AULA 5 BIOLOGIA - CÓDIGO GENÉTICO E SÍNTESE DE PROTEÍNAS

O CÓDIGO GENÉTICO E TRADUÇÃO - do gene à proteína

Após a síntese de RNAs, o passo subsequente para concluir a expressão gênica é a conversão da informação contida na molécula de RNA mensageiro (na forma de uma sequência de nucleotídeos) em uma cadeia de aminoácidos, que é o polipeptídeo. Este processo é chamado TRADUÇÃO e finaliza o conjunto de eventos que envolve as propriedades funcionais do DNA.

A informação é decodificada em um sistema que envolve a interação entre mRNA e o tRNA, intermediada pelos ribossomos. Os ribossomos são estruturas supramoleculares compostas de rRNA e proteínas, que possuem duas sub unidades: a sub unidade maior e a sub unidade menor. Esta organização básica é comum entre procariontes e eucariontes, entretanto, os elementos (rRNA e proteínas) que compõe os ribossomos nos dois grupos são diferentes, permitindo diferenciar os ribossomos.

Os ribossomos procariontes possuem uma subunidade (maior) com coeficiente de sedimentação em gradiente de densidade de 50S (Svedberg) e outra (menor) com coeficiente 30S. A estrutura completa, com o arranjo das duas subunidades apresenta coeficente de 70S. Já nos eucariontes, a subunidade maior tem 60S e a menor 40S, constituindo uma estrutura de 80S. Na ilustração abaixo observamos os componentes das sub unidades ribossomais em eucariotos e em procariotos. A subunidade maior eucarionte possui os rRNAs 28S, 5.8S e 5S associados a cerca de 50 proteinas (L1 a L50). Na subunidade menor temos um rRNA 18S associado a mais de 30 proteínas (S1 a S33). Nos procariontes, a subunidade maior conta com os rRNAs 23S e 5S, associados a mais de 30 proteeínas (L1 a L31) e a subunidade menos apresenta o rRNA 16S associado a mais de 20 proteínas (S1 a S21).

O sistema de decodificação, conhecido como código genético, permite que a informação contida em uma sequência de nucleotídeos seja convertida em uma sequência de aminoácidos. No processo, cada conjunto de 3 nucleotídeos do mRNA (chamado de códon, trinca ou triplet) é correspondente a um aminoácido na proteína. Referimos-nos à porção informativa do mRNA pois, como visto, há regiões que não são traduzidas na molécula, que são denominadas 5´-UTR e 3´-UTR (UTR do inglês UnTranslated Region - região não traduzida).

A alocação do aminoácido é especificada pelo pareamento entre o códon do mRNA e o anti-códon do tRNA. No código genético, das 64 combinações de 3 nucleotídeos possíveis (4 ao cubo, pois quatro diferentes nucleotídeos - A, C, G e U - são organizados em trios), 3 não determinam a alocação de aminoácidos (não há tRNA com anti-códon complementar). Estes códons são denominados códons de parada ou de terminação (stop codon - comumente UAA; UAG e UGA). Das 61 combinações restantes, 1 determina o início da síntese, sendo denominado códon de início (start codon - AUG). Este códon especifica o aminoácido metionina. Os 60 códons restantes determinam os outros 19 aminoácidos que compõe as proteínas. Lembramos que os aminoácidos podem ser referidos por seu nome genérico, pela codificação em 3 letras e pela codificação em uma letra. Assim, a metionina, por exemplo, pode ser referida como Met ou simplesmente M. Já a glutamina pode ser referida como Gln ou Q.

 

Interessantemente, apenas dois aminoácidos possuem apenas um códon, a metionina (AUG) e o triptofano (UGG). Os demais 18 aminoácidos possuem 2, 3, 4 ou 6 códons.

As principais características do código genético são:

1 – universalidade - é partilhado pela grande maioria dos organismos, com poucas exceções;

2 - redundância ou degeneração - um mesmo aminoácido pode ser codificado por mais que um códon (veja a tabela do código genético que já deve estar em seu caderno!);

3 - não ambiguidade - os códons são específicos para seus respectivos aminoácidos, ou seja, um códon sempre determina o mesmo aminoácido, não havendo variação.

Uma particularidade do código genético é o códon de início, que também determina o aminoácido metionina. Para ser o códon de início é necessário que haja reconhecimento de sequências específicas no mRNA, ou seja, não é qualquer AUG no mRNA que determina o começo da tradução. Em procariontes, o códon de inicio é adjacente a uma sequencia nucleotídica específica, denominada sequência de Shine-Dalgarno (AGGAGGU), que dista cerca de 6 nucleotídeos do AUG e é reconhecida pelo rRNA 16S que compõe a subunidade menor do ribossomo.

Nos eucariontes, a identificação do códon de início também requer o reconhecimento de uma sequência específica no mRNA, a sequência de Kozak (GACACCAUGG) que contém o AUG.

