ÁCIDOS NUCLÉICOS E
CÓDIGO GENÉTICO
•Os genes são formados por DNA;
•Transmissão das características hereditárias
•DNA + RNA Æ controle da produção de
proteínas da célula;
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
2
1 A estrutura dos ácidos nucléicos
1.A
• DNA e RNA são ácidas;
• DNA Æ núcleo e parte dos nucléolos;
• RNA
Æ
Nucléolo,
ribossomos
hi l l
hialoplasma
d células
das
él l
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
e
3
OS NUCLEOTÍDIOS
• DNA e RNA formados por encadeamentos
de moléculas chamadas nucleotídeos;
• Cada nucleotídeo é formado por três tipos
q
de substâncias químicas:
• * base nitrogenada Æ composto cíclico
contendo nitrogênio;
• ** p
pentose Æ açúcar
ç
com cinco átomos de
carbono;
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
4
• *** fosfato (PO4) Æ derivado do ácido
f fó i
fosfórico;
• 5 tipos
p
principais
p
p
de bases nitrogenadas
g
Æ
adenina, guanina, citosina, timina e uracila.
• Adenina e guanina Æ anel duplo de átomos
de carbono e são derivados da purina (bases
purínicas);
• Citosina,
Citosina timina e uracila Æ anel simples e
derivados da pirimidina (bases pirimidínicas
ou pirimídicas);
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
5
6
7
DNA Æ A, T, C e G;
RNA Æ A,
A U,
U C e G;
G
Pentoses: ribose e desoxirribose;
Derivados de nucleotídeos fora do núcleo:
ATP NAD e FAD;
ATP,
• A união da base nitrogenada com o açúcar
forma um composto chamado nucleosídeo;
Ex:. Nucleosídeo adenosina (ATP);
• Nucleotídeos unidos entre si formando
f
os
polinucleotídeos;
• União sempre feita entre o fosfato de uma
pentose da unidade vizinha;;
unidade e a p
•
•
•
•
Ácidos Nucléicos e Código
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8
9
• A diferença
ç fundamental entre dois ácidos
nucléicos é a seqüência com que as
bases nitrogenadas estão arrumadas.
arrumadas
2 DNA: a informação genética
2.DNA:
• Prêmio Nobel em 1962 para Francis Crick,
Crick
James Watson e Maurice Wilkins Æ
determinaram a estrutura molecular do
DNA
e
o
seu
significado
na
hereditariedade – o modelo da dupla
hélice.
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
10
• A molécula de DNA possui dois filamentos de
polinucleotídeos presos um ao outro pelas
polinucleotídeos,
bases nitrogenadas;
• Os dois filamentos estão torcidos – formando
uma hélice dupla – e emparelhados em
sentidos opostos – se numa extremidade de
um filamento há uma pentose,
pentose no filamento
oposto há um fosfato;
• A ligação entre as bases dos dois filamentos
é feita
e ta po
por ligações
gações de hidrogênio;
d ogê o;
• T se liga através de 2 ligações de hidrogênio
à A;
A
Ácidos Nucléicos e Código
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11
• C se liga através de 3 ligações de
hid ê i à G;
hidrogênio
G
• A seqüência
q
de bases de um filamento
determina a seqüência de bases do outro;
• AATCGATGT
• TTAGCTACA
• Os dois filamentos
que compõem a
molécula não são iguais,
iguais mas sim
complementares.
Ácidos Nucléicos e Código
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Ácidos Nucléicos e Código
Genético
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Ácidos Nucléicos e Código
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A DUPLICAÇÃO DO DNA
•
•
•
•
•
Enzimas que:
* afastam os fios;
** união dos novos nucleotídeos;
*** correção de erros na duplicação;
Desenrolam a dupla hélice (rompimento
das ligações de H) Æ nucleotídeos
dissol idos no nucleoplasma
dissolvidos
n cleoplasma se encaixam
encai am
Æ formação de outro fio complementar.
