Biologia Molecular DNA Alexandre S. Osório. A natureza química dos genes Histórico Miescher (1871) – Análise química com células de pus, rins, fígado,

Biologia MolecularBiologia Molecular

DNADNA

Alexandre S. OsórioAlexandre S. Osório

A natureza química dos A natureza química dos genesgenesHistórico

Miescher (1871) – Análise química com células de pus, rins, fígado, testículos, leveduras e hemácias de aves (detecção de C, H, N, O e P) = NUCLEÍNA.

Altmann (1889) – Purificação de nucleína (caráter ácido) = Ácidos Nucléicos.

Kossel (1877) – Detecção de guanina, adenina e timina.

(1893) – Identificação de timina, citosina e pentose.


Levine e Jacobs (1909) – Descoberta dos nucleotídeos e caracterização do DNA e RNA.


Watson e Crick (1953) – Modelo Helicoidal do DNA.

Identificação do DNA como Identificação do DNA como material genéticomaterial genético

Transformação bacteriana - Griffith (1928)

RNARNA

Transcrição & Transcrição & ProcessamentoProcessamento

RNA: eficiente & RNA: eficiente & eficazeficaz

Dogma Central da Biologia Molecular

TRANSCRIÇÃO

• Processo pelo qual uma molécula de RNA é sintetizada a partir da informação contida na seqüência de nucleotídeos de uma molécula de DNA fita dupla.

• A transcrição representa a diversidade e a complexidade da expressão dos genes contidos em um determinado genoma.

• Enquanto a síntese de DNA deve ser precisa e uniforme, a transcrição reflete o estado fisiológico da célula e, portanto, é extremamente variável para atender às suas necessidades.

TRANSCRIÇÃO

Características Gerais:

•Complementaridade •Antiparalelismo ( T = U)•Síntese 5' 3‘•RNA Polimerase (RNAP):

• Funções reconhecem e ligam-sedesnaturam DNAmantém estável a dupla fita abertamantém estável DNA:RNAterminam sínteserestauram DNA

TRANSCRIÇÃO

• Apenas uma das fitas do DNA é utilizada como molde, portanto, a molécula de RNA sintetizada é complementar à fita de DNA que lhe deu origem e idêntica à outra fita de DNA, sendo as timinas substituídas por uracilas

• Em 1960, Hurwitz, Stevens e Weiss descobriram, independentemente, uma enzima capaz de sintetizar RNA na presença de DNA fita dupla e dos nucleotídeos A, U, C, G.

• Esta enzima foi denominada RNA polimerase.

RNA POLIMERASE

• Reconhece e liga-se a seqüências específicas de DNA;

• Desnatura o DNA expondo a seqüência de nucleotídeos a ser copiada;

• Mantém as fitas de DNA separadas na região de síntese;

• Renatura o DNA na região imediatamente posterior à da síntese;

• Sozinha, ou com o auxílio de proteínas específicas, termina a síntese do RNA.

RNA POLIMERASE

Em eucariotos existem vários subtipos de RNA polimerases envolvidas na síntese de RNAs específicos:

. RNA polimerase I – localizada no nucléolo e responsável pela síntese do RNA ribossômico

. RNA polimerase II – localizada no nucleoplasma e responsável pela síntese do RNA mensageiro

. RNA polimerase III – também localizada no nucleoplasma e responsável pela síntese do RNA transportador

TRANSCRIÇÃO

1.INÍCIO

Reconhecimento de seqüências específicas no DNA

2. ALONGAMENTO

Incorporação dos ribonucleotídeos

3. TERMINAÇÃO

Seqüências no DNA são reconhecidas e a síntese é interrompida

INÍCIO DA TRANSCRIÇÃO

• O DNA apresenta seqüências específicas, denominadas PROMOTORES, que sinalizam exatamente onde a síntese do RNA deve ser iniciada.

• Os promotores são, primeiramente, reconhecidos por fatores de transcrição que, ligados ao DNA, interagem com outros fatores, formando um complexo ao qual a RNA polimerase se associa.

