Estrutura e Atividade dos Ácidos Nucléicos

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1 Estrutura e Atividade dos Ácidos Nucléicos
Prof. Milton Cezar Jacques Pereira ( 1000TON )

2 Ácidos Nucléicos – O Código da Vida
DNA e RNA  Cadeia de polinucleotídeos

3 Composição dos Nucleotídeos
1) Açúcar (pentose) Ribose: -D-ribofuranose (RNA) Desoxirribose: -D-2´-desoxirribofuranose (DNA) 2) Base nitrogenada: ligado ao carbono 1 do açúcar Purinas: adenina, guanina Pirimidina: citosina, timina, uracila 3) Grupo Fosfato: ligado ao carbono 5 do açúcar Obs: Nucleosídeo = açúcar + base nitrogenada

4 Pentoses O HOH2C H OH Desoxirribose 1´ 5´ 4´ 3´ 2´ Ribose

5 Bases Nitrogenadas Purinas Pirimidinas Guanina Adenina Uracila
H Guanina O N H H N N H N Purinas N N H H Adenina H N O H N O H3C H N O Uracila Pirimidinas Citosina Timina

6 Nucleotídeos Desoxirribose CH2 H OH P -O O- Fosfato Adenina   NH2 O
 

7 Nucleotídeos Adenina Base nitrogenada O Fosfato Desoxirribose O P -O
CH2 H OH Desoxirribose Base nitrogenada

8 Nucleotídeos Guanina Base nitrogenada O Fosfato Desoxirribose O P -O
CH2 H OH Desoxirribose Base nitrogenada

9 Nucleotídeos Timina Base nitrogenada O Fosfato Desoxirribose O P -O
CH2 H OH Desoxirribose Base nitrogenada

10 Nucleotídeos Citosina Base nitrogenada O Fosfato Desoxirribose O P -O
CH2 H OH Desoxirribose Base nitrogenada

11 DNA Ácido Desoxirribonucléico
É o material genético da quase totalidade dos seres vivos.

12 DNA É grande e complexo e possui grande quantidade de informações.
Cada gene é um segmento de DNA, que contém a informação para fabricar uma determinada proteína. Cada cromossomo é composto por uma série de genes.

13 DNA Cada gene transporta informação em sua banda de DNA.
Por exemplo, um gene pode carregar informação para olhos azuis e um outro, para cabelo liso. Esse armazenamento de informação no gene é denominado informação genética. Centrômero Telômero

14 DNA Pode se duplicar, gerando cópias perfeitas de si mesmo.
Comanda a síntese de proteínas, controla o metabolismo e a arquitetura da célula.

15 DNA filha (dupla hélice)
Uma das funções do DNA dos cromossomos é servir de molde para sua própria duplicação na fase S do ciclo celular, sendo as cópias distribuídas para as células-filhas. Outra função do DNA é a passagem da informação nele contida para as moléculas dos três tipos de RNA: RNA transportador, RNA mensageiro e RNA ribossômico. Molécula de DNA parental Fita filha Molécula de DNA filha (dupla hélice)

16 Duplicação ou Replicação do DNA
A duplicação é semiconservadora. Origina-se em sítios específicos. Ocorre em ambas as direções. Enzimas auxiliam o processo. Graças à abertura da cadeia dupla inicial e à posição dos nucleotídeos correspondentes em cada semicadeia, formam-se duas cadeias, cópias exatas da inicial. Origem da replicação Origem da replicação Origem da replicação Fita parental Fita filha Duas moléculas de DNA Cadeias originais do DNA em azul; cadeias novas em laranja.

17 DNA O DNA é geralmente fita dupla.
No DNA o número de Timinas (T) é igual ao número de Adeninas (A) e o número de Guanina (G) é igual ao de Citosina (C).

18 DNA O modelo de Watson e Crick (1953) mostra o DNA como uma fita retorcida (Dupla Hélice). As ligações na mesma fita são do tipo fosfodiéster.

19 DNA As interações entre as fitas são do tipo ligações (pontes) de hidrogênio Entre A e T são duas e entre C e G são três.

