CURSO DE BACHARELADO EM QUÍMICA TECNOLÓGICA

Pontifícia Universidade Católica de Campinas

CEATEC – Faculdade de Química

Biologia Celular

Professora: Ricardo Catalano

Data entrega: 16/12/2010

Annerose Crecencio da Cruz 09040164

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Ácidos Nucléicos

Essas substâncias são conhecidas desde o século passado, porém a compreensão do seu

importante papel nos seres vivos relacionado ao controle celular e á hereditariedade é

muito recente. A capacidade de guardar informações, de replicação, de gerar

diversificação de atividades numa célula, de catalisar, de unir gerações pelo processo de

hereditariedade e de dirigir a síntese de outras macromoléculas (proteínas) são atributos

de um ácido nucléico.

O RNA foi provavelmente o primeiro tipo de ácido nucléico a surgir na natureza. Sua

estrutura mais simples, a diversidade de tipos, a capacidade de auto-replicação e a ação

catalítica encontrada em certos RNA, aponta para a condição de molécula hereditária

primordial. O DNA foi na verdade uma cria do RNA de algumas células primitivas que

ganharam com isso maior estabilidade e durabilidade do seu material em dupla hélice.

Com essa nova invenção das células era possível aumentar consideravelmente o

tamanho dos ácidos nucléicos e assim, estocar mais informações e a partir daí

desencadear a síntese de um maior arsenal de proteínas que tornou o metabolismo

celular mais complexo, diversificado e conseqüente eficiência no seu funcionamento.

Embora a ordem de surgimento das moléculas informacionais tenha sido: RNA - DNA -

PROTEÌNA, sabemos que as células modernas transferem a informação biológica da

forma: DNA - RNA - PROTEÍNAS. Essa seqüência de eventos é considerada o dogma

central da biologia molecular

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1. Ácidos nucléicos: estrutura molecular

O ácido nucléico é formado por um grande polímero de moléculas individuais chamadas

de nucleotídeos. Cada nucleotídeo é formado por uma base nitrogenada, que pode ser

uma purina (adenina ou guanina) ou uma pirimidina (timina ou citosina no DNA;

uracila ou citosina no RNA), uma pentose (desoxirribose no DNA, e ribose no RNA) e

um grupo fosfato (PO4).

O conjunto de base + açúcar denomina-se nucleosídio, chamando-se nucleotídeo ao

conjunto de base + açúcar + fosfato.

Existem dois tipos de ácidos nucléicos, o ácido ribonucléico (RNA) que contém açúcar

ribose de cinco carbonos, e o ácido desoxirribonucléico (DNA) no qual o grupo

hidroxila na posição 2 da ribose é trocado por um hidrogênio, uma molécula de

oxigênio é perdida, de onde vem o prefixo desoxi. Os nucleotídeos sucessivos são

ligados por ligações covalentes fosfodiéster, em que um grupo fosfato liga o carbono 3’

de um açúcar ao carbono 5’ do açúcar vizinho.

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O RNA está presente no citoplasma e em concentrações particularmente altas no

nucléolo do núcleo. O DNA é achado principalmente nos cromossomos, mas também

está presente nas mitocôndrias e em cloroplastos das células de plantas.

Watson e Crick sugeriram que a molécula de DNA era composta de duas cadeias de

nucleotídeos dispostas em espiral em torno de um mesmo eixo imaginário, formando

uma estrutura de dupla hélice. Cada cadeia de DNA tem sua polaridade determinada

pela orientação da ligação açúcar-fosfato. A extremidade da cadeia terminada pelo

carbono 5’ é referida como extremidade 5’, e a terminada com o carbono 3’ é chamada

extremidade 3’. O final 5’ de uma cadeia é oposta ao final 3’ da outra, isto é, elas

possuem orientações (ou polaridades) opostas e são ditas antiparalelas.

As duas moléculas de DNA que formam a dupla hélice estão unidas por fracas pontes

de hidrogênio. Essas ligações dispõem-se entre bases opostas das duas fitas de DNA

formando pares de base de acordo com as regras de Watson e Crick: purina sempre

pareia com pirimidina (adenina liga-se a timina e citosina a guanina). As ligações

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ocorrem dessa maneira porque o espaço ocupado por duas bases oponentes é pequeno, e

duas bases grandes não caberiam nesse espaço, assim como duas pequenas não se

aproximariam o suficiente para interagir. Desse modo, são criadas cadeias

complementares. Como resultado, a composição de bases do DNA não é randomizada,

havendo as mesmas quantidades de bases púricas e pirimídicas, de tal forma que A+G =

T+C. Verifica-se, igualmente, que as quantidades de adenina e timina são equivalentes,

o mesmo ocorrendo com a guanina e a citosina. A composição pode ser especificada

sem dúvidas quantificando-se a porcentagem de GC.

É comum descrever a seqüência de DNA pela seqüência de bases de uma das cadeias

na direção 5’ • 3’, que é a direção de síntese de uma nova molécula de DNA

durante sua replicação. Ao descrever a seqüência de DNA que compreende duas bases

vizinhas (um verdadeiro dinucleotídeo) de uma das cadeias, é usual inserir a letra “p”

para denotar a ligação fosfodiéster (ex. CpG).

A associação da dupla hélice do DNA com um grupo específico de histonas forma a

estrutura primária do DNA. O nucleosomo é formado quando um octâmero (duas cópias

de quatro histonas: H2A, H2 B, H3 e H4) é envolto por um segmento de DNA dupla-

hélice. A unidade fundamental de organização da cromatina é o solenóide, que é uma

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estrutura secundária helicóide de compactação dos nucleossomos pela histona H1. Com

a formação do solenóide, tem-se a ação de proteínas nãohistonas que formam estruturas

em alças ou domínios. As alças podem ser o início dos espessamentos parecidos

com nós, denominados cromômeros. À medida que os cromossomos se condensam

mais, os cromômeros adjacentes fundem-se em estruturas maiores e tornam-se depois as

bandas cromossômicas.O RNA constitui-se de moléculas simples de ácido ribonucléico,

e mais sobre este componente será visto adiante.

FUNÇÃO DOS ÁCIDOS NUCLÉICOS:

Como os genes se compõem de DNA, é necessário que este último tenha uma estrutura

suficientemente versátil para explicar a grande variedade de genes e, ao mesmo tempo,

ser capaz de reproduzir-se de tal maneira que se forme uma cópia idêntica em cada

célula apta a dividir-se.

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A informação genética, armazenada nos cromossomos é transmitida às células filhas

através da replicação do DNA, e é expressa através da transcrição em RNAm e

tradução subseqüente em cadeias polipeptídicas. Este fluxo de informação do DNA ao

RNA e à proteína é denominado de “dogma central” da biologia molecular, sendo

descritivo de todos os organismos. O processo de tradução requer um código genético,

através do qual a informação contida na seqüência de bases nitrogenadas dos

ácidos nucléicos é expressa para produzir uma seqüência específica de aminoácidos

na proteína que ele especifica. Três bases adjacentes codificam um aminoácido e

formam a unidade de informação genética ou códon, e a correspondência entre códons

específicos e aminoácidos é conhecida como código genético. A ligação molecular entre

estes dois tipos relacionados de informação (o código de DNA dos genes e o código de

aminoácidos das proteínas) é o ácido ribonucléico (RNA).

