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FUNÇÕES DO DNA E RNA. FUNÇÕES DOS NUCLEÓTIDOS Transportadores de energia; Componentes dos cofactores enzimáticos; Mensageiros químicos.

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1 FUNÇÕES DO DNA E RNA

2 FUNÇÕES DOS NUCLEÓTIDOS Transportadores de energia; Componentes dos cofactores enzimáticos; Mensageiros químicos.

3 Modelo da Dupla Hélice do DNA A complementaridade dos 2 filamentos torna o DNA unicamente adequado a TRANSMITIR a informação genética. Cada fita de DNA contém uma cópia desta informação (codificada pela sequência de nucleótidos complementares). REPLICAÇÃO DO DNA Os GENES carregam a informação biológica que deve ser precisamente COPIADA e TRANSMITIDA durante a divisão celular. A sequência linear de nucleótidos em um gene codifica a ordem de aminoácidos numa proteína.

4 A biossíntese do DNA é essencial à multiplicação das células, visto que permite transmitir a informação genética da célula mãe às células filhas. Consiste portanto na cópia fiel e integral da molécula de DNA parental. Duplicação dos cromossomas Separação dos cromossomas Divisão celular

5 DNA produz RNA produz proteínas As sequências de DNA são transcritas no RNA mensageiro (mRNA). O mRNA é então transcrito para especificar a sequências da proteína. O DNA é replicado quando cada fita especifica a sequência do seu parceiro para produzir novas moléculas a partir de molécula de hélice dupla.

6 Transferências de Informação 1 – Transferência DNA DNA Replicação ou duplicação, necessária à conservação da Informação Genética. 2 – Transferência DNA RNA Transcrição, que permite a passagem de Informação do DNA para os diversos RNA. 3 – Transferência RNA Proteínas Tradução, que permite a síntese de proteínas específicas, com base na informação contida no mRNA.

7 4 – Transferência RNA RNA ▫Síntese de RNA ( comportamento viral). 5 – Transferência RNA DNA ▫Tumores oncológicos ou oncogénicos.

8 A replicação do DNA respeita três regras : A replicação é semiconservativa, cada cadeia funciona como a base para a síntese de uma nova cadeia, produzindo duas novas moléculas de DNA, cada uma com uma nova cadeia e uma antiga. A replicação inicia numa origem e procede bidirecionalmente. A síntese do DNA procede numa direcção de 5`  3` semicontínua (fragmentos de Okazaki).

9 REPLICAÇÃO DO DNA

10 REPLICAÇÃO BIDIRECIONAL

11 Enzimas que actuam durante a replicação de DNA DNA Helicase: A função da DNA helicase é reconhecer a origem de replicação e desenrolar a dupla-hélice de DNA, na forquilha de replicação. Da sua acção resultam duas cadeias simples antiparalelas. Single-stranded DNA binding proteins (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. São também essenciais na reparação e recombinação de DNA. 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’.

12 DNA polimerase III é necessária para a síntese contínua da cadeia líder, enquanto que na cadeia atrasada, para além da DNA polimerase III é, também, precisa a primase para a síntese de primers iniciadores de polimerização pela DNA polimerase III, a DNA polimerase I para a remoção de primers e preenchimento de espaços e ainda a participação da DNA ligase para unir os fragmentos de Okasaki. Este 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’. Depois de removido, a DNA polimerase prossegue o crescimento da cadeia nova. Primase: faz parte de um agregado de proteínas chamado primossoma. Este 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 ligase: é o enzima que une os fragmentos de Okasaki para completar a cadeia atrasada.

13 ETAPAS DA REPLICAÇÃO Etapa de iniciação Corresponde à síntese, a nível da origem da replicação, dos iniciadores que serão posteriormente alongados pelos DNA-polimerases. Esta etapa passa-se em três fases: -Reconhecimento da origem da replicação por um complexo proteico; -Abertura localizada da dupla cadeia pelo DNA helicase; -Síntese do iniciador.