20 A = T  2 pontes de hidrogênio G  C  3 pontes de hidrogênio
Pareamento de Bases A = T G  C Bases são complementares. Pontes de hidrogênio são formadas entre as bases: A = T  2 pontes de hidrogênio G  C  3 pontes de hidrogênio G  C É MAIS ESTÁVEL

21 Pareamento dos Nucleotídeos
CH2 O OH Guanina N H H2C Citosina Pontes de hidrogênio

22 Pareamento dos Nucleotídeos
CH2 O OH Adenina N H H2C H3C Timina Pontes de hidrogênio

23 5´ 3´ Polimerização P O P O H2C O O H2C OH P O OH

24 Pareamento das Fitas de DNA
OH O H2C P O H2C P OH 3´ 5´ Pareamento das Fitas de DNA Invertido e Complementar

25 Como o DNA controla a Célula?
O DNA controla a célula pela transferência de informação codificada para o RNA. 1 Síntese de RNAm no núcleo RNAm A informação no RNA é usada para a síntese de proteínas. NÚCLEO Citoplasma 2 Movimento do RNAm para o citoplasma via poro nuclear RNAm Ribossomo 3 Síntese de proteína no citoplasma. Proteína Figure 4.10

26 RNA Ácido Ribonucléico
O RNA é geralmente fita simples. É menor que o RNA. É relacionado com a síntese protéica. Material genético de alguns vírus.

27 Principais Tipos de RNA
RNA mensageiro (RNAm) O número de nucleotídeos é diretamente proporcional ao tamanho da proteína que codifica. Carrega as informações do núcleo até o citoplasma.

28 Principais Tipos de RNA
RNA ribossômico (RNAr) É a maior molécula de RNA. É o mais abundante (80% do RNA celular). Constitui os ribossomos junto com as protéinas.

29 Ribossomos Composto por RNAr + Proteínas Formado por 2 subunidades
unidas por íons de Mg++ Pode ser encontrado: Livre no hialoplasma (inativo) Preso ao RNAm: Síntese de proteínas para consumo interno Preso ao Ergastoplasma: Síntese de proteínas para a exportação

30 Principais Tipos de RNA
3 C A G U * 5 Amino acid attachment site Hydrogen bonds Anticodon RNA transportador (RNAt) Menor molécula de RNA. Liga-se a um aminoácido para conduzi-lo até o local onde está ocorrendo a síntese protéica. Existe no mínimo um RNAt para cada tipo de aminoácido.

31 Principais Tipos de RNA
RNAm 5’ 3’ Aminoácido RNAt 3´ 5´ RNAr Anticódon

32 Diferenças entre RNA e RNA
DNA Açúcar Ribose Desoxirribose Bases nitrogenadas Guanina (G) Citosina (C) Adenina (A) Uracila (U) Timina (T) Número de fitas Geralmente simples Dupla Termoestável? Não Sim

33 Atividade dos Ácidos Nucléicos

34 Duplicação ou Replicação
Objetivo: Gerar cópias (Mitose ou meiose). É um processo Semiconservativo. Enzimas envolvidas: Helicase – Rompimento das pontes de Hidrogênio, ou seja, separação dos filamentos da dupla hélice que vai ser copiada). DNA polimerase – Encaixe de novos nucleotídeos obedecendo a correspondência: A e T, C e G. Topoisomerase – Desdobramento das voltas da hélice dupla (consome energia = ATP). Proteínas envolvidas: Proteínas SSP (Single Strand Proteins) – imepdem que as pontes de Hidrogênio entre as bases se refaçam depois de desfeitas pela helicase.

35 Duplicação ou Replicação
Os quatro desorribonucleotídeos trifosfato necessários a síntese de DNA são dATP, dCTP, dTTP, dGTP, contendo as bases adenina, citosina, timina e guanina. A DNA-polimerase não consegue iniciar a síntese de DNA sem o auxílio de um iniciador ou primer de RNA, porque ela só é capaz de adicionar nucleotídeos a um polinucleotídeo preexistente.

36 Duplicação ou Replicação
Os dois filamentos da hélice dupla são antiparalelos, isto é, um deles tem direção 5’-3’ e o outro a direção 3’-5’. A replicação do DNA é extremamente precisa, estimando-se que é cometido apenas um erro na replicação de 109 bases. Leading: filamento que é sintetizado inteiro. Lagging: filamento que é feito em pedaços que depois são soldados (cada pedaço começa por 5’ e termina em 3’). Leading Lagging

37 Duplicação ou Replicação
Forquilha de Replicação A replicação inicia-se, simultaneamente em vários pontos do cromossomo. Uma vez iniciada a replicação em locais predeterminados situados ao longo dos cromossomos, os locais de iniciação, ele se propaga para os dois lados (replicação bidirecional), até encontrar a replicação do segmento vizinho. Cada segmento de DNA capaz de iniciar a replicação chama-se réplicon.

38 Transcrição Objetivo: Gerar o RNA. Ocorre no núcleo. Enzima envolvida:
RNA polimerase. Forma as moléculas de RNA tendo como molde uma das fitas do DNA.