A seqüência de nucleotídeos deve conter o número suficiente de unidades codificadoras

para representar 20 aminoácidos (Aa). Como o DNA possui apenas 4 bases distintas,

deve haver a combinação de várias bases para codificar os diferentes tipos de Aa. Como

as bases agrupam-se 3 a 3, são possíveis 64 (43) arranjos, número maior do que o

necessário. Dos 64 códons (RNAm) possíveis, três indicam o fim de um gene, e

são conhecidos como códons finalizadores (ou sem sentido) porque designam o

término da tradução do mRNA neste ponto. São o UAA, o UGA e o UAG. Os outros

61 especificam aminoácidos. Como há apenas 20 Aa diferentes, deduz-se que alguns Aa

devem ser especificados por mais de um tipo de trinca ou por mais de um códon. Por

exemplo, a leucina e a arginina são especificadas por seis códons. Apenas a metionina e

o triptofano são cada um deles especificado por um único códon O código genético é,

portanto, dito “redundante” (ou degenerado). Embora um determinado aminoácido 7

possa ser especificado por mais de um códon, cada códon só pode designar um

aminoácido. Esse conceito é fundamental para, entre outras coisas, compreendermos

que nem toda alteração no código genético leva a uma doença.

Uma característica significativa do código genético é ser “universal”, ou seja,

virtualmente todos os organismos vivos usam os mesmos códigos de DNA para

especificar aminoácidos. Em outras palavras, os mesmos trípletes correspondem aos

mesmos aminoácidos, seja em seres humanos, seja em bactérias. Uma exceção

conhecida a esta regra é a das mitocôndrias, as quais têm suas próprias moléculas de

DNA extranuclear. Vários códons do DNA mitocondrial codificam aminoácidos

diferentes dos códons do DNA nuclear.

Em síntese pode-se dizer que o Código Genético tem as seguintes características:

- Especificidade

- Universalidade

- Redundância

A informação genética está contida no DNA dos cromossomos dentro do núcleo celular,

mas a síntese de proteínas, durante a qual a informação codificada no DNA é usada,

ocorre no citoplasma.

Devido à compartimentalização das células eucarióticas, a transferência de informação

donúcleo para o citoplasma é um processo muito complexo. Enquanto o DNA se forma

e se replica no núcleo da célula, ocorre no citoplasma a síntese de proteínas. A

informação contida no DNA deve, portanto, ser transportada para o citoplasma e, assim,

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usada para ditar a composição das proteínas. Isto envolve dois processos, transcrição e

tradução. Resumidamente, o código do DNA é transcrito para o RNA mensageiro, que,

então, deixa o núcleo para ser traduzido em proteínas.

RNA:

Existem três tipos principais de RNA que participam do processo da síntese protéica:

RNA ribossômico (RNAr), RNA transportador (RNAt) e RNA mensageiro (RNAm).

Os três principais tipos de RNA diferem um do outro em termos de tamanho, função e

modificações estruturais especiais.

RNA ribossômico: é encontrado em associação com uma série de proteínas

diferentes, como componente dos ribossomos; forma a estrutura complexa que

serve como sítio para a síntese de proteínas. No citosol eucariótico, existem

quatro espécies de RNAr de tamanhos diferentes (28S, 18S, 5,8S e 5S). "S"

é a unidade Svedberg, relacionada ao peso molecular do composto. Juntos

constituem até 80% do RNA da célula.

RNA transportador: é a menor das três principais moléculas de RNA (4S), tendo

entre 74 e 95 resíduos de nucleotídeos de tamanho. Existe no mínimo um tipo

específico de molécula de RNAt para cada um dos 20 aminoácidos comumente

encontrados nas proteínas. Juntos, eles constituem cerca de 15% do RNA da

célula. As moléculas de RNAt contém bases incomuns e possuem extenso

pareamento de bases intracadeia, o que lhes dá a forma característica de trevo.

Cada RNAt serve como um "adaptador", que transporta seu aminoácido

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específico ao sítio de síntese de proteínas, onde reconhece o códon que

especifica a adição de seu aminoácido à cadeia peptídica em formação.

RNA mensageiro: compreende somente cerca de 5% do RNA da célula e é o

tipo mais heterogêneo de RNA em termos de tamanho. O RNAm transporta a

informação genética do DNA ao citosol, onde é usado como molde para a

síntese de proteínas. As características estruturais especiais do RNAm

eucariótico incluem uma longa seqüência de nucleotídeos adenina (uma "cauda

poli-A") na extremidade 3' da cadeia de RNA, mais uma "cabeça" na

extremidade 5' ( cap 5’), geradas a partir do processamento do mRNA.

PROCESSAMENTO:

O transcrito de RNAm da maioria dos genes eucarióticos sofre uma série de

reações de processamento após a síntese a partir de DNA, envolvendo a remoção

de segmentos internos indesejáveis e a reunião dos segmentos remanescentes

(encadeamento do RNA ou splicing). Os éxons, seqüências codificadoras da maioria

dos vertebrados, são divididas em segmentos, que são separados por seqüências

intercaladas não-codificadoras (os íntrons). A trancrição consiste na produção de uma

seqüência de RNA complementar ao comprimento total do gene, abrangendo éxons e

íntrons. Freqüentemente, entretanto, o transcrito de RNA sofre o encadeamento, uma

série e reações de processamento através das quais os segmentos de RNA dos íntrons

são removidos e descartados e os segmentos de RNA dos éxons são unidos ponta com

ponta (encadeados) para obter-se como produto um RNA mais curto. Essas reações são

mediadas por um complexo de RNA e de proteínas bastante grande, o encadeossomo

(spliceossomos), que consiste de cinco tipos de snRNA (small nuclear RNA, ou seja,

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RNA de pequeno tamanho) e mais de 50 proteínas. Os spliceosomos removem os

introns e aproximam os exons para formar uma cópia funcional de RNAm, a partir do

qual será feita a síntese protéica. O splicing pode também ser realizado pelo próprio

intron, sem a ajuda dos spliceossomos.

Além do encadeamento, os RNAs transcritos pela polimerase II são sujeitos a dois

outros eventos de processamento:

Capeamento: Ocorre logo após a transcrição. Nos casos dos transcritos

primários, que serão processados para produzir mRNA, um nucleosídeo

metilado (7-metilguanosina) é ligado ao primeiro necleotídeo 5´ do transcrito de

RNA por uma ligação fosfodiéster especial 5´-5´. Tendo em vista que o carbono

5´ do resíduo e o carbono 5´ do primeiro nucleotídeo são efetivamente ligados,

diz-se que a extremidade 5´ está bloqueada ou capeada. As funções da capa

são de proteger o transcrito doataque da exonuclease 5´- 3´ (moléculas de

mRNA desencapadas são desnaturadas rapidamente), Unidade de 11

transcriçãofacilitar o transporte do núcleo para o citoplasma, facilitar o

encadeamento de RNA, desempenhar um papel importante no encaixe da

subunidade 40S dos ribossomos citoplasmáticos no mRNA;

Poliadenilação: Nas células dos mamíferos, uma vez ocorrida a clivagem do

RNA posterior a transcrição, cerca de 200 resíduos de adenilato são adicionados

seqüencialmente pela enzima poli(A)-polimerase para formar uma cauda

poli(A) na extremidade 3´. Supõe-se que as funções dessa cauda sejam de

facilitar o transporte das moléculas de mRNA para o citoplasma, estabilizar ao

menos parte das moléculas de mRNA no citoplasma (o encurtamento da

extensão da cauda poli[A] está associado com a degeneração do mRNA, com

exceções de algumas espécies de mRNA) e de facilitar a tradução, ao permitir

uma intensificação de reconhecimento do mRNA pela maquinaria ribossômica

TRADUÇÃO:

Um grande número de componentes são requeridos para a síntese da cadeia

polipeptídica. Estes incluem todos os aminoácidos que são encontrados no produto

final, o RNAm a ser traduzido, os RNAts, ribossomos funcionais, fontes de energia e

fatores protéicos necessários à iniciação, elongação e terminação da cadeia

polipeptídica.