14 Etapa da elongação Forquilha de replicação – as duas cadeias são antiparalelas e que a polimerização se faz unicamente no sentido 5´  3´, implica que a síntese de uma cadeia se dê no sentido da progressão da forquilha de replicação, enquanto a síntese da outra apenas pode fazer-se no sentido inverso da progressão da forquilha. O enzima ligase liga os fragmentos de Okasaki

15 COMPLEXO MULTIENZIMÁTICO DA REPLICAÇÃO

16 Etapa de terminação Os mecanismos que intervêm na etapa de terminação são ainda mal conhecidos.

17 DNA é sintetizado por DNA polimerase DNA polimerase I foi isolado a partir de E.coli em 1955 por Kornberg. Os DNA polimerases necessitam sempre de um DNA molde e uma sequência iniciadora. O substrato da síntese é o desoxiribonucleótido-5´-trifosfato. A síntese de DNA ocorre pela adição de nucleótidos à extremidade 3´OH da cadeia em crescimento. Sentido da síntese sempre é 5’ → 3’.

18 Modelo da estrutura dos DNA-polimerases

19 ESQUEMA MOLECULAR DO DNA POLIMERASE

20 DNA-POLIMERASES Polimerase I - reparação de DNA; remove os primers de RNA nos fragmentos de Okazaki e substitui-os por DNA. Polimerase II - reparação de DNA; função não muito bem esclarecida. Polimerase III - sintetiza cadeias de DNA. Faz parte dum grande complexo, o holoenzima da DNA polimerase III. Uma das sub-unidades deste holoenzima é a subunidade ß, que mantém a polimerase III associada ao DNA.

21 DNA É DEGRADADO POR NUCLEASES Todas as células contêm vários tipos de nucleases diferentes pertencendo a duas classes: exonucleases e endonucleases. Exonucleases degradam ácidos nucleicos da extermidade da molécula. Muitos operam na direcção 5´  3´ ou na direcção 3´  5´, removendo nucleótidos somente da extremidade 5´ ou da 3´. Endonucleases podem começar a degradar em sítios internos específicos num ácido nucleico, reduzindo este em fragmentos mais pequenos. Alguns enzimas exonucleases e endonucleases degradam somente DNA com hélice simples.

22 DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO DO DNA As duas fitas da dupla hélice podem ser reversivelmente separadas quando as pontes de hidrogénio são quebradas com aumento de temperatura ou a extremos de pH (pH alcalino para separar as fitas).

23 As cadeias dos ácidos nucleicos são sintetizadas a partir de nucleótidos trifosfatados-dNTPs (ricos em energia) por reacções de polimerização (libertando pirofosfato inorgânico) durante a formação da LIGAÇÃO FOSFODIÉSTER.

24 O DNA NO NÚCLEO A soma total de todo o DNA num organismo é chamado de genoma. A informação Genómica é como um sistema operativo dum computador para a célula. Um cromossoma : uma molécula de DNA ▫Genoma: o conjunto de cromossomas de uma dada espécie. ▫Genoma Humano: 46 cromossomas  22 cromossomas autossómicos (x2)  2 cromossomas sexuais ▫Total: 6x10 9 pares de nucleótidos

25 Composição química dos Cromossomas Eucariótos Cromatina = DNA e Proteínas associadas (Histonas e não- Histonas). As histonas têm um papel estrutural importante (H1, H2a, H2b, H3 e H4) no empacotamento do DNA nos cromossomas.

26 EXPRESSÃO DOS GENES Cada DNA contém uma série de códigos para produzir proteínas. ▫Genótipo – conjunto de genes de um indivíduo. ▫Fenótipo – características observadas em como cada gene se expressa. ▫Um par e genes forma um alelo. ▫Pode ser dominante, recessivo ou com alguma combinação.

27 ALELOS MÚLTIPLOS Nem todos os caracteres de devem a um só alelo. Alguns resultam de uma combinação de vários pares de alelos – alelos múltiplos.  Os tipos sanguíneos: TipoFrequência A42% B10% AB4% O44%

28 MUTAÇÕES DO DNA Na replicação pode ocorrer por vezes erros – mutações. Mutação ▫Alteração do código original (DNA) modifica o genótipo. ▫Poder ser muito simples como por exemplo um nucleótido errado. ▫Pode ser prejudicial/mortal ou ser uma alteração positiva (evolução – rara). ▫Poder ser causada por factores químicos ou ambientais – mutagénicos.

