Os primeiros indícios de que o DNA era o material hereditário surgiram de experiências realizadas com bactérias, sendo estas indicações estendidas

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2 GENERALIDADES Todo ser vivo consiste de células, nas quais está situado o material hereditário. O número de células de um organismo pode variar de uma a muitos milhões. Estas células podem apresentar-se nos mais variados tipos, nos organismos pluricelulares.

3 Os primeiros indícios de que o DNA era o material hereditário surgiram de experiências realizadas com bactérias, sendo estas indicações estendidas aos organismos superiores. Os genes que constituem o genoma de qualquer espécie estão organizados num número relativamente pequeno de cromossomos. O material genético de cada cromossomo consiste de um filamento muito longo de DNA, contendo muitos genes numa ordem linear.

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5 Gene O conceito estrito de gene sofreu uma evolução, ao longo do tempo, sendo atualmente definido como o segmento de DNA que produz uma cadeia polipeptídica e inclui regiões que antecedem e que seguem a região codificadora. Instrons - sequências que não são transcritas; Exons sequências que se intercalam com os segmentos codificadores individuais;

6 ÁCIDOS NUCLÉICOS: ESTRUTURA QUÍMICA A estrutura química dos ácidos nucléicos é simples e não varia nos diversos organismos. Os ácidos nucléicos consistem de sequências de nucleotídios, formado por: uma base nitrogenada, que pode ser uma purina (adenina ou guanina) ou uma pirimidina (timina ou citosina, no DNA; uracil ou citosina, no RNA); uma pentose (desoxirribose, no DNA; ribose, no RNA); um grupo fosfato (PO4.). O conjunto de base + açúcar denomina-se nucleosídeo, chamando-se nucleotídio ao conjunto de base + açúcar + fosfato.

7 Dogma da Genética Em 1953, J. D. Watson e F. C. Crick propuseram o seguinte modelo para a estrutura molecular do DNA: (a) a molécula de DNA é um longa cadeia de nucleotídios, formando uma configuração semelhante a uma escada de corda, enrolada helicoidalmente; (b) nessa escada, o açúcar e o fosfato são os componentes verticais (corrimões) e as bases nitrogenadas são os degraus: para que estes se formem, as ligações entre as bases são feitas por pontes de hidrogénio, sendo duplas entre as bases adenina e timina, e triplas entre guanina e citosina;

8 (c) este modelo também requer que as duas cadeias polinucleotídicas sejam antiparalelas, isto é, corram em direções opostas: uma corre na direção 5' - 3', enquanto a outra na 3' - 5',

9 FUNÇÕES DO DNA O DNA tem Junção autoduplicadora Cada filamento serve de molde para a construção de um novo filamento, por pareamento de bases, a partir de nucleotídios presentes no núcleo da célula. Os nucleotídios são unidos por ação da enzima DNApolimerase, sendo ligados ao filamento-molde por novas pontes de hidrogénio. A replicacão do DNA pode iniciar-se, ao mesmo tempo, em vários pontos do filamento, podendo ser uni ou bidirecional. O ponto no qual ela se origina é denominado forquilha de replicacão ou ponto crescente.

10 Forquilha de replicação: ponto de origem da replicação do DNA.

11 Replicação do DNA uni ou bidirecional, segundo se formem, na origem, uma ou duas forquilhas de replicação.

12 Duplicação semiconservativa do DNA. Ao fim da replicação do DNA é que tem início a divisão celular. É a autoduplicação que garante a transmissão do material genético de uma célula para as suas descendentes.

13 RNA: TIPOS E FUNÇÕES Existem quatro tipos principais de RNA. Todos transcritos de moldes de DNA por RNApolimerases e possuindo a mesma estrutura química básica. Eles têm tamanhos diferentes e possuem sequências de bases desiguais que determinam funções específicas.

14 RNA HETEROGÉNEO (RNAhn) Este tipo de RNA é encontrado apenas em eucariotos e seu tamanho pode variar de a nucleotídios. É o primeiro passo da transcrição, forma-se a partir do DNA e grande parte dele nunca sai do núcleo. É formado por regiões codificadoras que são transcritas (exons) e regiões não-codificadoras que não são transcritas (introns), por isso ele é muito mais longo do que a informação que codifica.