Podemos dividir a tradução em diferentes etapas. Para que o processo tenha início, os tRNAs são ativados, ou seja, tem aminácidos ligados a seu braço aceptor. A enzima responsável pelo processo é a aminoaciltRNA sintetase, em uma reação de duas fases. Primeiro a enzima se liga a ATP e ao aminoácido e, em seguida, ocorre a ligação do aminoácido ao tRNA. A especificidade da ligação é assegurada pela ocorrência de uma aminoaciltRNA sintetase para cada um dos 20 diferentes aminoácidos. Após a ligação do aminoácido o tRNA é chamado tRNA ativado, e é referido com a indicação do aminoácido que carrega (por exemplo, o tRNA ativado da metionina é denominado tRNAMet). Somente os tRNAs ativados são capazes de interagir com os ribossomos na tradução.

O processo de síntese propriamente dito começa com a formação do complexo de pré-iniciação, composto pela subunidade menor do ribossomo, pelo tRNAMet e por proteínas específicas denominadas fatores de iniciação (IFs). Este complexo reconhece o códon de iniciação e, após este reconhecimento, a subunidade maior do ribossomo é integrada ao sistema. A partir deste momento, cada códon do mRNA será reconhecido pelo seu respectivo tRNA através do anticodon, com o deslocamento do ribossomo ao longo da cadeia do mensageiro. Estes eventos são conhecidos como alongamento (crescimento da cadeia polipeptídica) e translocação (movimentação do ribossomo sobre o mRNA). Proteínas denominadas EFs (fatores de alongamento) participam nesta etapa, que requer gasto de duas unidades energéticas, para estabelecimento da ligação peptídica e para translocação do ribossomo. O término da tradução ocorre quando o ribossomo alcança o códon de parada, permitindo que outras proteínas, denominadas fatores de liberação (RFs), se liguem ao ribossomo e determinem a dissociação das duas subunidades ribossomais, com liberação do polipeptídeo sintetizado (para visualizar o processo, não deixe de assistir às animações indicadas abaixo.

tradução com legendas

simples e conciso

bem bolado e interessante

AULA 5 ODONTOLOGIA - GENEALOGIAS

O heredograma é uma representação, feita utilizando uma simbologia convencionada, das relações de parentesco entre indivíduos. É também chamado de genealogia, pedigree ou árvore genealógica e pode ser utilizado para determinarmos a ocorrência de um padrão de transmissão de uma característica.

A partir de algumas normas bastante simples e do conhecimento do sistema de representação dos indivíduos podemos elaborar um heredograma.

A simbologia inclui a utilização de um quadrado para indivíduos do sexo masculino, um círculo para indivíduos do sexo feminino e um losango para indivíduos de sexo não especificado. O símbolo preenchido representa o indivíduo que apresenta a característica, enquanto que o símbolo vazio representa o indivíduo que não tem a características. Um traço diagonal sobre o símbolo (vazio ou preenchido) representa que o indivíduo é falecido.

Uma linha unindo um casal de indivíduos representa o casamento entre indivíduos não aparentados, ao passo que a utilização de duas linhas indica que o casamento é consanguíneo (entre indivíduos aparentados, ou seja, entre quaisquer parentes). Uma linha pontilhada representa relação extraconjugal (extramarital) e um traço diagonal sobre a linha de casamento representa divórcio

Os filhos gerados a partir dos casamentos (quaisquer tipos de relação) são representados a partir de uma linha que deriva da linha de casamento. Representações específicas para gêmeos, abortos espontâneos e morte pré-natal estão presentes na simbologia.

Os gêmeos idênticos destacados em retãngulos vermelhos na figura acima são de especial interesse para a genética, pois trata-se de uma situação inusitada, os gêmeos monozigóticos discordantes. Nesta ocorrência, apesar de partilharem o mesmo material genético, o par discorda em uma ou mais características, sendo, geralmente associado à ocorrência de mutações em um dos membros do par.

AULA 4 - ODONTOLOGIA - ANOMALIAS CROMOSSÔMICAS NUMÉRICAS E ESTRUTURAIS

ANOMALIAS CROMOSSÔMICAS NUMÉRICAS

NÃO DISJUNÇÃO

Eventualmente um fenômeno de separação incorreta dos cromossomos ocorre durante a divisão de uma célula. Este erro de separação é chamado não disjunção. O fenômeno pode ocorrer tanto na mitose quanto na meiose.

Quando ocorre na meiose, a não disjunção leva à formação de gametas com número incorreto de cromossomos. Entretanto, há diferença na proporção de gametas anômalos formados dependendo do erro ocorrer na primeira divisão (meiose I ou divisão reducional) ou na segunda divisão (meiose II ou divisão equacional). Quando há erro na primeira divisão, 100% dos gametas gerados tem conteúdo cromossômico anormal (50% com cromossomos a mais e 50% com cromossomos a menos). Já se o erro ocorre na segunda divisão, 50% dos gametas dserão normais, mas os 50% remanescentes terão número incorreto de cromossmomos (25% com cromossomos a mais e 25% com cromossomos a menos).

