17/05/2012

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Biologia Molecular

Disciplina: Biologia Celular e Molecular

Centro de Ciências da Saúde

Profa. Dra. Marilanda Ferreira Bellinimarilanda.bellini@usc.br

Pró Reitoria de Pesquisa e de Pós Graduação – Bloco L

Biologia Molecular

1. Dogma Central da Biologia Molecular

2. Replicação

3. Transcrição

4. Tradução

http://web.uconn.edu/mcb201/cellgeneexpress.jpg

Dogma Central da Biologia Molecular

Rep

licaç

ão Tran

scri

ção

Trad

uçã

o

RNA: Ácido Ribonucleico

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Difference_DNA_RNA-DE.svg

DNA: Ácido Desoxirribonucleico

Ácidos Nucleicos

Ribose Desoxirribose

RNA

http://biologia-geologia11a.blogspot.com.br/2010/10/composicao-e-estrutura-do-rna.html

RNA transportador

(RNAt):

Decifra o código representado pelo mRNA, carregando os anticódons.

RNA ribossômico (RNAr):

Associa-se com uma série de

proteínas para formar os

ribossomos.

RNA mensageiro (RNAm):

Carrega a informação

copiada do DNA sob a forma de

inúmeros triplets

(trincas), códons, cada um

especificando um aminoácido.

Complexo RNA-proteína � sintetizados pelo nucléolo

Direciona o crescimento da cadeia polipeptídica

Move-se ao longo da cadeia de mRNA

Ribossomos

Modificado de: http://www.coladaweb.com/biologia/genetica/o-rna, http://www.virtual.epm.br/cursos/biomol/transcri/html/rrna.htm

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Biologia Molecular

http://web.uconn.edu/mcb201/cellgeneexpress.jpg

Replicação Interfase (S), dentro do núcleo

1 molécula de DNA

↓

2 moléculas de DNA idênticas

http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia2/AcNucleico3.php

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

GTACGCTGTAACGCATGCGACATTGC

TTATTTAATAAA

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

TTATTTAATAAA

GTACGCTGTAACGCATGCGACATTGC

Helicase desenrola, progressivamente, as cadeias de DNA, causando uma forte tensão nas extremidades.

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

TTATTTAATAAA

GTACGCTGTAACGCATGCGACATTGC

Topoisomerase: Relaxa a tensão contorcional do DNA, causando quebras e posteriores ligações fosfodiéster.

Bolha de Replicação

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

TTATTTAATAAA

CGCTGTA

GCGACAT

Braçadeiras (Proteinas SSP = single strand proteins): Estabilizam fitas simples, evitando que se enrolem devido a complementariedade entre as bases.

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

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5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

TTATTTAATAAA

CGCTGTA

GCGACAT

Primase: Adiciona primer (sequênciainiciadora) de RNA (onde T é trocado por Uracila, ou seja, A se pareia com U)

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

TTATTTAATAAA

CGCTGTA

GCGACAT

DNA polimerase III se desloca sobre a moléculade DNA, adiconando nucleotídeos, sempre nadireção 5´� 3´, devido aos carbonos livres nasextremidades para realizarem novas ligações.

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

SEMPRE5’���� 3’???

Todas as enzimas DNA polimerasespromovem o crescimento da fita de DNA somente na direção de 5’para 3’, isto porque estas enzimas só agem na hidroxila da extremidade 3’ livre adicionando os nucleotídeos.

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

TTATTTAATAAA

CGCTGTA

GCGACAT

Como apenas uma enzima DNA polimerase III se liga a fita de DNA molde 3´�5´, ela sinalizapara que a outra fita também seja copiada.Desta forma, a replicação do DNA é Bidirecional, pois ocorre nas duas fitassimultaneamente, mas em direções opostas.

