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UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA CAP 03 –GENÉTICA MOLECULAR (PARTE II) FUNÇÕES DO MATERIAL GENÉTICO DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA (Francis Crick) REPLICAÇÃO TRANSCRIÇÃO DNA mRNA TRADUÇÃO Cadeia Polipeptídica Dogma Central da Biologia Núcleo Repilicação Transcrição Processamento RNA Ribossomo Tradução Polipeptídeo Visão geral da expressão gênica Fita não molde ou sense DNA Fita molde ou anti sense m RNA Região não Códon de início traduzida t RNA Polipeptídeo Códons Anti Códons Replicação do DNA Fita nova DNA Dupla hélice Replicação semi-conservativa Fita velha Replicação semi conservativa Replicação conservativa Replicação dispersiva Experimentos de Meselson & Sthal (1958) a) Predição do modelo semiconservativo 1ª geração 2ª geração b) Predição do modelo conservativo 1ª geração 2ª geração c) Predição do modelo dispersivo 1ª geração 2ª geração Processo de Replicação do DNA Fitas molde Fita descontínua Fita contínua Movimento do garfo DNA POLIMERASE 3’ Proteínas de ligação Fragmento DNA Ligase de Okazaki Polimerase I Filamento Primer de RNA descontínuo 5’ Primer de RNA Fragmento de Okazaki Helicase Movimentação da forquilha de replicação Replicação do DNA em Procariotos Filamento contínuo 5’ Primase Dímero de DNA Polimerase III 3’ 3’ 5’ Girase 1. Primase sintetiza copiados do DNA pequenos pedaços de RNA 2. DNA polimerase III alonga o primer de RNA com novo DNA Segmentos ~1000b 3. DNA polimerase I remove o RNA e preenche a falha 4. DNA ligase reune os fragmentos adjacentes Replicação de cromossomo de eucariontes Replicação em três pontos de origem Cromossomo Réplicas de DNA (moléculas filhas) Cromátides irmãs Precisão da Replicação Humanos: 5,81 x 109 pb em cada célula somática Analogia com erros de digitação em um livro: Livro de Genética: 95 letras por linha, 36 linhas/página ou seja, 95 x 36 = 3420 letras/página : por analogia 3420 pb Assim 5,81 x 109/ 3420 = O genoma humano poderia ser escrito em 1.698.830 páginas O livro de genética tem 472 páginas, ou seja para escrever todas as bases do DNA seriam necessários aproximadamente 3.600 livros de genética. Na replicação do DNA seria como digitar esses 3.600 livros de 472 páginas sem erros. O erro esperado é de apenas 10-6 ou seja, 5.810 bases erradas. TRANSCRIÇÃO Processo de síntese de uma molécula de RNA utilizando uma das fitas do DNA como molde Núcleo DNA (Informações) mRNA Citoplasma Síntese protéica Genes individuais ou grupos de genes TRANSCRIÇÃO RNA polimerase Sítio promotor Desfaz as pontes de H+ Síntese do RNA 5´ → 3´ Procariontes vs Eucariontes TRANSCRIÇÃO EM PROCARIONTES DNA Transcrição 5’ 3’ mRNA TRANSCRIÇÃO EM PROCARIONTES Fita não molde ou senso DNA 5´ A G C A T T G A T 3´ 3´ T C G T AA C T A RNA polimerase 5´ Fita molde ou antisenso mRNA 5´ A G C A U U G A U 3´ TRANSCRIÇÃO EM PROCARIONTES Fita molde ou antisenso RNA polimerase DNA 5´ A G C A T T G A T 3´ 3´ T C G T AA C T A 5´ Fita não molde ou senso mRNA 5´ A U C AA U G C U 3´ TRANSCRIÇÃO TRANSCRIÇÃO EM PROCARIOTOS mRNA 5´ GAUAGAUGGUACUAACGAUACGGUGAGGUUAAAAC 3´ Fita molde RNA Desenrola Fita molde do gene 2 Enrola DNA RNA RNA polimerase Fita molde do Gene 1 RNA Polimerase Fita senso do Gene 2 Adição à extremidade 3’ RNA Fita molde de DNA Processamento de RNA Eucariótico DNA Núcleo pré mRNA ou hnRNA Transcrição Processamento mRMA Cadeia aminoácido Transporte para citoplasma mRNA Tradução Ribossomo TRANSCRIÇÃO EM EUCARIONTES DNA Íntron Éxon Transcrição 5’ 3’ Pré-mRNA ou hnRNA Processamento: - Adição – capacete 5’ (G-CH3) - Adição – cauda 3’ (poli - A) - Retirada de íntrons e união