Ácidos Nucléicos e Síntese de Proteínas

BIOLOGIA MOLECULAR
Ácidos Nucléicos e Síntese de Proteínas
Nucleotídeos
São moléculas
formadas pela união
de um açúcar ou
pentose, uma base
nitrogenada e um
grupo fosfato.
Os Ácidos Nucléicos
(DNA e RNA) são
formados por várias
cadeias de
nucleotídeos
(polinucleotídeos).
Pentoses ou Açúcares
Monossacarídeos
Hidroxila- a mais
Bases Nitrogenadas
Guanina
Adenina
Purinas
Citosina
Timina
Pirimidinas
Uracila
Bases Nitrogenadas do
DNA
e
RNA
DNA: Adenina (A)
Guanina (G)
Citosina (C)
Timina (T)
RNA: Adenina (A)
Guanina (G)
Citosina (C)
Uracila (U)
DNA
RNA
Bases
púricas
Adenina- A
Guanina-G
Adenina-A
Guanina-G
Bases
pirimídicas
Citosina- C
Timina - T
Citosina- C
Uracila - 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
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 polinucleotídeo formado por
duas “fitas” ou hélices ligadas
entre si por pontes de hidrogênio
entre as bases nitrogenadas.
O
pareamento das bases sempre
segue a mesma ordem: Adenina
com 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-fosfato
contendo desoxirribose
que forma o “corrimão da
escada” e as bases
nitrogenadas que formam os
“degraus da escada”;
Entre a base A e a base T
existem duas pontes de
hidrogênio e entre a base G
e 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
P
-
-
P
P
-
-
P
P
P
P
-
-
P
P
-
-
P
P
P
P
-
Código genético
DNA:
1.
Molécula dupla.
2.
Helicoidal.
3.
Pode duplicar.
4.
Local onde temos as informações genéticas
Suas bases nitrogenadas são:
ADENINA
GUANINA
SE LIGA A:
SE LIGA A:
TIMINA
CITOSINA
OBSERVE A COMPLEMENTAÇÃO DE BASES
DO DNA
ADENINA
GUANINA
Se liga a Timina por
duas pontes de
hidrogênio.
Se liga a citosina por
três pontes de
hidrogênio.
TIMINA
A = T
CITOSINA
G
C
Observe a complementação de uma fita
de DNA.
ATA CAT GGG CTA GAA
T A T G TA C C C G A T C T T
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
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.
Importância
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? - através 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
enzimas certas capazes de catalisarem as reações
responsáveis pelo tipo de atividades a ser desenvolvida 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
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
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 “moléculasfilhas” 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 DNA
Processo 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 de
outra pela sequência de seus
nucleotídeos. A quantidade de A é
Sempre 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.
Ex: A=20%
Se A=T, então T=20% e A+T=40%.
Se A+T+C+G=100%:
40+C+G=100
C+G=100-40
C+G=60%
Se C=G, então C=30% e G30%.
DUPLICAÇÃO DO DNA __ A formação de novas moléculas de DNA ocorre através de um
processo chamado duplicação do DNA. O nome duplicação é dado porque uma molécula
mãe de DNA forma 2 outras moléculas iguais. Cada DNA 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 - polimerase. Essa enzima quebra as
ligações de pontes de hidrogênio existentes entre as 2 bases das cadeias
complementares de nucleotídeos. Ao mesmo tempo em que DNA polimerase vai abrindo
a molécula, a outra enzima, chamada DNA - ligase, vai ligando um novo grupo de
nucleotídeos, que se pareiam com os nucleotídeos da molécula mãe.
DNA polimerase
EX:
-A=T-C=G-T=A-
fita
molde
DNA polimerase
-A-C-T-
-T-G-A-
fitas em
formação
ACT-
TG
A
DNA ligase
ACT-
TGA-
DNA filho
Código genético
DNA na minha comida???
CURIOSIDADE:
Cada célula contém cerca de 3 metros de
DNA.
Refeição = 55.000.000 células ou
Cerca de 150.000 km de DNA.
O RNA ou ARN
O Ácido Ribonucléico é um polinucleotídeo que difere do
DNA em três aspectos básicos:
DNA
A-T
T-A
G-C
C-G
RNA
A-U
U-A
G-C
C-G
O açúcar é uma
Ribose;
É formado, geralmente,
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).
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 filamento de 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 das fitas de uma
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 nome 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 bases correspondem a um aa, e um
!
!
!
!
!
!
conjunto de bases uma proteína.
A- U-G - A - C - U
RNAm
Códon início
códon
proteína
aa 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 apenas um determinado aa.
É a molécula de RNAm que leva a mensagem até o ribossoma, 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 Transcrição
A enzima RNA-polimerase
abre a dupla hélice do
DNA e inicia a produção
de uma molécula de
RNAm, no sentido 5’ 3’.
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
DNA
ATA CAT GGG CTA GAA
RNA
U A U G UA C C C G A U C U U
RNAm
Sempre com a adenina se ligando a uracila
e a guanina se ligando a citosina.
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
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
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 TRANSPORTADOR
SÍNTESE DE PROTEÍNAS:
A síntese começa quando ocorre a transcrição das bases 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 RNAt reconhece
no códon do RNAm o aa, que será codificado. Assim, ocorrendo sucessivamente, até dar
origem a uma proteína.
Núcleo
Núcleo
DNA RNAm
DNA-RNAm
RNAm
Transcrição
Proteínas
Tradução
A síntese completa de uma proteína leva de 20 a 60 seg, e o mesmo
RNAm 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 préRNA, 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.
Éxon
Íntron
Éxon Íntron
Íntron Éxon
A
Os Íntrons são retirados e os éxons são soldados um ao outro
(ver síntese protéica
Síntese Protéica
A Tradução
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
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
(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 célulahospedeira.
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.
DNA
RNA
Ele é formado por uma cadeia de ribonucleotídeos,
que, por sua vez, são formados por um grupo
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 e 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
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
Genoma
Conjunto de
moléculas de DNA
Códão que dá
origem à síntese de
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 poderoso
criador de todos os seres vivos,
creio no RNA,
seu único filho,
que foi concebido por ordem a graça do DNA polimerase.
Nasceu como transcrito primário
padeceu 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 G
Na membrana plasmática
De onde há de vir a controlar a transdução de sinais
Em células normais e apoptóticas
Creio na Biologia Molecular
Na terapia gênica e na biotecnologia
No seqüenciamento do genoma humano
Na correção de mutações
Na clonagem da Dolly
Na vida eterna.
Amém