Bioquímica I

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Bioquímica I
Dogma Central da Biologia Molecular
DNA RNA Proteína
 Transcrição Tradução
Replicação
DNA “estático”: característica do DNA em originar células filhas com material genético fidedigno.
A base do Dogma Central é o fluxo de informações do DNA às proteínas.
Watson e Crick foram os responsáveis pela caracterização do DNA, que consiste em: fita dupla formando uma dupla hélice; diâmetro constante, o que sugere que as bases nitrogenadas apontam para o interior da molécula e que as pirimidinas pareiam com as purinas; as fitas são antiparalelas, com o pareamento de bases complementares A=T e C≡G.
A composição química do DNA é de um grupamento fosfato associado com a pentose desoxirribose e as bases nitrogenadas adenina, timina, guanina e citosina. Sendo a adenina e a citosina purinas, enquanto a timina e guanina pirimidinas. A molécula de DNA apresenta uma polaridade de 5’PO4 e 3’OH. Apresentam pH 7 e carga negativa.
Um DNA com maior proporção de C ≡G é mais estável, já que a ligação entre as bases nitrogenadas é do tipo pontes de hidrogênio. As bases estão no interior das moléculas de DNA, a fim de serem protegidas do contato da H2O.
A molécula de DNA apresenta as seguintes estruturas: primária- sequencia de nucleotídeos, secundária-hélice, e terciária-cromossomos.
 A estrutura terciária e o próprio empacotamento do DNA só são possíveis pela ação das histonas, as quais compõem o nucleossomo, que é o primeiro nível de empacotamento.
O material genético deve ter a capacidade de: replicar; controlar a expressão de características-controle da expressão gênica e a capacidade de mudar- sofrer mutações.
Define-se gene como: segmento do DNA que contém as informações necessárias à síntese do produto biológico.
Replicação e Transcrição
O ciclo celular é constituído de duas grandes fases, a mitose e a interfase. Na interfase há três subfases: G1, S e G2. Na fase G1 há a síntese de proteínas que serão utilizadas na replicação, as quais serão degradadas na fase G2, na qual haverá a síntese demais proteínas que serão utilizadas na divisão celular. Na fase S há a duplicação do material genético.
REPLICAÇÃO:
A replicação é semiconservativa, ou seja, há a manutenção de uma fita parental molde em associação com a fita complementar recém-sintetizada.
A replicação acontece apenas uma vez a cada ciclo celular.
A replicação acontece em forquilhas de replicação, as quais são as regiões em que acontece a replicação;
 Há uma sequência específica que induz o inicio da replicação, a qual acontece bidirecionalmente, com forquilhas simultâneas.
ORC é o sítio específico de reconhecimento das proteínas iniciadoras (cdt1, cdc6, complexo pré-replicativo), no qual tais proteínas se ligarão e determinarão o momento e o local de inicio da replicação. Dentre as proteínas que estão no complexo pré-replicativo consta a helicase, responsável pela abertura das fitas de DNA.
A síntese acontece na direção 3’-5’ com a leitura da DNApolimerase 3’-5’.
DNApolimerase catalisa a adição sucessiva de desoxrribonucleotídeos. Isso acontece por um molde de fita parental.
O molde é iniciado por primer 3’OH livre, possibilitando que a DNApolimerase incorpore os nucleotídeos; 			primers são sintetizados pela primase. Os primers são constituídos por RNA, o que será responsável pela formação do hibrido de DNA-RNA.
Há especificidade na seleção de bases complementares, onde bases complementares promoverão a atividade de síntese 5’-3’. Caso não sejam complementares são removidas por atividade exonucleásica 3’-5’.
	Enzimas 
	Ação
	Topoisomerase
	Alivia a tensão de enovelamento das fitas de DNA
	SSBs
	Evita união das fitas de DNA, estabiliza o DNA em fita simples
	Helicase
	Desenovela em pequenas regiões
	Primase 
	Sintetiza os primers
	DNApolimerase III
	Sintetiza nova fita de DNA
	DNA polimerase I
	Remove os primers
	DNAligase
	Liga os fragmentos de Okasaki após a retirada dos primers
 
