BIOLOGIA MOLECULAR. Ácidos Nucléicos e Síntese de Proteínas

Transcrição

1 BIOLOGIA MOLECULAR Ácidos Nucléicos e Síntese de Proteínas

2 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).

3 Pentoses ou Açúcares Monossacarídeos Hidroxila- a mais

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5 Bases Nitrogenadas Adenina Purinas Guanina Citosina Timina Uracila Pirimidinas

6 Bases Nitrogenadas do DNA e RNA DNA: Adenina (A) Guanina (G) Citosina (C) Timina (T) RNA: Adenina (A) Guanina (G) Citosina (C) Uracila (U) Bases púricas DNA Adenina- A Guanina-G RNA Adenina-A Guanina-G Bases pirimídicas Citosina- C Timina - T Citosina- C Uracila - U Pentose Desoxirribose Ribose

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8 Ligações entre Nucleotídeos

9 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.

10 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.

11 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.

12 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 - -

13 Código genético DNA: 1. Molécula dupla. 2. Helicoidal. 3. Pode duplicar. 4. Local onde temos as informações genéticas Suas bases nitrogenadas são: ADENINA SE LIGA A: TIMINA GUANINA SE LIGA A: CITOSINA

14 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

15 Observe a complementação de uma fita de DNA. A T A C A T G G G C T A G A A T A T G T A 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.

16 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 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 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.

17 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.

18 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.

19 Cromossomos

20 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.

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22 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 moléculas- filhas 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.

23 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)

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26 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= C+G=60% Se C=G, então C=30% e G30%.

27 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 - fita - A - - T - A - T - A- T- - C = G - molde - C - - G - C - G C- G- - T = A - - T - - A - T - A T - A- DNA polimerase fitas em DNA ligase DNA filho formação

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29 Código genético

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31 DNA na minha comida??? CURIOSIDADE: Cada célula contém cerca de 3 metros de DNA. Refeição = células ou Cerca de km de DNA.

32 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).

33 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.

34 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.

35 Observe a complementação de uma fita de DNA para RNA DNA A T A C A T G G G C T A G A A RNA U A U G U A 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.

36 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.

37 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.

38 Tipos RNAs (2/2)

39 RNA TRANSPORTADOR

40 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.

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42 O papel do RNA mensageiro

43 Os Íntrons e os Éxons Nos eucariontes, o RNA transcrito pelo gene é normalmente chamado de pré- RNA, 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. A Éxon Íntron Éxon Íntron Íntron Éxon Os Íntrons são retirados e os éxons são soldados um ao outro (ver síntese protéica

44 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.

45 O ribossomo acomoda dois trnas carregados

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47 4. Terminação

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49 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.

50 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.

51 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

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55 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.

56 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