BIOLOGIA MOLECULARÁcidos Nucléicos e Síntese de Proteínas

Nucleotídeos

� São moléculas formadas pela união de um açúcar ou pentose, uma basenitrogenada e um grupo fosfato.grupo fosfato.

� Os Ácidos Nucléicos(DNA e RNA) são formados por várias cadeias de nucleotídeos (polinucleotídeos).

Pentoses ou AçúcaresMonossacarídeos

Hidroxila- a mais

Bases Nitrogenadas

GuaninaAdeninaPurinasPurinas

Citosina Timina Uracila

Pirimidinas

DNA: Adenina (A)Guanina (G)Citosina (C)Timina (T)

RNA: Adenina (A)Guanina (G)Citosina (C)Uracila (U)

Bases Nitrogenadas do DNA e RNA

Timina (T) Uracila (U)

DNA RNA

Bases púricas

Adenina- A Guanina-G

Adenina-AGuanina-G

Bases pirimídicas

Citosina- CTimina - T

Citosina- CUracila - U

Pentose Desoxirribose Ribose

Ligações entre Nucleotídeos

DNA

� Durante a evolução da célula formou-se uma molécula, que hoje sabemos ser o ácido desoxirribonucléico (DNA ou ADN): molécula longa, formada pela junção de um grande número de nucleotídeos, e que contém a informação genética codificada. O DNA constitui uma espécie de código que determina o que uma célula tem. Além disso, o DNA é capaz de produzir uma cópia dele mesmo.

� Antes de entrarmos no estudo do DNA propriamente dito, faz-se � Antes de entrarmos no estudo do DNA propriamente dito, faz-se necessária a compreensão de alguns conceitos sobre relação entre cromossomos e DNA. Os cromossomos contêm os genes que por sua vez são formados por DNA (ácido desoxirribonucléico). Estes genes permitem a transmissão das informações genéticas de geração a geração.

� O material responsável pelo comando e coordenação de toda a atividade celular e pelas divisões celulares e transmissões das características hereditárias está representado nas células pelos cromossomos.

� Nas células procarióticas, o cromossomo é uma única molécula de um ácido nucléico, denominado ácido desoxirribonucléico, o DNA.

DNA ou ADN�O Ácido Desoxirribonucléico é um polinucleotídeoformado por duas “fitas” ou hélices ligadas entre si por pontes de hidrogênioentre as bases nitrogenadas.

�O pareamento das bases sempre �O pareamento das bases sempre segue a mesma ordem: Adeninacom Timina e Guanina com Citosina.

�Este modelo da “dupla hélice enrolada” foi estabelecido em 1953 por James Watson e Francis Crick.

A Estrutura do DNA� O DNA é constituído por um

esqueleto açúcar-fosfatocontendo desoxirriboseque forma o “corrimão da escada” e as bases nitrogenadas que formam os “degraus da escada”;Entre a base A e a base T� Entre a base A e a base Texistem duas pontes de hidrogênio e entre a base Ge base C são três as pontes de hidrogênio.

princípios básicos de biologia molecular

A estabilidade da dupla fita: as pontes de hidrogênio

P

P

P

PP

P

--

-

--

-

P

P

P

P

P

P

P

P

PP

--

-

--

--

-

--

Código genético

DNA:

1. Molécula dupla.

2. Helicoidal.

3. Pode duplicar.

4. Local onde temos as informações genéticas

Suas bases nitrogenadas são:

ADENINA

GUANINA CITOSINA

TIMINASE LIGA A:

SE LIGA A:

OBSERVE A COMPLEMENTAÇÃO DE BASES DO DNA

ADENINA

Se liga a Timina por duas pontes de

GUANINA

Se liga a citosina por três pontes de

TIMINA

duas pontes de hidrogênio.

A = T

CITOSINA

três pontes de hidrogênio.

G C

Observe a complementação de uma fita de DNA.