Comparação entre Replicação e Transcrição
	Replicação
	Transcrição
	Polaridade 5’-3’
	Polaridade 5’-3’
	Fita molde
	Fita molde
	Sequência de iniciação
	Sequência de iniciação
	Iniciação, Elongação e Terminação
	Iniciação, Elongação e Terminação
	Com primer
	Sem primer
	2 fitas de DNA replicadas
	1 fita de DNA é transcrita
TRANSCRIÇÃO:
Na transcrição há o desenovelamento das fitas de DNA.
Não há forquilha de transcrição, e esta acontece unidirecionalmente.
Nem todo DNA é transcrito, apenas algumas regiões do DNA são transcritas em mRNA, e apenas em momentos necessários.
O RNA apresenta estrutura secundária, em função da presença de bases com alta negatividade, que tendem a se dobrar. Tal estrutura confere proteção e estabilidade ao RNA, mas não está inativo, apesar de não conseguir ser traduzido. No entanto, há os micros RNA são traduzidos mesmo com a estrutura secundária.
Mitocôndrias e cloroplastos possuem RNApolimerase próprias.
O RNA apresenta alta frequência de erros, o que não é ruim, pois não é transmitido as células filhas, além de ser sintetizado e degradado com maior frequência, o que não pode e não ocorre com o DNA.
A maioria dos pequenos RNAs é responsáveis pela expressão genica.
Nos procariotos transcrição e tradução são processos acoplados.
O mRNA produzido na transcrição é igual a fita codante e complementar a fita molde.
 hmRNA 
Promotor
 Intron Exon Intron Exon
 mRNA SPLICING
 Retirada dos introns
Promotor
 Exon Exon
 mRNA Modificações 
 pós-transcricionais
5’UTR 3’UTR
 Promotor
Cap G Cauda poli A
O mRNA final vai possuir regiões que não serão transcritas, são as regiões 5’UTR e 3’UTR, as quais são reguladores da tradução.
No Splicing alternativo exons podem ser transformados em introns, o que desencadeia a produção de diferentes produtos biológicos, em células diferentes, pelo mesmo gene.
As modificações pós-transcricionais conferem estabilidade a molécula de RNA.
A direção da transcrição é 5’-3’, a partir da leitura 3’-5’ da fita molde de DNA.
Na transcrição o DNA será aberto apenas na região referente a dado gene, não havendo transcrição de todo o DNA, bem como não acontece apenas uma vez.
	Tipos RNA
	Função
	mRNA
	Codifica proteínas
	rRNA
	Estrutura básica dos ribossomos
	tRNA
	Transporta aas até o ribossomo
	snRNA(nuclear)
	Atua em processos nucleares, Splicing
	snoRNA(nucleolar)
	Processamento e modificações químicas do RNA
	scRNA
	Modifica snRNA e snoRNA
	miRNA(micro)
	Regulação da expressão gênica, bloqueio a tradução do mRNA
	siRNA
	Desliga a expressão gênica por degradação do mRNA e enovelamento da cromatina 
Regulação da Expressão gênica
O DNA apresenta todas as informações, mas nem todo é transcrito em mRNA, bem como nem todo mRNA é traduzido. A seleção de quais genes serão transcritos e traduzidos é a regulação da expressão gênica.
Quais genes são expressos? Quando são expressos? NUNCA todo DNA está sendo expresso.
O conjunto de genes expressos na célula em dado momento é o que determina a diferença entre os organismos.
 DNA RNA mRNA mRNA
ptn ptn ativada
 Transcrito 
 Controle Controle controle controle controle
 da transcrição do processamento do transporte da tradução da ativação
			Núcleo Citosol
A intensidade da transcrição (quantas vezes dado gene é transcrito) é um regulador da transcrição, bem como a presença de uma região promotora no DNA, que antes da transcrição vai regular a expressão gênica da sequência que a sucede, visto que ela própria não será transcrita.
Genes constitutivos são aqueles que são básicos ao funcionamento de quaisquer células, sendo expressos a todo o momento.
Genes regulados são aqueles que são ligados e desligados. Dependem:
Do estágio do desenvolvimento - genes expressos no embrião serão desligados no adulto;
Do tipo celular; 
De estímulos externos.
Grande parte da regulação da expressão gênica está no promotor do gene.
No promotor haverá uma região com abundância de T e A, que determinará o sítio de início da transcrição – TATAbox. No TATAbox chegarão vários fatores de transcrição, que recrutarão a RNApolimerase, determinando o inicio da transcrição, já que essa não possui afinidade com o DNA.
Os promotores não são iguais em todos os genes, visto que dependendo de quais fatores de transcrição se ligarão, a ação destes pode ser repressora ou indutora, regulando de fato a expressão do gene. E se os promotores fossem iguais em todos os genes haveria indução ou repressão total.
Código genético
O início da tradução é dado pelo reconhecimento do códon AUG, do RNAm, pelo RNAt. Não serão traduzidas as extremidades 5’UTR e 3’UTR.
Nos procariotos um mesmo RNA dá origem a proteínas diferentes - policistrômico. O RNA de procariotos não apresenta processamento. Já o RNA dos eucariotos é monocistrômico, visto que para cada RNAm há uma proteína. Deve-se ter cautela, visto que devido ao Splicing alternativo um mesmo RNAm origina proteínas diferentes.