A ocorrência de não disjunção mitótica leva a uma condição denominada mosaicismo cromossômico. Neste caso, como o erro ocorre em células somáticas, uma parte das células do organismo tem constituição cromossômica normal e outra parte fica com constituição cromossômica anormal. Assim,  do ponto de vista genético, diferentes populações celulares coexistem no mesmo organismo.

A não disjunção é a causa principal das anormalidades que envolvem o número dos cromossomos. 

ANOMALIAS CROMOSSÔMICAS NUMÉRICAS

As anomalias cromossômicas numéricas podem ser de dois tipos: as euploidias, nas quais há uma alteração envolvendo um conjunto cromossômico completo ou seu múltiplo (n, 2n, 3n, etc....) 

e as aneuploidias, nas quais o número de cromossomos envolvidos não alcança um conjunto cromossômico completo, ou seja, vai de 1 a (n-1) cromossomos, a mais ou a menos. O tipo mais comum de aneuploidia é a trissomia (presença de 3 cromossomos), mas podemos ter outras formas de variação, como a nulissomia, a monossomia e a tetrassomia

Em nossa espécie, a euploidia é incompatível com a sobrevida. Triploidia (3n) em natimortos e tetraploidia (4n) em molas já foram descritas. Já as aneuploidias possuem configurações genéticas viáveis, permitindo que inferências sejam feitas em relação à presença de cromossomos supra  (a mais) ou infra (a menos) numerários. Em termos gerais, poucas combinações genéticas com número de cromossomos alterado são viáveis, e, dentre estas, destacamos 3 anomalias que quenvolvem cromossomos autossômicos e 4 que envolvem cromossomos sexuais:

Autossômicas - ocorrem indistintamente em homens e mulheres
trissomia do 13, a síndrome de Patau
trissomia do 18, a síndrome de Edwards
trissomia do 21, a síndrome de Down (evite o termo "mongolismo")

Sexuais - ocorrem distintamente em homens e mulheres
femininas
trissomia do X, a síndrome do triplo X (evite o termo "síndrome da superfêmea")
monossomia do X, a síndrome de Turner
masculinas
dissomia do X, trissomia sexual, a síndrome de Klinefelter
dissomia do Y, trissomia sexual, a síndrome do duplo Y (evite o termo "síndrome do supermacho")

ANOMALIAS CROMOSSÔMICAS ESTRUTURAIS

Além dos distúrbios envolvendo a alteração do número dos cromossomos, temos também as anomalias que afetam a estrutura cromossômica como decorrência de quebras cromossômicas seguidas ou não de realocação de segmentos cromossômicos em regiões anormais.

Basicamente podemos categorizar estas ocorrências em quatro grupos:
1) deleções
neste tipo de anomalia estrutural, uma parte do cromossomo é perdida, resultando em monossomia para a região perdida. As deleções podem ser intersticiais, quando envolvem 2 pontos de quebra, com perda de um segmento interno e subsequente reunião da cromátide ou terminais, quando envolvem apenas um ponto de quebra, com perda de toda a extremidade do braço da cromátide.
2) duplicações
um segmento cromossômico é inserido em um homólogo, resultando na duplicação do segmento
3) inversões
nesta tipo de ocorrência, um segmento cromossômico é destacado e, após sofrer um giro de 180 graus, é reinserido (ficando com a orientação inversa)
4) translocação
quando há troca de segmentos entre cromossomos não homólogos, chamamos translocação recíproca. se a troca envolve um braço inteiro do cromossomo, ela é dita Robertsoniana.

ESTUDO ORIENTADO - GENÉTICA MOLECULAR

ATIVIDADE – ESTUDO ORIENTADO - GENÉTICA MOLECULAR

as respostas devem ser entregues no dia da primeira prova, 11/04

1) Como é a estrutura de um nucleotídeo?

