Replicação, Transcrição e Tradução

Estrutura do DNA

A molécula hereditária em todo ser vivo é o DNA.

Os cromossomos são o que antigamente foi chamado de fatores por Mendel.
Foi descoberto em 1953 a estrutura da molécula de DNA por Watson e Crick.

O DNA é um polímero de nucleotídeos, que junta duas fitas desse polímero e se ligam (cada fita em um sentido oposto a outra -uma 5'3' e a outra 3'5'-) formando uma estrutura helicoidal, que forma uma molécula de DNA.

A molécula de DNA estruturada dessa forma é o cromossomo.

Cromossomos estão sempre em pares, pois um é descendente do pai e outro da mãe.


Quando vai ocorrer divisão celular os cromossomos têm que se duplicar, o que ocorre durante a fase S. 

Então eles passam por um processo chamado de replicação.

Cada cromossomo se duplica e permanece ligado a sua cópia pelo centro das duas moléculas, por uma estrutura chamada de centrômero.

Essas duas moléculas de DNA idênticas ligadas passam a ser chamadas de cromátides-irmãs (ou simplesmente cromátides).

E o par de cromossomos quando está duplicado então passa a possuir 4 moléculas de DNA.


* Resumo Estrutura:  


 
Os nucleotídeos que formam a fita de DNA são formados por 3 componentes:





- Grupo fosfato: PO4-.


- Carboidrato: que é uma pentose (5 carbonos), a pentose presente no DNA é a desoxirribose e a presente no RNA é a ribose.

- Base nitrogenada: Pode ser pirimídica com um anel simples e púricas com um duplo anel.

Essas bases dos nucleotídeos da fita, se ligam a sua base correspondente na fita paralela a ela, por ligações de hidrogênio.

A guanina se liga a citosina e a adenina se liga timina, na formação molécula de DNA.

Então os nucleotídeos se ligam uns aos outros da mesma fita por ligações entre o fosfato do nucleotídeo de baixo ao carbono 3 do carboidrato do nucleotídeo posterior.

Na fita, formada por um polímero de nucleotídeos, a base nitrogenada sempre está ligada ao carbono 1 da pentose.
O grupo fosfato faz um ligação ao carbono 5.

Molécula de DNA é formada pela suas duas fitas pareadas em sentidos opostos.

Como o fosfato é que une esses nucleotídeos, a ligação formada é chamada de ligação fosfodiéster, que é a ligação de dois grupos hidroxilas do fosfato com duas hidroxilas de outras moléculas. 

Formando dois ésteres.

Pode-se perceber também que as fitas se ligam uma a outra por bases púricas ligando à pirimídicas.

Citosina é pirimídica e liga-se a guanina que é púrica (anel duplo) por 3 ligações de hidrogênio.

Como a Uracila é uma base nitrogenada pirimídica (anel simples), ela substitui a base pirimídica do par timina e adenina.
Que no caso é a timina, durante a formação de fitas de RNA.

Moléculas de RNA possuem somente uma fita.

Replicação

 

Uma célula replica o DNA quando vai se dividir, para dar uma cópia da molécula de DNA (cromossomo) do pai e da mãe para a célula filha.


Durante a replicação abre-se pedaços da molécula (separa-se as fitas) formando o que se chama de origens de replicação.
Que se parecem bolhas ao longo da estrutura do DNA, replicando várias partes da molécula simultaneamente.
Nessas bolhas (nas Origens de Replicação) a cópia das fitas de DNA avançam para os dois lados.
Sendo assim faz do processo mais rápido do que uma replicação que começasse na ponta e só pudesse avançar para frente.

Ocorre replicação tanto da fita de cima quanto da fita de baixo, mas como as enzimas que pareiam os nucleotídeos e montam a cópia da fita, só conseguem criar uma fita no sentido 5'3' (só conseguem ligar nucleotídeos um no outro a partir do nucleotídeo já pronto, com o fósforo já ligado no carbono 5 e criando uma ligação de uma hidroxila dele na hidroxila do carbono 3 do carboidrato do  próximo nucleotídeo), então somente na fita da bolha que for no sentido 3'5' poderá ser pareada com uma fita nova construída continuamente, formando uma nova molécula de DNA (com duas fitas opostas).

