DNA, RNA e a síntese de proteínas
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O documento descreve a história da descoberta da natureza química do DNA e do processo de transcrição e tradução. Resume os principais eventos históricos que levaram à compreensão do DNA como material genético, como a descoberta dos nucleotídeos e do modelo de dupla hélice do DNA por Watson e Crick. Também descreve os processos de transcrição, processamento do RNA e tradução.
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DNA, RNA e a síntese de proteínas
- 1. Biologia Molecular DNA Alexandre S. Osório
- 2. A natureza química dos genes Histórico Miescher (1871) – Análise química com células de pus, rins, fígado, testículos, leveduras e hemácias de aves (detecção de C, H, N, O e P) = NUCLEÍNA. Altmann (1889) – Purificação de nucleína (caráter ácido) = Ácidos Nucléicos. Kossel (1877) – Detecção de guanina, adenina e timina. (1893) – Identificação de timina, citosina e pentose.
- 3. A natureza química dos genes Histórico Levine e Jacobs (1909) – Descoberta dos nucleotídeos e caracterização do DNA e RNA.
- 4. A natureza química dos genes Histórico Watson e Crick (1953) – Modelo Helicoidal do DNA.
- 5. Identificação do DNA como material genético Transformação bacteriana - Griffith (1928)
- 6. RNA
- 7. Transcrição & Processamento RNA: eficiente & eficaz
- 8. Dogma Central da Biologia Molecular
- 9. TRANSCRIÇÃO • Processo pelo qual uma molécula de RNA é sintetizada a partir da informação contida na seqüência de nucleotídeos de uma molécula de DNA fita dupla. • A transcrição representa a diversidade e a complexidade da expressão dos genes contidos em um determinado genoma. • Enquanto a síntese de DNA deve ser precisa e uniforme, a transcrição reflete o estado fisiológico da célula e, portanto, é extremamente variável para atender às suas necessidades.
- 10. TRANSCRIÇÃO Características Gerais: •Complementaridade •Antiparalelismo ( T = U) •Síntese 5' → 3‘ •RNA Polimerase (RNAP): • Funções reconhecem e ligam-se desnaturam DNA mantém estável a dupla fita aberta mantém estável DNA:RNA terminam síntese restauram DNA
- 11. TRANSCRIÇÃO • Apenas uma das fitas do DNA é utilizada como molde, portanto, a molécula de RNA sintetizada é complementar à fita de DNA que lhe deu origem e idêntica à outra fita de DNA, sendo as timinas substituídas por uracilas • Em 1960, Hurwitz, Stevens e Weiss descobriram, independentemente, uma enzima capaz de sintetizar RNA na presença de DNA fita dupla e dos nucleotídeos A, U, C, G. • Esta enzima foi denominada RNA polimerase.
- 12. RNA POLIMERASE • Reconhece e liga-se a seqüências específicas de DNA; • Desnatura o DNA expondo a seqüência de nucleotídeos a ser copiada; • Mantém as fitas de DNA separadas na região de síntese; • Renatura o DNA na região imediatamente posterior à da síntese; • Sozinha, ou com o auxílio de proteínas específicas, termina a síntese do RNA.
- 13. RNA POLIMERASE Em eucariotos existem vários subtipos de RNA polimerases envolvidas na síntese de RNAs específicos: . RNA polimerase I – localizada no nucléolo e responsável pela síntese do RNA ribossômico . RNA polimerase II – localizada no nucleoplasma e responsável pela síntese do RNA mensageiro . RNA polimerase III – também localizada no nucleoplasma e responsável pela síntese do RNA transportador
- 14. TRANSCRIÇÃO 1.INÍCIO Reconhecimento de seqüências específicas no DNA 2. ALONGAMENTO Incorporação dos ribonucleotídeos 3. TERMINAÇÃO Seqüências no DNA são reconhecidas e a síntese é interrompida
- 15. INÍCIO DA TRANSCRIÇÃO • O DNA apresenta seqüências específicas, denominadas PROMOTORES, que sinalizam exatamente onde a síntese do RNA deve ser iniciada. • Os promotores são, primeiramente, reconhecidos por fatores de transcrição que, ligados ao DNA, interagem com outros fatores, formando um complexo ao qual a RNA polimerase se associa.
- 17. O PROCESSAMENTO DO RNA • Os diferentes RNAs sintetizados no processo de transcrição são chamados de transcritos primários; • Na maioria das vezes, esses transcritos não representam a molécula madura, ou seja, aquela cuja seqüência e estrutura correspondem à forma final do RNA funcional; • Esses transcritos necessitam sofrer modificações que fazem parte do processamento do RNA.