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

TT T T T TGG C C CC AAA TT T T T TGG C C CC AAA

Sempre com a adenina se ligando a timina através de duas pontes de hidrogênio e a guanina se ligando a citosina por três

pontes de hidrogênio.

� 1. A molécula consiste de dois filamentos com bases transversais. Os filamentos se torcem um sobre o outro na forma de uma dupla hélice, de tal maneira que se assemelham a uma escada retorcida.2. As pontes verticais da escada de DNA consistem de grupos fosfatos alternados com porções de desoxirribose dos nucleotídeos.3. Os degraus da escada contêm bases nitrogenadas pareadas. A adenina sempre pareia com a timina e a citosina sempre pareia com a guanina. Cerca de 1.000 degraus de DNA compreendem um gene, uma porção de um filamento de DNA que compõe o material hereditário das células.Os seres humanos possuem aproximadamente 100.000 genes que compõe o material hereditário das células.Os seres humanos possuem aproximadamente 100.000 genes funcionais que controlam a produção das proteínas corporais. Os genes determinam quais características herdamos, e controlam todas as atividades celulares durante ao longo da vida.

Funções que conferem aos A.N o papel de principais responsáveis pela vida e pelo tipo de atividade de cada célula. Ex: Como a célula realiza suas funções? - atr avés de reações químicas. Quem catalisa essas reações? As enzimas. Quimicamente o que são enzimas? - Proteínas. Quem comanda a síntese das proteínas?- Os A.N. Logo, sem A.N as células não receberiam de suas antecessoras as informações genéticas para orientarem a síntese das

Importância

informações genéticas para orientarem a síntese das enzimas certas capazes de catalisarem as reações responsáveis pelo tipo de atividades a ser desenvol vida por cada tipo de célula.

A Importância do DNA� O DNA é chamado de “molécula da vida” pois contém o código pra construção das proteínas em todos os seres vivos;

� Nos procariontes encontra-se uma molécula de DNA circular (cromossomo bacteriano) e outras moléculas circulares chamadas e outras moléculas circulares chamadas plasmídeos;

� Nos eucariontes, o DNA é encontrado no núcleo celular formando os cromossomos e também nas mitocôndrias e nos cloroplastos;

� Chamamos de Gene a um segmento de DNA que contém informações para a síntese de uma ou mais proteínas.

Cromossomos

Cromossomos

� Contêm os genes que por sua vez são formados por DNA.

� È o material responsável pelo comando e

� È o material responsável pelo comando e coordenação de toda a atividade celular e pelas divisões celulares e transmissões das características hereditárias.

A Replicação do DNA� O DNA é capaz de se autoduplicar para conservar a informação genética.

� Por ação de uma enzima chamada DNA-polimerase a molécula se abre e novos nucleotídeos são acrescidos, sempre seguindo a ordem A-T e G-C.

� Ao final se tem duas “moléculas-filhas” que conservam a metade da filhas” que conservam a metade da “molécula-mãe”.

� A duplicação é, portanto, semiconservativa.

� Por convenção, a extremidade que tem o fosfato é chamada 5’ e a que tem o açucar é chamada 3’.

� O sentido de leitura e síntese é sempre 5’ ���� 3’.

Replicação (ou duplicação) do DNAProcesso complexo que requer pelo menos 15 proteínas

As duas cadeias vão se separando à medida que progride a duplicação em ambas, através da associação à cadeia original de nucleotídeos de bases complementares (DNA matriz)

Uma molécula de DNA difere deoutra pela sequência de seus nucleotídeos. A quantidade de A éSempre igual a T (A=T), o mesmo acontecendo com a quantidade de C=G (C=G)Se A+T+C+G= 100% dos nucleotídeos de uma molécula de DNA.DNA.Ex: A=20%Se A=T, então T=20% e A+T=40%.Se A+T+C+G=100%:40+C+G=100C+G=100-40C+G=60%Se C=G, então C=30% e G30%.