Há 4 nucleotídeos para 20 aas. Logo, como solução para tal paradoxo, há a associação de 3 nucleotídeos, formando um códon, que será responsável por codificar 1 aas. No total são 64 códons.
Na tradução não há enzimas para adição de códons, os mesmos serão adicionados pela ação do RNAt. O RNAt será capaz de identificar, através do pareamento com os códons( pareamento antiparalelo), o aas correspondente aquele códon.
O RNAt apresentará alças que possuirão os anticódons correspondentes aos códons do RNAm. Na região 3’ final do RNAt é que acontece a ligação com o aas correspondente. Isso sem existir RNAt específico a cada aas.
Há códons de início – AUG – e de término – UAA, UAG e UGA. O fato de o código genético apresentar 64 códons referentes a apenas 20 aas, configura o código genético como degenerado, no qual para cada aas há mais de um códon.
 O códon AUG codifica o aas Metionina, além de ser códon de iniciação, diferente dos stop códons, que não codificam aas, apenas sinalizam o término da tradução.
Geralmente, em um códon, os 2 primeiros nucleotídeos não variam, apenas o 3º, com isso pode-se afirmar que os 2 primeiros nucleotídeos apresentam maior especificidade e força de ligação ao anticódon.
O código genético é universal! No entanto, há certas exceções quanto a mitocôndrias.
Pelo fato do código genético ser degenerado, pequenas mutações que levam a troca de um nucleotídeo não alteram a proteína, isso se o nucleotídeo for o terceiro de seu códon. Caso tal troca aconteça no 1º ou no 2º nucleotídeo, a proteína vai ser defeituosa.
Aminoácidos
Sua estrutura é composta por grupamentos carboxila e amino terminal além de um radical variável.
São moléculas assimétricas, logo opticamente ativas.
Estereoisômeros:
L- aminoácidos (levogiro) 		D-aminoácidos (destrógiro)
 Presentes em humanos			presentes em alguns antibióticos
A sua função vai estar relacionada ao radical que apresente:
Radicais polares: tendem a se aglomerar, estabilizando a estrutura proteica através de interações hidrofóbicas, Ex: Glicina, Alanina, Prolina, Valina, Metionina, Leucina e Isoleucina;
Radicais aromáticos: relativamente hidrofóbicos Ex: Fenilalanina, Tirosina e Triptofano;
Radicais polares não carregados: muito solúveis em água, passiveis de pontes de hidrogênio, ex: Serina, Treonina, Cisteína, Aspargina, Glutâmico;
Radicais polares carregados:
Positivamente: características mais básicas: Ex: Lisina, Arginina, Histidina;
Negativamente: características básicas: ex: Aspartato e Glutamato.
Às vezes a mudança da proteína, mas manutenção do radical, isso não altera necessariamente a função da proteína, visto que a função está mais relaciona ao radical do que a sequencia de aas. Excluindo as enzimas.
Dependendo do meio na qual se encontrem, os aas podem ser:
Ácidos: doam H+;
Neutros: doam e recebem H+, equilíbrio;
Bases: recebem H+.
Para cada aas há um ponto isoelétrico, geralmente quando o aas está neutro. O ponto isoelétrico é obtido:
pI = (pK1 +pK2/2); considerando que pK1 e pK2 estão relacionados a tendência de doação dos prótons das porções carboxila e amino terminais. Quando o radical também estiver disponibilizando prótons PI = (pK1+pK2+PK3/3) 
PH no qual a carga elétrica total da molécula é nula!
Os aas fazem ligações covalentes entre si a fim de constituir a proteína, tais ligações são as ligações peptídicas. As ligações peptídicas consistem na união da porção amino terminal de um aas com a carboxila terminal de outro aas, com liberação de água.
H3N+ - CH – C - OH + H – N – CH – COO- 	 H3N+ - CH – C – O – N – CH – COO-
 | || | | | || | |
 R1 O H R2 R1 O H R2
	Ligação Peptídica
Proteínas: estrutura e propriedades
Extremidade amino terminal H3N+ e carboxi terminal COO-.
A sequência de aas em uma cadeia polipeptídica se converterá na estrutura tridimensional da proteína.
A estrutura da proteína vai definir sua função. A estrutura é estabilizada por ligações não covalentes, o que possibilita as mudanças Conformacionais.
Estrutura primária: cadeia linear de aas. Importante para a definição da conformação da proteína.
Estrutura secundária: enovelamento da proteína em α-hélice ou folha β. Há o arranjo de aas particularmente estáveis dando origem a padrões estruturais recorrentes. São estabilizadas por pontes de hidrogênio.
A carga nas cadeias laterais determina a forma da estrutura secundária, que a cadeia polipeptídica vai assumir.
	α-hélice
	Folha β
	Volta β
	Ligações levam a dobra da cadeia polipeptídica
	Estrutura mais linear
	Conformação em forma de loop quando as cadeias mudam de posição
	Hélice não oca, porém compacta pelas ligações
	Pontes de hidrogênio entre as cadeias vizinhas formando pregas
	