O PROCESSAMENTO DO RNA

• Os diferentes RNAs sintetizados no processo de transcrição são chamados de transcritos primários;

• Na maioria das vezes, esses transcritos não representam a molécula madura, ou seja, aquela cuja seqüência e estrutura correspondem à forma final do RNA funcional;

• Esses transcritos necessitam sofrer modificações que fazem parte do processamento do RNA.

PROCESSAMENTO DO mRNA

O transcrito primário da molécula de mRNA é também conhecido como pré-mRNA

Este RNA precursor é sintetizado no núcleo e sofre várias alterações transformado-se no

que se chama mRNA maduro ou processado. O RNA maduro é, então, transportado ao

citoplasma onde será traduzido

RNAm liga-se as Ribonucleoproteínas nucleares pequenas (snRNPs)

Splicing mediado por spliciossomo:Utiliza ATP

•FUNÇÃO:

ajuda a clivar no sítio de splicingremove intronune os éxons anteriores e posteriores


Splicing:

•FUNÇÃO:

ajuda a clivar no sítio de splicingremove intronimpede afastamento dos éxonsune os éxons

PROCESSAMENTO DO PROCESSAMENTO DO mRNAmRNA

Estrutura do mRNAEstrutura do mRNA


• Um transcrito primário pode ser processado de diferentes maneiras sendo que o que é intron para um mRNA pode ser exon para outro mRNA que provém do mesmo RNA precursor

• Esta diferença de processamento pode ser devida à diferença no processo de “splicing” do pré-mRNA

MOLÉCULAS DE RNA

• RNA mensageiro – carrega a informação copiada do DNA sob a forma de inúmeros “triplets” cada um especificando um aminoácido

• RNA transportador – decifra o código representado pelo mRNA

• RNA ribossômico – associa-se com uma série de proteínas para formar os ribossomos

TRADUÇÃO

• Processo que se baseia na seqüência do mRNA para determinar e unir os aminoácidos formando, assim, a proteína.

• Cada aminoácido é codificado na seqüência de DNA como um códon contendo uma seqüência de três nucleotídeos.

• Moléculas de RNA transportador transferem a informação contida no genoma à uma seqüência de aminoácidos nas proteínas.

RNA TRANSPORTADOR

• Liga-se quimicamente à um aminoácido específico, através da enzima aminoacil –tRNA sintetase, sendo chamado, desta forma, de aminoacil-tRNA;

• Pareia com a seqüência do codon do mRNA adicionando o aminoácido que carrega à uma cadeia de peptídeos crescente.

RNA TRANSPORTADORRNA TRANSPORTADOR

RIBOSSOMOS

A eficiência da tradução se deve, principalmente, à ligação da molécula de mRNA e dos aminoacil-tRNAs ao maior complexo RNA-proteína da célula – o ribossomo – que direciona o crescimento da cadeia polipeptídica

Durante a síntese protéica, o ribossomo se move ao longo da cadeia de mRNA interagindo com vários fatores protéicos e o tRNA

CÓDIGO GENÉTICO

A relação entre a seqüência de bases no DNA e a seqüência correspondente de aminoácidos, na proteína, é chamada de código genético

O código genético encontra-se na forma de triplets – os códons

TRADUÇÃO

• O codon AUG, que codifica o aminoácido metionina, age como o codon de iniciação na maioria das moléculas de mRNA.

• O tRNAMet reconhece codons AUG internos, não carregando nunca uma metionina formilada.

• Quando AUG está colocado no início este é lido como uma formil-metionina; quando está dentro da região codificadora, é lido como metionina.

TRADUÇÃO

Durante a síntese de proteínas, os ribossomos deslocam-se ao longo do mRNA, possibilitando um pareamento entre esse e os tRNAs que carregam os diferentes aminoácidos que irão compor as proteínas

TRADUÇÃO

A terminação da síntese de proteínas ocorre pelo aparecimento de códons de terminação na molécula de mRNA

O reconhecimento desses códons é realizado por proteínas e não por moléculas de tRNA, diferentemente do que ocorre nos outros códons

Dogma Central da biologia Dogma Central da biologia MolecularMolecular

Gene

RNA polimerase

hnRNA

mRNA

Citoplasma

Transcrição

Processamento

Núcleo

Tradução

proteína

Transcrição:

A C G T AT G C A T

A CG T A C

T G C A T G

5’ 3’

AT

5’3’

A C G U A

A C G U

A5’

3’

RNA polimerase

Molécula de RNA nascente

Gene ativo

Tradução:

Molécula de mRNA

A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A

CysMetAla

5’ 3’

AspGlu

Phe His

Direção do avanço do ribossomo

Ribossomo

Proteína

tRNA

aa livre

codon

Gly


CysMetAla

5’ 3’

AspGlu

Phe HisGly


Asp

MetAlaCys

5’ 3’

GluPhe His

Gly


Glu

MetAlaCysAsp

5’ 3’

PheGly

His


Phe

MetAlaCysAspGlu

5’ 3’

GlyHis

Ile


Gly

MetAlaCysAspGluPhe

5’ 3’

HisIle

Lys


His

MetAlaCysAspGluPheGly

5’ 3’

Ile

Lys


Ile

MetAlaCysAspGluPheGlyHis

5’ 3’

Lys

G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A A A A

Lys

MetAlaCysAspGluPheGlyHisIle

5’ 3’

Leu

U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A A A A U U A

Leu


Lys

5’ 3’

Met

G A C G A A U U C G G A C A C A U A A A A U U A A U G

Met


LysLeu

5’ 3’

Asn

G A A U U C G G A C A C A U A A A A U U A A U G A A C

Asn

Met AlaCysAspGluPheGlyHisIle

LysLeuMet

5’ 3’

Pro

U U C G G A C A C A U A A A A U U A A U G A A C C C A

Pro

Met Ala CysAspGluPheGlyHisIle

LysLeuMetAsn

5’ 3’

Gln

G G A C A C A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A

Gln

Met Ala Cys AspGluPheGlyHisIle

LysLeuMetAsnPro

5’ 3’

C A C A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A

Met Ala Cys Asp GluPheGlyHisIle

LysLeuMetAsnProGln

5’ 3’STOP

A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A A A A

Ala Cys Asp Glu PheMet Gly

HisIle

Lys Leu

Met Asn

Pro Gln

5’ 3’STOP

A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A T A C


HisIle

Lys Leu

Met Asn

ProGln

5’ 3’STOP



His Ile Gln Lys

Pro LeuAsn Met

5’ 3’


Ala Cys Asp Glu PheMet

Gly His

Ile Gln Lys

Pro LeuAsn Met

5’ 3’

A U A A A A U U A A U G A A C AA AAA A C A A U A A T A C

Ala Cys Asp Glu PheMet

Gly His

Ile Gln Lys

Pro LeuAsn CYSCYS

5’ 3’

Muda aforma e função

VARIAÇÃO GENÉTICA=POLIMORFISMO

REPRESENTAÇÃO LINEAR A MOLÉCULA DO DNAREPRESENTAÇÃO LINEAR A MOLÉCULA DO DNA

5’ATTCGGCGCTATGCATGCTATGCG3’

aa1 aa2 aa3 aa4 aa5 aa6 aa7 aa8

PROTEÍNA - Queratina- cabelo- Albumina- sangue- Hemoglobina-sangue- Estrutura do cabelo- Proteína da cor do cabelo (Melanina)

VARIAÇÕES GENÉTICAS Acontecem no nosso DNA

Células germinativas

Passa para os filhos

Células somáticas

Não passa paraos filhos

Ex. câncerEx. cor dos olhos

Lembrar...RNApolimerasLembrar...RNApolimerasee

• É essencial na transcrição... (1ª etapa da expressão gênica)

• Sem a RNA polimerase não há vida!!!• Sem RNA polimerase não há enzimas!!!!• A inibição da RNA polimerase leva à morte do

organismo...

Correlação ClínicaCorrelação Clínica

• Antibióticos e Toxinas que têm como alvo a RNA Polimerase:– Toxina do cogumelo Amanita phalloides ou

“chapéu da morte”, altamente tóxico.– A toxina mais letal, - amanitina, inibe a

subunidade maior da RNA polimerase II, inibindo assim a síntese de mRNA.

• Gastrointerites, insuficiência hepática (RNA essenciais são degradados e não são substituídos).

– Ação do antibiótico Rifampicina, para TB

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