DUPLICAÇÃO DO DNA __ A formação de novas moléculas de DNA ocorre atra vés de um processo chamado duplicação do DNA. O nome duplicaç ão é dado porque uma molécula mãe de DNA forma 2 outras moléculas iguais. Cada DN A novo possui um lado da molécula mãe, por isso é dito semiconservativa . A molécula da DNA vai-se abrindo ao meio, por ação de uma enzima chamada DNA - polimeras e. Essa enzima quebra as ligações de pontes de hidrogênio existentes entre as 2 bases das cadeias complementares de nucleotídeos. Ao mesmo tempo em q ue DNA polimerase vai abrindo a molécula, a outra enzima, chamada DNA - ligase, va i ligando um novo grupo de nucleotídeos, que se pareiam com os nucleotídeos da molécula mãe.

EX: - A = T - fita - A - - T - A - T - A- T-

DNA polimerase

EX: - A = T - fita - A - - T - A - T - A- T-- C = G - molde - C - - G - C - G C - G-- T = A - - T - - A - T - A T - A-

DNA polimerase fitas em DNA ligase DNA filho formação

Código genético

DNA na minha comida???

CURIOSIDADE:

Cada célula contém cerca de 3 metros de DNA. DNA.

Refeição = 55.000.000 células ou Cerca de 150.000 km de DNA.

O RNA ou ARN

� O açúcar é uma Ribose;

� É formado, geralmente, por uma fita simples

O Ácido Ribonucléico é um polinucleotídeo que difere doDNA em três aspectos básicos:

A-TT-AG-CC-G

DNA

por uma fita simples que pode enrolar-se;

� Não existe a base pirimídica Timina e no seu lugar se encontra a base Uracila.

� Os pareamentos seguem a ordem A-U e G-C).

A-UU-AG-CC-G

C-G

RNA

RNA - É o ácido ribonucléico; possui a função de síntese protéica. O RNA é encontrado no núcleo principalmente no nucléolo, e no citoplasma (ribossomos). Composição química- é formada por ácido fosfórico, pentose (ribose) e pelas bases nitrogenadas ( A, G, C e uracila (U )).A molécula de DNA é responsável pela formação do RNA.O RNA

apresenta-se constituído por um único filamentode nucleotídeo, cuja seqüência de bases é determinada a partir de um molde de DNA. Tipos de RNAs:1-RNA mensageiro (RNAm) - É formando no núcleo tendo como molde uma d as fitas de uma molécula de DNA. A produção de um RNAm, cujas bases são complementares as bases de molécula de DNA. A produção de um RNAm, cujas bases são complementares as bases de uma das hélices de uma molécula de DNA, recebe o no me de transcrição. Este fenômeno pode ser definido de forma mais simples como sendo a passagem das bases de uma linguagem do DNA para a linguagem de RNAm. EX:

T - A - C - T - G - A - DNA 3 b ases correspondem a um aa , e um ! ! ! ! ! ! conjunto de bases uma pr oteína.AA -- UU -- GG - A - C - U RNAmCódon início códon proteínaaa A aa B

RNAm é formado por um filamento simples que contém várias seqüências de 3 bases. Cada conjunto de 3 bases é chamado códon e codifica apen as um determinado aa .É a molécula de RNAm que leva a mensagem até o ribo ssoma, determinando qual o tipo de proteína a ser formada.O RNAm possui sempre o mesmo códon de iniciação: AUG (metionina) ; terminação:UAG, UAA ou UGA.

Síntese Protéica

� A enzima RNA-polimerase abre a dupla hélice do DNA e inicia a produção de uma molécula de RNAm, no sentido 5’ � 3’.

A TranscriçãoA Transcrição

� Os nucleotídeos são ligados respeitando a ordem A-U, G-C.

� Ao final da transcrição a RNA-polimerase se desliga do DNA, a molécula de RNAm está formada e segue para o citoplasma onde será traduzida.

Observe a complementação de uma fita de DNA para RNA

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

UU U U UUGG C C CC AAA

DNA

RNA UU U U UUGG C C CC AAA

Sempre com a adenina se ligando a uracilae a guanina se ligando a citosina.