	
	Podem ser paralelas ou antiparalelas
	
	
	
	
H3N+
 H3N+ COO-
 COO- H3N+
 H3N+
 COO-
COO- Antiparalelas
Estrutura terciária: conjunto de diversas estruturas secundárias, ligadas por pontes dissulfeto.
Na estrutura terciária, ocorrerá um rearranjo tridimensional dos átomos. A estrutura se dobrará e será estabilizada por interações entre os radicais dos aas (pontes de hidrogênio,
ligações iônicas – ligações eletrostáticas entre grupamentos de cargas diferentes-, ligações hidrofóbicas – na cadeia de hidrocarbonetos -, forças de Van der Walls e as ligações dissulfeto.
Ligações covalentes conferirão durabilidade à estrutura terciária. As pontes dissulfeto são exemplos de ligações covalentes, acontecendo entre átomos de enxofre do resíduo do aas de cisteína. Raramente vão acontecer na superfície da proteína.
As estruturas terciárias apresentam associação entre as estruturas secundária, podem ser:
Fibrosas: são proteínas alongadas, insolúveis em água visto que apresentam muitos resíduos hidrofóbicos. São derivadas dos empacotamentos da cadeia polipeptídica. Ex. queratina (forma de hélice), colágeno (tripla hélice). Tendem a repetir uma das estruturas secundárias. 
Globulares: são proteínas de forma compacta e esferoidal, desencadeada pelas várias interações entre as estruturas secundárias. Podem atuar como enzimas, proteínas motoras, reguladoras e imunoglobulinas. Ex. Mioglobina – compactada por ligações hidrofóbicas.
Estrutura quaternária: subunidades ligadas covalentemente determinando a função. Apresentam interações entre as subunidades protéicas, exigindo mais de uma cadeia polipeptídica para se tornarem ativas. Não são todas as proteínas que apresentam estrutura secundária. Ex. Hemoglobina.
A carga dos aas é importante na definição da estrutura tridimensional.
É necessário que a proteína esteja empacotada e estável para que exerça sua função.
As enzimas apresentam conformação espacial complementar a seu substrato, o que otimiza sua ação de catálise.
As proteínas estruturais devem sofrer estresse mecânico, e mesmo assim manter uma matriz firme para a adesão das células. Devem apresentar maior força de ligação.
As proteínas motoras devem transformar energia química em mecânica, a fim de que seja possível o movimento.
Desnaturação: há o rompimento das ligações, desenovelando a cadeia polipeptídica, tornando-a inativa. Dependendo de quais ligações forem rompidas, pode ser possível a reversão da desnaturação.
Agentes desnaturantes:
	FÍSICOS
	QUÍMICOS
	Variação de temperatura
	PHs extremos
	Raios X
	Detergentes
	Ultrassom
	Solventes orgânicos
	
	Ureia
	
	Mercaptoetanol
 Os solventes orgânicos rompem as ligações hidrofóbicas. Os extremos de PH alteram a carga líquida da proteína, provocando repulsão eletrostática, que desencadeia o afastamento das cadeias polipeptídicas e rompimento das ligações de hidrogênio. 
Em uma proteína desnaturada:
Reduzida solubilidade - leva a precipitação;
Aumento da digestabilidade – tende a ser degradada;
Perda da atividade biológica por não reconhecimento do substrato, como acontece com as enzimas, os hormônios e as imunoglobulinas.
Predição da estrutura e função da proteína: a partir de uma sequência primária, há o sequenciamento de peptídeos a partir do DNA e com relações de bioinformática há a possibilidade de descobrir a estrutura terciária da proteína. Relação de distância entre start e stop códons. Nem sempre sequências diferentes levam a funções diferentes, visto que se a estrutura de duas proteínas for semelhante, suas funções também podem ser semelhantes.