ÁCIDOS NUCLEICOS.ÁCIDOS NUCLEICOS.

Teoria celularAntoine Van Leeuwenhoek

Robert HookeFrancesco Redi (larvas em carne)Wolhler (sintese ureia)Buchner (extrato celulas)Pasteur (derruba geração espontanea)Mendel (1822-1884)

• Só em 1944, Avery e colaboradores descobrem que o DNA era a molécula portadora da informação genética.

Mas de que forma a informação estava contida? Como ocorria o armazenamento e transferencia dos caracteres de uma geração a outra?

• Em 1953, Watson e Crick descobrem a ordenação em dupla hélice das macro-moléculas de DNA.

HISTORIA E FUNÇÃO BIOLÓGICA.

PROPRIEDADES.• Depositarios e transmissores da informação genética de cada célula, tecido e organismo. • Polímeros cujas unidades monoméricas são os nucleotideosnucleotideos. NucleotídeoNucleotídeo : ésteres fosfóricos de nucleosídeos. açúcar + base heterocíclica nitrogenada + ácido fosfórico. NucleosideoNucleosideo : açúcar + base heterocíclica nitrogenada.• As bases nitrogenadas podem ser púricas ou pirimídicas e os açúcares podem ser a ribose ou desoxirribose.• Polinucleotideos e oligo - nucleótideos.

DNADNA RNARNAMassa molecular elevadaMassa molecular elevada Generalmente MM menor que o Generalmente MM menor que o

DNADNAPrincipalmente presente no núcleo de Principalmente presente no núcleo de eucariotos, mas também pode existir eucariotos, mas também pode existir

em mitocondrias e cloroplastos.em mitocondrias e cloroplastos.Em procariotos se encontram no Em procariotos se encontram no

citosol.citosol.

Ácido nucleico mais abundante na Ácido nucleico mais abundante na célula, presente no núcleo e célula, presente no núcleo e

citoplasma.citoplasma.

Açúcar desoxirriboseAçúcar desoxirribose Açúcar riboseAçúcar riboseBases nitrogenadas A, C, G, TBases nitrogenadas A, C, G, T Bases nitrogenadas A, C, G, UBases nitrogenadas A, C, G, U

Configuração espacial frequentemente Configuração espacial frequentemente em dupla hélice.em dupla hélice.

Polímero linear, que as vezes pode Polímero linear, que as vezes pode apresentar regiões de cadeia apresentar regiões de cadeia

dupla.dupla.Pode estar associado a proteínas.Pode estar associado a proteínas. Pode existir em diferentes formas : Pode existir em diferentes formas :

tRNA, mRNA, rRNAtRNA, mRNA, rRNA

BASES NITROGENADAS

Enlace N-Glucosídico

Forte absorbancia na região UV

devido a presençade duplas helices em

Nucleotideos e nucleosideos.

Absorbancia se utiliza para quantificar

concentrações muito pequenas (g/mL) de ácidos nucleicos em

amostras.

ESPECTROS NA REGIÃO UV DOS RIBONUCLEOTIDEOS.ESPECTROS NA REGIÃO UV DOS RIBONUCLEOTIDEOS.

Absorbancia de radiação UV pelo DNA cancer de pele.

pKa = 1

LIGAÇÃO FOSFODIÉSTER.LIGAÇÃO FOSFODIÉSTER.Os monômeros se ligam na

cadeia na forma de nucleosídeos trifosfato (ATP ou dATP),

os quais ao romper proporcionam a quantidade de energia livre necessaria

para que a reaçãoseja termodinamicamente favorável. Na reação se libera pirofosfato (PPi).

• Armazenamento de E :

Ex.: ATP ATP utilizado para trabalho mecânico (contração muscular), osmótico(transporte ativo), químico (biossíntesis), elétrico (transmissão de impulsos nervosos). GTPGTP participa na via metabólica de síntese de proteínas.UTPUTP participa na via metabólica de síntese de carboidratos.

Importancia dos compostos ricos em energia : ATP, GTP, dATP, dGTP, entre outros.

Estes compostos podem ser utilizados para impulsionar a síntese de macromoléculas como DNA,

RNA, proteinas.

