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Mundo do RNA
Origem da vida na Terra
• Replicadores X Metabolismo
• Definição de vida
• História da vida começou quando
surgiram moléculas capazes de auto-
replicação
• Replicadores
Replicadores
• Estas moléculas auto-replicadoras
deveriam possuir 3 características
– Reprodução: capacidade de gerar prole
– Hereditariedade: a prole deve ser similar aos
seus pais
– Variação: hereditariedade nem sempre é
perfeita
Qual seria a molécula primordial?
• Dias atuais
• DNA RNA proteína
• DNA: molécula responsável por
armazenar a informação genética
• RNA: intermediário na transmissão desta
informação
• Proteínas: modo de ação do gene,
capacidade enzimática
Dogma central da biologia
DNA -> RNA -> Proteína -> metabolitos
Quem veio primeiro Proteína, DNA ou RNA ?
O que veio primeiro o replicador (DNA ou RNA)
ou metabolismo enzimático (proteínas)
toda enzima é uma proteína (até inicio da década de 80)
“Nem toda proteína é uma enzima mas toda enzima é uma proteína ...”
Toda regra tem uma exceção !
A molécula primordial
• Atividade do DNA e proteínas
• Proteínas: essenciais para a vida, pois
são as moléculas capazes de realizar
atividades enzimáticas
• ...Mas são incapazes de se auto-duplicar
• DNA...incapaz de ter atividade
catalisadora
• Sobrou o RNA...
RNA
• Media a informação contida nos genes para seu modo de ação, as proteínas
• Mas em 1980, este conceito mudou
• Sidney Altman e Thomas Cech (os dois ganharam o prêmio nobel devido à esta descoberta) descobriram independentemente um tipo de RNA que era capaz de catalisar uma reação
– Que reação era essa?
Atividade catalisadora do RNA
• Foi descoberta em um ciliado,
Tetrahymena
• Denominou-se ribozima
• Esta descoberta deu suporte à teoria do
‘Mundo do RNA primordial’
Proposta para origem da vida
A evolução funcional do RNA
A evolução funcional do RNA
• Nos dias atuais
DNA RNA proteínastranscrição tradução
mRNA tRNA
rRNA
Seriam evidências a favor do mundo do RNA?
Ácidos nucléicos
Ácidos nucléicos
RNA: menos estávelDNA
Alguns dos principais tipos de RNA
Pré-requisitos para o mundo do
RNA
• Capacidade de auto-síntese
Síntese do RNA pré-biótico:
proposta• Existência de nucleotídeos livres na água
• Podiam se ligar, mas facilmente se quebrar
• Mas no meio desta sopa, algumas seqüências adquiriram a capacidade de manterem-se unidas, e de se alongarem por um período de tempo maior
• Esta população de pré-RNAs sofria seleção natural e as moléculas mais eficientes em catalisar sua própria reprodução, sobreviveu e evoluiu para o RNA moderno
• Evidências in vitro
Mundo do RNA pré-biótico
• Lincoln TA AND Joyce GF (January 8, 2009).
"Self-Sustained Replication of an RNA Enzyme".
Science
• Sistema de evolução in vitro
• Grande população de RNAs + moléculs C e N
• Identificaram ribozimas que eram capazes de
sintetizar cadeias de RNA a partir de moléculas
C e N (velocidade maior que as proteínas
atuais)
Estoque da informação genética
• RNA: dificuldades em estocar grandes quantidades de informação
• Moléculas grandes de RNA são facilmente hidrolisadas
• Bases nitrogenadas suscetíveis à radiação UV
• Estas características não impedem que o RNA estoque informação genética, mas indica que a sua manutenção era custosa (reparo, reposição) e, também, susceptível a maiores taxas de mutação
Síntese do RNA
• Dias atuais
• Transcrição: RNA polimerase
• DNA RNA mensageiro
TRANSCRIÇÃO: DNA → RNA
Origem do mRNA
• Ainda no mundo do RNA?
• Seria um subproduto da duplicação do
RNA genômico?
• Ou surgiu após a formação do mundo do
DNA?
Transcrição do RNA
Elongação da transcrição
Processamento
do RNA
Tradução do RNA
Importante: após o tratamento dos ribossomos com proteases, ainda assim é
possível a síntese de peptídeos
Origem da síntese protéica
• Decodificar a informação nucleotídica em
aminoácidos
• A origem do código genético
O código genético
O código genético
• 4 bases X 20 aminoácidos
• Combinações: 41= 4 aminoácidos
• 42= 16 aminoácidos
• 43= 64 aminoácidos
• Redundância do código genético
O código genético
A origem da tradução
• Mundo do RNA?
Via Hipotética de síntese de proteínas por Ribozimas ....
Transição para o mundo RNA + Proteína RNP world
A) Ativação de um aminoácido
B) Transferência de um aminoácido ativado para o terminal do tRNA
C) Transferência peptidica resultando em um dipeptídeo
d) sucessivas transferências peptídicas resultando em um polipeptídeo
Reações Demonstradas experimentalmente
Síntese protéica
• Após o seu surgimento
• Especialização das funções catalíticas
• Proteínas são catalisadores mais
eficientes
– Manutenção da estrutura terciária precisa
Transição de mundos
preRNA world -> RNA world -> RNP world -> DNA world
Transição para o mundo do DNA
• Quais fatores teriam propiciado esta
mudança?
• Esta parece ter sido uma mudança
drástica para a evolução da vida
Genoma de RNA
• Alguns vírus, retrovírus
• Genoma RNA
– Simples ou dupla fita
• Não existe síntese protéica sem RNA,
mas existe informação genética sem DNA
• Evidência de que a origem do código
genético é anterior ao DNA
Vantagens do DNA
• Molécula mais estável
• Mais resistente à danos
• Dupla fita: fita molde
• Estas características permitem o aumento do tamanho do genoma, através de duplicações
• Com o aumento do tamanho, temos um aumento de diversidade do código para proteínas
• Processo de duplicação do DNA é menos susceptível ao erro
Como surgiu o DNA?
• Questão em aberto
• Algumas propostas: origem de enzimas
especiais, as transcriptases reversas
Alternativas ao RNA como replicadores originais
(ou candidatos a ancestrais de RNA)
Ou alternativas que poderíamos encontrar em outros mundos
Alternativas !!!!!!!
Ácidos nucleicos de ...
Treose
Threose nucleic acid
TNA
Peptideo
Peptide nucleic acid
PNA
Glicerol
glycerol nucleic acid
GNA
piranosil
pyranosyl-RNA. B
nucleic acid
pRBNA
O RNA nos dias atuais• mRNAs , tRNAs, rRNAs
• RNA na duplicação do DNA
• Micro e siRNAs: regulação de transcrição
e tradução
RNA de interferência
• Controle da expressão gênica
• Pequenos segmentos de RNA
• Ligam-se à sequências específicas de
RNA e podem aumentar ou diminuir sua
atividade
RNA de interferência
Afinal ainda somos
um mundo de RNA ?
Bibliografia
• Biologia Molecular e Evolução (2001)
organizado por Sérgio Russo Matiolli,
Holos Editora, Ribeirão Preto