Ácidos Nucléicos e Código
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• DNA polimerase Æ união entre os novos
nucleotídeos.
l tíd
• É obrigatório
g
o emparelhamento
p
T-A e CG;
• Cada molécula filha é formada por um
filamento antigo, que veio do DNA original,
e um filamento novo, recém-fabricado;
• A duplicação do DNA é semiconservativa;
• Um encaixe errado é logo corrigido pela
DNA polimerase
li
e por outras
t
moléculas;
lé l
Ácidos Nucléicos e Código
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16
• Erros em média um caso em um bilhão de
nucleotídeos;
l tíd
• Bactérias: 500 nucleotídeos p
por segundo;
g
;
• 50 nucleotídeos por segundo;
• Erros podem levar à mutação Æ evolução!
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
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Ácidos Nucléicos e Código
Genético
18
3.RNA: o controle da síntese de
proteínas
• Proteínas Æ morfologia e funcionamento
do indivíduo;;
• DNA Æ controla
t l a fabricação
f bi
ã de
d proteínas
t í
e as atividades da célula;
• A informação do DNA é interpretada e
executada pelo RNA;
Ácidos Nucléicos e Código
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19
Os três tipos de RNA
• Ú
Único filamento de polinucleotídeos;
• Todos os 3 tipos de RNA são fabricados
no núcleo;
• RNA-m
RNA
Æ Leva
L
o código
ódi
d DNA para o
do
citoplasma, onde determinará a seqüência
de aminoácidos da proteína;
• RNA-t Æ Transporta aminoácidos;
Ácidos Nucléicos e Código
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• RNA-r
ÆParticipa
ribossomos;
ib
da
estrutura
dos
• Trabalho dos três RNA é executado em duas
grandes
d etapas:
t
a transcrição
t
i ã e a tradução
t d ã
• DNA Æ RNA-m = Transcrição
• RNA-m + RNA-tt = Proteína
ote a = Tradução
adução
Ácidos Nucléicos e Código
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Transcrição do código genético: a
síntese do RNA-m
• Apenas um dos filamentos do DNA é
para a síntese do RNA-m;;
usado p
• RNA polimerase Æ específica para ligar
apenas riboses (diferente da DNA
polimerase);
• Síntese de RNA-m - Abertura da fita de
DNA ÆÆ encaixe dos nucleotídeos de
RNA ÆÆ AUGCCUGAU
TACGGACTA
Ácidos Nucléicos e Código
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Ácidos Nucléicos e Código
Genético
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Tradução do código genético: do RNA
à proteína
• Uma seqüência de bases no RNA passa
para uma seqüência
p
q
de a.a;;
• O código genético contido no DNA é
materializado na forma de uma proteína;
• Cada grupo de três bases consecutivas do
RNA-m corresponde a uma a.a (códons);
• UAG,
UAG UAA e UGA Æ fim;
• AUG Æ metionina (começo);
Ácidos Nucléicos e Código
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• RNA-t Æ capaz de se ligar a unidade de a.a
di
dissolvidos
l id no citoplasma
i l
e transportar essas
unidades até o RNA-m.
• RNA-t é um filamento de 70 nucleotídeos
dobrado
no
espaço
espaço,
com
bases
emparelhadas e livres;
• Possui numa das extremidades as bases
p
CCA. O anticódon varia de um transportador
para outro, encaixando-se nos códons do
RNA-m;
Ácidos Nucléicos e Código
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25
• Para cada um dos vinte tipos de aminoácidos
e iste um
existe
m transportador diferente,
diferente tornando o
transportador específico para cada a.a
(diferenças no anticódon);
• Para cada uma das ligações entre um a.a
aa e
seu RNA-t, existe uma enzima com formato
específico que garante tal exclusividade;
específico,
• Tradução realizada nos ribossomos;
• RNA-t, com os respectivos a.a, vão se
encaixando nos códons correspondentes do
RNA-m.