Depois do fim da cópia de uma molécula de DNA resulta em duas moléculas de DNA, cada uma com suas duas fitas, sendo que uma dessas fitas é nova (acabou de ser copiada) nas duas moléculas e uma antiga (que se conserva sempre uma fita antiga na nova molécula de DNA).

A fita que se forma, junta-se a uma que já existia anteriormente, formando a nova molécula de DNA.
Então cada uma das duas moléculas de DNA que resultaram possuem apenas uma fita nova, mantendo uma fita antiga.

(Replicação Semi-conservativa).

Porém essas moléculas de DNA ficam todas juntas, tendo então 4 fitas de DNA, duas resultantes da replicação.
Formando cada duas fitas (uma molécula) as cromátides.




- A enzima que faz a cópia do DNA (a replicação) é a DNA polimerase III.
Ela coleta nucleotídeos soltos no meio e os pareia à fita de DNA.

O nucleotídeo chega para se ligar a nova fita com 3 fosfatos, mas libera dois fosfatos resultando energia suficiente para unir-se ao outro nucleotídeo da fita, com ajuda da DNA polimerase.


A DNA polimerase verifica se fez o pareamento correto a cada fim de ligação, antes de acrescentar o próximo.
Então ela sempre tem que conferir o par de bases do nucleotídeo atrás.
Porém como ela precisa necessariamente conferir o par anterior isso é um problema para quando ela vai começar a replicação em uma nova forquilha, mas primeiramente precisa-se abrir a bolha. Para isso:

A enzima chamada helicase quebra as ligações de hidrogênio separando as fitas.

Então a replicação ocorre no sentido 5'3' porque o nucleotídeo da fita já tem seu fosfato ligado no carbono 5 (como todos os nulceotídeos inicialmente já tem) e esse mesmo fosfato fará uma ligação no carbono 3 do carboidrato do nucleotídeo que for vir ser adicionado a fita.


Como as fitas pareadas na molécula de DNA vão uma para o sentido oposto da outra, durante a replicação uma das fitas terá que ser copiada indo na direção oposta do seguimento da forquilha.
Sendo assim uma enzima chamada de RNA primase produz pequenos pedaços de RNA pareados à fita que está sendo aberta com o sentido contrário (a fita 5'3' que seguindo a helicase a DNA polimerase teria que construir uma fita no sentido 3'5', o que não é possível).

São chamados de primers e são deixados ao longo da fita, pela RNA primase.
Então uma DNA polimerase para em cima dele, consegue fazer a verificação inicial dos pares de base e faz a replicação a partir desse primer indo para trás (sentido contrário da helicase, formando um fita 5'3').

Vai até o primer que tinha sido deixado anteriormente (agora quando está cercado de DNA replicado é chamado de fragmento de Okazaki).


A substituição dos fragmentos de Okazaki por DNA é feito depois.
Por uma enzima chamada de DNA polimerase I.





Essa fita do sentido oposto é chamada de fita retardada, a fita que pode ser formada no sentido da abertura da estrutura de DNA é chamada de fita líder.




Transcrição do DNA


É a formação das fitas de RNA a partir do DNA.

Os nucleotídeos com base pirimídica timina são substituídos por nucleotídeos com base uracila (também pirimídica -anel simples-) na formação do RNA.




Só é transcrito em RNA os trechos do DNA que são chamados de genes.

Genes são trechos de DNA que codificam uma proteína.

Também pode-se dizer que na maioria das vezes codificam uma proteína.

Pois pode ser transcrito DNA que dê origem à RNA ribossômico e RNA transportador que não são proteínas e nem se descodificarão em uma.


* Existem três tipos de RNA: RNA mensageiro, RNA ribossômico e RNA transportador.

E somente o RNA mensageiro poderá ser descodificado para uma proteína.


- Mecanismo de Transcrição:

É feito pela enzima RNA polimerase, transcrevendo somente os trechos que são genes (os trechos que podem ser transcritos em RNA).

Antes dos genes fica uma sequência de bases chamadas de promotor, quando a RNA polimerase reconhece esse promotor na fita de DNA, ela se liga nele e abre a dupla hélice.

Logo que a molécula é aberta (fitas se separam) a RNA polimerase percorre o gene e sintetiza a molécula de RNA (fita única).

A síntese é feita pela junção de nucleotídeos soltos no meio que a RNA polimerase os pareia a fita de DNA ligando-os na sequencia 5'3'.
Então a RNA polimerase terá que percorrer a fita de DNA que estiver no sentido de 3'5'.