A tradução é o processo pelo qual o mRNA fornece um molde para a síntese de

um polipeptídeo. O mRNA é transportado do núcleo para o citoplasma, onde a

seqüência de RNA é codificada, ou traduzida, para determinar a seqüência de

aminoácidos na proteína que está sendo sintetizada. O mRNA não pode, entretanto,

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se ligar diretamente a aminoácidos. O RNA transportador (tRNA) fornece a ligação

molecular entre a seqüência de bases do mRNA e a seqüência de bases da proteína:

o mRNA é traduzido em proteína pela ação de uma variedade de moléculas de tRNA,

cada uma específica para um determinado aminoácido. O RNAt tem a função de

transferir os aminoácidos corretos para suas posições ao longo do molde de

mRNA, para que sejam adicionados à cadeia polipeptídica crescente. O tRNA tem

um sítio em sua extremidade 3’ para a ligação de um aminoácido por uma ligação

covalente. Na extremidade oposta do trevo há uma seqüência de três nucleotídeos

chamada de anticódon. O anticódon caracteriza cada tRNA, dando a especificidade de

ligação a um único Aa. Esta seqüência faz um pareamento de bases com um códon

apropriado no mRNA. A ligação do anticódon do RNAt ao códon do RNAm segue as

regras da ligação complementar e antiparalela, isto é, o códon do RNAm é lido de 5'

para 3' por um anticódon pareado em orientação invertida -(3'5'). O mRNA, portanto,

especifica a seqüência de aminoácidos agindo por meio do tRNA.

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O local citoplasmático da síntese de proteínas é o ribossomo, que consiste em

proteínas enzimáticas e RNA ribossomal (mais abundante). A função do rRNA é

auxiliar a ligação do mRNA e do tRNA ao ribossomo. O ribossomo primeiramente

liga-se a um sítio de iniciação na seqüência do mRNA. Este sítio consiste de um

códon especifico AUG, que especifica o aminoácido metionina. A tradução de um

mRNA processado é, portanto, sempre iniciada em um códon AUG, sendo a

metionina sempre o primeiro aminoácido codificado (aminoterminal) de cada cadeia

polipeptídica, embora em geral seja removido antes que a síntese da proteína

esteja completa. O códon para metionina (iniciador AUG) estabelece a matriz de leitura

do mRNA.

O ribossomo liga o tRNA à sua superfície, de modo que possa haver pareamento

entre o tRNA e o mRNA. O ribossomo move-se ao longo da seqüência de mRNA,

códon por códon, no sentido usual 5’ para 3’. O ribossomo, então, desliza ao longo

do mRNA a cada três bases, alinhando o códon seguinte para o reconhecimento por

outro tRNA com o próximo aminoácido. À medida que cada códon é processado, um

aminoácido é traduzido pela interação entre mRNA e tRNA. A ligação entre o

códon e o anticódon coloca o aminoácido apropriado na posição seguinte no ribossomo

para formação de uma ligação peptídica com a ponta carboxila e a cadeia

polipeptídica crescente

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.

Neste processo, o ribossomo fornece uma enzima que catalisa a formação de

ligações peptídicas covalentes entre aminoácidos adjacentes, resultando em um

polipeptídeo crescente. Quando o ribossomo chega a um códon finalizador na

seqüência de mRNA, terminam a tradução e a formação de polipeptídeo. O terminal

amino (NH2) do polipeptídeo correspondente à ponta 5’ do filamento de mRNA, e o

terminal carboxila (COOH) corresponde à ponta 3’. Quando a síntese está completa, o

mRNA, o ribossomo e o polipetídeo se separam um do outro. O polipeptídeo é então

liberado para o citoplasma. Todo esse especializado e refinado processo pode ser

dividido em três etapas básicas:

Iniciação:

A iniciação da síntese de proteínas envolve a reunião de componentes do sistema de

tradução antes que ocorra a formação da ligação peptídica. Estes componentes incluem

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as duas subunidades ribossômicas, o RNAm a ser traduzido, o aminoacil-RNAt para

metionina, especificado pelo códon iniciador AUG na mensagem, o GTP (o qual

fornece energia ao processo) e fatores de iniciação que facilitam a montagem deste

complexo de iniciação.

Alongamento:

A elongação envolve a adição de aminoácidos à extremidade carboxila da cadeia

polipeptídica em formação. Durante a elongação, os ribossomos movem-se da

extremidade 5' à 3' do RNAm que está sendo traduzido. Há vários fatores de

alongamento envolvidos com esse processo. A formação das ligações peptídicas é

catalisada pela peptidiltransferase. Após formar-se a ligação peptídica, o ribossomo

avança três nucleotídeos em direção ao 3'- terminal do RNAm. Isto causa a liberação

do RNAt descarregado.

Terminação:

A terminação ocorre quando um dos três códons de encerramento são expostos no

sítio ribossômico. O fator de liberação faz a proteína recém sintetizada ser

liberada do complexo ribossômico e causa a dissociação entre o ribossomo e o RNAm.

O polipeptídeo recém sintetizado pode sofrer modificações subseqüentes; as

subunidades ribossômicas, o RNAm, o RNAt e fatores protéicos podem ser reciclados

e usados para sintetizar outro polipeptídeo.

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MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS:

Antes que um polipeptídeo recém-sintetizado possa começar a sua existência como

proteína funcional, ele freqüentemente sofre outro processamento chamado de

modificação pós-traducional. Estas modificações podem ter uma variedade de

formas, incluindo a clivagem em unidades polipeptídicas menores, ou uma

combinação com outros polipeptídeos para formar uma proteína maior. Outras

modificações possíveis incluem a adição de cadeias laterais de carboidratos ao

polipeptídeo. Estas modificações são necessárias, por exemplo, para produzir o

dobramento apropriado da proteína final, ou para estabilizar sua estrutura. A cadeia

polipeptídica, que é o produto primário da tradução, é dobrada e associada em uma

estrutura tridimencional específica que é determinada pela própria seqüência de

aminoácidos. Duas ou mais cadeias polipeptídicas, produtos do mesmo gene ou de

genes diferentes, podem se combinar para formar um único complexo protéico final.