(a) uma hexose, um açúcar e uma base nitrogenada

(b) um grupamento fosfato, uma hexose e uma base nitrogenada

(c) um grupamento fosfato, um açúcar e uma base nitrogenada

(d) um açúcar, um grupamento fosfato e um aminoácido

2) As ligações entre os nucleotídeos são feitas por:

(a) ligações fosfodiéster no mesmo filamento e pontes dissulfeto entre as fitas

(b) ligações fosfoenólicas no mesmo filamento e pontes de hidrogênio entre as fitas

(c) ligações fosfodiéster no mesmo filamento e pontes de hidrogênio entre as fitas

(d) ligações peptídicas no mesmo filamento e pontes dissulfeto entre as fitas

3) Boa parte do genoma humano é composto de:

(a) seqüências codificadoras

(b) exons

(c) promotores

(d) seqüências repetitivas

4) Em um genoma animal foi determinado que o conteúdo de timina é de 28%. Assim:

(a) o conteúdo de citosina é 72%

(b) o conteúdo de citosina é 22%

(c) o conteúdo de citosina é 40%

(d) o conteúdo de citosina é 14%

5) A melhor definição para genoma é:

(a) o material genético nuclear de uma célula

(b) o conjunto de material genético dos seres vivos

(c) o material genético que uma célula usa

(d) o conjunto do material genético de um organismo

6) Os snRNAs:

(a) são responsáveis pela adição do trinucleotídeo CCA nos tRNAs

(b) removem os exons dos hnRNAs

(c) removem os introns do hnRNA

(d) clivam precursores de rRNA

7) O capeamento é feito pela adição de uma 7-metil guanosina à extremidade 5’ do mRNA. O processo é feito pela:

(a) guanilil transferase

(b) aminoacil tRNA transferase

(c) RNA polimerase

(d) 7 metil invertase

8) Marque a única afirmativa correta:

(a) quanto maior um genoma, mais complexo

(b) o DNA é quimicamente estável

(c) as células podem ter RNA como material genético

(d) todos os genes de uma célula são expressos ao mesmo tempo

9) No processo de transcrição de células procariontes:

(a) a apoenzima reconhece o promotor

(b) a apoenzima possui fator sigma para fazer a síntese de RNA

(c) a holoenzima reconhece o promotor

(d) a holoenzima possui fator sigma para fazer a síntese de RNA

10) O modelo proposto por Watson e Crick para a estrutura do DNA foi baseado nos achados de:

(a) Franklin e Chargaff

(b) Darwin e Mendel

(c) Franklin e Meselson

(d) Chargaff e Chase

AULA 4 - BIOLOGIA - PROCESSAMENTO

Em geral os RNAs são sintetizados pela célula na forma de precursores e, para que estes alcancem o estado maduro (biologicamente funcional), é necessário que ocorram algumas modificações. Os sistemas de modificação de precursores de RNA (também chamado processamento) mais bem conhecidos são os que envolvem os 3 RNAs mais abundantes:

1 - RNA ribossomal

estes RNAs são sintetizados como precursores longos que possuem informação para mais que um rRNA. Após clivagem por nucleases, os rRNAs são formados e adquirem sua estrutura característica, com formação de múltiplos grampos e hastes;

2 - RNA transportador

neste tipo de RNA, também produzido como um precursor que contém informação de vários tRNAs, além da clivagem executada por nucleases, há uma etapa adicional: a adição do trinucleotídeo CCA na extremidade 3´, que ocorre em TODOS os tRNAs e é catalisada por tRNA nucleotidiltransferases. Vale ressaltar que a adição do CCA é importante para que as aminoaciltRNAsintetases possam adicionar o respectivo aminoácido ao tRNA;

3 - RNA mensageiro

a maturação do precursor do mRNA, que é o hnRNA, em mRNA possui 3 etapas importantes: o capeamento, a poliadenilação e a remoção dos introns.

3.a - o capeamento consiste na adição, em uma ligação nucleotídica atípica do tipo 5´- 5´, de uma 7-metilguanosina na extremidade 5´ do transcrito primário. A enzima que realiza o processo é uma guanilil transferase. O nucleotídeo adicionada é referido como cap (ou quépe) e tem dupla função: proteger a extremidade contra ataque de nucleases citoplasmáticas e permitir que o complexo de pré-iniciação da tradução reconheça a extremidade do mRNA para que ocorra a síntese de proteínas.

3.b - a poliadenilação consiste na adição de uma sequência de adenosinas (de 100 a 300 em geral) na extremidade 3´ do transcrito. É realizada pela enzima poliA polimerase. O filamento de adenosinas produzido é referido como cauda poli A.

3.c - a remoção dos introns é um processo complexo conduzido pelos snRNAs. O hnRNA é composto de porções que estarão presentes no mensageiro (os exons) e porções que não codificam informações da proteína (os introns). Estas porções não codificadoras são removidas para que a informação fique com a sequência adequada.

GENÉTICA MOLECULAR - AULA 3 - TRANSCRIÇÃO

TRANSCRIÇÃO

A transcrição consiste na síntese de uma molécula de RNA a partir de um molde de DNA. Na molécula de DNA, bifilamentar, um dos filamentos contém a informação, sendo chamado fita codificadora. O outro filamento, que é utilizado como modelo para a síntese, é denominado fita molde.

