UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA
CAP 03 –GENÉTICA MOLECULAR
(PARTE II)
FUNÇÕES DO MATERIAL GENÉTICO
 DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA (Francis Crick)
REPLICAÇÃO
TRANSCRIÇÃO
DNA
mRNA
TRADUÇÃO
Cadeia
Polipeptídica
Dogma Central da Biologia
Núcleo
Repilicação
Transcrição
Processamento RNA
Ribossomo
Tradução
Polipeptídeo
Visão geral da expressão gênica
Fita não molde ou sense
DNA
Fita molde ou anti sense
m RNA
Região não Códon de
início
traduzida
t RNA
Polipeptídeo
Códons
Anti Códons
Replicação do DNA
Fita nova
DNA
Dupla hélice
Replicação semi-conservativa
Fita velha
Replicação semi
conservativa
Replicação conservativa
Replicação dispersiva
Experimentos de Meselson & Sthal (1958)
a) Predição do modelo semiconservativo
1ª geração
2ª geração
b) Predição do modelo conservativo
1ª geração
2ª geração
c) Predição do modelo dispersivo
1ª geração
2ª geração
Processo de Replicação do DNA
Fitas molde
Fita descontínua
Fita contínua
Movimento do garfo
DNA POLIMERASE
3’
Proteínas
de ligação
Fragmento
DNA
Ligase
de Okazaki
Polimerase I
Filamento
Primer de RNA
descontínuo
5’
Primer de RNA
Fragmento de Okazaki
Helicase
Movimentação
da forquilha
de replicação
Replicação do DNA em Procariotos
Filamento
contínuo
5’
Primase
Dímero
de DNA
Polimerase III
3’
3’
5’
Girase
1. Primase sintetiza
copiados do DNA
pequenos
pedaços
de
RNA
2. DNA polimerase III alonga o primer de RNA com novo DNA
Segmentos
~1000b
3. DNA polimerase I remove o RNA e preenche a falha
4. DNA ligase reune os fragmentos adjacentes
Replicação de cromossomo de eucariontes
Replicação em três pontos de origem
Cromossomo
Réplicas de DNA (moléculas filhas)
Cromátides irmãs
Precisão da Replicação
Humanos: 5,81 x 109 pb em cada célula somática
Analogia com erros de digitação em um livro:
Livro de Genética: 95 letras por linha, 36 linhas/página
ou seja, 95 x 36 = 3420 letras/página : por analogia 3420 pb
Assim 5,81 x 109/ 3420 = O genoma humano poderia ser escrito em
1.698.830 páginas
O livro de genética tem 472 páginas, ou seja para escrever todas as
bases do DNA seriam necessários aproximadamente 3.600 livros de
genética.
Na replicação do DNA seria como digitar esses 3.600 livros de 472
páginas sem erros.
O erro esperado é de apenas 10-6 ou seja, 5.810 bases erradas.
TRANSCRIÇÃO
 Processo de síntese de uma molécula de RNA
utilizando uma das fitas do DNA como molde
Núcleo
DNA
(Informações)
mRNA
Citoplasma
Síntese
protéica
 Genes individuais ou grupos de genes
TRANSCRIÇÃO
 RNA polimerase
 Sítio promotor
 Desfaz as pontes de H+
 Síntese do RNA 5´ → 3´
 Procariontes vs Eucariontes
TRANSCRIÇÃO EM PROCARIONTES
DNA
Transcrição
5’
3’
mRNA
TRANSCRIÇÃO EM PROCARIONTES
Fita não molde ou senso
DNA
5´
A G C A T T G A T
3´
3´
T C G T AA C T A
RNA polimerase
5´
Fita molde ou antisenso
mRNA
5´
A G C A U U G A U 3´
TRANSCRIÇÃO EM PROCARIONTES
Fita molde ou antisenso
RNA polimerase
DNA
5´
A G C A T T G A T
3´
3´
T C G T AA C T A
5´
Fita não molde ou senso
mRNA
5´
A U C AA U G C U
3´
TRANSCRIÇÃO
TRANSCRIÇÃO EM PROCARIOTOS
mRNA
5´ GAUAGAUGGUACUAACGAUACGGUGAGGUUAAAAC 3´
Fita molde
RNA
Desenrola
Fita molde do
gene 2
Enrola
DNA
RNA
RNA
polimerase
Fita molde do
Gene 1
RNA
Polimerase
Fita senso do
Gene 2
Adição à extremidade 3’
RNA
Fita molde
de DNA
Processamento de RNA Eucariótico
DNA
Núcleo
pré mRNA
ou hnRNA
Transcrição
Processamento
mRMA
Cadeia aminoácido
Transporte para
citoplasma
mRNA
Tradução
Ribossomo
TRANSCRIÇÃO EM EUCARIONTES
DNA
Íntron
Éxon
Transcrição
5’
3’
Pré-mRNA
ou hnRNA
Processamento:
- Adição – capacete 5’ (G-CH3)
- Adição – cauda 3’ (poli - A)
- Retirada de íntrons e união de éxons
5’
3’
mRNA
G-CH3
AAAAA
Remoção dos íntrons
Local do corte
Frequência de
ocorrência (%)
Local do corte
Recomposição alternativa (Alternative Splicing) do mRNA
TRADUÇÃO – Síntese protéica
 Processo de decodificação da informação
existente na sequência de nucleotídeos do mRNA
em um sequência de aminoácidos da cadeia
polipeptídica
 + complexo que a replicação e transcrição
(mRNA, tRNA, ribossomos, enzimas, aá, ATP e GTP)
CÓDIGO GENÉTICO
 04 bases ► 20 aá
 Trinca de nucleotídeos ►aá