de éxons 5’ 3’ mRNA G-CH3 AAAAA Remoção dos íntrons Local do corte Frequência de ocorrência (%) Local do corte Recomposição alternativa (Alternative Splicing) do mRNA TRADUÇÃO – Síntese protéica Processo de decodificação da informação existente na sequência de nucleotídeos do mRNA em um sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica + complexo que a replicação e transcrição (mRNA, tRNA, ribossomos, enzimas, aá, ATP e GTP) CÓDIGO GENÉTICO 04 bases ► 20 aá Trinca de nucleotídeos ►aá 43 = 64 códons CÓDON Identificar ------ CÓDON ► aá Síntese de cadeias polipeptídicas in vitro Polinucleotídeo fosforilase mRNA sintético Cadeia polipeptídica CÓDIGO GENÉTICO Polinucleotídeo fosforilase Difosfato de Uridina – UDP (Meio) mRNA -- Poli-U PoliFenilalanina CÓDON 5’ UUU 3’ ------ aá fenilalanina CÓDON 5’ AAA 3’ ------ aá lisina CÓDON 5’ CCC 3’ ------ aá prolina CÓDON 5’ GGG 3’ ------ aá Glicina CÓDIGO GENÉTICO Método desenvolvido por Niremberg e Leder em 1964 tRNA – aá ------ complexo ribossômico – mRNA Aminoacil – tRNA sintetase Pelo menos um tRNA para cada aá CÓDIGO GENÉTICO Sítio de ligação do aminoácido ALANINA Terceira Letra Primeira Letra Segunda Letra Propriedades do Código Genético Deleção de uma base 1- Códon é de 3 letras Deleção de três bases Propriedades do Código Genético 1) A unidade do código (Códon) é constituída de três letras: 5’ UGU GUG UGU GUG 3’ cisteína valina 2) O código tem ponto inicial. 5’ AUG 3’ Metionina Formil-metionina 3. O código não é sobreposto Código sobreposto Início Código não sobreposto Propriedades do Código Genético 4) O código não tem vírgulas. 5) O código é degenerado. 6) O código não é ambíguo. 7) O código é universal. 8) O código tem ponto final. UAA ; UGA e UAG Carregamento do tRNA pela aminoacil-tRNA sintetase Peter J. Russell, iGenetics: Copyright © Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings. Diferenças na síntese protéica entre procariotos e eucariotos Proteína Subunidade Ribossomo Procarionte Eucarionte Início da tradução em procariontes Códon de iniciação Início da tradução em eucariontes O complexo de iniciação forma-se na ponta 5’ e o percorre no sentido 3’ à procura de um códon de início. O reconhecimento do código de início dispara a montagem do ribossomo completo e a dissociação dos fatores de iniciação. Etapas do alongamento da tradução Reconhecimento entre tRNA e mRNA • O anticódon do tRNA liga-se ao códon complementar do mRNA tRNAs são nomeados de acordo com o aá que ele carrega Proline anticodon Copyright ©The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display Modelo esquemático do ribossomo durante o alongamento da tradução Cadeia polipeptídica em crescimento Liberação do tRNA do sítio E Centro da Peptidil Transferase Centro de decodificação Movimento do ribossomo A ligação peptídica Amino terminal Carboxi terminal Ligação Peptídica Término da tradução A tradução termina quando os fatores de liberação reconhecem os códons de fim no sítio A do ribossomo Fator de liberação Cadeia polipetídica tRNA’s Dissociação das subunidades do ribossomo Sequência de sinal marcam proteínas para secreção a) Estrutura primária b) Estrutura secundária Pontes de hidrogênio entre aminoácidos em diferentes pontos na cadeia polipeptídica c) Estrutura terciária d) Estrutura quaternária INIBIDORES DA SÍNTESE PROTÉICA Inibidor Sistema inibidor Modo de Ação Iniciação Ac. Aurintricarboxílico Procarioto Impede a ligação subunidade 30 S do IF Kasugamicina Procarioto Inibe a ligação da fmet-tRNAf Estreptomicina, outros aminoglicosídeos Procarioto Inibe a iniciação da tradução Elongação: Ligação da aminoacil-tRNA Tetraciclina Estreptomicina