GENÉTICA - P1

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

GENÉTICA – P1
ESTRUTURA DO DNA
É um polímero composto de nucleotídeos.
Um nucleotídeo é constituído de 3 componentes distintos: um açúcar (desoxirribose), uma base nitrogenada e um grupamento fosfato.
 Base nitrogenada pode ser de anel simples (pirimidinas – timina, citosina) ou anel duplo (purinas – adenina, guanina).
 um açúcar ligado a uma base = nucleosídeo. É convertido em nucleotídeo após a ligação de um grupamento fosfato ao carbono 5’ do açúcar.
DUPLA HÉLICE
DNA está organizado pela interação de 2 fitas complementares pareamento de bases nitrogenadas, sempre um purina com uma pirimidina de modo que o interior da molécula sempre contenha 3 anéis. As bases nitrogenadas estão unidas por ligações de hidrogênios que se rompem facilmente, e se dão entre grupamentos amina ou grupamentos ceto e grupamento amina.
Cada base está ligada ao C1’ da pentose e fica voltada de frente para a outra base, de modo que elas têm que estar invertidas para formar a ligação de hidrogênio, logo, as fitas estão em orientações diferentes (são antiparalelas).
A dupla hélice executa um giro a cada 10 pares de bases, e possui giro para a direita.
O interior formado pelas bases nitrogenadas que se empilham como discos, é hidrofóbico.
O exterior formado pelas cadeias açúcar-fosfato é hidrofílico, e o fato de estar carregado negativamente permite que o DNA interaja com cátions em solução, neutralizando a repulsão entre as duas cadeias e estabilizando a molécula de DNA.
Contém sulcos maiores e menores, o que é importante na interação com as proteínas envolvidas na replicação e expressão do DNA.
Os polinucleotídeos da dupla hélice são complementares, ou seja, a sequência de um determina a do outro.
DUPLICAÇÃO DO DNA
DNA é a única molécula com a propriedade de a partir dela, gerar outra igual.
Em procariotos tem um único ponto de origem, é semi-conservativa, bidirecional e DNA é circular.
Nos eucariotos são abertas várias bolhas de replicação.
Nucleotídeos sempre vão ser adicionados na extremidade 3-OH’ da fita em crescimento, portanto, a fita cresce no sentido 5’ 3’.
	DNA Polimerase
	PROCARIOTOS
	EUCARIOTOS
	
	I – catalisa crescimento 5’->3’; exonuclease no sentido 5’->3’ (remove em bloco) e no sentido 3’->5’ (remove um a um)
	α e δ – replicação do DNA nuclear
	
