Fundamentos de Biologia Molecular e Expressão Gênica

Diferenças entre DNA e RNA

• DNA: Composto por desoxirribose e timina, possui estrutura de fita dupla e armazena a informação genética.
• RNA: Composto por ribose e uracila, possui estrutura de fita simples e atua na síntese de proteínas (PTN).

Transcrição Gênica

A transcrição produz RNA a partir do DNA, sendo o primeiro passo para a síntese de proteínas.

• Procariotos: Ocorre no citoplasma com apenas uma RNA polimerase. Não há processamento do RNAm; a transcrição e a tradução podem ocorrer simultaneamente.
• Eucariotos: Ocorre no núcleo com três tipos de RNA polimerase. O pré-RNAm sofre processamento (Cap 5', splicing e cauda poli-A). Transcrição e tradução são processos separados.

Replicação do DNA

A replicação duplica o DNA antes da divisão celular para que as células-filhas recebam o mesmo material genético. O processo é semiconservativo (cada molécula nova possui uma fita antiga e uma nova) e bidirecional.

• Fita líder: Síntese contínua.
• Fita tardia: Síntese descontínua, formando os fragmentos de Okazaki.

Como as fitas do DNA são antiparalelas, a DNA polimerase sempre trabalha no sentido 5' → 3'. Como uma das fitas não favorece esse sentido, existem dois tipos de síntese.

Tradução Proteica

A tradução é a conversão do RNA em proteína.

• Procariotos: Utilizam ribossomos 70S. O processo ocorre junto à transcrição e inicia pela sequência Shine-Dalgarno, utilizando formilmetionina.
• Eucariotos: Utilizam ribossomos 80S. O processo ocorre após o processamento do RNAm e inicia pelo reconhecimento do Cap 5', utilizando metionina.

Tipos de Mutação

• Silenciosa: Altera o DNA, mas não muda o aminoácido resultante.
• Missense: Troca um aminoácido por outro na proteína.
• Nonsense: Gera um códon de parada precoce, produzindo uma proteína menor.
• Frameshift (inserção/deleção): Altera o quadro de leitura, modificando toda a sequência após a mutação.

Genes Relacionados ao Câncer

• Proto-oncogenes: Estimulam o crescimento celular. Quando sofrem mutação, tornam-se oncogenes, favorecendo o desenvolvimento do câncer.
• Genes supressores de tumor: Controlam a divisão celular e promovem o reparo ou a morte celular. Quando inativados (ex.: TP53), aumentam o risco de câncer.

Regulação Gênica e Óperons

Na regulação negativa, o repressor bloqueia a transcrição. Na regulação positiva, um ativador aumenta a transcrição.

Óperon: Conjunto de genes controlados por um único promotor. A vantagem é permitir a regulação de vários genes simultaneamente.

• Óperon induzível: Fica desligado e é ativado na presença de um indutor (ex.: lactose).
• Óperon repressível: Fica ligado e é desligado quando o produto final está em excesso (ex.: triptofano).
• Óperon lac: Conjunto de genes que permite à bactéria utilizar a lactose como fonte de energia. A alolactose atua como indutor, ligando-se ao repressor e impedindo sua ação.

Uma bactéria cresce em meio com pouca glicose e sem lactose. O que acontece com o óperon lac?

O óperon permanece desligado porque, apesar de o cAMP estar alto, o repressor continua ligado ao operador na ausência de lactose.

Expressão máxima: Ocorre quando há lactose e pouca ou nenhuma glicose. A lactose é convertida em alolactose, que inativa o repressor e permite a transcrição. Simultaneamente, a baixa concentração de glicose aumenta os níveis de cAMP, que se liga à proteína CAP. O complexo CAP-cAMP ativa a RNA polimerase, resultando na máxima expressão dos genes do óperon lac.

Estrutura da Cromatina e Epigenética

A cromatina é composta por DNA e histonas (proteínas que enrolam o DNA). O nucleossomo é a unidade de DNA enrolado nas histonas.

• Eucromatina: Região menos condensada do DNA, permitindo maior expressão gênica (gene ativo).
• Heterocromatina: Região muito condensada, dificultando o acesso das enzimas e resultando em genes inativos.

A epigenética não altera a sequência do DNA, mas controla quais genes ficam ligados ou desligados:

• Metilação do DNA: Adição de grupo CH₃; geralmente desliga genes e dificulta a transcrição.
• Acetilação das histonas: O DNA fica menos preso às histonas, facilitando a abertura da fita e a ativação dos genes.

Elementos Reguladores e Processamento

• Enhancer: Sequência de DNA que liga fatores ativadores para aumentar a transcrição.
• Silencer: Sequência de DNA que liga fatores repressores para diminuir a transcrição.
• Splicing: Ocorre no pré-RNAm, onde os íntrons são removidos e os éxons permanecem.
• miRNA e siRNA: O miRNA reduz a tradução, enquanto o siRNA destrói o RNAm.