Os produtos protéicos também podem ser modificados quimicamente por, por 17

exemplo, adição de fosfato ou carboidratos em sítios específicos. Outras

modificações podem envolver a clivagem da proteína, seja para remover seqüências

amino-terminais específicas após terem direcionado uma proteína para o seu local

correto dentro da célula, ou para dividir a molécula em cadeias polipeptídicas menores.

REPLICAÇÃO – Regras Fundamentais:

1. A replicação do DNA é um processo semiconservativo. Ambas as fitas de DNA que

formam um duplex servem como molde para síntese de uma fita nova complementar.

Assim, durante um evento de duplicação são produzidas duas moléculas novas de

DNA, cada uma delas consistindo de uma fita “velha” (do duplex original) e uma

“nova” (recém-sintetizada).

2. A replicação tem início em uma origem e a partir dela continua bidirecionalmente. A

replicação de DNA sempre tem início num ponto único na molécula, caracterizado por

uma seqüência de bases específicas denominado origem da replicação, a partir de onde a

dupla fita se abre. As terminações destes são pontos dinâmicos, chamados de

forquilhas de replicação, onde as fitas de DNA são separadas e replicadas.

3. A síntese de DNA procede na direção 5’ - 3’ e é semi-descontínua. Uma fita

nova de DNA é sintetizada na direção 5’ - 3’, sendo a extremidade livre OH de cada

nucleotídeo o ponto em que o DNA é alongado. Devido a esta propriedade e

considerando-se a natureza antiparalela do DNA, a fita utilizada como molde só pode

ser lida na da extremidade 3´ em direção a 5´. Como a abertura da dupla fita é gradual a

partir da forquilha de replicação e o sentido de leitura é obrigatoriamente na direção 5’

- 3’, a síntese das duas fitas ocorre em sentidos opostos, não sendo possível que ambas

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as fitas sejam sintetizadas continuamente. Desta forma, uma das fitas é sintetizada

continuamente, sendo denominada de fita líder, enquanto a outra se faz em pequenos

fragmentos, sendo chamada de fita tardia. Estes fragmentos são denominados de

fragmentos de Okasaki. As principais enzimas envolvidas na replicação são:

1. NUCLEASES

São enzimas que tem a capacidade de clivar (cortar) ácidos nucléicos, sendo,

portanto, responsáveis pela degradação do DNA. Existem inúmeros tipos, que estão

divididos em duas classes principais: exonucleases, que degradam ácidos nucléicos a

partir da extremidade da molécula; e endonucleases, que degradam a partir de

qualquer sítio (local) da molécula de DNA.

2. DNA POLIMERASES

São as principais enzimas envolvidas na replicação, uma vez que adicionam

nucleotídeos e participam do sistema de reparo. Na E. coli, utilizada como modelo para

estudo da replicação, são mais de 5 enzimas conhecidas, sendo a I, II e III as

principais. A reação básica (polimerização), comum a todas e responsável pelo

alongamento do DNA a partir da origem está representada na figura a seguir.O

estudo das polimerases revelou que, para a polimerização ocorrer, são necessários

dois elementos principais: uma fita molde de DNA e um primer (iniciador). O

molde, lido na direção 3´-5´, determina a sequência dos nucleotídeos da fita nova,

obedecendo as leis de pareamento de Watson e Crick. Ele normalmente é

representado pela fita “velha”. Desta forma, as características de complementariedade e

antiparalelismo são mantidas no novo duplex de DNA. O primer é necessário porque a

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polimerase não consegue iniciar o alongamento de uma cadeia de polinucleotídeos a

partir de nucleotídeos livres; ou seja, um pedaço de fita nova já deve existir. O

primer é um pequeno segmento de RNA, sintetizado pela enzima primase, que

depois será substituído por DNA pela própria DNA polimerase.

O papel específico de cada polimerase pode ser simplificado da seguinte maneira:

Polimerase I: função de reparo nos processos de replicação e recombinação.

Polimerase III: é a principal enzima envolvida no processo. Têm uma

estrututa mais complexa, com várias subunidades com funções específicas.

3. HELICASES, TOPOISOMERASES, SSB

As helicases fazem a separação das duas fitas parentais para que a replicação possa ter

início. Esta separação cria um “estresse” topológico que é aliviado pela ação das

topoisomerases, enzimas que atuam no enrolamento do duplex de DNA. Já as SSB

(single strand binding proteins ou proteínas de ligação do DNA de fita simples)

mantêm as duas fitas separadas estabilizadas.

4. PRIMASES

Sintetizam a pequena porção de RNA que servirá como primer para início da replicação.

Estágios da Replicação

O processo de replicação é divido em 3 etapas:

1. INICIAÇÃO

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A origem da replicação da E. coli, chamada de OriC, consiste numa sequência de

245 pb altamente conservada ( isto é, aparece em diversos organismos e manteve-se

idêntica durante o processo evolutivo) entre as origens de replicação. As seqüências

chave deste segmento consistem em duas séries altamente repetidas: 3 repetições de

13 pb e 4 repetições de 9 pb. Pelo menos 6 enzimas ou proteínas participam na

iniciação da replicação. Elas abrem o DNA na origem e estabilizam o complexo

que se forma junto com as outras enzimas envolvidas na replicação (complexo

pré-priming) para que ocorram as reações subseqüentes. O componente chave no

processo é a proteína DnaA.Um complexo de 20 DnaAs se liga as 4 repetições de 9 pb

na origem, depois reconhece e abre o DNA na região das três repetições de 13 pares de

base. A DnaB, então, se liga à região aberta e funciona como uma helicase criando

assim uma forquilha de replicação e separando progressivamente a dupla fita, numa

reação que requer DnaC como co-fator.

A iniciação é a única fase regulada da replicação, de forma que ela (a replicação) só

ocorre uma vez por ciclo celular. O tempo de início da replicação é afetado pela

metilação do DNA. Imediatamente após o término da replicação o DNA é

hemimetilado; a oriC da fita parental é metilada, mas a da fita nova não. Enquanto a

região oriC da fita nova não for metilada, não pode ter início um novo processo de

replicação.

2. ALONGAMENTO

Esta fase inclui duas operações distintas, mas relacionadas: a síntese da fita líder e a

síntese da fita tardia. A síntese da fita líder é um processo mais simples que se inicia

com a síntese de um pequeno segmento de RNA pela primase na origem de replicação.

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Depois os desoxirribonucleotídeos são adicionados ao primer pela DNA polimerase

III, obedecendo as regras já mencionadas. A síntese da fita líder prossegue

continuamente até o final da molécula. O primer é retirado e substituído por DNA.

A síntese da fita tardia é realizada através da formação de pequenos fragmentos de

Okasaki, já citados anteriormente. Primeiro é formado um primer de RNA pela primase

e, assim como na fita líder, desoxirribonucleotídeos são adicionados pela DNA

polimerase III.

Neste nível, o processo parece simples, mas na realidade ele é bem complexo. Sua

complexidade reside na coordenação entre a síntese da fita líder contínua e a da

fita tardia descontínua; sendo as duas realizadas por uma única DNA polimerase

III (em diferentes subunidades). Para tal processo ocorrer, é criada uma alça na fita

tardia, aproximando assim os dois pontos da replicação. Como a fita tardia é sintetizada

descontinuamente, isto é, através da formação de vários fragmentos, o processo de

criação de um primer se repete diversas vezes, assim como odesconectamento do

fragmento formado da polimerase III e a conexão de um novo fragmeno. No final

todos os primers são retirados e os fragmentos de Okasaki unidos.