Catálise Enzimática : AMP e ATP podem atuar como moduladores alostéricos com determina- das enzimas, regulando sua atividade. Grupos Prostéticos : As flavina-nucleotídeos constituem grupos prostéticos de enzimas que catalisan reaçoes de oxido-redução, como a flavina-mononucleotideo (FMNFMN) e a flavina-adenina-mononucleotídeo (FADFAD) (FMN + AMP). Coenzimas Livres :Nucleotideos envolvidos em reações redox.NADNAD nicotinamida-adenina-dinucleotideo.NADPNADP nicotinamida-adenina-dinucleotideo fosfato. Intermediarios da ação hormonal : Nucleotideos cíclicos : 3`,5`-AMP (cAMPcAMP) y 3`,5`GMP (cGMPcGMP),

ESTRUTURA PRIMARIA

- determinada pela sequência de nucleotideos - um grupo fosfato em sua extremidade 5` e uma hidroxila no extremo 3`.- um gene é uma sequencia concreta de DNA, que codifica a informação mediante uma linguagem de 4 “letras”, em que cada letra é uma base.

3` 3` 3` 3` 3`

5` 5` 5` 5` 5`

NIVEIS DE ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL.

ESTRUTURA SECUNDARIA e TERCIARIA.

• O modelo de Watson & Crick para o DNA era uma dupla hélice anti-paralela de duas cadeias de polinucleotídeos, com 10 pares de bases por volta. Neste modelo o pareamento era A-T e G-C.• A união das bases pareadas ocorre através de ligaçoes de H,os quais lhe dão estabilidade a cadeia dupla.• As duas cadeias são equidistantes e complementares, e estão enroladas em torno de um eixo central.• No modelo de Watson & Crick os resíduos hidrofílicos de fosfato-desoxirribose da hélice se voltam para o exterior, em contato com o meio aquoso, e no interior se empilham os pares de bases, uns sobres os outros.

ESTRUTURA SECUNDARIA DO DNA.

SULCO MENOR

SULCO MAIOR

histonas

• O modelo da dupla hélice consegue sustentar as propriedades biológicas fundamentais do DNA : duplicação e transcrição da informação genética.

Modelo semiconservativo da replicação do DNA.Modelo semiconservativo da replicação do DNA.

MOLÉCULAS DE DNA e RNA MOLÉCULAS DE DNA e RNA in vivoin vivo..

• A maior parte do DNA na maioria dos organismos vivos é cadeia dupla, com as duas cadeias complementes.• Alguns virus apresentam um DNA de uma só cadeia. • A maioria das duplas cadeias se encontram formando círculos fechados e com uma disposição espacial “super enrolada”.• A maioria das moléculas de RNA é de uma só cadeia, mas muitas delas tem regiões auto complementes que forman estruturas de forquilhas e algumas possuem estruturas terciarias bem definidas (tRNA). • O DNA de células eucariotas se encontra unido a proteínas como as histonashistonas, e também não-histonas, através de forças eletrostáticas.

PROPRIEDADES DE ALGUMAS MOLÉCULAS DE DNA EXISTENTES NA NATUREZA.

Transferencia de DNA de un virus (bacteriófago) a uma bacteria

Moléculas de DNA mitocondrial relaxadas (centro) e super enroladas.

Estrutura terciaria do RNA de transferencia (tRNA).

Organização da CromatinaCromatina (DNA + proteínas), durante a interfase celular.Durante a divisão celular a cromatina se condensa para formar os CromosomasCromosomas.

ARMAZENAMENTO E TRANSMISSÃO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA.

• Toda a informação genética de um organismo está contida em seu GenomaGenoma, no qual se encontra presente em cada uma de suas células, ao menos uma copia.• Os genomas podem variar enormemente em tamanho. Virus 40 : 5.243 pb Humano : aprox. 2x109 pb, distribuidos em 23 cromossomas.• Os segmentos de DNA que podem transcrever-se denominam genesgenes.

O DNA pode replicar-seou transcrever-se em RNA.

Os RNA mensageiros setraduzem em sequencias

proteicas.