Cada promotor (pedaço do DNA que fica antes dos genes) controla a transcrição de um só RNA.
Transcrição de um único gene (gene também pode ser definido como parte do DNA que é transcrito em RNA).


Em seres procariontes os promotores podem delimitar o início da transcrição do RNA, transcrevendo mais de um gene. Normalmente esses genes estão encarregados da transcrição de RNA que gerarão proteínas encarregadas da mesma função.


- Então RNA mensageiro de eucariontes foram transcritos de um único gene e dão, quando são traduzidos, origem somente uma proteína.

Porém, o mesmo RNA mensageiro nem sempre é traduzido dando origem a mesma proteína.
Pois nos genes de eucariotos existem porções chamadas de éxons e outras de íntrons.
Os íntrons não têm informações para traduzir em proteínas (intrometidos).
Quando um RNA mensageiro então é transcrito, ele vem de um gene que possui essas porções de éxons e íntrons misturadas, então fica um RNA com as partes que irão definir o aminoácido (cada trio de bases traduzem-se em aminoácidos) misturadas e as partes que só estão intrometidas na fita, mas não se traduzem em nada.

No entanto esse RNA contendo éxons e íntrons misturados pela sua fita é chamado de RNA mensageiro primário. Ele passa por uma maturação onde os íntrons são retirados. Isso é chamado de spliccing.
A retirada dos íntrons e religação dos éxons formando um novo RNA mensageiro que aí sim poderá ir para a tradução.


Essa possibilidade de religação das partes que podem ser traduzidas, possibilita a um mesmo RNA traduzir proteínas diferentes, dependendo da sequência em que seus éxons forem recolocados na nova fita de RNA mensageiro.

- Até aqui todos esses processos (tanto de replicação do DNA quanto de transcrição do DNA em RNA) ocorrem dentro do núcleo.
Então quando o RNAm é formado ele tem tempo de passar pelo spliccing antes de iniciar a tradução que ocorre com os ribossomos do lado de fora do núcleo (no citoplasma).





Percebe-se nesse vídeo o início da transcrição pelo promotor "TATA box" uma sequência de bases de nucleotídeos que determinam o local onde a RNA polimerase irá se ligar.

Assim a enzima percorre a dupla hélice abrindo-a e transcrevendo esse pedaço do DNA em RNA.

Tradução do RNAm

RNAm é usado como molde para fazer a proteína.
Ele é descodificado no citoplasma por ribossomos.
A cada 3 bases do RNA um aminoácido é acrescentado na proteína.


* Cada um desses trios de bases que decodificam um certo aminoácido é chamado de códon.


No RNA transportador existe os anti-códons, que ele pareia ao RNAm e se combinam com o seu devido códon, o RNA transportador deixa assim então o aminoácido específico daquele códon.


Começa a tradução pela ligação da subunidade menor do ribossomo ao RNA mensageiro.

Logo depois o RNAt chega e pareia com seu anti-códon ao códon iniciador (códon AUG). Então a subunidade maior do ribossomo se liga também a estrutura e o ribossomo fica plenamente montado.

Os aminoácidos que vão sendo deixados pelos RNAt fazem ligações peptídicas com o último aminoácido deixado.

Forma-se uma cadeia peptídica até o códon de parada no RNAm chegar e entrar no ribossomo.

Quem pareia o códon de parada é o anti-códon do fator de liberação, e não de um RNA transportador.

Logo que isso acontece as estruturas se separam e a proteína está pronta.

 Veja Também:

Resumo da Bioquímica do Genoma

Percebe-se nesse vídeo que ao contrário da DNA polimerase III e da RNA polimerase, quando passam pelo DNA seja para fazer a replicação ou a transcrição em RNA, elas irão da extremidade 3 para a 5, pois sintetizarão uma fita no sentido 5'3'.

Mas nesse caso como é a tradução a subunidade pequena do ribossomo se junta a parte 5' do RNAm para seguir no sentido certo dela 5'3', só descodificando suas trincas de bases em seu devido aminoácido.

Na ponta 5' do RNAm maduro existe um capacete metilado (cap 5') indicando o local de início do processo.

Na outra ponta, a ponta 3', o final do RNAm maduro, tem uma sequência de bases que é chamada de poli A.