RNA

RNAm

2-RNA transportador (RNAt) - é produzido nos cromossomos a partir de DNA especiais. É uma molécula cadeia curta, (é o menor RNA) que transporta os aa que estão dispersos no citoplasma até os ribossomos. O RNAt tem formato de “folhas de trevo” e contém outros tipos de bases, além das comumente encontradas nos outros RNAs. Cada RNAt é capaz de reconhecer um determinado aa determinado códon, no RNAm. Todo RNAt tem um filamento livre de sua molécula composta pela seguinte seqüência de bases: ACC. É nesse local que ocorre a associação com o aa. Em cada região da molécula existe uma seqüência de 3 bases denominadas região da molécula existe uma seqüência de 3 bases denominadas anticódon, que reconhece a posição do aa no RNAm.

3-RNA ribossômico(RNAr) é o RNA que ocorre em maior quantidade nas células. Esse RNA é encontrado no nucléolo, onde é produzido, e no citoplasma, associado às proteínas, formando os ribossomos.

Tipos de RNA� RNAm � O RNA mensageiro é formado no núcleo

e contém a “mensagem” - o código transcrito a partir do DNA - para a síntese das proteínas. Cada conjunto de três nucleotídeos no RNAm é chamado de CÓDON.

� RNAt � O RNA transportador está presente no � RNAt � O RNA transportador está presente no citoplasma e é responsável pelo transporte dos aminoácidos até os ribossomos para a síntese protéica. No RNAt existe uma seqüência de nucleotídeos correspondente ao códon chamada de ANTI-CÓDON.

� RNAr � O RNA ribossômico ou ribossomal faz parte da estrutura dos ribossomos e participa do processo de tradução dos códons para construção das proteínas.

Tipos RNAs (2/2)

RNA TRANSPORTADORRNA TRANSPORTADOR

SÍNTESE DE PROTEÍNAS :

A síntese começa quando ocorre a transcrição das ba ses de DNA para RNA. Essa transcrição é o código genético. O RNAm formado no núcleo passa para o citoplasma, deslocando-se para os ribossomos. Os RNAt que estão no citoplasma, através de suas moléculas, unem-se ao aa livre levando até o ribossomo. Lá o anticódon do RN At reconhece no códon do RNAm o aa , que será codificado. Assim, ocorrendo sucessivame nte, até dar origem a uma proteína.

NúcleoNúcleo

DNA-RNAmDNA RNAm RNAm Transcriçã o Proteínas TraduçãoDNA-RNAm

A síntese completa de uma proteína leva de 20 a 60 seg, e o mesmoRNAm pode ser traduzido por vários ribossomos, que mantêm uma Distância entre si de aproximadamente 80 nucleotídeos.

O papel do RNA mensageiro

Os Íntrons e os Éxons

Nos eucariontes, o RNA transcrito pelo gene é normalmente chamado de pré-RNA, no sentido de que ele ainda não está pronto para ser traduzido, produzindo proteínas. O pré-RNA seria, assim uma versão ainda não acabada do RNAm, que precisa ser primeiro processado no núcleo para, em seguida, migrar ao citoplasma.

A

Éxon Íntron Éxon ÉxonÍntron Íntron

Os Íntrons são retirados e os éxons são soldados um ao outro

(ver síntese protéica

Síntese Protéica

� O RNAm transcrito no núcleo chega ao citoplasma e se liga a um ou mais ribossomos.

� O ribossomo “lê” o primeiro códon e um RNAt com o anticódon correspondente

A TraduçãoA Tradução

anticódon correspondente transporta um aminoácido e se liga ao códon.

� O ribossomo se desloca, no sentido 5’�3’ e lê o próximo códon.

� Os aminoácidos são unidos por ligações peptídicas.

� Ao final da tradução o polipeptídeo se desliga e se constituí na proteína.