29 MUTAÇÕES DO DNA Danos no DNA leva a perda ou alteração do conteúdo da informação genética, um processo conhecido por mutação. Os compostos ou agentes que causam mutações são chamados mutagenes. Muitos tipos de mutações existem, dependendo nas mudanças da sequência de informação do cromossoma:  Mutações de transição são definidas pela conversão dos pares de bases de G-C a A-T ou A-T a G-C.  Mutações de transversão convertem purinas para pirimidinas ou viceversa.  Mutações de estrutura resultam da inserção ou eliminação de um par de bases.  Luz ultravioleta – todas as bases de DNA absorvem eficazmente UV e ficam quimicamente reactivas.

30 TIPOS DE DANOS NO DNA Alteração de uma base Depurinação Desaminação da citosina para uracil Desaminação da adenina Alquilação da base (grupos metoxi – OCH3) Inserção ou eliminação dum nucleótido Alteração de duas bases Luz UV induz o dímero timina-timina Ligação bifuncional Quebra de cadeias Radiação ionizante Desintegração radioactiva dos elementos Formação de radicais livres oxidativos Ligações cruzadas Entre bases na mesma ou em hélices diferentes Entre DNA e proteínas

31 BIOSÍNTESE DO RNA

32 PRINCIPAIS CLASSES DE RNA RNA mensageiro – mRNA ▫Copia informação genética do DNA, usada como matriz para a síntese de proteínas. RNA de transferência – tRNA ▫Pequena molécula (70-90 unidades de bases) utilizada para manter o aminoácido correcto para o local da síntese proteica. RNA ribossomal – rRNA Plantaforma para a síntese de proteínas, segura o mRNA no lugar e ajuda na montagem das proteínas. RNA nuclear pequeno - snRNA Envolvido na divisão do mRNA.

33 TRANSCRIÇÃO DO RNA Transcrição é o processo pelo qual uma molécula de RNA é sintetizada a partir de um molde de DNA. Através da transcrição, são sintetizados todos os tipos de RNAs da célula, ou seja, o RNA mensageiro (mRNA), o RNA ribossómico (rRNA), o RNA transerência ou transportador (tRNA) e outros RNAs menores. Todos os RNAs estão envolvidos activamente na síntese protéica. O mRNA será usado para transferir a informação genética do DNA às proteínas, mas os demais RNAs sintetizados têm, por si, funções finais na célula, tanto estruturais como catalíticas.

34 TRANSCRIÇÃO

35 A transcrição espelha o estado fisiológico da célula. Ela é extremamente variável para atender às suas necessidades num determinado momento. Tal variabilidade se reflete no facto de que somente um gene ou grupo de genes em particular é transcrito naquele instante fisiológico. Por outro lado, dependendo da necessidade da célula, o mesmo gene pode ser transcrito incontáveis vezes até que a necessidade seja suprimida.

36 A transcrição é um processo extremamente selectivo A transcrição é realizada em dois níveis: ▫(1) somente partes do DNA são transcritas para produzir RNA. Por exemplo, nas células da maioria dos mamíferos, somente 1% de toda a sequência do DNA é copiada para formar sequências de RNA funcional e algumas partes do DNA podem nunca ser transcritas. ▫ (2) somente uma porção ainda menor da sequência de nucleótidos do RNA sobrevive os passos de processamento pelo qual o RNA recém transcrito passa para se tornar maduro e funcional. A célula restringe a expressão de informação genética para a formação de produtos genéticos necessários naquele momento específico.

37 Transcrição ocorre a partir da informação contida na sequência de nucleótidos de uma molécula de DNA fita dupla, sendo sempre no sentido 5'  3'. Apenas uma das fitas do DNA, chamada de fita molde, é utilizada durante a síntese, que segue as mesmas regras de complementaridade e antiparalelismo. O RNA recém sintetizado (5'  3') é complementar à fita de DNA que serviu de molde (3'  5') e idêntico a outra fita de DNA do duplex (5'  3'). A sequência de nucleótidos de um gene é sempre representada na orientação 5'  3', ou seja, a fita que não serve de molde.