Ácidos Nucléicos e Código
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26
• Anticódon CGA, RNA-t transporta alanina
((códon GCU);
);
• Códons do RNA-m determina a seqüência de
a a Æ proteína Æ característica do
a.a
organismo;
• RNA-m desliza pelos polissomas Æ a.a vão
se unindo Æ liberação dos RNA
RNA-t;
t;
Ácidos Nucléicos e Código
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Ácidos Nucléicos e Código
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Ácidos Nucléicos e Código
Genético
29
RNA-r: o catalisador do processo de
tradução
• Tradução envolve: ativação dos a.a Æ
pontos de começo
p
ç e fim Æ remover a.a
metionina e etc;
• O RNA da subunidade menor catalisa a
união RNA-m e RNA-t;
• A subunidade maior confere as ligações
peptídicas entre os a.a;
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
30
• Tais subunidades se juntam no início e se
separam no final;
final
• A união de a.a em bactérias leva 1/20 s (400
(
aminoácidos em média 20s);
• As proteínas são formadas por mais de uma
cadeia polipeptídica (pontes bissulfeto,
atrações
t õ
elétricas
lét i
e etc),
t ) sendo
d o gene
responsável apenas pela fabricação de um
polipeptídeo. As proteínas são formadas por
um trabalho conjunto.
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
31
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
32
4.Como os genes são “ligados”
e “desligados”
• Células possuem a mesma coleção de
genes ((células nervosas,, epiteliais
g
p
e
musculares);
• Diferem por possuírem alguns genes em
atividade e outros não;
• Mas, como é feito o controle dos genes
que vão funcionar ou não?
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
33
• Existem quatro tipos de genes ao longo da
moléc la de DNA:
molécula
DNA o gene estrutural,
estr t ral o gene
repressor, o gene promotor e o gene
operador;
• O gene estrutural: setor do DNA responsável
pela síntese de RNA-m, o qual comandará a
síntese de proteínas;
• O gene promotor: se liga à enzima RNA
polimerase;
• O gene operador: vizinho do gene promotor,
promotor o
qual é bloqueado pelo gene regulador. Se
estiver
ti
bl
bloqueado
d atinge
ti
o promotor.
t
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
34
• O gene regulador: produz uma proteína
denominada repressor,
repressor que
q e é prod
produzida
ida pelo
gene regulador e pode bloquear o gene
promotor e o gene operador. Dependendo do
tipo
p de repressor,
p
,p
podemos ter dois casos de
controle: a indução e a repressão.
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
35
Indução
• Operador inicialmente bloqueado pelo
p
;
repressor;
• Proteína grande que “cobre”, também,
parte do gene promotor;
• Promotor não se liga à RNA polimerase Æ
genes estruturais inativos;
• Substância modifica a forma do repressor;
• Exemplo:
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
36
• INDUÇÃO DOS GENES QUE PRODUZEM
AS ENZIMAS PARA A UTILIZAÇÃO DA
LACTOSE PELA BACTÉRIA Escherichia coli.
• Introdução da própria lactose na bactéria;
• A lactose modifica a forma do repressor Æ
inativo;
• Evita gasto de materiais e energia;
• E. coli do intestino humano quando tomamos
leite ou comemos derivados Æ produção de
enzima p
para utilizar a lactose.
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
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Ácidos Nucléicos e Código
Genético
38
Repressão
• O repressor não é, a princípio, ativo na
p
, e o operador
p
fica livre;;
repressão,
• Genes estruturais ativos;
• Genes
G
estruturais
t t i modificados
difi d por alguma
l
substância vinda do ambiente ou
produzida pela própria célula;
• Exemplo:
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
39
• INTERRUPÇÃO NA PRODUÇÃO DAS
ENZIMAS QUE FABRICAM O
AMINOÁCIDO TRIPTOFANO QUANDO
ESSE AMINOÁCIDO
Á
SE ACUMULA NA E.
coli.