	II – atua no reparo do DNA
	β – reparo do DNA
	
	III – principal enzima de replicação; exonuclease no sentido 3’-> 5’
	γ – replicação do DNA mitocondrial
ETAPAS DA REPLICAÇÃO
- Helicase – abertura das fitas.
- SSBs (proteínas de ligação unifilamentar) – impedem que os dois filamentos se reassociem, estabilizando-os.
- Topoisomerases – resolvem o problema de superhelicoidização da molécula (ação das helicases gerou torções) – tipo I (quebram somente um filamento e passam o outro através do espaço) e II (quebram ambas as fitas e ocorre desenrolamento).
- formação de estruturas secundários (grampos) impedindo que o DNA volte a se reelicoidizar.
- Primers – adicionados pela primase, permitindo que a DNA poli II inicie a síntese
 Filamento leading: primer é adicionado na extremidade 5’ do filamento recém-sintetizado, é contínuo. DNA poli III sintetiza a nova cadeia.
 Filamento lagging: primer adicionado em diferentes pontos; filamento cresce no sentido oposto ao do movimento da forquilha de replicação formação dos Fragmentos de Okazaki.
- DNA Poli I remove os nucleotídeos do primer em bloco, e então preenche com novos nucleotídeos de DNA no sentido 5’->3’
	Nos eucariotos, os primers são removidos por RNase e os fragmentos de Okazaki complementados por uma polimerase de reparo.
- união dos Fragmentos de Okazaki por meio da DNA ligase, que “costura” os fragmentos catalisando a reação fosfodiéster.
EXPRESSÃO GÊNICA - transcrição
Sequência transcrita é sempre maior que o gene (inclui os segmentos líder e trailer), e começa em +1.
Regiões flanqueadoras – upstream (precede o gene) e downstream (sucede o gene).
Em procariotos, todos os genes são transcritos pela mesma RNA polimerase. Em eucariotos, são 3 diferentes:
	RNA poli I = RNA ribossômico
	RNA poli II = RNA mensageiro
	RNA poli III = RNA transportador
PROCARIOTOS:
- Regiões promotoras são reconhecidas pela RNA polimerase, ocorrem anteriormente aos genes – reconhecíveis como sequência consenso
	- TTGACA (-35) = sequência de reconhecimento
	- TATAAT (-10) = Pribnow – região onde as fitas de DNA começam a se abrir (presença de grande quantidade de T e A, apenas duas pontes de hidrogênio, mais fácil de romper).
- Presença da subunidade σ na RNA poli permite que ela reconheça o sítio promotor.
- RNA poli se liga ao DNA e forma o complexo promotor fechado
- Fitas começam a se abrir próximo à região -10 = complexo promotor aberto
- quando o complexo promotor aberto se forma, a subunidade σ se dissocia, permitindo que a RNA poli se mova.
- Ocorre a formação de uma bolha de transcrição, onde apenas cerca de 17 nucleotídeos abrem por vez, e ela vai se movendo ao longo do DNA enquanto a RNA poli vai ligando os nucleotídeos à extremidade 3’-OH da molécula crescente de RNA.
- Término: os sinalizadores são palíndromos complementares, que possibilitam a formação de um pareamento intrafilamentar que leva à formação de uma alça no RNA determinando o fim da transcrição.
	- região no segmento trailer muito rica em ADENINAS dando origem a um série de pares de base fracos A-U, que se rompem e o transcrito se destaca do molde OU 
 - proteína que se liga ao DNA e promove seu desligamento (Rô) (término dependente de Rô).
EUCARIOTOS
- DNA todo enovelado – necessário proteínas que “abram espaço” para a que a transcrição ocorra = helicases