A síntese de RNA é realizada por uma enzima, a RNA polimerase. Para que ocorra a transcrição é necessario que a RNA polimerase reconheça uma região específica do gene, que delimita o ponto de início da informação. Esta região é chamada de promotor. Nos procariotos, o promotor apresenta duas sequências importantes para o reconhecimento, localizadas a -10 e -35 nucleotídeos do ponto de início da transcrição (denominado por convenção como +1). Nos eucariontes a estrutura do promotor é mais complexa, com um número maior de sequências de reconhecimento (que incluem sequencias a -25; -75; -90 e -100 nucleotídeos em um promotor basal).

A RNA polimerase

Em procariotos, há apenas um tipo de RNA polimerase, que pode se apresentar em duas formas: apoenzima e holoenzima. A diferença entre estas formas da RNA pol é a presença do fator sigma, uma das subunidades peptídicas que compõe a RNA pol. A apoenzima não possui fator sigma, ao passo que a holoenzima possui.

A presença do fator sigma habilita a enzima a reconhecer a região promotora dos genes a serem transcritos e a se ligar ao DNA. Entretanto, este mesmo fator sigma dificulta o exercício da atividade polimerásica pela enzima. Desta forma, após reconhecer o promotor e se ligar ao DNA, a holoenzima perde o fator sigma, convertendo-se em apoenzima. A apoenzima, por sua vez, possui elevada processividade na síntese, ao passo que não tem habilidade para reconhecer o promotor dos genes. Desta maneira, a holoenzima reconhece os genes a serem transcritos e se liga ao DNA e a apoenzima faz a síntese do RNA. 

Em eucariontes observamos 3 tipos de RNA polimerase: a RNA pol I, responsável pela síntese de rRNA (RNA ribossomal); a RNA pol II, responsável pela transcrição do mRNA (RNA mensageiro) e a RNA pol III, responsável pela sintese de tRNA (RNA transportador) e outros de pequena extensão. estas polimerases não reconhecem diretamente o promotor, necessitando do auxílio de proteínas que possuem domínios de ligação ao DNA e são chamadas fatores transcricionais. Ao se ligarem ao promotor, os fatores de trancrição promovem a formação da geometria de ligação requerida pela RNA polimerase para se associar ao DNA.

Após reconhecer a região promotora, a RNA polimerase encadeia os nucleotídeos de forma semelhante à DNA polimerase, ou seja, apresenta atividade polimerásica 5´- 3´. Lembro aqui que o RNA não possui timina, sendo a uracila encadeada em sua substituição. Esta etapa é conhecida como alongamento de cadeia.

No fim da trancrição, etapa denominada terminação, observamos diferenças entre procariontes e eucariontes. nas bactérias há duas estratégias de terminação, requerendo ou não a participação de uma proteína chamada rho. Na terminação independente de rho, também denominada terminação intrinseca, há uma sequência rica em pares A/U logo após a região que delimita o fim da transcrição, permitindo que a RNA pol se libere do DNA naturalmente. Já na terminação dependente de rho, a presença de uma região rica em pares C/G impede que a polimerase se libere naturalmente, havendo necessidade da ação da proteína rho, que libera a enzima.
Nos eucariontes, o termino da transcrição ocorre de forma indeterminada, havendo liberação da RNA polimerase em uma região variável após a sequência de poliadenilação.

Apesar de também poder haver correção de erros na transcrição, as RNA polimerases não apresentam a mesma eficiência no processo que as da DNAs polimerases (que possuem atividade exonucleásica). A correção no processo de transcrição pode ser feita atraves de i) correção cinética (ou pirofosfólise) e ii) correção nucleolítica e a taxa de erro fica em torno de 10-4 a 10-5.

pirofosfólise

correção nucleolítica

Tipos de RNA

Os principais tipos de RNA observados nas células procariontes e eucariontes são:

1) RNA mensageiro (mRNA) - responsável pelo carreamento da informação contida na molécula de RNA

2) RNA ribossonal (rRNA) - componente estrutural dos ribossomos

3) RNA transportador (tRNA) - responsável pelo carreamento de aminoácidos através do citoplasma para o sítio de tradução

Estes RNAs atuam cooperativamente para que ocorra a síntese de proteínas

Nas células eucarióticas, temos ainda:

4) RNA heterogêneo nuclear (hnRNA) –transcritos primários que possuem regiões contendo informações para codificação (EXONS) e regiões que não possuem tais informações (INTRONS) que irão gerar, após o processamento, o mRNA.

5) RNA pequeno nuclear (snRNA – small nuclear RNA) – RNAs de pequeno tamanho (cerca de 70 nucleotídeos), ricos em uracila (recebem genericamente a designação de Un), que participam da remoção dos introns do hnRNA. Ocorrem na forma de ribonucleoproteínas (SNRPs ou SNURPs).