O ribossomo acomoda dois tRNAs carregados

4. Terminação

Dogma Central da Biologia Molecular

� Foi estabelecido em 1956 por Francis Crick.� Postulava que o sentido da construção das moléculas é

sempre de DNA à Proteína – fluxo unidirecional da informação.

� O DNA é o “molde” para formar DNA (replicação) e RNA � O DNA é o “molde” para formar DNA (replicação) e RNA (transcrição). Este por sua vez é o “molde” para formação das proteínas (tradução).

� Hoje se sabe que, em alguns vírus, o RNA pode replicar-se e, em outros, o RNA pode produzir DNA (transcrição reversa) utilizando o maquinário genético da célula-hospedeira.

� Porém, não é possível se sintetizar ácidos nucléicos a partir de proteínas.

� Os novos conhecimentos permitiram que se ampliasse o dogma central sem contudo perder a unidirecionalidade, ou seja, de ácido nucléico à proteína.

� Projeto Proteômico.

Diferenças entre RNA e DNA

O RNA é uma molécula intermediária na síntese de proteínas, ela faz a intermediação entre o DNA e as proteínas.

Ele é formado por uma cadeia de ribonucleotídeos, que, por sua vez, são formados por um grupo fosfato, um açucar (ribose), e uma base DNA fosfato, um açucar (ribose), e uma base nitrogenada (veja abaixo).

As principais diferenças entre o RNA e o DNA são sutis, mas fazem com que o último seja mais estável do que o primeiro. O RNA é formado por uma fita simples, o açúcar de seu esqueleto é a ribose e uma de suas bases pirimídicas (de anel simples) é diferente da do DNA (uracila ao invés de timina), além disso o açucar do RNA é a ribose invés da desoxirribose do DNA.

DNA

RNA

Os processos de síntese de proteínas na célula são controlados pelo metabolismo de controle.As duas principais personagens do metabolismo de controle são as moléculas de DNA e RNA. O DNA (ácido desoxirribonucléico) é o patrimônio genético, que contém as instruções para a síntese de todas as proteínas que a célula é capaz de realizar. O RNA atua como mensageiro (RNA mensageiro) entre o DNA e o ribossomo, local de síntese de proteínas.

DNA (ácido desoxirribonucléico) RNA (ácido ribonucléico)

Se localiza somente no núcleo Se localiza no núcleo e no citoplasma

DNA e RNA

Apresenta forma de dupla hélice com duas fitas Apresenta apenas uma fita

É formado com a pentose (açúcar) desoxirribose É formado com a pentose ribose

Bases nitrogenadas participantes: A, T, C, G

Bases nitrogenadas participantes: A, U, C, G

Código Genético

Códão que dá origem à síntese dequalquer proteína

Genoma Conjunto de moléculas de DNA

qualquer proteína

Código Genético –correspondência entre cada tripleto (códão) de RNA e cada um dos 20 aminoácidos habituais das proteínas (desde 1964)No código genético há 64 trincas possíveis, apenas 61 delas correspondem a aminoácidos. As tres trincas restantes são usadas como pontuação; elas dizem à célula o ponto em que termina a codificação de cada proteína.

Oração do DNA Creio no DNA todo poderosocriador de todos os seres vivos,creio no RNA,seu único filho,que foi concebido por ordem a graça do DNA polimerase.Nasceu como transcrito primáriopadeceu sobre o poder das nucleases, metilases e poliadenilases.Foi processa, modificado e transportado.Desceu do citoplasma e em poucos segundos foi traduzido à proteína.Subiu pelo retículo endoplasmático e o complexo de Golgi E está ancorado à direita de uma proteína GE está ancorado à direita de uma proteína GNa membrana plasmáticaDe onde há de vir a controlar a transdução de sinaisEm células normais e apoptóticasCreio na Biologia MolecularNa terapia gênica e na biotecnologiaNo seqüenciamento do genoma humanoNa correção de mutaçõesNa clonagem da DollyNa vida eterna.Amém