Revisão sobre Proteínas e Ácidos Nucleicos

Revisão Proteínas e Ácidos nucleicos Profa Pricila da Silva Cunha Disciplina Biologia Molecular Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA MOLECULAR A Biologia Molecular é a área da biologia que estuda a estrutura e função das macromoléculas associadas aos processos biológicos especialmente a base molecular da herança e da síntese de proteínas Inclui mecanismos de expressão e de regulação da expressão gênica especialmente replicação transcrição e tradução Introdução A passagem da informação do DNA para RNA e proteínas orienta o tamanho forma e o funcionamento de todos os seres vivos httpsgeneticliteracyprojectorg20190521opensourcegene expressionplatformcouldyieldmoreefficientfoodbiofuelcrops Introdução Proteínas As proteínas são polímeros de aminoácidos PROTEÍNAS Os grupos R diferem em estrutura tamanho e carga elétrica Estrutura dos aminoácidos comuns O átomo de carbono α exceto da glicina é um centro quiral enantiômeros L e D As proteínas contêm resíduos de Laminoácidos Proteínas Os resíduos de aminoácidos são unidos pela ligação peptídica Como os aminoácidos se unem para formar uma proteína Proteínas Quatro níveis de estrutura proteica Estrutura primária Estrutura tridimensional Função proteica Enzimas As enzimas são catalisadores biológicos altamente específicos aumentam a velocidade da reação ao diminuírem a energia de ativação ΔG As enzimas podem ser proteínas ou RNAs ribozimas ENZIMAS Enzimas A propriedade característica das reações catalisadas por enzimas é que a reação ocorre confinada em um bolsão da enzima denominado sítio ativo A molécula que liga no sítio ativo e sobre a qual a enzima atua é denominada substrato As enzimas fornecem um novo caminho para a reação onde o equilíbrio é atingido muito mais rapidamente devido ao aumento da velocidade httpprofissaobioteccombrenzimasespeciais muitomaisdoqueumasimplescatalise Enzimas Ácidos nucleicos DNA e RNA Existem dois tipos de ácidos nucleicos DNA ácido desoxirribonucleico e RNA ácido ribonucleico DNA responsável pelo armazenamento e transferência da informação biológica RNA apresenta uma ampla diversidade de funções atuando principalmente na síntese de proteínas ÁCIDOS NUCLEICOS DNA E RNA IMPORTANTE Na maioria dos organismos o DNA carrega a informação genética Entretanto alguns vírus utilizam o RNA em vez do DNA como material genético ex retrovírus como o HIV O QUE É UM GENE GENE corresponde a um segmento de uma molécula de DNA que contém a informação necessária para a síntese de um produto biologicamente funcional seja RNA ou proteína RNA mRNA tRNA rRNA Ribozimas RNAs com função regulatória RNA mRNA tRNA rRNA Ribozimas RNAs com função regulatória Material genético vírus de RNA Função regulatória DNA Armazenamento e transferência da informação biológica Gene Proteína ncRNA mRNA Ácidos nucleicos DNA e RNA Nucleotídeos NUCLEOTÍDEO uma base nitrogenada um açúcar pentose um ou mais grupos fosfato E qual é a estrutura dos nucleotídeos Os ácidos nucleicos DNA e RNA são polímeros de nucleotídeos IMPORTANTE Nucleosídeo corresponde ao nucleotídeo sem o grupo fosfato Nucleotídeos BASES NITROGENADAS derivadas de purinas e pirimidinas OBS Apenas raramente a timina é encontrada no RNA ou a uracila no DNA Nucleotídeos PENTOSE AÇÚCAR existem dois tipos de pentose Dribose RNA e 2desoxiD ribose DNA É a pentose que define a identidade do ácido nucleico Ribose RNA Desoxirribose DNA Nucleotídeos Os nucleotídeos que compõem o DNA são denominados desoxirribonucleotídeos desoxirribonucleosídeo5monofosfato Nucleotídeos Os nucleotídeos que compõem o RNA são denominados ribonucleotídeos ribonucleosídeo5monofosfato Importante Ácidos nucleicos com 50 nucleotídeos oligonucleotídeos Ácidos nucleicos com 50 nucleotídeos polinucleotídeos Estrutura dos ácidos nucleicos A estrutura primária dos ácidos nucleicos é sua sequência nucleotídica E como os nucleotídeos se organizam para formar os ácidos nucleicos Os nucleotídeos ligamse por meio de ligações fosfodiéster Esqueleto de açúcarfosfato é hidrofílico Bases nitrogenadas são hidrofóbicas moléculas aromáticas A cadeia polinucleotídica é sempre sintetizada na direção 53 Estrutura secundária do DNA 1 A composição de bases do DNA varia de uma espécie para outra 2 Amostras de DNA de diferentes tecidos de uma mesma espécie têm a mesma composição de bases 3 A composição de bases não altera com a idade do organismo estado nutricional ou mudança de ambiente 4 Em todos os DNAs celulares independentemente da espécie A T e G C ou seja A G T C Relações Quantitativas do DNA Regras de Chargaff Quais eventos levaram à elucidação da estrutura tridimensional do DNA A estrutura secundária do DNA estrutura tridimensional corresponde à estrutura helicoidal duplahélice resultante da associação das duas cadeias polinucleotídicas que formam o DNA Estrutura secundária do DNA Rosalind Franklin e Maurice Wilkins início década de 1950 Difração por raios X de fibras de DNA Padrão de difração por raios X de fibras de DNA O DNA é uma molécula helicoidal com duas periodicidades 34 Å e 34 Å Estrutura secundária do DNA James Watson e Francis Crick 1953 Elucidação da estrutura tridimensional do DNA BDNA Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina 1962 junto com Maurice Wilkins Estrutura secundária do DNA Modelo tridimensional do DNA proposto por Watson e Crick BDNA Duas cadeias que formam uma duplahélice com orientação à direita Esqueleto de açúcarfosfato voltado para o exterior da hélice Bases nitrogenadas empilhadas dentro da duplahélice e perpendiculares ao eixo longitudinal Sulcos maior e menor importantes para a ligação de algumas proteínas que atuam na regulação da expressão gênica Estrutura secundária do DNA 2 ligações de H A T 3 ligações de H G C Cadeias de DNA são antiparalelas e complementares Pareamentos de bases do tipo WatsonCrick A T G C Duplex de DNA é mantido por ligações de H entre bases complementares e principalmente por interações de empilhamento de bases Estrutura secundária do DNA Duas periodicidades 34 Å e 36 Å 105 pbvolta Estrutura secundária do DNA BDNA encontrado em condições fisiológicas orientação da hélice para a direita ADNA encontrado em soluções com pouca água hélice mais larga que a do BDNA e com orientação para a direita ZDNA encontrado como pequenas extensões trechos no DNA de bactérias e eucariotos hélice mais fina e alongada que a do BDNA e com orientação para a esquerda Forma A Forma Z Forma B Independente da variação estrutural as cadeias de DNA permanecem antiparalelas complementares e com pareamento WatsonCrick A T G C A estrutura tridimensional do DNA pode alterar dependendo das condições em que o DNA se encontra e em alguns casos dependendo da sequência de bases nitrogenadas Estrutura terciária do DNA A estrutura terciária do DNA corresponde à associação do DNA duplahélice com proteínas principalmente histonas e sua compactação na forma de cromossomos ESTRUTURA TERCIÁRIA DO DNA As moléculas de DNA são muito maiores do que as células que as contêm por isso devem ser compactadas para caberem no seu interior DNA de uma célula de E coli lisada Nesta micrografia eletrônica diversos plasmídeos circulares pequenos estão indicados por setas brancas Cromossomo humano duplicado altamente condensado fase metáfase Estrutura terciária do DNA COMO O DNA CABE DENTRO DAS CÉLULAS A compactação do DNA ocorre graças a uma propriedade do DNA conhecida como supertorção superenrolamento que significa enrolar uma espiral Estrutura terciária do DNA Quando um DNA duplahélice se enrola sobre si mesmo ele forma uma nova hélice superhélice A superhélice de DNA normalmente é denominada supertorcida A supertorção do DNA é catalisada por enzimas denominadas topoisomerases Estrutura terciária do DNA Um cromossomo bacteriano típico é composto por uma grande molécula circular de DNA dobrado em uma série de alças torcidas e complexado a proteínas que ajudam na sua compactação proteínas que não são histonas O DNA bacteriano aparece como um aglomerado distinto o nucleoide dentro da célula bacteriana CROMOSSOMO BACTERIANO Estrutura terciária do DNA DNA de plasmídeos relaxados e supertorcidos IMPORTANTE Muitas bactérias exibem DNA adicional na forma de pequenas moléculas circulares denominadas plasmídeos que se replicam de forma independente do cromossomo bacteriano Estrutura terciária do DNA CROMOSSOMOS EUCARIÓTICOS Nos eucariotos o DNA encontrase associado a proteínas principalmente histonas formando a cromatina que se torna