39 Transcrição

40 Transcrição A transcrição é feita por RNA-polimerases dependentes de DNA, que apresentam características comuns a todas elas: Só realizam a polimerização de ribonucleotídeos, para formar RNA, na presença de um modelo ou “template” de DNA, que pode ser um filamento simples de DNA ou uma dupla hélice. São necessários os quatro trifosfatos de ribonucleosídeos precursores do RNA, ou seja, ATP, CTP, GTP e UTP. As RNA-polimerases requerem os cátions Mn 2+ ou Mg2+ para exercerem atividade enzimática. A transcrição tem lugar apenas num filamento de DNA de determinado local da dupla hélice, tratando-se assim de uma transcrição assimétrica. As RNA-polimerases não dependem de um iniciador ou primer, ao contrário do que acontece com as DNA-polimerases.

41 Transcrição Nucleotídeos do RNA RNA polimerase RNA recém formado
“Template” da fita de DNA Direção da transcrição

42 Transcrição Nas células eucariontes, o RNA é transcrito como moléculas maiores que são reduzidas de tamanho por um processo intranuclear de acabamento. Nesse processo está incluído o splicing, que consiste na remoção e digestão de segmentos chamados íntrons e junção dos segmentos funcionais, os éxons, que vão constituir a molécula final de RNAm. O splicing, processo de acabamento do RNA, é muito complexo e preciso, porque a molécula de RNA inicialmente transcrita deve ser cortada em locais exatos, e as partes funcionais ou éxons devem ser emendadas também de maneira exata.

43 Transcrição - Processamento do RNAm
Íntron Éxon Éxon Íntron Éxon DNA RNA transcrito Transcrição Íntrons removidos Éxons unidos RNAm Núcleo Citoplasma

44 Transcrição Durante a transcrição
O gene determina a seqüência de bases ao longo da molécula de RNAm. Molécula de DNA Gene 1 Gene 2 Gene 3 Fita de DNA (template) TRANSCRIÇÃO RNAm Proteína TRADUÇÃO Aminoácido A C G T U Trp Phe Gly Ser Codon 3 5

45 Tradução Síntese Protéica Ocorre no citoplasma Personagens Códon
RNAm Ribossomos Aminoácidos RNAt Enzimas e ATP Códon Anticódon Código genético universal DNA Transcrição Núcleo RNA Tradução Citoplasma Proteína

46 Códon e Anticódon Aminoácidos RNAt com aminoácidos aderidos Trp Phe
TRANSCRIÇÃO TRADUÇÃO DNA RNAm Ribossomo Polipeptídeo Aminoácidos RNAt com aminoácidos aderidos RNAt Anticódon Trp Phe Gly A G C U Códons 5 3

47 O Código Genético Um códon no RNAm
Serve tanto para a tradução em um aminoácido ou serve como um sinal para o término da tradução (códon de terminação). Segunda base do RNAm U C A G UUU UUC UUA UUG CUU CUC CUA CUG AUU AUC AUA AUG GUU GUC GUA GUG Met Iniciação Phe Leu lle Val UCU UCC UCA UCG CCU CCC CCA CCG ACU ACC ACA ACG GCU GCC GCA GCG Ser Pro Thr Ala UAU UAC UGU UGC Tyr Cys CAU CAC CAA CAG CGU CGC CGA CGG AAU AAC AAA AAG AGU AGC AGA AGG GAU GAC GAA GAG GGU GGC GGA GGG UGG UAA UAG Terminação UGA Trp His Gln Asn Lys Asp Arg Gly Primeira base no RNAm (extremidade 5) Terceira base no RNAm (extemidade 3) Glu

48 O Código Genético A tabela anterior mostra os códons para os 20 aminoácidos,verificando-se que 61 codificam aminoácidos e três servem para determinar que a molécula protéica deve ser terminada. São os códons de terminação UAA, UAG e UGA. O códon AUG, conhecido como códon de iniciação, é a parte do sinal para início da cadeia polipeptídica. Isso quando ele está localizado na extremidade do RNAm; qaundo está situado em outra posição na molécula do RNAm, codifica o aminoácido metionina. O exame da tabela anterior mostra que, com exceção dos códons para metionina e triptófano, todos os outros aminoácidos têm mais de um códon. Por outro lado, o código genético é universal, sendo o mesmo para todos os organismos procariontes e eucariontes.