3. TERMINAÇÃO

Tomando-se como um modelo a E. coli e tendo em vista seu DNA circular, há um

momento em que as duas forquilhas de replicação ( que progridem na mesma

direção ) finalmente se encontram em uma sequência chamada Ter. Para que possa ter

fim a replicação, ela foi arranjada de maneira a formar uma espécie de armadilha, em

que a forquilha de replicação entre e não possa sair. Isso é obtido pela ligação da

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proteína Tus à região Ter, impedindo que a replicação do DNA recomece ou

continue.

Nos eucariotos a terminação da replicação dos cromossomos lineares enfrenta o

problema de replicar a extremidade da fita tardia, que está sendo sintetizada em

sentido oposto. A solução envolve a síntese das partes terminais dos cromossomos,

chamadas telômeros. Os telômeros possuem várias cópias de uma seqüência

consenso, as quais são adicionadas por uma enzima específica (telomerase) na fita

tardia, quando a replicação estiver próxima ao final. Na fita líder, a terminação ocorre

naturalmente quando chega ao final do molde parental.

PROCESSAMENTO DE RNA

Os diferentes RNAs sintetizados no processo de transcrição são chamados de

transcritos primários, RNA precursor ou pré-RNA. Na maioria das vezes, esses

transcritos primários não representam uma molécula de RNA madura, ou seja, aquela

cuja seqüência e estrutura correspondem à forma final do RNA funcional. Nesses

casos, esses transcritos primários precisam sofrer modificações, as quais

chamamos de processamento de RNA. O processamento de RNA inclui alterações do

tipo adição, deleção ou modificação de nucleotídeos, ou mesmo de regiões maiores do

transcrito primário.

Processamento de mRNA:

A molécula de mRNA recém-sintetizada no núcleo precisa sofrer várias alterações

bioquímicas. O objetivo é transformar-se no que é chamado de mRNA maduro ou

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mRNA processado, para só então, ser transportado ao citoplasma e lá ser traduzido.

Esses precursores de mRNA são chamados de RNA nuclear heterogêneo (hnRNA –

heterogeneous nuclear RNA). O processamento desses hnRNAs envolve

modificações de nucleotídeos que acabam por aumentar a estabilidade do mRNA e

convertê-lo em RNA maduro.

A) Adição do cap – A primeira modificação do hnRNA ocorre em sua extremidade 5’,

logo após o nício do processo de transcrição. Um resíduo de guanina é ligado

covalentemente ao primeiro nucleotídeo do hnRNA através de uma ligação fosfato 5’-

5’, com o resíduo de guanina estando na posição inversa a dos demais nucleotídeos.

Essa estrutura é chamada de cap. O cap sofre, então, uma metilação na posição 7 da

guanina, resultando no nucleotídeo 7-metilguanilato (m7G). Todas essas reações são

catalisadas por enzimas específicas de cada reação. O cap protege a extremidade 5’

do transcrito da ação de exonucleases. Essas enzimas têm a propriedade de cortar ou

clivar ácidos nucléicos, conseqüentemente, moléculas de mRNA sem cap são

rapidamente degradadas. O cap também tem a função de facilitar o splicing do

RNA e seu transporte do núcleo para o citoplasma. O cap tem também papel

importante na síntese protéica.

B) Adição da cauda de poli A (Poliadenilação) – A maioria dos mRNAs possui uma

seqüência de aproximadamente 200 resíduos de adenina na sua extremidade 3’, que

é chamada de cauda poli A. Essa cauda poli A não está codificada no DNA e não

existe nos rRNAs e tRNAs. Ela é adicionada aos hnRNAs pela enzima poli A-

polimerase. Um aspecto comum a todos pré-RNAs mensageiros é a presença da

seqüência consenso AAUAAA, 11-30 nucleotídeos antes do sítio de poliadenilação

24

(local onde deve ser adicionada a cauda poli A). Esta seqüência, chamada de

seqüência sinal para poliadenilação, é reconhecida por um fator específico, que

“marca” o local e permite que ocorra a clivagem por uma endonuclease. A adição

da cauda poli A é feita na extremidade 3’ OH gerada pela clivagem. Depois que

o mRNA poliadenilado chega ao citoplasma, a cauda poli A vai diminuindo, com o

decorrer do tempo, provavelmente devido à ação de nucleases. A cauda poli A é

uma parte importante do processamento pois facilita o transporte do mRNA para o

citoplasma e ao ser lentamente degradada, estabiliza a molécula no citoplasma.

Existe também a possibilidade da cauda poli A estar relacionada com o

reconhecimento da molécula de mRNA pelo complexo que posteriormente realizará a

tradução.Há um grupo de mRNAs que é transportado ao citoplasma e que não possui

cauda de poli A. São os mRNAs de histonas, as proteínas que participam do

empacotamento do DNA. Mesmo sem poli A, a extremidade 3’ do hnRNA é clivada

como descrito anteriormente.

Em geral, a clivagem e a poliadenilação precedem a excisão de introns do hnRNA.

C) Metilação – Muitos mRNAs possuem o nitrogênio 6 dos resíduos de adenina

metilado. Essa metilação ocorre apenas nos exons, antes da retirada dos introns do

hnRNA. Provavelmente, o radical metil serve para proteger as porções do transcrito

primário que precisam ser preservadas.

D) Excisão de introns (splicing) – A maioria dos transcritos primários de mRNA

apresenta dois tipos de seqüências: os exons, porção codificadora do transcrito primário

que estão presentes no RNA maduro; e os introns, seqüências que não estão

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presentes no RNA maduro e, portanto, não codificam nenhum aminoácido da

proteína a ser sintetizada. Os introns precisam ser retirados para dar origem a um

mRNA funcional (ou tradutível). Assim, após a adição do cap, da cauda poli A, e às

vezes, a metilação de adeninas, o hnRNA precisa sofrer o processo de excisão dos

introns e junção dos exons. Esse mecanismo é conhecido como splicing do RNA. Para

que o splicing ocorra corretamente, existem seqüências consenso sempre presentes

localizadas nos introns dos mRNAs. Essas seqüências têm a finalidade de sinalizar o

local onde deverá ser efetuado o splicing (chamado de sítio de splice) ou auxiliar na sua

localização, e têm características importantes:

1) os primeiros e os últimos dois nucleotídeos da extremidade 5’ e 3’ dos introns são

GU e AG, respectivamente;

2) há uma adenina aproximadamente 18-20 nucleotídeos upstream da extremidade 3’ do

intron. Ambas têm um papel importante no processo de splicing. Além dessas

seqüências consenso, há uma freqüência maior de algumas bases que estão próximas do

sítio de splicing, tanto no exon como no intron, e há, também, uma tendência da

região próxima à extremidade 3’ do intron ser rica em pirimidinas (U e C). Sem

essas seqüências consenso, ocorrem alterações no processo de splicing. Temos um

mRNA no qual estão representados os sítios de splicing e a adenina no intron,

esquematicamente:

O processo de splicing envolve a retirada de cada intron da molécula de hnRNA e

união dos exons, liberando o intron. A remoção de introns envolve a quebra de uma

ligação fosfodiéster na junção exonintron, e a formação de outra, entre as

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extremidades dos exons.Esse processo pode ocorrer de duas maneiras: mediado por

“spliceossomos” e auto -splicing.