TRANSMISSÃO DA INFORMACÃO

GENÉTICA.

A replicação ereplicação e transcriçãotranscriçãousam linguagem de 4 “letras”.

A traduçãotradução converte umaLinguagem de 4 letras

Em uma linguagem de 20 letras (os aa).

REPLICAÇÃO DNA-DNA.

• Processo essencial para perpetuar todo tipo de organismo vivo sobre a terra.• Este processo passa toda a informação genética de célula a célula e de geração em geração

• Básicamente, no processo se constrói uma copia complementar de cada uma das duas cadeias de DNA, resultando em duas copias de DNA identicas a original.• A replicação ocorre antes da divisão celular e permite a mitose. As células parental e filhas contem o mesmo material genético.• Qual o sistema enzimático é responsavel pela sintese de DNA? DNA polimerases, Helicases, Primases, Topoisomerases, DNA ligases e Proteínas de união à cadeia de DNA.

Como se passa a sintese do DNA?

A dupla cadeia de DNA se replica originando

duas novas cadeias de DNA “filhas” idénticas a

original.

Em algumas ocasiões se pode produzir erros no processo : mutações.

Isto, junto com a seleção natural, é responsável

pela evolução da vida a formas mais complexas.

REPLICAÇÃO DNA-DNA

• Experimentalmente está demostrado que a replicação é um processo “semiconservativo”. Usaram 15N em cultivo de bacteria.

• A replicação é um processo ordenado e sequencial.

• A replicação usa substratos ativados na forma de dNTP.

REPLICAÇÃO DNA-DNA

Formação de uma “forquilha” de replicación.

Reação da DNA polimerase.

Hidroxilo 3’Hidroxilo 3’

Por que o sentido vetorial de sintese 5´->3´foi selecionado?

Fragmentos de OkasakiPrimers (pequenas moleculas de RNA

ParParaametros quantitativos da replicação DNAmetros quantitativos da replicação DNA em distintas célulasem distintas células

Em eucariontes se formam múltiplas forquilhas de replicação.

Propriedades das DNA polimerases de eucariotos

TRANSCRIÇÃO

• Para que a informação contida no DNA possa expressar-se é necessario que ocorra a primeira etapa no proceso que e a TranscriçãoTranscrição dos genes dos genes.• A transcrição consiste em copiar uma cadeia de DNA em uma molécula de RNA complementar.• Os monômeros utilizados na transcrição (ribonucleotideos) são dife-rentes dos que se usam na replicação.• Na transcrição do DNA participa um conjunto de enzimas especiali-zadas denominadas RNA polimerasesRNA polimerases. As enzimas se acoplam sobre a Dupla cadeia de DNA e a abrem para elaborar um transcrito de RNA, usando como molde o DNA. • O processo de transcrição consta de 3 fases : iniciação, elongação e terminação. Ocorre principalmente no núcleo, menor proporção nas mitocondrias e plastídios.

A RNA polimerase elabora um transcrito de RNA a partir de uma só cadeia de DNA, mediante a adição de un ribonucleotideo cada vez.

Sitio reconhecido pela RNA pol (Pribnow box – procariotos e TATA box eucariotos)Sequencias que não variam muito de espécie para espécieA sequência TATA encontra-se em geral a cerca de 10 nucleotídeos de distância do sitio de iniciação da transcrição.

TRANSCRIÇÃO

TRANSCRIÇÃOComposição de subunidades da RNA polimerase de E. coli

•as bactérias utilizam uma só RNA polimerase para catalisar a síntese das tres classes de RNA (mRNA, rRNA e tRNA). •As células eucariotas empregam tres RNA polimerases diferentes:•RNA Pol I- sintese do RNA ribossomal•RNA POl II – sintese de RNA mensageiro•RNA pol III – sintese de RNA transferencia

Nem toda regiao do DNA é transcrita: introns e regiões reguladoras

•a transcrição se inicia quando a RNA polimerase e diferentes proteínas específicas reconhecem sitios de inicio dentro do DNA : promotor.