15 Estrutura de genes de eucariotos, mostrando os exons e os introns. Durante o processamento no núcleo, os introns são retirados e os exons são reunidos para formar o RNA mensageiro.

16 RNA MENSAGEIRO (RNAm) O RNA mensageiro transfere a informação contida nos genes estruturais para as sequências de aminoácidos que formam os polipeptídios. O RNAm é relativamente estável e possui de 350 a nucleotídios. Durante seu processamento, são adicionados cerca de 200 nucleotídios de adenina à extremidade 3', constituindo a chamada sequência poli-a. Outra modificação pós-transcricional do RNAm que pode ocorrer é o capping, isto é, a adição de um trifosfato de metilguanosina à extremidade 5' do RNAm, no núcleo. Este evento parece ter grande efeito na tradução do RNAm, pois confere vantagem quanto ao início da síntese proteica.

17 Eventos que podem ocorrer durante o processamento do RNA mensageiro: (a) adição da sequência ou cauda poli-a; (b) adição de trifosfato de metilguanosina.

18 RNA TRANSPORTADOR (RNAt) É também transcrito do DNA, sendo relativamente pequeno, com 70 a 90 nucleotídios. É estável, possuindo moléculas altamente especializadas que são importantes para a síntese de proteínas e o tornam apto a reconhecer e a ligar-se a aminoácidos e a códons determinados no RNAm. Cada aminoácido possui um ou mais RNAt que lhe são específicos. Esta especificidade depende de uma série de enzimas complexas, as aminoacil-rnat-sintetases. Existe uma série de três bases que são complementares a um conjunto de igual número de bases no RNAm. Essas bases do RNAm denominam-se códon e as do RNAt, anticódon. É o anticódon o responsável pelo reconhecimento do códon correto.

19 Representação esquemática do RNA transportador.

20 RNA RIBOSSÔMICO (RNAr) Este tipo de RNA está presente nos ribossomos, organelas celulares compostas de RNA e proteínas, nas quais se dá a tradução genética, ou seja, a síntese protéica. Os ribossomos são os responsáveis pela interação entre o RNAt e o RNAm, facilitando o reconhecimento entre códons e anticódons. Vídeo.

21 SÍNTESE DE PROTEÍNAS Como já foi visto, os genes estão localizados nos cromossomos que, por sua vez, estão no núcleo da célula. Recapitulando, viu-se, também, que os genes são formados de DNA, o qual contém a informação genética, que consiste de uma sequência de nucleotídeos que determinam a sequência de aminoácidos que se ligam para formar um polipeptídio, e depois a proteína funcionante, que irá determinar o fenótipo. O número de proteínas de um organismo é muito grande, mas elas podem ser agrupadas nos seguintes tipos, de acordo com sua função:

22 a) Proteínas estruturais - são responsáveis pela forma dos organismos, pois são elas que constroem as paredes celulares e as membranas nucleares, fazendo parte, ainda, do conteúdo citoplasmático e de suas organelas. b) Enzimas - são proteínas especializadas na catálise de reações biológicas. Elas apresentam uma extraordinária especificidade e estão envolvidas nas atividades metabólicas celulares, controlando toda a fisiologia do organismo. c) Anticorpos - são proteínas responsáveis pela defesa do organismo. Sua função é eliminar estruturas protéicas estranhas ao organismo, desempenhando, portanto, um papel importante nas infecções e nos transplantes. d) Hormônios - são proteínas formadas em órgãos específicos, reguladas geneticamente e transportadas pelo sangue para outras regiões do organismo, com a finalidade de regular o seu funcionamento normal.

23 O CÓDIGO GENÉTICO O código para formação dos diferentes tipos de proteínas que o organismo deve formar ao longo de sua vida está contido na célula-ovo de cada indivíduo. Todas as células de um determinado organismo, num dado momento de sua vida, contêm o mesmo código ou informação genética daquela primeira célula, porém nem todos os genes estão funcionando em todas as células ao mesmo tempo e com a mesma intensidade. Existem quatro tipos diferentes de nucleotídios no DNA, de acordo com a base nitrogenada que possuem (guanina, adenina, timina, citosina). Três bases nitrogenadas adjacentes codificam um aminoácido e formam a unidade de informação genética ou códon. Assim, o código genético é lido em trincas.

24 * Os códons estão mostrados em termos de RNa mensageiro, que são complementares aos códons do DNA correspondentes. O código genético (segundo Thompson e Thompson, 1988).

25 ETAPAS DA SÍNTESE PROTEICA Transcrição: DNA RNAm A molécula do DNA consiste numa cadeia dupla de nucleotídeos. Para formar RNAm, a molécula se abre no sentido longitudinal pela quebra das pontes de hidrogênio, deixando livres os terminais das bases. Os nucleotídeos do RNAm pareiam-se com os do DNA, obedecendo à mesma especificidade no pareamento das bases:

26 Esta nova cadeia que se forma usando um dos filamentos do DNA como molde é o RNAm. A molécula deste ácido nucléico leva o código do DNA (a mensagem) até os ribossomos, no citoplasma. Assim, um só dos filamentos do DNA é responsável pela síntese de uma proteína. A transcrição de um gene inclui o sítio promotor, o gene propriamente dito e a trinca de terminação, conforme a figura.

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28 Transcrição reversa: RNA DNA Certos vírus de RNA são capazes de reverter o fluxo no processo normal de informação do DNA para o RNA. Este processo é feito graças à enzima transcríptase reversa, que é capaz de sintetizar uma cadeia dupla de DNA, copiando o RNA do cromossomo viral. O DNA é chamado de provírus e é incorporado no DNA do hospedeiro, durante o ciclo vital do vírus.

29 Tradução: RNAm cadeia polipeptídica A tradução é o segundo evento na transferência da informação do gene estrutural do DNA para a sequência de aminoácidos de um polipeptídio. O comando central para a determinação da estrutura específica das proteínas é executado pelo DNA. A região deste que é responsável pela estrutura de uma cadeia polipeptídica é denominada cístron.

30 Como se dá a síntese de proteínas? 1) O RNAm leva a mensagem copiada do DNA até os ribossomos. 2) O RNAt transporta os aminoácidos ativados até os ribossomos, organizando-os segundo a sequência de nucleotídeos contida no RNAm e que foi transcrita do DNA. Cada aminoácido liga-se a um RNAt específico, que é identificado pelo seu anticódon. 3) Os ribossomos, organelas citoplasmáticas situadas nas paredes do retículo endoplasmático, mantêm o controle da síntese, de tal forma que os aminoácidos sejam reunidos na mesma ordem determinada pelos códons do DNA. Este controle é feito através do RNA ribossômico. Durante a formação da cadeia polipeptídica, os ribossomos movem-se ao longo do RNAm, traduzindo cada um dos códons.

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32 REGULAÇÃO GÊNICA Todos os tipos de genes estruturais - codificadores de proteínas em geral, do RNAt e do RNAr - estão organizados em grupos que podem ser controlados coordenadamente. Este controle é exercido por um gene denominado gene regulador, que produz uma proteína, diferente das que são codificadas pelos estruturais, e cuja função é controlar a expressão destes últimos genes.

33 REGULAÇÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS As necessidade regulatórias dos organismos superiores podem ser divididas em dois tipos: a) regulação com efeitos a longo prazo, que envolve a diferenciação morfológica e funcional permanente; b) regulação com efeitos a curto prazo, que resulta em respostas imediatas, porém transitórias, a um dado estímulo;

34 A regulação da expressão gênica nos eucariotos pode dar-se pelo menos em quatro fases: (a) ativação do gene estrutural; (b) início da transcrição; (c) processamento do RNAm e transporte ao citoplasma; (d) tradução do RNAm. A expressão gênica nesses organismos é considerada sob controle positivo: os genes são inativos, a menos que eles sejam ligados. Os estágios seguintes da regulação podem estar sujeitos a controle positivo ou negativo. Os mecanismos e moléculas que executam os vários tipos de controle ainda são pouco conhecidos.

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