- 18. PROCESSAMENTO DO mRNA O transcrito primário da molécula de mRNA é também conhecido como pré-mRNA Este RNA precursor é sintetizado no núcleo e sofre várias alterações transformado-se no que se chama mRNA maduro ou processado. O RNA maduro é, então, transportado ao citoplasma onde será traduzido
- 19. RNAm liga-se as Ribonucleoproteínas nucleares pequenas (snRNPs) Splicing mediado por spliciossomo: Utiliza ATP •FUNÇÃO: ajuda a clivar no sítio de splicing remove intron une os éxons anteriores e posteriores
- 20. PROCESSAMENTO DO mRNA Splicing: •FUNÇÃO: ajuda a clivar no sítio de splicing remove intron impede afastamento dos éxons une os éxons
- 23. PROCESSAMENTO DO mRNA • Um transcrito primário pode ser processado de diferentes maneiras sendo que o que é intron para um mRNA pode ser exon para outro mRNA que provém do mesmo RNA precursor • Esta diferença de processamento pode ser devida à diferença no processo de “splicing” do pré-mRNA
- 24. MOLÉCULAS DE RNA • RNA mensageiro – carrega a informação copiada do DNA sob a forma de inúmeros “triplets” cada um especificando um aminoácido • RNA transportador – decifra o código representado pelo mRNA • RNA ribossômico – associa-se com uma série de proteínas para formar os ribossomos
- 25. TRADUÇÃO • Processo que se baseia na seqüência do mRNA para determinar e unir os aminoácidos formando, assim, a proteína. • Cada aminoácido é codificado na seqüência de DNA como um códon contendo uma seqüência de três nucleotídeos. • Moléculas de RNA transportador transferem a informação contida no genoma à uma seqüência de aminoácidos nas proteínas.
- 26. RNA TRANSPORTADOR • Liga-se quimicamente à um aminoácido específico, através da enzima aminoacil –tRNA sintetase, sendo chamado, desta forma, de aminoacil-tRNA; • Pareia com a seqüência do codon do mRNA adicionando o aminoácido que carrega à uma cadeia de peptídeos crescente.
- 28. RIBOSSOMOS A eficiência da tradução se deve, principalmente, à ligação da molécula de mRNA e dos aminoacil- tRNAs ao maior complexo RNA-proteína da célula – o ribossomo – que direciona o crescimento da cadeia polipeptídica Durante a síntese protéica, o ribossomo se move ao longo da cadeia de mRNA interagindo com vários fatores protéicos e o tRNA
- 29. CÓDIGO GENÉTICO A relação entre a seqüência de bases no DNA e a seqüência correspondente de aminoácidos, na proteína, é chamada de código genético O código genético encontra-se na forma de triplets – os códons
- 30. TRADUÇÃO • O codon AUG, que codifica o aminoácido metionina, age como o codon de iniciação na maioria das moléculas de mRNA. • O tRNAMet reconhece codons AUG internos, não carregando nunca uma metionina formilada. • Quando AUG está colocado no início este é lido como uma formil-metionina; quando está dentro da região codificadora, é lido como metionina.
- 31. TRADUÇÃO Durante a síntese de proteínas, os ribossomos deslocam-se ao longo do mRNA, possibilitando um pareamento entre esse e os tRNAs que carregam os diferentes aminoácidos que irão compor as proteínas
- 32. TRADUÇÃO A terminação da síntese de proteínas ocorre pelo aparecimento de códons de terminação na molécula de mRNA O reconhecimento desses códons é realizado por proteínas e não por moléculas de tRNA, diferentemente do que ocorre nos outros códons
