funções do dna e rna replicação

FUNÇÕES DO DNA E RNA
FUNÇÕES DOS NUCLEÓTIDOS
• Transportadores de energia;
• Componentes dos cofactores enzimáticos;
• Mensageiros químicos.
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).
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
DNA produz RNA produz proteínas
• As sequências de DNA são transcritas no RNA mensageiro (mRNA). O
mRNA é então transcrito para especificar as 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.
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.
• 4 – Transferência RNA
RNA
▫ Síntese de RNA ( comportamento viral).
• 5 – Transferência RNA
DNA
▫ Tumores oncológicos ou oncogénicos.
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.
• 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).
REPLICAÇÃO DO DNA
REPLICAÇÃO BIDIRECIONAL
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’.
• 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 nova cadeia.
• 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.
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.
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
COMPLEXO MULTIENZIMÁTICO DA
REPLICAÇÃO
Etapa de terminação
• Os mecanismos que intervêm na etapa de
terminação são ainda mal conhecidos.
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’.
Modelo da estrutura dos DNA-polimerases
ESQUEMA MOLECULAR DO DNA POLIMERASE
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.
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.
DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO DO DNA
• As duas fitas da dupla hélice
reversivelmente separadas quando
hidrogénio são quebradas com
temperatura ou a extremos de pH
para separar as fitas).
podem ser
as pontes de
aumento de
(pH alcalino
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.
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: 6x109pares de nucleótidos
Composição química dos Cromossomas Eucariótos
• Cromatina = DNA e Proteínas associadas (Histonas e nãoHistonas). As histonas têm um papel estrutural importante (H1,
H2a, H2b, H3 e H4) no empacotamento do DNA nos cromossomas.
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.
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:
Tipo
Frequência
A
42%
B
10%
AB
4%
O
44%
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.
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.
TIPOS DE DANOS NO DNA
Depurinação
Alteração de uma
base
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
Radiação ionizante
Quebra de cadeias
Desintegração radioactiva dos elementos
Formação de radicais livres oxidativos
Ligações cruzadas
Entre bases na mesma ou em hélices
diferentes
Entre DNA e proteínas
BIOSÍNTESE DO RNA
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.
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.
TRANSCRIÇÃO
• 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.
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.
• 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.
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
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.
• 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.
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.
• 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 o RNAP II sofre alterações na sua
conformação.
• Terminação
▫ Muito pouco se conhece sobre o final da
transcrição. Sabe-se que todas os três RNAPs
terminam a síntese em regiões consenso do DNA
ricas em T.
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 (43=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.
TRADUÇÃO RNA - PROTEÍNAS
• 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
• 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
bases, ou se a translação salta um nucleótido no
mRNA todos os codões subsquentes não
poderão sequenciar proteínas.
• 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.
RNA DE 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 tripletos GCU, GCC, GCA, e
GCG