6) RNA pequeno citoplasmático (scRNA – small cytoplasmic RNA) – pequenas moléculas de RNA, geralmente com cerca de 130 nucleotídeos, que ocorrem no citoplasma e em associação ao retículo endoplasmático e potencialmente associadas com proteínas envolvidas em transporte de mRNA (?) e seleção de proteínas. Ocorrem na forma riboproteínas (SCYRPs).

Achou que havia acabado? Se enganou:

7) MicroRNA (miRNA) – RNAs de cadeia curta (com 20 a 30 nucleotídeos) que se associam a um complexo proteico (RISC – RNA induced silencing complex) para reprimir a expressão de genes alvo, através da formação de duplexes na região 3´não traduzida do mensageiro.

AULAS 2 E 3 - GENÉTICA ODONTOLOGIA - CROMOSSOMOS

CROMOSSOMOS

Os cromossomos são as unidades básicas da hereditariedade. O estudo destas estruturas celulares responsáveis pela transmissão das características é denominado citogenética.  Estruturalmente, o cromossomo pode ser definido como uma unidade filamentosa de DNA altamente enovelada, que é observada durante o processo de divisão celular. Entretanto, o uso generalizado levou à associação do termo cromossomo ao material genético de uma célula.

O enovelamento característico dos cromossomos é decorrente da associação do filamento de DNA com proteínas, constituindo uma unidade estrutural denominada cromatina. A cromatina pode ser classificada em dois grupos gerais: i) a cromatina mais condensada, indisponível para transcrição dos genes, que é chamada heterocromatina e ii) a cromatina mais frouxamente enovelada, disponível para transcrição dos genes, denominada eucromatina. O empacotamento da cromatina é extremamente importante para a viabilidade da célula. Imagine que você fosse capaz de alinhar os 46 cromossomos que compõe o genoma nuclear humano. O filamento formado teria cerca de 1,8m! Isso mesmo, cerca de um metro e oitenta!

 

As proteínas que se associam ao DNA para compor a cromatina pertencem basicamente a dois grupos: i) as histonas, proteínas de caráter básico que são as responsáveis pelas etapas iniciais de condensação (enovelamento) do DNA e ii) as proteínas não-histonas, que pertencem a uma ampla variedade de famílias protéicas e são responsáveis pelas etapas posteriores de condensação e que culminam com o empacotamento máximo da cromatina, denominado cromossomo. O cromossomo é, então, o DNA na sua forma mais enovelada (e que se apresenta como uma molécula em forma de bastão com um comprimento cerca de 10.000 vezes menor que a molécula de DNA que o originou). 

Diversas etapas, inicialmente envolvendo os 5 tipos de histonas (H1, H2a, H2b, H3 e H4) devem ser cumpridas para que o enovelamento possa ser concretizado. A associação com unidades de quatro tipos de histonas em pares (2 unidades de cada um dos tipos H2a, H2b, H3 e H4), denominada octâmero de histonas, é o primeiro passo, formando o nucleossoma, uma estrutura que se assemelha a um colar de contas. A presença da histona H1 nos intervalos do nucleossoma forma o solenóide, que, por sua vez, é enovelado sobre si mesmo gerando uma fibra cromossômica. O empacotamento sequencial das fibras gera o cromossomo propriamente dito.

Podemos identificar uma série de elementos na organização estrutural de um cromossomo. Cada filamento constitui uma cromátide, que possui 2 extremidades denominadas telômeros. A cromátide é dividida por uma região mais condensada, denominada centrômero. O centrômero tem papel importante na separação dos cromossomos, pois é nesta região que se encontra o cinetocóro, complexo proteíco ao qual as proteínas do fuso de divisão se ligam.

O centrômero divide a cromátide em dois segmentos: o braço curto (referido como p) e o braço longo (referido como q). Dependendo da posição que o centrômero ocupa, podemos classificar os cromossomos em metacêntrico (centrômero na região central); sub-metacêntrico (centrômero deslocado para uma das extremidades, estabelecendo um braço que ocrresponde a cerca de 2/3 do cromossomo e outro correspondente a 1/3); acrocêntrico (centromero nitidamente deslocado para uma das extremidades) e telocêntrico (centrômero na região telomérica, fazendo com que o cromossomo apresente apenas 1 braço).

Em relação ao tamanho, originalmente os cromossomos foram divididos em 7 grupos (A a G), em ordem decrescente de tamanho:

- grupo A – cromossomos 1, 2 e 3

- grupo B – cromossomos 4 e 5

- grupo C – cromossomos 6 a 12 e X

- grupo D – cromossomos 13 a 15

- grupo E – cromossomos 16 a 18

- grupo F – cromossomos 19 e 20

- grupo G – cromossomos 21, 22 e Y

Com as técnicas de bandeamento, cada cromossomo pode ser identificado a partir de seu padrão de bandas. Estas técnicas consistem no tratamento de uma preparação de células rompidas que encontravam-se em processo de divisão, que são coradas e analisadas em microscópio. Com o bandeamento é possível identificar cada um dos cromossomos. A partir de então, os cromossomos autossômicos são numerados de 1 a 22 em ordem decrescente de tamanho. O par sexual é composto pelos cromossomos X e Y. Desta forma, a espécie humana apresenta 24 tipos de cromossomos diferentes: os 22 autosomos, e os sexuais X e Y (que apesar de comporem um par são diferentes entre si).