1- Mediado por “spliceossomos”

Os “spliceossomos” são constituídos pela associação de pequenas

ribonucleoproteínas (snRNPs) e outras proteínas acessórias. As snRNPs, por sua

vez, são formadas por proteínas associadas a pequenas moléculas de RNA nuclear

(snRNAs), ricas em uracil. Algumas destas proteínas são comuns a todas as

snRNPs, outras são especificas. O “spliceossomo” é um complexo grande de

aproximadamente 3X103 kDa, tendo quase o tamanho de um ribossomo.

Essa estrutura começa a ser montada assim que o intron é transcrito. Cada snRNP

associa-se de diferentes maneiras e em diferentes locais do intron, para que o splicing

ocorra. Este conceito explica porque o processo é tão preciso e específico. Essa

associação pode ser auxiliada por pareamento de bases que ocorre entre as seqüências

conservadas do intron e os snRNAs que fazem parte das snRNPs.

A primeira clivagem ocorre entre o primeiro exon e a extremidade 5’ do intron. O

radical OH que promove a clivagem vem da adenina conservada, que existe próximo à

região 3’ de todo intron. O radical 2’ OH dessa adenina quebra a ligação fosfodiéster

entre o exon e a extremidade 5’ do intron, liberando o exon (primeira

transesterificação). O radical 3’ OH do exon liberado ataca, então, a ligação fosfodiéster

que une a extremidade 3’ do intron ao próximo exon, unindo os dois exons

(segunda transesterificação). O intron é liberado na forma de laço. Não há alteração

no número de ligações fosfodiéster durante o processo e nenhuma energia é

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necessária. Essas reações são decorrentes de uma cascata de eventos na qual os vários

complexos snRNPs ligam-se às regiões pertinentes a serem clivadas. Não se sabe

como as clivagens e ligações ocorrem, mas, provavelmente, os snRNAs têm um papel

catalítico no processo.

Embora o “spliceossomo” seja montado ainda durante a síntese do RNA, geralmente o

intron não é retirado até que a transcrição tenha acabado. O “spliceossomo” impede que

o exon a 5’ do intron afaste -se do exon a 3’ do intron após a primeira clivagem.

Após a remoção do intron, o complexo é desfeito. O “spliceossomo” é uma

estrutura estável e grande o suficiente para não passar pelos poros nucleares. Talvez por

isso, e também por se ligarem logo após a transcrição, os mRNAs não passem ao

citoplasma antes de serem processados.

2 - Auto-splicing

A excisão de introns pode ocorrer devido à atividade catalítica do próprio RNA

precursor, sendo esse processo conhecido como auto-splicing. Neste caso, as mesmas

reações descritas anteriormente ocorrem, mas sem a ajuda de spliceossomos. Alguns

genes utilizam uma guanina ao invés da adenina para a primeira reação de

transesterificação.

Processamento de rRNA:

Existem quatro RNAs ribossômicos com diferentes coeficientes de sedimentação:

5S; 5,8S; 18S e 28S. São codificados por múltiplas cópias de genes, cujo número

pode variar de 100-5000 por genoma haplóide, as quais estão localizadas uma ao

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lado da outra. Os rRNAs 18S, 5,8S e 28S fazem parte de uma unidade de transcrição,

ou seja, a RNA-polimerase I produz um único RNA precursor que contém esses

rRNAs separados um do outro por espaçadores internos. O transcrito primário

apresenta, ainda, nas suas extremidades 5' e 3', espaçadores externos. O ntrsacrito

inicial é, então, alvo de clivagens por ribonucleoproteínas e modificações que

resultam nos rRNAs maduros que vão constituir o ribossomo.

O processo de maturação ocorre em várias etapas de clivagem em uma ordem

preferencial, mas não obrigatória, sendo a primeira delas a remoção dos espaçadores

transcritos externos. Depois, há outras duas clivagens que liberam o RNA 18S maduro.

As três próximas clivagens liberam o RNA 5,8S, e na maioria dos casos, o 28S maduro,

os quais já permanecem ligados por pontes de hidrogênio devido à complementaridade

de bases entre esses rRNAs.

O quarto tipo de rRNA, 5S, é transcrito separadamente. Os genes para RNA 5S

estão localizados separados dos outros três e são transcritos pela RNA-polimerase

III. Também se encontram em cópias múltiplas e separados por espaçadores. A

transcrição desses genes não é coordenada com a dos outros RNAs e não se sabe por

que eles estão localizados separadamente.Após o processamento, os rRNAs participam

na formação das subunidades do ribossomo e, só então deixam o núcleo.

O RNA ribossômico sofre, ainda, algumas modificações pós-transcricionais, entre

elas, metilações. Muitas dessas metilações são extremamente conservadas e algumas

delas têm uma função importante no início da síntese de proteínas. A modificação da

base U para Ø (psi) também é comum.

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Processamento de tRNA:

Os genes de tRNA são encontrados em cópias múltiplas. Os transcritos primários

precisam ser processados para originar o tRNA maduro. Isso envolve a ação de

ribonucleases para gerar as extremidades 5' e 3' da molécula madura e a retirada do

único intron. O mecanismo de retirada do intron de p-tréRNA ocorre em duas

etapas: na primeira, ocorre clivagem endonucleásica nas extremidades 5' e 3' do

intron, liberando-o e dividindo o tRNA em duas metades (exons). As duas metades são

mantidas juntas devido ao pareamento de bases do tRNA em regiões

complementares, apesar de não estarem ainda ligadas covalentemente. Na segunda

etapa ocorre a ligação dos dois exons para a formação do tRNA maduro. A ligação

dos dois exons é feita por uma RNA-ligase.

Aparentemente não há seqüências consenso no intron, essenciais ao processo de

splicing. As seqüências do exon e a conseqüente estrutura tridimensional do pré-

tRNA é que são os elementos importantes para o reconhecimento e para a correta

clivagem pelas endonucleases. As moléculas de tRNA maduras contêm um grande

número de nucleotídeos raros originados pela modificação pós-transcricional das

bases comuns (A,U,C,G). A maioria das modificações envolve metilação e/ou tiolação

e dependem de cisteína, metionina e treonina, que são as fontes dos grupos

utilizados na alteração das bases. Outro processamento importante é a adição da

seqüência CCA na extremidade 3' por uma enzima específica. Todos os tRNA têm

essa seqüência.

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CICLO CELULAR

O ciclo celular é um processo através do qual uma célula somática duplica seu material

genético e o reparte igualmente às suas células-filhas. É didaticamente dividido em duas

fases principais: a intérfase e a mitose. Na intérfase ocorre a duplicação do DNA e a

preparação para a fase seguinte: a mitose, na qual ocorre a divisão celular propriamente

dita, finalidade maior do ciclo celular. A mitose, apesar de ocupar uma pequena parte do

ciclo, é crucial para o crescimento e diferenciação do organismo, levando o zigoto às

aproximadamente 100 trilhões de células do indivíduo adulto, participando inclusive

dos processos de renovação celular.