A

G

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

TTATTTAATAAA

CGC TGTA

GCGA CAT

Como a molécula de DNA sempre cresce nadireção 5´� 3´, na fita de DNA molde roxa(5´�3´) , ela cresce descontinuamente, formando os fragmentos de Okasaki.

C GCT GTA

GCG ACAU

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

TTATTTAATAAA

CGC TGTA

GCGA CAT

C GCT GTA

GCG ACAU

DNA polimerase II substitui primers de RNA.

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

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5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

TTATTTAATAAA

CGC TGTA

GCGA CAT

C GCT GTA

GCG ACAT

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

TTATTTAATAAA

CGC TGTA

GCGA CAT

C GCT GTA

GCG ACAT

DNA polimerase I se desloca sobre a molécularecém-sintetizada, verificando o pareamentoentre as bases e realizando reparos quandonecessário.

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

TTATTTAATAAA

CGC TGTA

GCGA CAT

C GCT GTA

GCG ACAT

DNA ligase une os segmentos de DNA.

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

TTATTTAATAAA

CGC TGTA

GCGA CAT

C GCT GTA

GCGACAT

O processo continua, bolha após bolha de replicação, até completar a replicação do DNA.

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

GTACGCTGTAACGCATGCGACATTGC

TTATTTAATAAA

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

GTACGCTGTAACGCATGCGACATTGC

TTATTTAATAAA

2 moléculas de DNA idênticas.

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

GTACGCTGTAACGCATGCGACATTGC

TTATTTAATAAA

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

GTACGCTGTAACGCATGCGACATTGC

TTATTTAATAAA

Semiconservativa, pois em cada molécula filha, podemos observar uma fita molde da molécula original.

Fita original

Fita original

Fita nova

Fita nova

Replicação Intérfase (S), dentro do núcleo

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Diversidade & Complexidade

Expressão gênica

• DNA � RNA

•Transcrição � estado fisiológico da célula � extremamentevariável, para atender às suas necessidades.

TranscriçãoDentro do núcleo

Características Gerais: Fita DNA Molde (3’ � 5’)

RNA

Complementar a Fita Molde de DNA

Semelhante a fita de DNA não-molde

A=U

•Antiparalelismo

•Síntese 5’� 3’

TranscriçãoDentro do núcleo

http://bioglossa.wikispaces.com/Transcri%C3%A7%C3%A3o+G%C3%AAnica

Proteínas DNARNA. Ligam-se e Processam

Síntese

•RNA-polimerase (RNApol):• Não necessita de iniciador (primer)• Funções

�reconhecem sequências específicas de DNA e se ligam a elas�desnaturam DNA � expõem a seqüência de nucleotídeos a ser copiada�mantém estável a dupla fita aberta�mantém estável fita híbrida �DNA:RNA�terminam síntese�restauram DNA � imediatamente após à da síntese

TranscriçãoDentro do núcleo

Etapas:Etapas:Etapas:Etapas:1.1.1.1. Início: Início: Início: Início: ligação do complexo de iniciação e da RNA polimerase à região promotora.2. Alongamento2. Alongamento2. Alongamento2. Alongamento::::Adição de nucleotídeos à cadeia polipeptídica, complementando a fita molde de DNA.3. Término: 3. Término: 3. Término: 3. Término: Reconhecimento da sequência de término;Complexo de iniciação é desligado do DNA; RNApol é desligada do DNA;.As fitas do DNA são totalmente renaturadas;Adição de cauda de poli-A no RNA nascente. TranscriçãoDentro do núcleo

•Seqüências PROMOTORAS� início da síntese

• elementos promotores: seqüências de 100 a 200 nucleotídeospróximos ao sítio de início da transcrição (-30) que possuem seqüênciasconsenso TATAAAA denominadas “TATA box”.