- cada RNA poli tem sua região promotora específica e cada uma requer um conjunto específico de fatores transcricionais (único comum é o TBP).
- DNA possui sequências consenso: CAAT box (-75) e TATA box (-25).
- Elongação
- Término: ainda não se sabe ao certo o mecanismo específico, mas foi verificada a presença de uma região trailer muito longa.
PROCESSAMENTO DO mRNA
Nos eucariotos, o transcrito primário (hnRNA) vai sofrer uma série de modificações no núcleo (processamento), para então passar para o citoplasma e ser traduzido
ADIÇÃO DA CAP
Guanina adicionada na extremidade 5’ vai ser metilada (invertida – ligação 5’-5’); enzima responsável: guanilil transferase; função: proteção e papel importante na tradução.
ADIÇÃO DA CAUDA POLI-A
Clivagem entre a sequência sinal AAUAAA e sequência rica em GU. Adição de uma longa extensão de adeninas na extremidade 3’ intermediária formada pela poli (A) polimerase. Função: auxilia no tempo de sobrevida do mRNA.
RECOMPOSIÇÃO OU SPLICING
Remoção dos íntrons (sequências entremeadas que não carregam informações para a proteína que será formada) e união dos éxons. Classe mais frequente de íntron (são 5): GT----AG
Processo feito pelas ribonucleoproteínas (snRNP – small nuclear RNA associado com proteínas); são ricas em uracilas, então são denominadas Un. U1 se posiciona no sítio GU e ocorre clivagem. Ao mesmo tempo, U2 se posiciona no sítio de ramificação do íntron que geralmente é uma adenina. Como as duas têm muita afinidade, ocorre a formação de uma alça a partir do filamento cortado e o sítio de ramificação. Outros snRNP também se ligam ao íntron, que leva à formação do spliceossomo (complexo de Us para remoção do íntron). Então, ocorre clivagem no sítio 3’, íntron é liberado e os éxons se unem.
Significado biológico do Splicing = mesmo gene pode dar origem a mRNA diferentes, e consequentemente a proteínas diferentes, dependendo do tipo de splicing que irá ocorrer. (splicing alternativo)
EDIÇÃO DO mRNA
Ocorre a inserção ou modificação de algum nucleotídio em alguns genes.
RNA RIBOSSÔMICO
Associação de rRNA e proteínas = ribossomos
Os cromossomos acrocêntricos contêm os RON (regiões organizadoras de nucléolo -10 no total); os RON contêm genes para rRNA dispostos em tandem. Os rRNA para as subunidades maiores e menores estão juntos na mesma
unidade transcricional, logo, elas são procuzidas em quantidades iguais (menos o 5S que será transcrito independentemente da unidade principal).
RNA TRANSPORTADOR
Lêem a sequência de nucleotídeos do transcrito de mRNA e convertem em uma sequência de aminoácidos.
Alguns tRNA podem levar seus aa em resposta a diferentes códons (mas que codificam o mesmo aminoácido) acontece por causa do mecanismo de Oscilação – assim, não é necessário ter muitos tipos de tRNA (seriam 61 para 61 códons).
LIGAÇÃO aa E t-RNA (auxiliado pela enzima aminoacil-tRNA-sintetase)
Ativação do aa com ATP
Ligação do aa-AMP ao tRNA
Ocorre liberação do AMP e da enzima de ativação que foram ligados simultaneamente
TRADUÇÃO
INÍCIO
Ligação da subunidade menor do ribossomo no mRNA
EUCARIOTOS – reconhecimento da CAP
PROCARIOTOS – reconhecimento da Shine Delgarno
Ligação do t-RNA-metionina ao códon de início
Formação do complexo de iniciação
Fatores de iniciação
	PROCARIOTOS
	EUCARIOTOS
	IF-2 – auxilia na ligação do t-met ao códon AUG
	Número bem maior de fatores, cada RNA poli exige um conjunto específico
	IF1 e IF3 – dissociação do ribossomo
	