 43 = 64 códons
 CÓDON
 Identificar ------ CÓDON ► aá
 Síntese de cadeias polipeptídicas in vitro
Polinucleotídeo
fosforilase
mRNA sintético
Cadeia
polipeptídica
CÓDIGO GENÉTICO
Polinucleotídeo
fosforilase
Difosfato de
Uridina – UDP
(Meio)
mRNA -- Poli-U
PoliFenilalanina
CÓDON 5’ UUU 3’ ------ aá fenilalanina
CÓDON 5’ AAA 3’ ------ aá lisina
CÓDON 5’ CCC 3’ ------ aá prolina
CÓDON 5’ GGG 3’ ------ aá Glicina
CÓDIGO GENÉTICO
 Método desenvolvido por Niremberg e Leder em
1964
 tRNA – aá ------ complexo ribossômico – mRNA
 Aminoacil – tRNA sintetase
 Pelo menos um tRNA para cada aá
CÓDIGO GENÉTICO
Sítio de ligação
do aminoácido
ALANINA
Terceira Letra
Primeira Letra
Segunda Letra
Propriedades do Código Genético
Deleção de uma base
1- Códon é de
3 letras
Deleção de três bases
Propriedades do Código Genético
1) A unidade do código (Códon) é constituída de três
letras:
5’ UGU
GUG
UGU GUG 3’
cisteína valina
2) O código tem ponto inicial.
5’ AUG 3’
Metionina
Formil-metionina
3. O código não é sobreposto
Código
sobreposto
Início
Código não
sobreposto
Propriedades do Código Genético
4) O código não tem vírgulas.
5) O código é degenerado.
6) O código não é ambíguo.
7) O código é universal.
8) O código tem ponto final.
UAA ; UGA e UAG
Carregamento do tRNA pela aminoacil-tRNA sintetase
Peter J. Russell, iGenetics: Copyright © Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings.
Diferenças na síntese protéica entre procariotos e
eucariotos
Proteína
Subunidade
Ribossomo
Procarionte
Eucarionte
Início da tradução em
procariontes
Códon de
iniciação
Início da tradução em
eucariontes
O complexo de iniciação forma-se
na ponta 5’ e o percorre no sentido
3’ à procura de um códon de início.
O reconhecimento do código de
início dispara a montagem do
ribossomo completo e a dissociação
dos fatores de iniciação.
Etapas do alongamento da tradução
Reconhecimento entre tRNA e mRNA
• O anticódon do tRNA liga-se ao códon
complementar do mRNA
tRNAs são nomeados
de acordo com o aá
que ele carrega
Proline
anticodon
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Modelo esquemático do ribossomo
durante o alongamento da tradução
Cadeia polipeptídica
em crescimento
Liberação do
tRNA do sítio E
Centro da Peptidil
Transferase
Centro de
decodificação
Movimento do ribossomo
A ligação peptídica
Amino
terminal
Carboxi
terminal
Ligação Peptídica
Término da tradução
A tradução termina quando os fatores de
liberação reconhecem os códons de fim
no sítio A do ribossomo
Fator de liberação
Cadeia polipetídica
tRNA’s
Dissociação das
subunidades do
ribossomo
Sequência de sinal marcam proteínas para secreção
a) Estrutura primária
b) Estrutura secundária
Pontes de hidrogênio entre
aminoácidos em diferentes
pontos na cadeia polipeptídica
c) Estrutura terciária
d) Estrutura quaternária
INIBIDORES DA SÍNTESE PROTÉICA
Inibidor
Sistema inibidor
Modo de Ação
Iniciação
Ac. Aurintricarboxílico
Procarioto
Impede a ligação
subunidade 30 S
do
IF
Kasugamicina
Procarioto
Inibe a ligação da fmet-tRNAf
Estreptomicina, outros
aminoglicosídeos
Procarioto
Inibe a iniciação da tradução
Elongação: Ligação da aminoacil-tRNA
Tetraciclina
Estreptomicina
Procarioto
Inibe a ligação da aminoaciltRNAs
Procarioto
Erro de leitura no códon,
inserção do aa incorreto
Inativação do Ribossomo
Ricina
Eucarioto
Inativação catalítica do rRNA
28S
à
INIBIDORES DA SÍNTESE PROTÉICA
Inibidor
Sistema inibidor
Modo de Ação
Elongação: Formação da ligação do peptídeo
Sparsomicina
Procarioto
Cloranfenicol
Procarioto
Cicloeximida
Eucarioto
Inibidor da peptidil transferase
Inibe a atividade da peptidil
transferase
Inibe a atividade da peptidil
transferase
Elongação: Translocação
Proteína da difteria
Eucarioto
Bloqueia a translocação durante
a tradução inativando o fator de
elongação eEF2
Terminação Prematura
Puromicina
Ambos
Entra no lugar de aminoaciltRNA e causa término prématuro da tradução
Expressão fenotípica
DNA
Gene
Proteina
Trait
MANIFESTAÇÃO
FENOTÍPICA
DNA
Transcrição
hnRNA
Processamento
mRNA
Tradução
Proteína
Função enzimática
Substrato
Pigmentos
coloridos
Esquema da expressão do gene para a cor da flor.