altamente compactada na forma de cromossomos Estrutura terciária do DNA A compactação do DNA na forma de cromossomos envolve vários níveis de enovelamento altamente organizado O primeiro deles consiste na associação do DNA com proteínas histonas formando unidades estruturais denominadas nucleossomos Micrografia eletrônica em que os nucleossomos se assemelham a um colar de contas Estrutura terciária do DNA Nucleossomo octâmero de histonas enrolado ao DNA fita dupla DNA de ligação o nucleossomo inclui 200 pb de DNA O octâmero de histonas consiste em um complexo de oito proteínas histonas duas moléculas de cada uma das histonas H2A H2B H3 e H4 o octâmero de histonas forma um cerne proteico ao redor do qual o DNA fita dupla é enrolado 147 pb Estrutura terciária do DNA O DNA de ligação separa cada octâmero de histonas do seguinte A histona H1 se associa ao DNA de ligação As caudas Nterminais das histonas com presença do aminoácido lisina projetamse para fora do octâmero e são importantes na interação com o DNA e outras proteínas Estrutura terciária do DNA Organização estrutural de um nucleossomo Estrutura terciária do DNA O próximo nível de organização da cromatina é a fibra de 30 nm na qual os nucleossomos dobram sobre si mesmos A compactação da cromatina continua fibras de 300 nm e fibras de 700 nm até atingir seu mais alto grau de condensação cromossomos Estrutura terciária do DNA Compactação do DNA nos cromossomos eucarióticos Estrutura terciária do DNA Níveis de organização da cromatina nos eucariotos de largura Estrutura terciária do DNA CADA MOLÉCULA DE DNA FOI COMPACTADA NO CROMOSSOMO MITÓTICO DE FORMA A FICAR 10000 VEZES MENOR DO QUE SEU COMPRIMENTO ESTENDIDO Tipos de cromatina Existem dois tipos de cromatina Eucromatina corresponde a regiões menos condensadas da cromatina regiões de genes ativos que estão servindo de molde para a síntese de RNA Heterocromatina corresponde a regiões altamente condensadas da cromatina regiões de genes inativos que não estão sendo transcritos em RNA Eucromatina Região de eucromatina de um cromossomo hipotético com genes ativos Heterocromatina Centrômero 1 CENTRÔMERO Os centrômeros são sítios de ligação para as fibras do fuso durante a divisão celular sendo essencial para o movimento correto dos cromossomos na mitose e na meiose São constituídos por repetições de uma sequência curta de nucleotídeos milhares a milhões de cópias DNA altamente repetitivo Duas regiões importantes de heterocromatina nos cromossomos eucarióticos são o centrômero e os telômeros 2 TELÔMEROS Os telômeros são as extremidades estabilizadoras de um cromossomo linear sendo constituídos por repetições de uma sequência curta de nucleotídeos DNA altamente repetitivo Possuem três funções principais Impedem a degradação dos cromossomos por nucleases tornandoos mais estáveis Impedem a fusão dos cromossomos Tornam possível a replicação das extremidades dos cromossomos sem perda de material genético Nos seres humanos a unidade repetida nos telômeros é 5TTAGGG3 que pode ser repetida de centenas a milhares de vezes formação da alça em T Heterocromatina Telômeros Eeltromicrografia mostrando uma alça em T Em alguns eucariotos o telômero forma uma estrutura denominada alça em T que protege a extremidade do cromossomo da degradação por nucleases Heterocromatina Telômeros Cromossomos contêm longas sequências de genes Organização dos genes em um cromossomo humano Funções do RNA O RNA apresenta uma ampla diversidade de funções tais como RNA mensageiro mRNA codifica a sequência de aminoácidos de uma ou mais proteínas RNAs não codificantes ncRNAs Noncoding RNAs funções regulatórias a nível da transcrição processamento póstranscricional e tradução RNA transportador tRNA molécula adaptadora na síntese proteica RNA ribossomal rRNA componente dos ribossomos RNAs com funções regulatórias catalíticas ribozimas ou que são precursores das três classes principais de RNA FUNÇÕES DO RNA Estrutura do RNA Enquanto o DNA é formado por duas cadeias polinucleotídicas o RNA é formado por uma única cadeia de nucleotídeos fita simples Estrutura do RNA Devido à sua diversidade de funções o RNA apresenta estruturas tridimensionais mais diversas e complexas do que o DNA Estrutura terciária do tRNAPhe de levedura