ELONGAÇÃO
Chegada da subunidade maior, formação dos sítios P e A.
t-RNA ocupa o sítio A, formação da ligação peptídica entre os aa (peptidiltransferase), rompimento da ligação t-RNA e AA no sítio P, translocação do ribossomo.
Fatores de Elongação:
	PROCARIOTOS
	EUCARIOTOS
	EF – Tu – auxilia na ligação do t-RNA ao sítio A
	Outros fatores de elongação
	EF – Ts – recicla o Tu (recarrega)
	
	EF – G – auxilia na translocação do ribossomo
	
TÉRMINO
Ocorre quando um códon de término penetra o sítio A (UAA, UAG, UGA).
São identificados por fatores que se ligam a eles e todo o complexo se desfaz.
	PROCARIOTOS
	EUCARIOTOS
	RF1 – UAA, UAG
	Dois RF que reconhecem todos os códons de término.
	RF2 – UAA, UGA
	
	RF3 – coopera com RF1 e RF2
	
MUTAÇÃO
Substituição
Classificação de acordo com a natureza das bases envolvidas
Transição
Transversão
Classificação conforme a consequência para o peptídeo formado
Silenciosa – não altera o aa
Sentido trocado – altera o aa
Sem sentido – gera um códon de término
Deleção e Adição: a partir do ponto em que ocorreu, todos os códons serão alterados, modificando toda a matriz de leitura a partir deste ponto.
REGULAÇÃO GÊNICA EM PROCARIOTOS
ÓPERON LAC
Ligação do repressor (codificado pelo gene I) no operador não permite que a RNA poli se ligue à região promotora (operador e promotor se superpõem = impedimento físico) não ocorre a transcrição.
Presença de lactose: lactose se liga ao repressor alterando sua conformação; repressor perde afinidade pelo operador e RNA poli se liga na região promotora ocorre a transcrição e a síntese de enzimas que vão atuar sobre a lactose (β-galactosidase, β-galactosídeo permease, β-galactosídeo transacetilase).
É um óperon induzível (lactose é indutora); geralmente ocorre em óperons que participam do catabolismo.
 Controle Positivo do Óperon Lac
Se a célula possui uma fonte suficiente de glicose, ela não precisa utilizar a lactose, mesmo que ela esteja no meio
Sem glicose e lactose presente = grande atividade transcricional
Glicose presente e sem lactose = repressor se liga ao operador e não há transcrição do óperon lac
Glicose + lactose: ocorre transcrição, mas em níveis muito baixos
A glicose em alta concentração inibe a ação da adenilil ciclase, que catalisa a conversão de ATP em cAMP. O cAMP forma um complexo com a CAP (proteína ativadora do catabolismo) e se liga na região promotora, o que estimula a ligação da RNA poli e a transcrição do óperon lac. Pouco cAMP leva a uma diminuição da atividade de transcrição.
ÓPERON TRIPTOFANO
A bactéria tem condições de produzir triptofano quando não o encontra no meio.
Ausência de triptofano = repressor não tem afinidade pelo operador, permitindo a transcrição dos genes estruturais (E, D, C, B e A) que participam da síntese do triptofano.
Presença de triptofano = triptofano se liga ao sítio do repressor e altera sua conformação, que passa a ter afinidade pelo sítio do operador -> RNA poli não consegue se ligar devido ao impedimento espacial e transcrição não ocorre.
 Atenuação do Óperon Triptofano
Nos procariotos, transcrição e tradução ocorrem quase que simultaneamente. Verificou-se em um mutante R- a existência de dois códons para triptofano na região 1 do trpL (região líder).
Em alta concentração de triptofano, a tradução ocorre na velocidade normal, o que leva à formação de uma alça ¾, que é uma alça finalizadora, que determina o fim da transcrição formação de um mRNA pequeno e incompleto
Em baixa concentração de triptofano, a tradição “emperra” quando o ribossomo chega no códon para triptofano, o que diminui a velocidade da tradução. Isso leva à formação de uma alça 2/3, que não é finalizadora e portanto a transcrição continua.
REGULAÇÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS
PROMOTORES
Sequência ou sequências de DNA que deve estar em uma localização fixa em relação ao sítio de iniciação; permitem a atividade funcional do gene, e não aumentam a sua taxa.
- TATA box (-25) – sítio onde a RNA poli se liga, promove a transcrição em um nível basal. Mutações no TATA não impedem a transcrição, mas deslocam o ponto de início.
- CAAT box (-75) e GC box (-90) – sítios de ligação no DNA a fim de dirigir os fatores de transcrição para as proximidades do sítio de iniciação.
ACENTUADORES (ENHANCERS)