GENÉTICA MOLECULAR - CIÊNCIAS BIOLÓGICAS

ATENÇÃO - BIOLOGIA

IMPORTANTE

RETIFICAÇÃO DE DATAS DE PROVA

PROVA 1 - 11/04

PROVA 2 - 13/06

SEGUNDA CHAMADA - 20/06

PROVA FINAL - 27/06

Assim, nosso cronograma definitivo é:

21.02 Apresentação do curso, avaliações. Histórico da Genética Molecular
28.02 Estrutura de ácidos nucleicos e propriedades físico-químicas
07.03 FERIADO
14.03 Replicação do DNA. Características e dinâmica do processo.
21.03 Transcrição. A síntese das moléculas de RNA.
28.03 Processamento. Maturação dos intermediários da informação.
04.04 ESTUDO ORIENTADO

11.04 PROVA 1

18.04 Síntese de proteínas. O Código genético e a montagem do complexo traducional.
25.04 Fundamentos da regulação da expressão gênica
02.05 Bases moleculares da herança
09.05 Mutações gênicas e polimorfismos genéticos.
16.05 Estudo de polimorfismos genéticos
23.05 Bases genéticas dos erros inatos do metabolismo
30.05 Epigenética
06.06 ESTUDO ORIENTADO
13.06 PROVA 2
20.06 VEA
27.06 PROVA FINAL

GENÉTICA MOLECULAR - CIÊNCIAS BIOLÓGICAS - AULA 2 - REPLICAÇÃO

REPLICAÇÃO DO DNA

O DNA apresenta características estruturais únicas que o tornam adequado para ser a molécula da hereditariedade, como o fato de ser bifilamentar e a interação específica entre as bases nitrogenadas, através das pontes de hidrogênio estabelecidas.
Ao apresentarem o modelo estrutural para a molécula de DNA, Watson & Crick propuseram que a replicação do DNA fosse realizada de uma forma tal que cada filamento, individualmente, fosse utilizado como modelo para síntese de seu filamento complementar. A demonstração experimental foi feita por Meselson e Stahl (1958), em experimentos utilizando incorporação de nitrogênio com densidade diferenciada. Este trabalho foi muito importante para consolidar a aceitação sobre a proposição molecular de Watson e Crick. No estudo, os pesquisadores cultivaram células bacterianas por várias gerações em meio de cultivo contendo apenas N15 disponível para síntese de biomoléculas. Ao transferirem as bactérias para meio contendo N14, a formação de moléculas híbridas de DNA, contendo um filamento com N14 e um filamento com N15 foi a base para a determinação do modelo SEMICONSERVATIVO de duplicação.

A enzima responsável pela síntese de DNA é a DNA polimerase. Em procariotos, encontramos 3 tipos de DNA polimerase: DNA pol I; DNA pol II e DNA pol III. Através de experimentação com mutantes bacterianos, sabe-se que DNA pol I tem papel representativo na correção de erros e que DNA pol III é a principal enzima para síntese de DNA (recentemente, duas novas polimerases, DNA pol IV e DNA pol V, ambas associadas com reparo de lesões no DNA foram inseridas neste rol). Em eucariotos há um grande número de polimerases. Para replicação, são necessárias as polimerases alfa, delta e epsilon. A polimerase beta está associada a correção de erros e a polimerase gama é responsável pela replicação do DNA mitocondrial. Caracteristicamente as DNA polimerases apresentam atividade polimerásica 5´-3´ e atividade exonucleásica 3´-5´. Esta última assegura a correção de possíveis erros de pareamento durante a síntese de DNA. O sistema funciona pela competição dos sítios catalíticos: Como a afinidade do sítio polimerásico é maior que a do sítio exonucleásico, apenas quando o nucleotídeo alocado não realiza o pareamento adequado é possível removê-lo. Há, ainda, a atividade exonucleásica 5´-3´ exibida pela DNA polimerase I, que permite a remoção dos iniciadores e auxilia no reparo a erros identificados após a replicação.