- 33. Dogma Central da biologia Molecular
- 34. Núcleo RNA polimerase Gene Transcrição hnRNA Processamento mRNA Tradução Citoplasma proteína
- 35. Transcrição: RNA polimerase Gene ativo 5’ CG TA C 3’ A 3’ ACGTA A TGCAT AC GU A T TG 3’ C A T G 5’ 5’ A AC GU Molécula de RNA nascente
- 36. Tradução: aa livre Gly Ribossomo Phe His Glu Proteína Asp Met Ala Cys tRNA 5’ 3’ AUGGCAUGCGACGAAUUCGGACACAUA Molécula de mRNA codon Direção do avanço do ribossomo
- 37. Gly Phe His Glu Asp Met Ala Cys 5’ 3’ AUGGCAUGCGACGAAUUCGGACACAUA
- 38. Gly Phe His Glu Met Ala Cys Asp 5’ 3’ AUGGCAUGCGACGAAUUCGGACACAUA
- 39. His Gly Met Phe Ala Cys Asp Glu 5’ 3’ AUGGCAUGCGACGAAUUCGGACACAUA
- 40. Ile Met His Ala Gly Cys Asp Glu Phe 5’ 3’ AUGGCAUGCGACGAAUUCGGACACAUA
- 41. Lys Met Ala Ile Cys His Asp Glu Phe Gly 5’ 3’ AUGGCAUGCGACGAAUUCGGACACAUA
- 42. Met Ala Lys Cys Asp Ile Glu Phe Gly His 5’ 3’ AUGGCAUGCGACGAAUUCGGACACAUA
- 43. Met Ala Cys Lys Asp Glu Phe Gly His Ile 5’ 3’ AUGGCAUGCGACGAAUUCGGACACAUA
- 44. Met Ala Cys Asp Leu Glu Phe Gly His Ile Lys 5’ 3’ GCAUGCGACGAAUUCGGACACAUAAAA
- 45. Met Ala Cys Asp Met Glu Phe Gly His Ile Lys Leu 5’ 3’ UGCGACGAAUUCGGACACAUAAAAUUA
- 46. Met Ala Cys Asp Glu Asn Phe Gly His Ile Lys Leu Met 5’ 3’ GACGAAUUCGGACACAUAAAAUUAAUG
- 47. Met Ala Cys Asp Glu Phe Pro Gly His Ile Lys Leu Met Asn 5’ 3’ GAAUUCGGACACAUAAAAUUAAUGAAC
- 48. Met Ala Cys Asp Glu Phe Gly Gln His Ile Lys Leu Met Asn Pro 5’ 3’ UUCGGACACAUAAAAUUAAUGAACCCA
- 49. Met Ala Cys Asp Glu Phe Gly His Ile Lys Leu Met Asn Pro Gln 5’ 3’ GGACACAUAAAAUUAAUGAACCCACAA
- 50. Met Ala Cys Asp Glu Phe Gly His Ile Lys Leu Met Asn Pro Gln 5’ STOP 3’ CACAUAAAAUUAAUGAACCCACAAUAA
- 51. Ala Cys Asp Glu Phe Met Gly His Ile Lys Leu Met Asn Pro Gln 5’ STOP 3’ AUAAAAUUAAUGAACCCACAAUAAAAA
- 52. Ala Cys Asp Glu Phe Met Gly His Ile Lys Leu Met Asn Pro Gln 5’ STOP 3’ AUAAAAUUAAUGAACCCACAAUAATAC
- 53. Ala Cys Asp Glu Phe Met Gly His Ile Gln Lys Pro Leu Asn Met 5’ 3’ AUAAAAUUAAUGAACCCACAAUAATAC
- 54. VARIAÇÃO GENÉTICA Ala Cys Asp Glu Phe =POLIMORFISMO Met Gly His Ile Gln Lys Pro Leu Asn Met 5’ 3’ AUAAAAUUAAUGAACCCACAAUAATAC Ala Cys Asp Glu Phe Met Gly His Ile Muda a Gln Lys forma e Pro Leu função Asn CYS 5’ 3’ A U A A A A U U A A U G A A C AA A C A A U A A T A C
- 55. REPRESENTAÇÃO LINEAR A MOLÉCULA DO DNA 5’ATTCGGCGCTATGCATGCTATGCG3’ aa1 aa2 aa3 aa4 aa5 aa6 aa7 aa8 PROTEÍNA - Queratina- cabelo - Albumina- sangue - Hemoglobina-sangue - Estrutura do cabelo - Proteína da cor do cabelo (Melanina)
- 56. VARIAÇÕES GENÉTICAS Acontecem no nosso DNA Células germinativas Células somáticas Passa para os filhos Não passa para os filhos Ex. cor dos olhos Ex. câncer
- 57. Lembrar...RNApolimerase • É essencial na transcrição... (1ª etapa da expressão gênica) • Sem a RNA polimerase não há vida!!! • Sem RNA polimerase não há enzimas!!!! • A inibição da RNA polimerase leva à morte do organismo...
- 58. Correlação Clínica • Antibióticos e Toxinas que têm como alvo a RNA Polimerase: – Toxina do cogumelo Amanita phalloides ou “chapéu da morte”, altamente tóxico. – A toxina mais letal, - amanitina, inibe a subunidade maior da RNA polimerase II, inibindo assim a síntese de mRNA. • Gastrointerites, insuficiência hepática (RNA essenciais são degradados e não são substituídos). – Ação do antibiótico Rifampicina, para TB