Contém sítios de ligação para proteínas histoespecíficas que vão otimizar a expressão de um gene; elas vão interagir diretamente com as proteínas ligadas próximas ao sítio de iniciação (DNA precisa ser flexível o bastante para possibilitar essa interação), aumentando a concentração do ativador nas proximidades do promotor. Podem atuar distante ou próximo de um gene, podem estar dentro de um íntron e também influenciar a expressão de mais de um gene.
Insuladores: bloqueiam a ação dos enhancers.
SILENCIADORES
Regiões no DNA que quando um fator (repressor) se liga, inibe a transcrição. Têm efeito oposto ao dos acentuadores.
ELEMENTOS DE RESPOSTA TRANSITÓRIA
Ativam a transcrição de modo temporário, em resposta a um estímulo de dentro ou fora da célula; se cessa o estímulo, gene para de se expressar.
- MRE – elemento de resposta a metal pesado
- GRE – elemento de resposta a glicocorticoide
- ERT – proteção ao choque térmico; HSTF (fator de transcrição heat-shock) altera sua conformação com o aumento da temperatura consegue se ligar ao ERT ocorre a transcrição dos genes para as proteínas heat-shock (funcionam como chaperonas, mantendo a conformação das outras proteínas e evitando sua desnaturação pelo calor).
FATORES TRANSCRICIONAIS
Toda proteína que se liga ao DNA possui motivos (conformação na estrutura que permite sua ligação ao DNA); Ex: dedos de zinco, hélice-giro-hélice.
 Gerais: são os que se ligam aos UPEs; importantes para a ligação da RNA poli; são necessários para todos os genes
 Específicos: só vão atuar em determinado gene, presentes em células de um determinado tecido, permitindo a expressão de genes específicos.
CONTROLE HORMONAL
Esteroides: passam pela membrana com facilidade, no citoplasma se ligam com os receptores hormonais. Vão para o núcleo onde vão atuar como fator de transcrição para regular a expressão de algum gene de resposta a esse hormônio. EX: progesterona, testosterona.
Peptídicos: não entram na célula, então ligam-se a receptor na membrana. Complexo ativa proteína citoplasmática que vai transduzir um sinal para o núcleo, induzindo um fator de transcrição a se ligar ao DNA. EX: insulina, prolactina, somatotrofina.
REGULAÇÃO GÊNICA II – EPIGENÉTICA
Epigenética – modificações do genoma, herdáveis, que não envolvem uma mudança na sequência do DNA. Mecanismos epigenéticos atuam para mudar a acessibilidade da cromatina para regulação transcricional pelas modificações do DNA e rearranjo de nucleossomos.
REMODELAGEM DA CROMATINA
Mudança na posição dos nucleossomos.
A ativação da transcrição requer o afastamento das histonas e a repressão requer a presença. O posicionamento de octâmeros em relação aos genes é diferente nos tecidos em que estão ativos ou inativos.
ACETILAÇÃO DAS HISTONAS
As caudas das histonas podem sofrer modificações código de histonas = a ausência/presença de grupos acetil ou metil leva uma grande quantidade de informações.
As lisinas podem ser acetiladas (acetiltransferase é a enzima responsável pela acetilação)
Genes ativos = histonas hiperacetiladas
Genes inativos = histonas hipoacetiladas
Mecanismos propostos para a acetilação atuando como fator de demetilação: 1) as histonas com caudas não acetiladas bloqueariam o acesso das DNA metiltransferases para a cromatina condensada, evitando a metilação do DNA, 2) a demetilação não ocorre imediatamente após a acetilação, mas seria dependente da interação da RNA poli II com o promotor metilado do gene.
METILAÇÃO DO DNA
O padrão de metilação é específico para cada tecido e permanece ao longo das divisões celulares. Ocorre nas ilhas CpG (CG) localizadas, em sua maioria, nas regiões promotoras do gene (são regiões muito ricas em G e C). Há enzimas que reconhecem as regiões hemimetiladas e completam a metilação das citosinas.
- Genes house-keeping – ilhas CG não metiladas
- Genes ativos de expressão controlada – ilhas CG submetiladas
O processo de metilação é responsável pelo silenciamento do gene. A metilação nas ilhas CpG presentes nas regiões promotoras impedem a ligação dos fatores de transcrição, resultando na inativação do gene.
IMPRINTING GÊNICO
Expressão do gene é condicionada por sua origem parental, onde o gene que não será expresso é silenciado por hipermetilação.
EPIGENÉTICA E CÂNCER
Tanto a hipermetilação de genes de supressão tumoral, quanto a hipometilação em protoncogenes aparentam apresentar um importante papel no desenvolvimento de câncer.
O balanço entre a acetilação/desacetilação das histonas é fundamental para a regulação da proliferação das células.