Para que o ciclo seja iniciado, uma seqüência ordenada de eventos necessita ocorrer,

determinando o processo de divisão:

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1) Ligação de um fator de crescimento a um receptor específico na membrana

plasmática;

2) Ativação deste receptor (proteína transmembrana), que ativa proteínas transdutoras

de sinais presentes no citoplasma através do domínio interno do receptor;

3) Transmissão do sinal, por estas proteínas transdutoras, até o núcleo;

G0, G1, S e G2 fazem parte da intérfase, enquanto M representa a mitose

4) Ativação de proteínas regulatórias nucleares;

5) Iniciação e progressão do ciclo celular.

São conhecidas aproximadamente 50 proteínas que atuam como fatores de crescimento,

liberados por vários tipos celulares - de acordo com as necessidades do organismo. As

células que possuem o receptor específico para um determinado fator de crescimento

serão iniciadas no ciclo, enquanto as que não expressam esse receptor em sua superfície

permanecerão inativas.

Os fatores de crescimento podem ser divididos em duas grandes classes: de ampla

especificidade, que atuam sobre muitos receptores e conseqüentemente sobre muitas

classes de células (ex: PDGF – fator de crescimento derivado das plaquetas, EGF – fator

de crescimento epidérmico, VEGF – fator de crescimento vascular endotelial, FGF –

fator de crescimento fibroblástico); e de estreita especificidade, que atuam sobre células

específicas.

Controladores Positivos do Ciclo Celular:

32

Estimulam a progressão da célula no ciclo celular, a fim de que ocorra a divisão normal

em duas células-filhas.

• CDKs (Cinases Dependentes de Ciclina)

Estão presentes durante todo o ciclo celular, mas só são ativadas em determinadas fases,

quando ligadas às ciclinas. Este complexo CDK-ciclina fosforila proteínas específicas.

Ex: Na figura acima, a proteína Rb é fosforilada pelo complexo CDK-ciclina, tornando-

se inativa e liberando proteínas de regulação gênica, o que permite a progressão do

ciclo.

• Ciclinas

São assim chamadas porque suas quantidades variam periodicamente durante o ciclo

celular. São sintetizadas somente em fases específicas, de acordo com a necessidade, e

destruídas após a sua utilização. Ligam-se às CDKs para que possam juntas exercer suas

funções.

Controladores Negativos do Ciclo Celular:

Atuam inativando as funções dos controladores positivos, o que leva a célula à parada

no ciclo celular e à apoptose (morte programada).

• CKIs (Inibidores de Cinase dependente de Ciclina)

São proteínas que interagem com CDKs ou complexos ciclina-CDK, bloqueando sua

atividade de cinase. As cinases não mais fosforilam proteínas, o que determina parada

do ciclo. As CKIs podem ser de dois tipos:

33

- específicas (ex: p15, p16, p18, p19): são seletivas sobre os complexos ciclina D-CDK4

e ciclina D-CDK6, que atuam em G1.

- inespecíficas (ex: p21, p27, p53, p57): atuam sobre diversos tipos de complexos

ciclina-CDK.

• Complexo ubiquitina

Degrada ciclinas e outras proteínas, impedindo a progressão do ciclo celular.

• Fosfatases

Atuam na desfosforilação de CDKs e complexos ciclina-CDKs, tornando-os inativos.

Checkpoint – Pontos de verificação

Mecanismo que monitora o ciclo celular, tentando identificar mutações no DNA. Zela

pela correta execução dos eventos, impedindo o início de eventos subseqüentes até que

o anterior esteja concluído com sucesso. Em suma, se detectada qualquer alteração no

genoma celular, este mecanismo interrompe a progressão do ciclo até que seja feito o

reparo; ou se o dano for excessivo, até que a célula entre em apoptose. Interfere no

tempo de duração de cada fase do ciclo celular.

Todas essas estruturas protéicas envolvidas no controle do ciclo celular são codificadas

por genes específicos. Qualquer mutação nesses genes pode resultar em proteínas

alteradas, causando problemas neste processo de estímulo à célula.

Uma das conseqüências possíveis é o desenvolvimento de neoplasias, cada qual

relacionada a mutações em genes específicos. Ex: mutações no gene pRb darão origem

34

a proteínas pRb alteradas, desencadeando proliferação celular aumentada e

desenvolvendo o retinoblastoma (Rb) – neoplasia maligna da retina.

INTÉRFASE:

Fase que se interpõe a duas mitoses, preparando a célula para a divisão em duas células-

filhas. Leva em torno de 16 a 24 h para se processar, mas a velocidade depende do tipo

celular. Ex: derme e mucosa intestinal necessitam renovar-se constantemente e, por isso,

sua interfase tem duração menor se comparada à de outras células.

Dividida em 4 fases: G0, G1, S e G2.

G0 – Não se interpõe às fases do ciclo celular, mas é um anexo da intérfase. As células

estão em repouso, ou seja, nesta fase não ocorrem eventos que as preparem para a

divisão. Algumas células, como os neurônios, estão permanentemente em G0, e nunca

se dividem. Estudos mostram que exercícios físicos e mentais podem estimular uma

regeneração e crescimento axonal, mas até o presente momento, nada de divisão celular.

Outros tipos celulares, como os hepatócitos, podem entrar provisoriamente em G0, mas

de acordo com a necessidade do órgão (ex: abuso de álcool, vírus da hepatite C,

malária...), retornam a G1 e continuam o ciclo.

G1 – Quando uma célula é estimulada a se multiplicar, ela entra em G1.

Nesta fase, a célula responde a estímulos positivos ou negativos, sendo levada a

crescimento, diferenciação, multiplicação ou apoptose, bem como à produção de

enzimas e outras moléculas necessárias para a próxima fase do ciclo. Algumas células

levam dias ou anos para sair de G1, enquanto outras passam pela fase em poucas horas

35

(10 a 12h, em média). Há aumento do volume celular e aumento no número de

organelas.

Logo no início de G1, ocorre a síntese de ciclina D, que vai se ligar com a CDK4 e a

CDK6, formando dois complexos. Mais tardiamente, ocorre a síntese de ciclina E, que

se liga à CDK2. Estes três complexos irão atuar na fosforilação da proteína pRb.

Inicialmente, a proteína pRb está na forma ativa, ligada ao fator E2F. Quando

fosforilada pelos complexos ciclina-CDKs, torna-se inativa e libera o fator E2F

(proteína de regulação gênica) que vai ativar a transcrição de vários genes cujos

produtos são necessários para que a célula progrida para a fase S. A proteína pRb, então,

não fosforilada permanece ligada ao E2F, impedindo que a célula saia do estágio G1 e

entre na fase S. Já quando fosforilada, libera E2F e permite a progressão do ciclo.