• TF = fator de transcrição

TranscriçãoDentro do núcleo

Início

Fita molde

Fita não-molde

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

GTACGCTGTAACGCATGCGACATTGC

AATAAATTATTT

Complexos de transcrição

+

RNA polimerases (I, II e III)

+

Fatores específicos de cada enzima � Início da transcrição

RNA polimerase

TranscriçãoDentro do núcleo

Início

Fita molde

Fita não-molde

5’ 3’

3’5’

ATATTTTTATAAAA

GTACGCTGTAACGCATGCGACATTGC

AATAAATTATTT

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RNA polimerase se desloca sobre a fita molde(3´�5´) adicionando nucleotídeos, porcomplementariedade, formando uma molécula deRNA (5´� 3´)

RNA polimerase

TranscriçãoDentro do núcleo

Alongamento

Fita molde

Fita não-molde

5’ 3’

3’5’

5’ 3’

3’5’

Bolha de transcrição

ACGCTGTA

TGCGACAT

ATATTTTTATAAAA

AATAAATTATTT

RNA polimerase

TranscriçãoDentro do núcleo

Alongamento

Fita molde

Fita não-molde

5’ 3’

3’5’

5’ 3’

3’5’ACGCTGTA

TGCGACAT

ATATTTTTATAAAA

AATAAATTATTT

TranscriçãoDentro do núcleo

Alongamento

Fita molde

Fita não-molde

5’ 3’

3’5’

5’ 3’

3’5’ACGCTGTA

TGCGACAT

ACGCUGUA

RNA polimerase continua se deslocando sobre a fitamolde (3´�5´) adicionando nucleotídeos, porcomplementariedade, até total transcrição,formando uma molécula de RNA (5´� 3´)

ATATTTTTATAAAA

AATAAATTATTT

TranscriçãoDentro do núcleo

Alongamento

Fita molde

Fita não-molde

5’ 3’

3’5’

5’ 3’

3’5’ACGCTGTA

TGCGACAT

5’

3’

Molécula de RNA precursor

ATATTTTTATAAAA

AATAAATTATTT

TranscriçãoDentro do núcleo

Alongamento

Fita molde

Fita não-molde

5’ 3’

3’5’

5’ 3’

3’5’

GTACGCTGTAACGCATGCGACATTGC

5’

3’

Molécula de RNA precursor

7 MG

7-metil-guanosina (7MG)Início da traduçãoProtege contra nucleases

ATATTTTTATAAAA

AATAAA

TTATTT

TranscriçãoDentro do núcleo

Término

Fita molde

Fita não-molde

5’ 3’

3’5’

5’ 3’

3’5’

AATAAA

TTATTT

ATATTTTTATAAAA

GTACGCTGTAACGCATGCGACATTGC

Molécula de RNA precursor

ReconhecimentoReconhecimento dada sequênciasequência AAUAAAAAUAAA

5’

3’

7 MG

AAUAAAAAUAAA

Clivagem Endonucleotídicapoli-A endonuclease/polimerase

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Complexo de iniciação e RNA pol são desligados do DNA; As fitas do DNA são totalmente renaturadas.TranscriçãoDentro do núcleo

5’

3’

7 MG

AAUAAAAAUAAA

Fita molde

Fita não-molde

5’ 3’

ATATTTTTATAAAA

3’5’

GTACGCTGTAACGCATGCGACATTGC

AATAAATTATTT

Término

TranscriçãoDentro do núcleo

5’

3’

7 MG

AAUAAAAAUAAA

Adição da cauda de poli-A(poli-A polimerase)

EstabilidadeTransporte do núcleo para Citoplasma

Molécula de RNA precursor(íntrons + éxons)

Término

Correlação Clínica• Antibióticos e Toxinas

têm como alvo a RNA Polimerase:

• Toxina do cogumelo Amanita phalloides ou“chapéu da morte” � altamente tóxico.

• inibe a subunidade maior da RNA polimerase II �inibindo a síntese de mRNA.