A proteína sintetizada atua como enzima na conversão do substrato em
pigmentos coloridos. Apesar deste gene estar presente em todas as células
da planta, ele só se manifesta nas pétalas da flor.
MUTAÇÕES
 Mecanismo capaz de criar variabilidade – novos
alelos de um gene
 Mudanças hereditárias que representam as bases
genéticas da variação
Purinas
Pirimidinas
A
T
Transição
Transversão
G
C
TIPOS DE MUTAÇÃO: Substituição de bases
DNA
5’ . . . TCG . . . 3’
3’ . . . AGC . . . 5’
Fita molde
transcrição
mRNA
5’ . . . UCG . . . 3’
tradução
Polipeptídio
DNA
5’ . . . TCC . . . 3’ 5’ . . . TTG . . . 3’
3’ . . . AGG . . . 5’ 3’ . . . AAC . . . 5’
transcrição
mRNA
transcrição
5’ . . . UCC . . . 3’ 5’ . . . UUG . . . 3’
tradução
Polipeptídio
H2N . . . SERINA . . . COOH
H2N ... SER ... COOH
Silênciosa
tradução
H2N ... LEU ... COOH
Sentido errado
5’ . . . TAG . . . 3’
3’ . . . ATC . . . 5’
transcrição
5’ . . . UAG . . . 3
tradução
H2N ... Término
Sem sentido
TIPOS DE MUTAÇÃO: Adição ou deleção de bases
DNA
5’ ATG CCG ACG TAT CAG TAA 3’
3’ TAC GGC TGC ATA GTC ATT 5’
Fita molde
transcrição
mRNA
5’ AUG CCG ACG UAU CAG UAA 3’
tradução
Polipeptídeo
H2N MET PRO THR TYR GLN COOH
Adição T na 7ª posição
5’ ATG CCG TAC GTA TCA GTA A 3’
3’ TAC GGC ATG CAT AGT CAT T 5’
transcrição
5’ AUG CCG UAC GUA UCA GUA A 3’
tradução
H2N MET PRO TYR VAL SER VAL
Deleção G na 9ª posição
5’ ATG CCG ACT ATC AGT AA 3’
3’ TAC GGC TGA TAG TCA TT 5’
transcrição
5’ AUG CCA ACU AUC AGU AA 3’
tradução
H2N MET PRO THR ILE SER
A comparison of phenotype and genotype at the molecular, organismal and cellular levels
DEFINIÇÕES
Genes: segmento de DNA, situado numa posição específica de
um determinado cromossomo que participa da
manifestação de um certo caráter
 Genes diferentes
 Diferentes nº de pb
 Diferentes nº de éxons e íntrons
Alelos: formas alternativas de um gene, situado em um mesmo
loco em cromossomos homólogos e responsáveis
pelas diferentes manifestação fenotípicas do caráter
 Alelos diferentes de um mesmo gene
 Mesmo nº de pb (mutação por substituição)
 Nº semelhantes de pb (mutação por adição ou
deleção)
DEFINIÇÕES
Genoma: conjunto haplóide de cromossomos, portando todos
os genes de uma espécies
Haplóide: células que possuem o número básico de
cromossomos
Diplóide: indivíduo ou célula que possui um genoma em
duplicata, ou seja, os cromossomos homólogos
ocorrem aos pares
Número de genes de algumas espécies
Número de genes
Espécies
(* estimado)
Mycoplasma genitalium
470
Rickettsia prowazekii
834
Haemophilus influenzae
1.743
Escherichia coli
4.288
Saccharomyces cerevisiae
6.034
Drosophila melanogaster
12.000*
C. elegans
19.000*
Arabidopsis thaliana
25.000*
Homo sapiens
22.000*
Oryza sativa
40.000*
Zea mays
32.000*