As CKIs p21, p53 e p57 exercem um controle negativo sobre a proteína pRb por

bloquearem a atividade de cinase dos três complexos ciclina-CDKs, podendo impedir

que a célula saia do estágio G1. A importância destas CKIs reside no fato de que, por

exercerem função de bloqueio, são consideradas supressoras tumorais. Infelizmente,

seus genes codificadores são alvos freqüentes de mutação; assim, quando mutados

(sobretudo o p53), não promovem repressão do ciclo celular e células tumorais não vão

à morte por apoptose. A célula tumoral torna-se, então, imortal.

S – É nesta fase que ocorre a síntese de DNA (cópia idêntica), a fim de que cada

cromossomo seja formado por duas cromátides-irmãs geneticamente iguais. Leva entre

6 a 8 h para se processar.

36

Os mecanismos envolvidos permanecem um tanto obscuros, mas sabe-se que o

complexo ciclinaA-CDK2 mostra importante função imediatamente antes da síntese de

DNA, fosforilando proteínas específicas envolvidas nas origens de replicação do DNA.

Estas proteínas específicas são conhecidas como fatores licenciadores, os quais ligam-

se a determinados pontos da molécula de DNA, permitindo a deselicoidização da

estrutura dupla-fita, a fim de que seja replicada.

Os fatores licenciadores acumulam-se durante G1, atuam em S, e são destruídos em G2

para impedir nova replicação antes da mitose.

Como são várias as origens de replicação (ou seja, a duplicação do material genético

ocorre em vários locais simultaneamente), são igualmente importantes nesta fase os

pontos de metilação. Eles sinalizam que determinada seqüência da molécula já replicou,

impedindo excesso de material duplicado. Um outro componente é o complexo mitótico

ciclinaB-cdc2 ou Fator Promotor da Mitose (MPF). Ele permanece inativo durante toda

a fase S e protege a célula de uma divisão antes que ela esteja totalmente pronta para

isto.

G2 – Há basicamente a síntese de RNA, de proteínas e outras estruturas necessárias para

o início da divisão celular. Nesta fase, inicia-se a condensação da cromatina, o que

facilitará as fases de metáfase e anáfase da mitose. O MPF permanece inativo durante

quase toda a fase G2, sofrendo fosforilações e desfosforilações, até que uma fosfatase

específica remove alguns fosfatos; o complexo é então ativado e a célula é encaminhada

à mitose.

37

MITOSE

O processo de divisão celular (fase M do ciclo celular) consiste de divisão nuclear

(mitose) seguida de divisão citoplasmática (citocinese). Mitose é um processo de

divisão de células somáticas em que cada célula filha receberá um conjunto de

informações genéticas completo e idêntico ao da célula parental. Durante a mitose é

formado um elaborado sistema para garantir a correta segregação cromossômica. É uma

divisão conservativa, ou seja, o número diplóide de cromossomos é mantido nas células

filhas. É através da mitose que o organismo cresce, se diferencia e realiza a regeneração

tissular.

FASES DA MITOSE

PRÓFASE:

A transição da fase G2 para a fase M do ciclo celular não é um evento claramente

definido. A cromatina, que está difusa na intérfase, vagarosamente condensa-se em

cromossomos bem definidos, que se tornam visíveis ao microscópio óptico como

filamentos finos. Como a célula já passou por uma fase S, cada cromossomo

consiste em duas cromátides irmãs conectadas por um centrômero, e em cada

cromátide será formado um cinetócoro (complexos protéicos especializados). Ao

final da prófase, os microtúbulos citoplasmáticos, que eram parte do citoesqueleto na

intérfase, são desfeitos e reorganizados no fuso mitótico. O fuso inicialmente é

montado fora do núcleo, entre os centrossomos em separação.

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PROMETÁFASE:

A prometáfase começa com a fragmentação do envoltório nuclear, seguida da

movimentação do fuso mitótico. Os microtúbulos do fuso, que estavam fora do

núcleo, podem agora entrar em contato com os cinetócoros, que se fixam a alguns destes

microtúbulos. Os microtúbulos que se ligam aos cinetócoros são chamados de

microtúbulos do cinetócoro. Os microtúbulos restantes do fuso são chamados

microtúbulos polares, enquanto os microtúbulos fora do fuso são chamados

microtúbulos astrais. Os microtúbulos do cinetócoro tencionam os cromossomos,

que começam a migrar em direção ao plano equatorial da célula.

METÁFASE:

Os cromossomos, que nesta fase apresentam sua compactação máxima, são mantidos

alinhados no plano equatorial da célula pela ligação de seus cinetócoros a microtúbulos

de pólos opostos do fuso. Como os cromossomos estão altamente condensados, são

mais visíveis microscopicamente nessa fase.

ANÁFASE:

Ativada por um sinal específico, a anáfase inicia abruptamente com a separação das

cromátides irmãs (divisão longitudinal dos centrômeros), permitindo que cada

cromátide (agora chamada cromossomo filho) seja lentamente movida em direção ao

pólo do fuso a sua frente.

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TELÓFASE:

Na telófase, os cromossomos filhos estão presentes nos dois pólos da célula.

Inicia-se a descompactação cromossômica, desmontagem do fuso e reorganização dos

envoltórios nucleares ao redor dos cromossomos filhos.

CITOCINESE

O citoplasma se divide por um processo conhecido como clivagem, que

usualmente começa durante a anáfase. A membrana no meio da célula, perpendicular

ao eixo do fuso e entre os núcleos filhos, é puxada para dentro formando o sulco de

clivagem, o qual vai gradualmente aprofundando-se até encontrar restos estreitados

do fuso mitótico entre os dois núcleos. Esta ponte estreita, ou corpo mediano, pode

persistir por algum tempo antes de estreitar-se e finalmente quebrar em cada

extremidade, permitindo a separação das duas células filhas.

FUSO MITÓTICO

A divisão nuclear é mediada por um fuso mitótico cujas fibras são formadas por

microtúbulos e proteínas associadas. Estes microtúbulos, que se irradiam a partir dos

centrossomos à medida que migram para os pólos da célula, podem ser de três

diferentes classes:

1. Microtúbulos Astrais

2. Microtúbulos Polares

3. Microtúbulos do Cinetócoro

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Os microtúbulos astrais irradiam-se de cada pólo da célula, mas não fazem parte do

fuso; os microtúbulos polares fazem a ligação entre os dois pólos do fuso,

desenvolvendo-se durante a prófase; e os microtúbulos do cinetócoro fazem a ligação

entre os cromossomos metafásicos (placa equatorial) e os pólos da célula,

desenvolvendo-se durante a pró-metáfase.

CONTEÚDO DE DNA X NÚMERO DE CROMOSSOMOS

O Conteúdo genômico total de DNA de uma célula haplóide é definido como 1C.

Desta forma, uma célula diplóide inicia a mitose apresentando 46 cromossomos e um

conteúdo de DNA de 4C, visto que cada cromossomo é formado por duas

moléculas de DNA unidas pelo centrômero. Ao final da mitose, contudo, as células

filhas apresentam também 46 cromossomos, porém um conteúdo de DNA de 2C,

uma vez que cada cromossomo volta a ser constituído por apenas uma molécula de

DNA.

Referências

1. BORGES-OSÓRIO MR, ROBINSON WM. Genética Humana. Porto

Alegre. Editora Artmed, 2ª edição, 2002.

2.

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