38 RNA É SINTETIZADO POR RNA-POLIMERASES Os RNAPs desempenham todas as actividades necessárias para a transcrição: 1) reconhecem e ligam-se a sequências específicas de DNA; 2)desnaturam o DNA, expondo a sequência de nucleótidos a ser copiada; 3) mantêm as fitas de DNA separadas na região de síntese; 4) mantêm estável o duplex DNA:RNA na região de síntese; 5) restauram o DNA na região imediatamente posterior à da síntese; 6) sozinhas ou com auxílio de proteínas específicas, terminam a síntese do RNA. Estrutura do holoenzima RNA polimerase

39 SÍNTEDE DE RNA INICIA-SE COM PROMOTORES Os reguladores da transcrição podem ser divididos em dois tipos: promotores e elementos reforçadores (enhancers). As sequências reguladoras nada mais são do que um padrão de bases encontrado em todos os genes, que tem uma função designada de acordo com os factores/proteínas/enzimas que o reconhecem e se ligam a ele.

40 Isto dá-se de duas formas: ligando-se a ele e assim sinalizando a outros agentes o local de acção (promotor), ou ainda liga-se ao código, mas para modular a actividade de outros agentes por estarem presentes em todos os genes, podem ser chamadas de região consenso ou conservada, termos que também se aplicam para outras sequências que não somente regulam, mas sinalizam.

41 O início da transcrição em genes que utilizam RNAP II é complexo e envolve uma cascata na qual vários factores de transcrição vão se ligando ao DNA. Inicialmente há ligação de um factor ao TATA Box. Essa ligação sinaliza para que outros factores se liguem entre si e a outros elementos do promotor. Quando todos os factores já estiverem em seus devidos locais, o complexo estará pronto para receber a RNAP II e formar o chamado complexo de iniciação da transcrição. A RNAP II é responsável por abrir as fitas de DNA, e colocar a primeira base.

42 Alongamento ▫É o aumento da cadeia de RNA para o qual outros factores acessórios são necessários. Os factores utilizados no complexo de iniciação da transcrição são libertados e a RNAP II sofre alterações na sua conformação. Terminação ▫Muito pouco se conhece sobre o final da transcrição. Sabe-se que todas as três RNAPs terminam a síntese em regiões consenso do DNA ricas em T.

43 CÓDIGO GENÉTICO Um codão é um tripleto de nucleótidos ou sequência de três bases que estão codificados para um aminoácido específico. Codão – sequência no mRNA. Anticodão –sequência no tRNA. Os pares codão e anticodão têm de ser bases complementares. Se grupos de 3 bases são usadas e há 4 bases, temos 64 combinações possíveis (4 3 =64). A codificação dos aminoácidos torna-se assim muito fácil. O adaptador do tRNA “transcreve” a sequência de nucleótidos dum mRNA na sequência de aminoácidos dum polipeptídeo. O processo de síntese de proteínas guiada por mRNA é referido por translação.

44 TRADUÇÃO RNA - PROTEÍNAS

45 Num tripleto, todos os mRNAs têm três sequências de leitura, demonstradas em diferentes cores. Os tripletos são diferentes em cada sequência de leitura, logo cada um descodifica em aminoácido diferente. Sequências de leitura no código genético

46 Os codões são a chave para a transcrição da informação genética, direccionado a síntese de proteínas específicas. A sequência de leitura é iniciada quando a transcrição do uma molécula de mRNA começa, e é mantida enquanto a máquina sintética lê de um tripleto para outro. Se a leitura inicial for parada por uma ou duas base, ou se a translação salta um nucleótido no mRNA todos os codões subsquentes não poderão sequenciar proteínas.

47 O codão de iniciação AUG é o sinal mais comum para se iniciar um polipeptído em todas as células. Os codões de terminação (UAA, UAG, e UGA), também chamados de codões de finalização ou codões sem sentido, normalmente sinalizam o final de uma síntese de polipeptídos e não descodificam nenhum tipo de aminoácidos conhecido.

48 RNA TRANSFERÊNCIA O tRNA é o adaptador entre o mRNA e a informação das proteínas. tRNA dá a especificidade para o código genético, para que cada codão não seja específico para um aminoácido específico. tRNA contém dois sítios activos. ▫O anticodão consiste em três nucleótidos que formam pares de bases com os três nucleótidos dum codão. ▫ O aceitador que é esterificado para o aminoácido especificado pelo codão. Por exemplo, a alanina é codificada pelos tripletps GCU, GCC, GCA, e GCG


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