• O sistema
i t
pára
á
d funcionar
de
f
i
quando
d há
excesso;
• E. coli do nosso intestino, quando comemos
carne ou outro alimento rico em triptofano.
triptofano
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
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Ácidos Nucléicos e Código
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Ácidos Nucléicos e Código
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42
5 Mutações
5.Mutações
• A mutação é uma alteração na sequência
de bases nitrogenadas
g
de um segmento
g
do
DNA;
• Pode ocorrer naturalmente (incorporação
errada) e não correção pelas enzimas;
• Fatores mutagênicos – radiações, raios
cósmicos, exames de raio X, UV do Sol,
substâncias químicas como no cigarro,
fungos
u gos e p
plantas.
a as
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
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• Podem quebrar a molécula de DNA,
acrescentando ou
o retirando nucleotídeos,
n cleotídeos ou
o
alterar o pareamento normal de bases;
• Análogos de bases são incorporados durante
a duplicação (pareamentos impróprios);
• A alteração de uma única Æ consequências
sérias
éi
(
(anemia
i falciforme)
f l if
) – troca
t
d códon
do
ód
troca um aminoácido;
• Pode ocorre a formação de um novo códon,
responsável pelo mesmo aminoácido;
• Exemplo:
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
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• Ácido glutâmico Æ Codificado por CAA e CAG;
G
• Mutações silenciosas
Não modifica o
aminoácido
• Código
g degenerado
g
protege
p
g contra um excesso
de mutações;
• Mutação adiciona ou retira uma base:
9Mais violento, sequência alterada Æ proteína
diferente.
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
45
• Mutações gênicas Æ afetam genes
indi id almente
individualmente;
• Mutações
ç
cromossomiais Æ alteram toda
uma região do cromossomo ou ele por inteiro;
• Câncer Æ alteração nos genes que controlam
a divisão celular, formando células atípicas;
• Em sua maioria, mutações são prejudiciais;
• Mutações que “melhoram”
melhoram Æ seleção natural
Æ aumenta de número ao longo das
gerações
õ Æ evolução
l ã das
d espécies!
é i !
Ácidos Nucléicos e Código
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Ácidos Nucléicos e Código
Genético
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Ácidos Nucléicos e Código
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6 A engenharia genética
6.A
• Microrganismos
g
para p
p
produzir vinho,, cerveja
j e
queijos;
• Antibióticos de fungos;
• Organismos
com
maior
resistência
ou
produtividade;
• No p
passado Æ complicado!
p
Descobrir e
selecionar, na natureza, mutantes com
características desejadas ou provocar mutações
ao acaso em indivíduos normais.
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
49
• Cruzar espécies diferentes Æ mistura das
características desejadas;
desejadas
• Biotecnologia
g – Uso dos organismos
g
ou de
seus produtos em benefício do homem;
• Engenharia genética – é uma nova
biotecnologia, transplante de genes de uma
espécie
é i para outra,
t
criando-se
i d
uma molécula
lé l
de DNA que não existia na natureza.
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
50
Fábricas de proteínas
• Enzimas de restrição – encontradas em
bactérias;;
• Tesouras em trechos específicos do DNA;
• Ex:.
E E.
E colili Æ EcoRI
E RI Æ reconhece
h
ttrechos
h
de DNA com a sequência GAATTC (corta
entre G e o A);
• Fragmentos de DNA de organismos
diferentes e juntar com a DNA ligase.
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
51
• DNA recombinante – DNA com uma nova
combinação de genes,
genes
prod ido em
produzido
laboratório;
• E. coli como fábricas de proteínas humanas;
• Bactérias – DNA cromossômico e plasmídio
(DNA circular) ÆÆ genes produtores de
enzimas que neutralizam antibióticos ou
atacam outras bactérias;
• Plasmídios
Pl
ídi
utilizados
tili d
como receptores
t
d
de
genes de outras espécies.
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
52
Plasmídios retirados
enzima de restrição
gene humano para insulina + plasmídio
DNA recombinante
inseridos na bactéria Æ clones!
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
53
• Antes da engenharia genética: insulina de
s ínos
suínos;
• Algumas
g
p
pessoas eram alérgicas;
g
;
• Proteínas já em produção:
9I t f
9Interferon;
9Ativador de p
plasminogênio
g
tissular ((TPA)) Æ
coágulos
9Fator anti
anti-hemofílico
hemofílico (coagulação do sangue);
9Eritropoetina;
p
9Vacina contra hepatite B.
