Questões Resolvidas Biologia Molecular Nucleo Duplicação e Síntese Proteica

1 Sobre o núcleo interfásico responda a Desenhe o núcleo interfásico com todos os seus componentes identificandoos e explique a diferença entre cromatina e cromossomo b Explique como é formado o nucleossomo incluindo as proteínas de ligação 2 Sobre a duplicação de DNA responda a Explique como ocorre o processo de duplicação do DNA completamente incluindo todas as enzimas envolvidas e como elas atuam b Explique o que são forquilhas de replicação com os fragmentos de Okazaki e como estes são removidos c Explique o que é mutação como elas podem ocorrer e como o sistema evita que isso ocorra com frequência 3 Sobre a síntese proteica responda a Cite as enzimas envolvidas assim como os diferentes tipos de RNA sintetizados destacando as principais funções de cada um deles b Explique como e onde são feitos os ribossomos c Explique todo o processo de transcrição incluindo o processamento do RNA mensageiro d Explique o que é splicing alternativo e porque ele é importante para as células e Explique todo o processo de tradução Questões 1 Sobre o núcleo interfásico responda a Desenhe o núcleo interfásico com todos os seus componentes identificandoos e explique a diferença entre cromatina e cromossomo b Explique como é formado o nucleossomo incluindo as proteínas de ligação 2 Sobre a duplicação de DNA responda a Explique como ocorre o processo de duplicação do DNA completamente incluindo todas as enzimas envolvidas e como elas atuam b Explique o que são forquilhas de replicação com os fragmentos de Okazaki e como estes são removidos c Explique o que é mutação como elas podem ocorrer e como o sistema evita que isso ocorra com frequência 3 Sobre a síntese proteica responda a Cite as enzimas envolvidas assim como os diferentes tipos de RNA sintetizados destacando as principais funções de cada um deles b Explique como e onde são feitos os ribossomos c Explique todo o processo de transcrição incluindo o processamento do RNA mensageiro d Explique o que é splicing alternativo e porque ele é importante para as células e Explique todo o processo de tradução Resolução 1 a A cromatina é a forma relaxada e descondensada do DNA tornandoo acessível para atividades celulares tais como transcrição e replicação enquanto o cromossomo é a forma condensada e altamente organizada do DNA que é visível durante a divisão celular Assim sendo os cromossomos são estruturas compactas e visíveis ao microscópio formadas a partir da condensação da cromatina b O nucleossomo é composto por uma porção de DNA enrolada ao redor de um núcleo de proteínas chamado histona Essa organização em nucleossomos é essencial para regular a expressão gênica e a estrutura da cromatina A formação do nucleossomo envolve os seguintes passos DNA e Histonas O DNA é uma molécula longa e linear que precisa ser compactada para caber no núcleo da célula e permitir a regulação da expressão gênica As histonas são proteínas com carga positiva e suas caudas se ligam ao DNA carregado negativamente Enrolamento O DNA se enrola em torno de um octâmero de histonas que consiste em dois de cada uma das quatro proteínas histonas principais H2A H2B H3 e H4 Isso forma uma estrutura semelhante a um carretel de linha onde o DNA é compactado e enrolado cerca de 17 voltas ao redor do octâmero de histonas Ligação de Histona H1 A histona H1 ligase ao DNA próximo à saída do octâmero ajudando a manter o DNA enrolado e estabilizando o nucleossomo 2 a A duplicação do DNA ocorre durante a fase S do ciclo celular e envolve várias etapas Desenrolamento A dupla hélice de DNA é desenrolada e separada em duas fitas complementares por uma enzima chamada DNA helicase Estabilização Proteínas como as topoisomerases ajudam a manter a estrutura do DNA estável durante o desenrolamento Início da replicação Enecessário um ponto de partida chamado de origem de replicação A proteína iniciadora DNA primase sintetiza pequenos fragmentos de RNA chamados primers na fita de DNA Síntese das fitas complementares A enzima DNA polimerase III adiciona nucleotídeos complementares à fita de DNA parental estendendo as fitas recémsintetizadas na direção 5 3 A DNA polimerase III requer um primer existente para começar a síntese Ligação de fragmentos de Okazaki Como as duas fitas de DNA são antiparalelas a síntese da fita contínua ocorre na direção 5 3 enquanto a fita oposta é sintetizada em fragmentos descontínuos chamados de fragmentos de Okazaki A DNA polimerase I remove os primers RNA e preenche as lacunas com DNA Ligação covalente A enzima DNA ligase liga os fragmentos de Okazaki criando uma fita contínua de DNA na fita atrasada b As forquilhas de replicação são regiões específicas onde ocorre a replicação do DNA durante o processo de síntese de uma nova fita de DNA complementar a partir de uma fita parental Se formam na direção oposta uma à outra e se movem ao longo do DNA durante a replicação Os fragmentos de Okazaki são pequenas porções de DNA que são sintetizadas na fita atrasada ou descontínua durante a replicação do DNA Enquanto uma das fitas de DNA chamada fita líder é sintetizada continuamente na direção 5 3 a outra fita chamada fita atrasada ou fita descontínua é sintetizada em fragmentos curtos e descontínuos Cada fragmento de Okazaki é iniciado por um primer de RNA sintetizado pela DNA primase e em seguida estendido pela DNA polimerase A remoção dos fragmentos de Okazaki e a união dos segmentos adjacentes ocorrem nas seguintes etapas Remoção do primer de RNA A enzima DNA polimerase I ou DNA pol I entra em ação para remover o primer de RNA e preencher a lacuna resultante com DNA Essa atividade exonucleolítica da DNA pol I permite a substituição do primer de RNA pelo DNA complementar Ligação dos fragmentos Após a remoção do primer de RNA e a substituição por DNA complementar os fragmentos adjacentes de Okazaki ainda estão separados A enzima DNA ligase entra em ação para unir covalentemente esses fragmentos formando uma única fita contínua de DNA Os fragmentos de Okazaki são removidos e os espaços entre eles são preenchidos resultando em duas fitas de DNA completamente sintetizadas e contínuas durante o processo de replicação do DNA c Uma mutação é uma alteração permanente na sequência de nucleotídeos do DNA e podem ocorrer de várias maneiras incluindo erros durante a replicação do DNA exposição a agentes mutagênicos por exemplo radiação ou substâncias químicas e mutações espontâneas Por isso existem mecanismos de correção de erros para minimizar mutações durante a replicação do DNA Isso inclui as atividades das enzimas exonucleases e DNA polimerases de correção de prova que verificam e corrigem erros de pareamento de bases durante a replicação Além disso o sistema de reparo de DNA pode corrigir erros após a replicação No entanto nem todas as mutações são evitadas ou corrigidas e algumas mutações podem ser benéficas contribuindo para a diversidade genética e a evolução Mutações que afetam genes essenciais podem levar a doenças genéticas enquanto outras podem não ter efeitos discerníveis 3 a RNA mensageiro mRNA Transporta as informações genéticas do DNA para os ribossomos onde a síntese de proteínas ocorre Ele é sintetizado durante a transcrição e carrega o código genético das proteínas RNA transportador tRNA Responsável por transportar os aminoácidos para o ribossomo durante a síntese proteica Cada tRNA tem um anticódon que se liga ao códon complementar no mRNA e transporta o aminoácido correspondente RNA ribossômico rRNA Faz parte da estrutura dos ribossomos e desempenha um papel fundamental na síntese de proteínas Ele ajuda a catalisar a formação das ligações peptídicas entre os aminoácidos formando assim a proteína Enzimas envolvidas na síntese de RNA A RNA polimerase é uma enzima crucial na transcrição que sintetiza moléculas de mRNA a partir de uma sequência de DNA Enzimas envolvidas na síntese de proteínas Durante a tradução que ocorre nos ribossomos várias enzimas incluindo a peptidil transferase facilitam a ligação dos aminoácidos para formar a proteína b Os ribossomos estruturas celulares responsáveis pela síntese de proteínas são compostos por proteínas e RNA ribossômico rRNA Sua síntese envolve a produção do rRNA e a montagem das subunidades ribossômicas em diferentes locais celulares dependendo do tipo de célula eucariótica ou procariótica Células Eucarióticas O rRNA é sintetizado na região chamada nucleolus localizada dentro do núcleo da célula Após a síntese do rRNA este se combina com proteínas ribossômicas para formar subunidades ribossômicas maiores 40S e 60S no nucleolus As subunidades ribossômicas são transportadas para o citoplasma onde se unem para formar o ribossomo funcional 80S no caso de células animais e 70S no caso de células vegetais Células Procarióticas O rRNA é sintetizado no nucleoide uma região não membranosa no interior da célula As subunidades ribossômicas menores 30S e 50S são formadas no citoplasma e em seguida se combinam para formar os ribossomos completos 70S c A transcrição primeira etapa da expressão gênica ocorre no núcleo da célula e é essencial para a produção de proteínas Esse processo envolve a síntese do RNA mensageiro mRNA a partir de uma sequência de DNA como está descrito a seguir Iniciação da Transcrição A transcrição começa quando a enzima RNA polimerase se liga ao promotor uma sequência específica de nucleotídeos no DNA próximo ao gene que será transcrito A RNA polimerase desenrola a dupla hélice de DNA na região do promotor expondo uma das fitas como modelo Alongamento A RNA polimerase começa a sintetizar uma cadeia complementar de RNA a partir do DNA modelo A RNA polimerase adiciona nucleotídeos complementares à fita de RNA seguindo as regras de complementaridade adenina A no DNA se liga à uracila U no RNA citosina C no DNA se liga à guanina G no RNA guanina G no DNA se liga à citosina C no RNA e timina T no DNA se liga à adenina A no RNA Terminação A transcrição continua até que a RNA polimerase alcance uma sequência de terminação no DNA que sinaliza o fim da transcrição Então a RNA polimerase e a molécula de RNA são liberadas do DNA Adição do Cap 5 O RNA mensageiro recémsintetizado não está pronto para sair do núcleo Primeiro é adicionado uma capa 5 cap 5 à extremidade 5 do mRNA A capa 5 é uma modificação que protege o mRNA contra a degradação e auxilia no transporte do mRNA para o citoplasma Adição da Cauda PoliA 3 Além da capa 5 uma sequência de adenina chamada cauda poliA é adicionada à extremidade 3 do mRNA A cauda poliA também desempenha um papel na estabilidade do mRNA e na regulação da tradução Processamento de Introns e Exons No mRNA eucariótico há regiões não codificantes chamadas introns e regiões codificantes chamadas exons Durante o processamento do mRNA os introns são removidos e os exons são unidos em uma estrutura madura o que é chamado de emenda splicing de RNA Isso resulta em um mRNA maduro que contém apenas as sequências codificadoras que serão traduzidas em proteínas Transporte para o Citoplasma Após o processamento o mRNA maduro é transportado para o citoplasma onde a tradução ocorrerá nos ribossomos d O splicing alternativo é um processo regulatório que ocorre durante o processamento do RNA mensageiro mRNA e envolve a remoção seletiva de diferentes partes do pré mRNA para gerar múltiplas formas de mRNA a partir de um único gene Cada uma dessas formas de mRNA possui sequências codificadoras exons e sequências não codificadoras introns dispostas de maneira diferente Essas formas de mRNA alternativas podem ser traduzidas em proteínas diferentes o que aumenta significativamente a diversidade proteica em um organismo Assim sendo esse é um importante mecanismo uma vez que amplia a diversidade proteica e a regulação da função das proteínas em células e organismos complexos O splicing alternativo é importante para as células e os organismos por vários motivos Aumento da diversidade proteica Permite que um único gene produza múltiplas proteínas cada uma com funções específicas Especialmente importante em organismos complexos como os seres humanos onde a diversidade proteica é essencial para a regulação de processos biológicos complexos Regulação da função Pode regular a atividade das proteínas produzidas Diferentes formas de mRNA podem incluir ou excluir sequências que afetam a função da proteína resultante como regiões de ligação a proteínas parceiras sítios de fosforilação ou locais de ancoragem em membranas celulares Adaptação a diferentes condições Permite que as células respondam a mudanças nas condições ambientais ou necessidades celulares produzindo proteínas com funções específicas em momentos específicos Patologia Disfunções no splicing alternativo estão associadas a várias doenças humanas incluindo distrofias musculares esclerose lateral amiotrófica ELA e câncer e O processo de tradução ocorre nos ribossomos localizados no citoplasma das células e envolve vários componentes e etapas Início O mRNA recémprocessado e maduro sai do núcleo e entra no citoplasma onde se liga aos ribossomosO início da tradução começa quando a subunidade menor do ribossomo se liga ao códon de início AUG que codifica o aminoácido metionina no mRNA Em seguida a subunidade maior do ribossomo se associa à subunidade menor formando um ribossomo funcional Alongamento Durante essa etapa os aminoácidos são adicionados à cadeia polipeptídica em crescimento de acordo com as instruções fornecidas pelo mRNA O tRNA transporta os aminoácidos correspondentes aos códons no mRNA Cada tRNA possui um anticódon que é complementar ao códon mRNA O primeiro tRNA que carrega a metionina se liga ao códon de início AUG por meio de emparelhamento de bases O próximo tRNA se liga ao códon seguinte no mRNA trazendo o aminoácido correspondente As ligações peptídicas entre os aminoácidos são formadas pela enzima peptidil transferase presente no ribossomo resultando na extensão da cadeia polipeptídica Fim A tradução continua até que um dos três códons de parada UAA UAG ou UGA seja alcançado no mRNA Esses códons não codificam aminoácidos e sinalizam o término da síntese de proteína Quando um códon de parada é reconhecido não há tRNA correspondente Em vez disso fatores de liberação se ligam ao ribossomo liberando a proteína recémsintetizada da cadeia de mRNA Póstradução A proteína recémsintetizada pode passar por modificações pós traducionais como dobramento corte de sequências adicionais fosforilação ou glicosilação para adquirir sua forma e função corretas A proteína madura é então transportada para sua localização celular adequada ou desempenha sua função específica