• Ação do antibiótico Rifampicina• Tratamento de Tuberculose e Hanseníase

Processamento do RNA

Reações de Recomposição

SplicingProcessamento

Tradução: Citoplasma, RER

• mRNA � Proteína

•Cada aminoácido écodificado na seqüência deDNA, de três nucleotídeos �códon (mRNA)

•RNA transportador (tRNA)transfere a informação(anticódon) � sequência deaminoácidos� proteínas.

http://pos-darwinista.blogspot.com.br/2011/11/shapiro-revisita-o-dogma-central-no.html

Código Genético:

É a relação entre a sequência de bases no DNA e a sequênciacorrespondente de aminoácidos, na proteína.

O código genético encontra-se na forma de trincas – os códons

Tradução: Citoplasma, RER

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CÓDIGO GENÉTICO

Tradução: Citoplasma, RER

Tradução: Citoplasma, RER

Ribossomos + RetículoEndoplasmático

↓

RetículoEndoplasmático

Rugoso↓

Síntese Proteíca

Modificado de: http://www.coladaweb.com/biologia/genetica/o-rna, http://www.virtual.epm.br/cursos/biomol/transcri/html/rrna.htm

JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012, pag. 210

Códon:

Anticódon: C G A C U G G A U C G C

Aminoácido: Ala Asp Leu Ala

Tradução: Citoplasma, RER

Síntese Protéica (INICIAÇÃO)

PSítio

ASítio

Subunidade maior

Subunidade menor

mRNAmRNA

A U G C U A C U U C G

Síntese Protéica (INICIAÇÃO)

mRNAmRNA

A U G C U A C U U C G

2-tRNA

G

aa2

A U

A

1-tRNA

U A C

aa1

anticódon

Ligações de Hidrogênio códon

Síntese Protéica (ALONGAMENTO)

mRNAmRNA

A U G C U A C U U C G

1-tRNA 2-tRNA

U A C G

aa1 aa2

A U

A

anticódon

códon

Ligação peptídica

Ligações de Hidrogênio

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mRNAmRNA

A U G C U A C U U C G

1-tRNA

2-tRNA

U A C

G

aa1

aa2

A U

A

3-tRNA

G A A

aa3

Ribossomos movem-se sobre um códon

(vai para sítio E)

Ligação peptídica

mRNAmRNA

A U G C U A C U U C G

2-tRNA

G

aa1

aa2

A U

A

3-tRNA

G A A

aa3

4-tRNA

G C U

aa4

A C U

Ligações peptídicas

mRNAmRNA

G C U A C U U C G

aa1aa2

A

3-tRNA

G A A

aa3

4-tRNA

G C U

aa4

A C U

U G A

5-tRNA

aa5Ligações peptídicas

mRNAmRNA

G C U A C U U C G

aa1

aa2

A

3-tRNA

G A A

aa3

4-tRNA

G C U

aa4

A C U

U G A

5-tRNA

aa5Ligações peptídicas

Ribossomos movem-se sobre um códon

TÉRMINO

mRNAmRNA

A C A U G U

aa1

aa2

U

Estrutura primária Estrutura primária de uma proteínade uma proteína

aa3

200-tRNA

aa4

U A G

aa5

C U

aa200

aa199

Códon de Códon de paradaparada

Biologia Molecular

http://web.uconn.edu/mcb201/cellgeneexpress.jpg

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http://iecdpgolhosdafe.webnode.com.br/forum/

Bibliografia Sugerida

• ALBERTS, B. et al. Biologia molecular da célula. Porto Alegre: Artmed, 3ª. Edição, 2001. – capítulos 6

• JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. – Capítulos 3, 8, 11 e 15

• CARVALHO, H. F.; RECCO-PIMENTEL, S. M. A célula 2001. São Paulo: Manole, 2001.

• De ROBERTIS, E. M. F.; HIB, J. Bases da biologia celular e molecular. 3. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2001.

• Acessem:• http://www.johnkyrk.com/CellIndex.pt.html