Procarioto Inibe a ligação da aminoaciltRNAs Procarioto Erro de leitura no códon, inserção do aa incorreto Inativação do Ribossomo Ricina Eucarioto Inativação catalítica do rRNA 28S à INIBIDORES DA SÍNTESE PROTÉICA Inibidor Sistema inibidor Modo de Ação Elongação: Formação da ligação do peptídeo Sparsomicina Procarioto Cloranfenicol Procarioto Cicloeximida Eucarioto Inibidor da peptidil transferase Inibe a atividade da peptidil transferase Inibe a atividade da peptidil transferase Elongação: Translocação Proteína da difteria Eucarioto Bloqueia a translocação durante a tradução inativando o fator de elongação eEF2 Terminação Prematura Puromicina Ambos Entra no lugar de aminoaciltRNA e causa término prématuro da tradução Expressão fenotípica DNA Gene Proteina Trait MANIFESTAÇÃO FENOTÍPICA DNA Transcrição hnRNA Processamento mRNA Tradução Proteína Função enzimática Substrato Pigmentos coloridos Esquema da expressão do gene para a cor da flor. A proteína sintetizada atua como enzima na conversão do substrato em pigmentos coloridos. Apesar deste gene estar presente em todas as células da planta, ele só se manifesta nas pétalas da flor. MUTAÇÕES Mecanismo capaz de criar variabilidade – novos alelos de um gene Mudanças hereditárias que representam as bases genéticas da variação Purinas Pirimidinas A T Transição Transversão G C TIPOS DE MUTAÇÃO: Substituição de bases DNA 5’ . . . TCG . . . 3’ 3’ . . . AGC . . . 5’ Fita molde transcrição mRNA 5’ . . . UCG . . . 3’ tradução Polipeptídio DNA 5’ . . . TCC . . . 3’ 5’ . . . TTG . . . 3’ 3’ . . . AGG . . . 5’ 3’ . . . AAC . . . 5’ transcrição mRNA transcrição 5’ . . . UCC . . . 3’ 5’ . . . UUG . . . 3’ tradução Polipeptídio H2N . . . SERINA . . . COOH H2N ... SER ... COOH Silênciosa tradução H2N ... LEU ... COOH Sentido errado 5’ . . . TAG . . . 3’ 3’ . . . ATC . . . 5’ transcrição 5’ . . . UAG . . . 3 tradução H2N ... Término Sem sentido TIPOS DE MUTAÇÃO: Adição ou deleção de bases DNA 5’ ATG CCG ACG TAT CAG TAA 3’ 3’ TAC GGC TGC ATA GTC ATT 5’ Fita molde transcrição mRNA 5’ AUG CCG ACG UAU CAG UAA 3’ tradução Polipeptídeo H2N MET PRO THR TYR GLN COOH Adição T na 7ª posição 5’ ATG CCG TAC GTA TCA GTA A 3’ 3’ TAC GGC ATG CAT AGT CAT T 5’ transcrição 5’ AUG CCG UAC GUA UCA GUA A 3’ tradução H2N MET PRO TYR VAL SER VAL Deleção G na 9ª posição 5’ ATG CCG ACT ATC AGT AA 3’ 3’ TAC GGC TGA TAG TCA TT 5’ transcrição 5’ AUG CCA ACU AUC AGU AA 3’ tradução H2N MET PRO THR ILE SER A comparison of phenotype and genotype at the molecular, organismal and cellular levels DEFINIÇÕES Genes: segmento de DNA, situado numa posição específica de um determinado cromossomo que participa da manifestação de um certo caráter Genes diferentes Diferentes nº de pb Diferentes nº de éxons e íntrons Alelos: formas alternativas de um gene, situado em um mesmo loco em cromossomos homólogos e responsáveis pelas diferentes manifestação fenotípicas do caráter Alelos diferentes de um mesmo gene Mesmo nº de pb (mutação por substituição) Nº semelhantes de pb (mutação por adição ou deleção) DEFINIÇÕES Genoma: conjunto haplóide de cromossomos, portando todos os genes de uma espécies Haplóide: células que possuem o número básico de cromossomos Diplóide: indivíduo ou célula que possui um genoma em duplicata, ou seja, os cromossomos homólogos ocorrem aos pares Número de genes de algumas espécies Número de genes Espécies (* estimado) Mycoplasma genitalium 470 Rickettsia prowazekii 834 Haemophilus influenzae 1.743 Escherichia coli 4.288 Saccharomyces cerevisiae 6.034 Drosophila melanogaster 12.000* C. elegans 19.000* Arabidopsis thaliana 25.000* Homo sapiens 22.000* Oryza sativa 40.000* Zea mays 32.000*