Para que ocorra a replicação é necessária a ação de uma série de enzimas e proteínas que prepararão a molécula de DNA para a ação da polimerase. A região na qual a replicação se inicia é denominada origem de replicação (ori). Em procariontes, esta região ocupa um segmento de cerca de 220pb, sendo constituída por sequências conservadas dispostas de maneira específica na molécula de DNA. Na ori observamos a ocorrência de 3 repetições de uma sequência conservada de 13 nucleotídeos (GATCTNTTNTTTT) seguida de quatro repetições de uma sequência de 9 nucleotídeos (TTATNCANA). Nesta região é formada a bolha de replicação através da ação do aparato enzimático da replicação

A girase promove a torção negativa necessária para que a molécula de DNA possa ser duplicada. Já a helicase tem o papel de romper as pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas. As proteínas SSB estabilizam os filamentos de DNA separados e a primase realiza a síntese do iniciador ou primer. Assim forma-se um complexo replicativo que permite a ação da DNA polimerase e a forquilha de replicação avança para que a replicação tome curso. Como os filamentos do DNA são antiparalelos, enquanto uma das fitas é sintetizada de forma contínua, a outra fita é sintetizada em pedaços, denominados fragmentos de Okazaki. Assim, a replicação, além de semiconservativa, é SEMIDESCONTÍNUA. A ligase tem papel de unir os segmentos sintetizados para que a replicação possa ser concluída. é importante lembrar que, atraves da atividade exonucleásica 5´-3´, o iniciador é removido, sendo substituído por um segmento de DNA.

Nas células eucariontes, como o DNA é linear, uma das extremidades da fita descontínua terminal não é completamente duplicada pelo aparato de replicação do replissoma. Nesta região age uma enzima ribonucleoproteica especial, descoberta na década de 80, denominada telomerase. A descoberta foi agraciada com o prêmio Nobel em 2009!

Seus principais componentes são codificados pelos genes TLC1 (molde de RNA) e EST2 (porção catalítica). Esta enzima utiliza seu próprio constituinte de RNA para servir de molde à duplicação das sequências repetitivas TTAGGG/TTGGGG que compõe o telômero. 

A atividade telomerase é observada em todas as células em divisão, sendo diminuída progressivamente em células com maior diferenciação.

AULA 1 - GENÉTICA ODONTOLOGIA - DIVISÃO CELULAR

O CICLO DE VIDA DA CÉLULA

Durante sua vida, uma célula passa por diferentes etapas, caracterizadas por eventos celulares específicos e por alterações biológicas importantes. O fluxo entre estas etapas, ou transições, é finamente regulado e requer a ação de proteínas específicas, em geral proteínas quinases, que controlam a sucessão de etapas. Basicamente as etapas ocorrem de forma cíclica, representando o ciclo de vida da célula. Este ciclo é dividido em 2 fases: a intérfase e a divisão (mitose).

A intérfase pode ser subdividida em três etapas. As fases G1, S e G2. Na fase G1, também chamada fase de crescimento, a célula cresce, dobrando seu conteúdo citoplasmático. Neste momento há intensa síntese de RNA e proteínas, além das diversas moléculas necessárias ao metabolismo da célula. Literalmente nesta fase a célula dobra seu tamanho. Na fase S, ou fase de síntese, ocorre a duplicação de DNA, um evento que será estudado mais a fundo posteriormente e que consiste na duplicação do material genético. este evento requer um aparato enzimático específico e objetiva copiar as informações de forma fidedigna. Na fase G2, ou de preparação para a divisão, a célula produz as moléculas necessárias ao processo de divisão celular. Esta etapa é muito importante, pois como o DNA estará enovelado durante a divisão (fase M), não há possibilidade de síntese das moléculas necessárias ao processo. Assim, tudo o que é necessário à divisão tem que ser produzido nesta etapa.

Eventualmente algumas células altamente especializadas não cumprem a transição de comprometimento com a divisão celular, não ultrapassando o primeiro ponto de checagem durante a fase G1. Não ultrapassando este primeiro ponto, denominado ponto de restrição, a célula entra em repouso, em um fenômeno denominado quiescência. Esta etapa é também chamada de fase G0 ou fase quiescente. Lembre que o grau de diferenciação da célula é inversamente proporcional a seu potencial de divisão. Assim, células quiescentes, são, invariavelmente, MUITO especializadas.

Durante a etapa de divisão celular, dois fenômenos importantes ocorrem: a cariocinese, ou divisão do material genético e a citocinese, ou divisão do conteúdo citoplasmático. Para fins didáticos, o processo de mitose foi subdividido em etapas, a saber: 1 - Prófase; 2 - Metáfase; 3 - Anáfase e 4 - Telófase. Aguns autores, ainda, dividem a Metáfase em ProMetáfase e Metáfase propriamente dita. Entretanto, o mais importante é que possamos compreender os eventos que ocorrem no processo de divisão, lembrando sempre que se trata de um evento contínuo.

links interessantes com animações:
http://www.youtube.com/watch?v=YyYL2CW33WY

http://www.youtube.com/watch?v=SYb8mndHsuo&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=5gV5OML7jtA
http://www.youtube.com/watch?v=FFHmGGySM-0
http://www.youtube.com/watch?v=DC8wEHiXCBA&feature=related