49 Tradução Primeira etapa é a ativação dos aminoácidos por ATP, com a formação de aminoacil-adenilatos, seguida pela combinação do grupo carboxila do aminoácido com o respectivo RNAt. Aminoácido Aminoacil- sintetase RNAt (enzima) Tanto a formação dos aminoacil-adenilatos como a ligação destes com os RNAt são catalisadas pela mesma enzima chamada aminoacil-sintetase RNAt 1 Ativa os sítios de ligação do aminoácido e ATP. P P P Adenosina ATP ATP perde dois grupos P e junta-se ao aminoácido como AMP. 2 P Adenosina Pirofosfato P Pi Pi Fosfatos Pi Cada aminoácido é ativado por uma sintetase que tem especificidade dupla: para o aminoácido e para os respectivos RNAt. RNAt 3 Ligação covalente do RNAt com o aminoácido, liberando AMP. P Adenosina AMP O aminoácido ativado é liberado pela enzima 4 Aminoacilação do RNAt

50 Cadeia polipeptídica em crescimento
Tradução Cadeia polipeptídica em crescimento Aminoácido RNAt RNAm Códons 3 5 Depois da aminoacilação do RNAt, os eventos da síntese protéica passam a ter lugar nos ribossomos. Os ribossomos oferecem locais onde os outros componentes da síntese protéica (RNAm, aminoacil-RNAt, cadeia polipeptídica em formação, fatores protéicos solúveis, moléculas de GTP) se colocam em posição que torna possível ao código genético contido no RNAm ser traduzido corretamente. Cada ribossomo recebe duas moléculas de RNAt simultaneamente. Os eventos que ocorrem nos ribossomos envolvem proteínas do citossol que participam das diferentes etapas da síntese protéica.

51 Sítio de ligação ao RNAm
Tradução O início da tradução A síntese protéica se continua com a ligação do aminoacil-adenilato mais o RNAt iniciador à subunidade menor do ribossomo. Nas bactérias, mais bem estudadas do que as células eucariontes, o iniciador é sempre a N-formilmetionil RNAt (fMet RNAt). Em seguida, o RNAm junta-se ao complexo formado pela subunidade menor + fMet RNAt + GTP, de modo que o códon de iniciação, AUG, interage com o anticódon da fMet RNAt, formando assim o complexo de iniciação. Em seguida, a subunidade maior (50 S) do ribossomo junta-se ao complexo, formando o ribossomo completo com 70 S (célula procarionte). É interessante notar que a fMet liga-se à subunidade ribossômica menor sem interferência do RNAm, que é adicionado posteriormente. Nas células eucariontes, o iniciador é a metionina não-formilada ligada ao seu RNAt. Subunidade maior do ribossomo 2 RNAt iniciador RNAm Sítio de ligação ao RNAm menor do Complexo de iniciação Sítio P GDP GTP Códon de iniciação 1 Met U A C G E 3 5

52 Tradução O alongamento da cadeia polipeptídica
Como os ribossomos têm dois locais para a entrada dos aminoacil-RNAt, ocorre uma ligação peptídica entre os dois aminoácidos próximos e, imediatamente, o deslocamento de um deles para fora do ribossomo. Assim, fica um local vago no ribossomo para entrada de novo aminoacil-RNAt, conforme códon do RNAm. Polipeptídeo mRNA Ribossomo pronto para receber o próximo Aminoacil-RNAt P A GDP GTP 2 5 3 TRANSCRIÇÃO TRADUÇÃO DNA RNAm Ribossomo Sempre que sai um aminoácido, já inserido na nova cadeia polipeptídica, há transferência do que ficou no ribossomo para o sítio de saída (sítio P), ficando vazio o sítio de entrada (sítio A).

53 Tradução O término da tradução
O alongamento da cadeia polipeptídica se continua até o ribossomo encontrar no RNAm, um código ou um trio de terminação, o que determina a liberação do último aminoácido e a separação das duas subunidades ribossômicas, que podem ser usadas novamente para produzir outras novas cadeias polipeptídicas. Polipeptídeo livre Códon de terminação (UAG, UAA, or UGA) 5 3

54 Tradução O polirribossomo se forma porque vários ribossomos traduzem simultaneamente a mesma molécula de RNAm. Polipeptídeos em crescimento Polipeptídeo completo Subunidades ribossômicas separadas Extremidade 5 do RNAm 3 do RNAm Polirribossomo Um molécula de RNAm é geralmente traduzida simultaneamente por alguns ribossomos em conjunto, formando polirribossomos. (a) Ribossomos RNAm Eletrofotomicrografia de transmissão mostrando um grande polirribossomo em célula procarionte. 0.1 µm (b)

55 Resumo da Tradução The End Ribossomo Ribossomo Proteína:
início da síntese Início da síntese de proteína RNAm Polissomos ou polirribossomos Ribossomo libera-se do RNAm Proteína formada Término da síntese The End