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
54
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
55
A “impressão
impressão digital”
digital de DNA
• DNA + enzima de restrição Æ Fragmentos
com tamanhos diferentes;
• Cada indivíduo possui uma coleção
característica de fragmentos;
• Quando comparamos o conjunto de
fragmentos de dois indivíduos
indi íd os aparentados,
aparentados
notamos que eles são semelhantes, mas não
idê ti
idênticos.
M ti ?
Motivo?
Variedade g
genética ((mutação
ç e recombinação).
ç )
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
56
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
57
• Mutações podem:
9Duplicação dos nucleotídeos (DNA aumenta
de tamanho);
9Retirada de nucleotídeos (DNA diminui de
t
tamanho);
h )
• Separação
p ç em função
ç do tamanho;;
• Eletroforese;
• Fragmentos
F
t maiores
i
– devagar;
d
• Fragmentos
ag e tos menores
e o es – rápido;
áp do;
• Formação de faixas ou bandas;
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
58
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
59
• Comparação entre um grande número de
fragmentos de duas pessoas Æ impossível
encontrar dois padrões de banda iguais. Por
que?
?
Mutações ao acaso, não se evidenciando em
característica, pois estão em regiões inativas.
• “impressão
impressão digital”
digital ou um “código
código de barras”
barras
típico de cada pessoa;
• Criminologia;
Ci i l i
• Paternidade;
• Extração a partir de glóbulos brancos (criança,
mãe e suposto pai)
pai).
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
60
• Tratado, isoladamente, pelas mesmas
en imas de restrição;
enzimas
restrição
• Grau de acerto: 99,99%;
,
;
• Antes: realização de exame de grupo
sanguíneo;
• Reação em cadeia da polimerase ou PCR
(polimerase chain reaction) Æ milhões de
cópias de um segmento de DNA.
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
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Ácidos Nucléicos e Código
Genético
62
Animais e plantas transgênicos
• Organismos transgênicos Æ aqueles que
incorporam
p
g
genes de outros organismos;
g
• Camundongo gigante (GH);
• Produção
Prod ção de gametas com o gene
transplantado;
• Suínos (GH) Æ mais proteína que gordura;
• Ovelha que produz fator anti-hemofílico no
leite.
Ácidos Nucléicos e Código
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63
• Transplante para a planta do tabaco de um
gene da bactéria Bacillus
Bacill s th
thurgiensis
rgiensis (toxina
(to ina
para larvas dos insetos predadores);
• Feijão da EMBRAPA que produz metionina
(presente no arroz
arroz, mas não no feijão)
feijão).
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
64
A terapia gênica
• Diagnóstico e tratamento de doenças
g
genéticas;
;
• Gene para a doença Æ fabricação de um
filamento complementar
complementar, identificando tal
região;
• A doença, ou sua predisposição, poderá
ser detectada ainda no embrião (retira-se
(retira se
líquido amniótico para exame).
Ácidos Nucléicos e Código
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65
• 1990 – menina incapaz de produzir Ac;
• Transfusão de seus próprios glóbulos
brancos, sem o gene defeituoso e com o
gene normal;
• Produção
P d ã de
d substâncias
b tâ i
que atacam
t
o
câncer;
• Diabetes – vírus atenuados que levariam o
gene para fabricação de insulina.
insulina
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
66
Ácidos Nucléicos e Código
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67
O Projeto Genoma Humano
• Informação de uma simples bactéria –
2000 páginas;
p g
;
• Célula humana – 1 milhão de páginas;
• 3 bilhõ
bilhões d
de pares d
de b
bases;
• 5% a 10%
0% d
diferem
e e de pessoa pa
para
a
pessoa;
• Número estimado de genes
genes: 50 mil e 100
mil.
Ácidos Nucléicos e Código
Genético
68
• Pretende descobrir onde está cada um dos
genes – o mapeamento – e estabelecer a
sequência de bases de cada gene –
sequênciamento;
• Aplicações:
9Genes para doenças genéticas;
9Funcionamento dos genes e sua participação;
9Sequência de aminoácidos;
9O homem e outras espécies;
9Fabricação de proteínas por E.G.
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