A dupla cadeia é desenovelada e a enzima atinge a sequencia promotora• O fator da RNA polimerase é essencial para a busca do promotor e depois que 10 pb são transcritos, se desliga da enzima .•As outras unidades da enzima são responsáveis pelo alongamento do RNA

INICIAINICIAÇÃO EÇÃO E ELONGAÇÃO ELONGAÇÃO

““Bolha de transcrição”.Bolha de transcrição”.

IniciaçIniciação e elongação ão e elongação da transcrição pela RNA polimerasda transcrição pela RNA polimerasee bacteriana. bacteriana.

De que forma a presença dos metabólitos é percebida pelos genes responsáveis por seu catabolismo?

Jacob e Monod criaram um modelo no qual o sítio promotor, associado a um outro sítio chamado operador, controlava a expressão de todos os genes imediatamente “abaixo”, isto é, 3’, do promotor. A este conjunto chamaram operon. Como os genes que estudavam eram os responsáveis pela síntese das proteínas que degradavam lactose, chamaram a este arranjo de genes operon lac.

O promotor plac é controlado pelo operador olac, onde se ligam duas moléculas do repressor.

TerminaTerminaçãoção dependente do fator proteico dependente do fator proteico . .

União da proteína a sitio de reconhecimento no transcrito.

a proteína se move até o extremo 3’

Se debilita a interação entre omolde e o transcrito, fazendoque se dissociem.

Terminação independente Terminação independente dodo fator proteico fator proteico . .

Dois segmentos simétricoscom abundante GC notranscrito são capazes deformar uma alça que diminui a afinidade do DNA pelo RNA

TRADUÇÃO

• Uma sequencia do mRNA é transformada em uma sequencia de aminoácidos para sintetizar proteínas. • Este processo ocorre no Ribossoma Ribossoma • O alfabeto de 4 letras das sequencias dos ácidos nucleicos se traduz na linguagem de 20 AA das proteínas.• a informação necessaria para cada AA está codificada em lugares espe-cíficos do mRNA denominados codonscodons. • A tradução do mRNA requer a presença dos tRNA (RNA de trans-ferencia), os quais apresentam os respectivos anticodons anticodons que reconhecem los codons complementares no mRNA.

TRADUCCIÓN.

CODON CODON Triplete de nucleotideos

cuja secuencia e específica

para cada AA.

Código Genético.Código Genético.Conjunto de regras que especifica os codons dos

ácidos nucleicos que correspondem a cada AA.

Código genético é degenerado, um AA pode ser

codificado por mais de um códon (33 = 64 aa).

AUG Codón de inicio.

UAA UAG UGA Codons de terminação.

LUGAR DE SÍNTESE DAS PROTEÍNAS.LUGAR DE SÍNTESE DAS PROTEÍNAS.

Em procariotas os ribossomas estão constituidos de

subunidades 30S e 50S (ribossoma completo

70S).Em eucariotos as

subunidades são de 40S e 60S (ribossoma completo 80S).

Principio básico da TraduçãoTradução. O RNA mensageiro se une a um ribossomaE as moléculas do tRNA levam os aminoácidos ao ribossoma de um em um.

ETAPA DE ETAPA DE ATIVAÇÃO DOS ATIVAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS.AMINOÁCIDOS.

a formação dos aminoacil-tRNA e

catalisda pelaAminoacil-tRNA sintetaseAminoacil-tRNA sintetase.

INICIAÇÃO DA TRADUÇÃOINICIAÇÃO DA TRADUÇÃOEM PROCARIOTOS.EM PROCARIOTOS.

Começa com aa metionina.Met e associado com seu anticodon AUG

ELONGAÇÃO EM ELONGAÇÃO EM PROCARIOTOS.PROCARIOTOS.

No sitio A do ribossomo entra o próximo tRNA

carregado com o AA (6) codificado no codon seguinte do mRNA.

Em seguida se forma a ligaçao entre os AA

catalisada pela peptidil transferasa.

Se produz a translocação,o seja o movimiento do ribossoma ao longo do

mRNA

O ciclo continuará até que se chegue a um codon

de terminação.

MODIFICAÇOES POS-TRADUÇÃO: MODIFICAÇOES POS-TRADUÇÃO: