Replicação do DNA - Dogma Central da Biologia Molecular

Mecanismos básicos da genética Tema 1 Dogma central da biologia molecular Como a informação contida no DNA é interpretada para produzir as proteínas do nosso corpo O DNA é o material genético de todos os organismos com exceção de alguns vírus que possuem material genético na forma de RNA Sempre que as células vão se dividir o material genético precisa ser duplicado Esse processo é chamado de duplicação ou replicação Assim todas as células filhas vão apresentar novas moléculas de DNA com a mesma sequência de bases da molécula original O DNA é formado por moléculas de nucleotídeos constituídos por três componentes Uma base nitrogenada Um açúcar Um grupo fosfato Essa estrutura apresenta a conformação de dupla fita em formato de hélice A molécula de DNA é chamada antiparalela ou seja enquanto uma fita apresenta a orientação no sentido 53 a outra apresenta orientação 35 e são unidas por complementariedade de bases Timina T ligase a Adenina A enquanto Citosina C ligase a Guanina G Por que o DNA precisa ser replicado Porque a informação genética precisa ser passada durante o processo de divisão celular A replicação acontece antes da mitose que é a fase em que a célula se divide em duas por isso o material genético precisa ser duplicado para que cada uma das células geradas receba uma cópia do DNA Durante o processo de replicação as fitas originais que podem ser chamadas de parentais são separadas e utilizadas como molde para produzir mais duas fitas novas Por isso a replicação é um processo semiconservativo pois cada molécula de DNA gerada é formada por uma fita parental e uma fita recémsintetizada Diversas enzimas estão relacionadas a esse processo formando uma verdadeira maquinaria Dessa forma as informações que estão contidas no DNA podem ser copiadas de forma fiel à original possibilitando que os genes possam ser transmitidos às novas células Já parou para pensar que neste exato momento várias células do seu corpo estão replicando DNA Replicação do DNA Como a informação genética é transferida do DNA para o RNA No nosso DNA existem todas as informações genéticas que precisam ser interpretadas por diversas moléculas para a produção de proteínas que são os componentes mais abundantes do nosso corpo Para isso os genes precisam ser lidos e esse processo ocorre em duas partes uma dentro do núcleo da célula que é chamado de transcrição e outro que ocorre no citoplasma da célula chamado de tradução Durante a transcrição a informação que está no gene em forma de DNA é transcrita em forma de RNA Como esse processo ocorre 1 O DNA é uma molécula em que duas fitas se ligam a partir de pareamento de bases e a enzima RNA polimerase procura uma região chamada promotora que indica o começo de um gene 2 Quando essa região é encontrada a RNA polimerase abre a fita dupla de DNA e utiliza uma fita molde de DNA para sintetizar uma fita de RNA mensageiro adicionando nucleotídeos livres que estão no núcleo da célula Porém a molécula de RNA não possui a base Timina T no lugar dessa base existe a Uracila U que faz pareamento com a Adenina A 3 A RNA polimerase vai continuar a transcrição do gene até encontrar uma região de término que é sinalizada por uma sequência de nucleotídeos específica que indica o fim da região do DNA que corresponde a um gene 4 Quando essa região é reconhecida a RNA polimerase se solta da fita o RNA mensageiro é liberado dentro do núcleo e a fita de DNA é fechada Após a transcrição o RNA mensageiro que acabou de ser sintetizado a partir de uma fita molde do DNA encontrase livre dentro do núcleo da célula em sua forma imatura que também é chamada de pre mRNA esse RNA precisa passar por outro processo para que fique maduro e seja transportado para o citoplasma da célula O processo de amadurecimento de RNA mensageiro é chamado de processamento do RNA mensageiro ou splicing Transcrição Como ocorre o processo de formação de proteínas do nosso corpo Para falar sobre o processo de síntese de proteínas ou tradução precisamos entender o que é o código genético O nosso mRNA é formado por uma sequência de nucleotídeos em que a cada três nucleotídeos formam um códon No processo de transcrição cada base da molécula do DNA dá origem a uma base nitrogenada do mRNA Já no processo de tradução três bases nitrogenadas do mRNA vão codificar um aminoácido que vai formar a proteína por isso existem os códons O código genético é universal ou seja todos os organismos possuem o mesmo código genético porém nós possuímos genes diferentes que produzem proteínas diferentes Existem 64 combinações de códons mas existem apenas 20 aminoácidos As proteínas são formadas a partir das diferentes ordens e quantidades da combinação desses 20 aminoácidos O código genético é degenerativo o que quer dizer que diferentes códons podem codificar o mesmo aminoácido como representado na figura do código genético Agora preste atenção no códon AUG que codifica o aminoácido metionina Met Esse códon representa o início de uma proteína Então no mRNA a sequência inicial é AUG e todas as proteínas começam com um aminoácido metionina O nosso RNA mensageiro também apresenta um códon de terminação que indica onde a proteína termina Código genético Padrão Agora que você já sabe o que é o código genético vamos ver como funciona o processo de tradução Quatro elementos básicos são necessários para a tradução sendo eles mRNA rRNA tRNA Algumas proteínas como aminoácidos Primeiramente precisamos saber qual a ordem dos aminoácidos que vão compor a proteína e essa informação está contida no mRNA Além disso é necessário a presença do ribossomo que é formado por rRNA e proteínas essa estrutura é responsável pela síntese proteica O ribossomo possui dois sítios de entrada para o tRNA Já o tRNA é responsável pelo transporte de aminoácido até o ribossomo O quarto elemento básico são os aminoácidos que estão dispersos no citoplasma e vão formar a cadeia de polipeptídios da proteína Quando o mRNA chega ao citoplasma da célula ele encontra o ribossomo formado pela subunidade maior e a subunidade menor Na subunidade maior existem dois sítios de ligação o sítio P e o sítio A Quando começa a tradução o tRNA está fixado ao sítio P e vai se ligar ao códon de iniciação AUG e o tRNA que possui o anticódon com a sequência complementar UAC que vai trazer o aminoácido metionina que dá início à proteína Enquanto isso o segundo tRNA com o anticódon complementar ao códon do mRNA se liga ao sítio A e traz o segundo aminoácido da proteína que se liga ao primeiro aminoácido a partir de ligações peptídicas Após essa ligação o tRNA que está ligado ao primeiro códon é liberado em seguida o ribossomo percorre o mRNA e outros aminoácidos vão sendo adicionados para formar a proteína O ribossomo percorre o mRNA até encontrar o códon de terminação que significa o final da proteína formada O códon de terminação não codifica nenhum aminoácido ele sinaliza que o ribossomo precisa se desmanchar separando suas duas subunidades e liberando o mRNA A proteína gerada fica livre para formar sua estrutura e assumir sua conformação Síntese proteica Processo de síntese proteica Para saber mais sobre o processo de replicação transcrição e tradução acesse Minha Biblioteca e leia os Capítulos 10 Replicação do DNA e dos cromossomos 11 Transcrição e processamento do RNA e 12 Tradução e código genético do livro SNUSTAD D P SIMMONS Michael J Fundamentos de Genética 7 ed Rio de Janeiro Grupo GEN 2017 ISBN 9788527731010 Mecanismos básicos da genética Tema 2 Genes e os cromossomos Qual a relação entre DNA gene e cromossomos Cada uma de nossas células contêm 46 filamentos de DNA O gene é uma região do DNA que contém uma sequência de nucleotídeos específica que codifica algo O gene contém informações para que a célula possa ler e usar O que essa informação faz Você já deve ter ouvido alguém falar que existe um gene para ter olhos castanhos gene para sarda cabelo loiro e até gene do mau humor sendo que na verdade um único gene não é responsável por pigmento do olho sardas cor de cabelo ou mau humor Os genes são responsáveis por fornecer informações para a produção de proteínas que interagem uma com as outras e com substâncias que ocasionam o pigmento do olho cor do cabelo ou sintetizam hormônios que estão relacionados ao mau humor Em um filamento de DNA existem milhares de genes ou seja receitas para a produção de proteínas Humanos têm cerca de 20 mil genes O tamanho e a sequência de um gene determinam o tamanho e a forma da proteína Essas características de tamanho e forma da proteína determinam qual função ele vai desempenhar no nosso corpo Por exemplo hemoglobina é uma estrutura proteica que está presente nas hemácias Sua estrutura é responsável pela captação de moléculas de oxigênio quando o sangue circula pelos pulmões e libera essas moléculas em regiões que necessitam de oxigênio Já a queratina é uma proteína estrutural seu tamanho e sua forma permitem a ligação entre queratinas formando estruturas rígidas como unhas bicos e garras Qual a diferença entre cromatina e cromossomo Nós temos trilhões de células no nosso corpo Dentro do núcleo de cada uma das nossas células existem 46 moléculas de cromossomos que são moléculas de DNA condensadas Cromatina e cromossomo são DNA porém são o DNA organizado de formas diferentes e encontrados em momentos diferentes dentro da célula Qual a diferença estrutural entre os dois CROMATINA CROMOSSOMO É encontrada no momento da intérfase É encontrado no momento da divisão celular A cromatina é uma longa molécula de DNA associada às proteínas histonas e não histonas sendo que as mais abundantes são as histonas Quando a célula vai se dividir o DNA é organizado de outra forma A cromatina começa a se enrolar nela mesma formando fibras até sua forma mais condensada que é o cromossomo Cromatina DNA cromatina e cromossomo Estrutura e número de cromossomos Os cromossomos foram descobertos no século XIX e cada espécie apresenta um conjunto característico de cromossomos O número de cromossomos é variável dependendo da espécie do organismo e isso não está relacionado a complexidade biológica Estruturalmente os cromossomos são compostos por duas cromátides chamadas cromátidesirmãs que permanecem unidas pelo centrômero também chamado de constrição primária De acordo com a posição do centrômero os cromossomos podem ser chamados de Metacêntrico São cromossomos que possuem o centrômero posicionado no meio Submetacêntrico São cromossomos que possuem o centrômero localizado um pouco acima ou abaixo do meio Acrocêntrico São cromossomos que apresentam o centrômero próximo da extremidade Telocêntrico São cromossomos que apresentam o centrômero na extremidade Tipos de cromossomo de acordo com a posição do centrômero Nos seres humanos o número básico de cromossomos é 23 em espermatozoides e ovócitos Já a maioria das células humanas possuem o dobro 46 cromossomos Podemos classificar o número de cromossomos da seguinte forma Haploide n Definição de um conjunto de cromossomos Diploides 2n Contêm duas unidades de cada cromossomo do conjunto acima como a maioria das células somáticas Tetraploides 4n Contêm quatro unidades de cada cromossomo como as células hepáticas humanas Octaploides 8n Contêm oito unidades de cada cromossomo Para saber mais sobre genes e estruturas dos cromossomos acesse a Minha Biblioteca e leia o Capítulo 9 DNA e a estrutura molecular dos cromossomos do livro SNUSTAD D P SIMMONS Michael J Fundamentos de Genética 7 ed Rio de Janeiro Grupo GEN 2017 ISBN 9788527731010 Mecanismos básicos da genética Tema 3 Divisão celular Mitose e Meiose Quais as principais diferenças entre o processo de mitose e de meiose durante a divisão celular As células do nosso corpo estão em constante renovação porque possuem um tempo de vida estabelecido Diariamente uma grande parte das nossas células estão crescendo e se dividindo para formar células novas Esse processo é chamado de ciclo celular Vamos compreender as etapas do ciclo celular A etapa que antecede a divisão celular é chamada intérfase É a fase em que a célula não está se dividindo Ela é separada em três fases A fase G1 que corresponde à fase em que a célula executa suas funções normais A fase S em que ocorre a duplicação da cromatina que é a síntese de DNA Por último a fase G2 em que ocorrem os retoques finais para a divisão celular Após a intérfase acontece a divisão celular que pode ser a mitose ou a meiose Mitose A mitose é uma divisão que todas as células fazem Corresponde a um processo em que uma célula é dividida em duas novas células idênticas sendo um processo equacional que mantém a quantidade de cromossomos na célula A mitose está presente na regeneração dos tecidos na cicatrização de um machucado na reprodução assexuada e no câncer As fases da mitose são Prófase Metáfase Anáfase Telófase Mitose Meiose A meiose está relacionada ao processo de formação de gametas e esporos É dividida em meiose I e meiose II MEIOSE I MEIOSE II É um processo reducional em que uma célula diploide se divide em duas células haploides reduzindo o número de cromossomos É um processo equacional em que duas células haploides se dividem em duas novas células e formam quatro células com 23 cromossomos Meiose I A meiose I é um processo reducional que é dividido nas seguintes fases Prófase I Metáfase I Anáfase I Telófase I Ocorre a formação do centrossomo os cromossomos começam a se condensar a carioteca e o nucléolo desaparecem e ocorre a sinapse que é o pareamento dos cromossomos quando ocorre o crossing over evento em que ocorre a troca do material genético entre os cromossomos gerando variabilidade genética Após a meiose I ocorre a intercinese que é o intervalo entre a meiose I e meiose II Na intercinese não é feita a síntese de DNA essa etapa de síntese só acontece na interfase antes da meiose I Meiose II Já a meiose II que é um processo equacional é dividida nas seguintes etapas Prófase II Metáfase II Anáfase II Telófase II Meiose Para saber mais sobre os tipos de células ciclo celular e o processo de divisão celular acesse a Minha Biblioteca e leia o Capítulo 2 Reprodução celular do livro SNUSTAD D P SIMMONS Michael J Fundamentos de Genética 7 ed Rio de Janeiro Grupo GEN 2017 ISBN 9788527731010 Mecanismos básicos da genética Encerramento Como a informação contida no DNA é interpretada para produzir as proteínas do nosso corpo Para produzir as proteínas do nosso corpo a informação contida no gene precisa ser transcrita em molécula de RNA que após ser sintetizado é processado se tornando RNA maduro que é transportado para o citoplasma para ser transcrito pelos ribossomos que sintetizam as proteínas Qual a relação entre DNA gene e cromossomos No DNA existem regiões que possuem as informações necessárias para a produção de proteínas essas regiões são chamadas de genes A molécula de DNA está presente dentro dos núcleos das células em sua forma mais compactada chamada cromossomo Quais as principais diferenças entre o processo de mitose e de meiose durante a divisão celular A mitose é uma divisão que todas as células fazem Corresponde a um processo em que uma célula é dividida em duas novas células idênticas sendo um processo equacional mantendo a quantidade de cromossomos Já a meiose está relacionada ao processo de formação de gametas e esporos É dividida em meiose I e meiose II A meiose I é um processo reducional em que uma célula diploide se divide em duas células haploides reduzindo o número de cromossomos Já a meiose II é um processo equacional em que duas células haploides se dividem em duas novas células e formam quatro células com 23 cromossomos Resumo da Unidade Nesta unidade foram abordados os conceitos dos mecanismos básicos da Genética que vão desde a molécula de DNA que é duplicada transcrita e traduzida em proteínas As regiões do DNA que apresentam uma sequência de nucleotídeos que determina a composição de uma determinada proteína é chamada gene O DNA fica armazenado nas células em sua forma compactada que pode ser a cromatina ou o cromossomo dependendo de em qual fase do ciclo celular a célula se encontra Também aprendemos sobre as etapas do ciclo celular quando durante a intérfase a célula está se preparando para a divisão celular que pode ser mitose ou meiose Referências da Unidade ALBERTS B Biologia Molecular da Célula Porto Alegre Grupo A 2017 ISBN 9788582714232 Minha Biblioteca GRIFFITHS A J F WESSLER S R CARROLL Sean B et al Introdução à Genética Rio de Janeiro Grupo GEN 2016 ISBN 9788527729963 Minha Biblioteca SNUSTAD D P SIMMONS Michael J Fundamentos de Genética 7 ed Porto Alegre Grupo GEN 2017 ISBN 9788527731010 Minha Biblioteca Para aprofundar e aprimorar os seus conhecimentos sobre os assuntos abordados nessa unidade não deixe de consultar as referências bibliográficas básicas e complementares disponíveis no plano de ensino publicado na página inicial da disciplina