação de vários aminoácidos

TATA box- principal promotor dos eucariontes e encontra-se na extremidade 5’; onde se inicia a transcrição; são bases de timina e adenina

TBP- factor de transcrição que se liga especificamente a uma sequência de DNA

Sequências de consenso - sequência formada apenas por timinas e adeninas

Factores de transcrição - proteínas onde a RNA polimerase se liga para iniciar a transcrição

Spliceosoma- estruturas constituídas por proteínas e RNA capaz de partir o DNA em pedaços

Intrões- sequências nucleotídicas não codificáveis (região UTR)

Exões- sequências nucleotídicas codificáveis

Subunidades ribossomais - estruturas utilizadas na síntese proteica

Cadeia sense- cadeia de DNA que não é utilizada como molde

Cadeia anti-sense- cadeia de DNA utilizada como molde para a produção de mRNA

Codão- sequência de 3 nucleótidos de mRNA que codifica um aminoácido específico

Anticodão- sequência de 3 nucleótidos de tRNA complementar ao codão

ORF/quadro de leitura - sequência de nucleótidos de uma molécula de DNA que tem potencial para codificar uma proteína.