Aula 05 mundo do rna - origem da vida e diversidade dos seres vivos - ufabc
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Mundo do RNA
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Origem da vida na Terra
• Replicadores X Metabolismo
• Definição de vida
• História da vida começou quando
surgiram moléculas capazes de auto-
replicação
• Replicadores
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Replicadores
• Estas moléculas auto-replicadoras
deveriam possuir 3 características
– Reprodução: capacidade de gerar prole
– Hereditariedade: a prole deve ser similar aos
seus pais
– Variação: hereditariedade nem sempre é
perfeita
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Qual seria a molécula primordial?
• Dias atuais
• DNA RNA proteína
• DNA: molécula responsável por
armazenar a informação genética
• RNA: intermediário na transmissão desta
informação
• Proteínas: modo de ação do gene,
capacidade enzimática
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Dogma central da biologia
DNA -> RNA -> Proteína -> metabolitos
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Quem veio primeiro Proteína, DNA ou RNA ?
O que veio primeiro o replicador (DNA ou RNA)
ou metabolismo enzimático (proteínas)
toda enzima é uma proteína (até inicio da década de 80)
“Nem toda proteína é uma enzima mas toda enzima é uma proteína ...”
Toda regra tem uma exceção !
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A molécula primordial
• Atividade do DNA e proteínas
• Proteínas: essenciais para a vida, pois
são as moléculas capazes de realizar
atividades enzimáticas
• ...Mas são incapazes de se auto-duplicar
• DNA...incapaz de ter atividade
catalisadora
• Sobrou o RNA...
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RNA
• Media a informação contida nos genes para seu modo de ação, as proteínas
• Mas em 1980, este conceito mudou
• Sidney Altman e Thomas Cech (os dois ganharam o prêmio nobel devido à esta descoberta) descobriram independentemente um tipo de RNA que era capaz de catalisar uma reação
– Que reação era essa?
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Atividade catalisadora do RNA
• Foi descoberta em um ciliado,
Tetrahymena
• Denominou-se ribozima
• Esta descoberta deu suporte à teoria do
‘Mundo do RNA primordial’
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Proposta para origem da vida
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A evolução funcional do RNA
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A evolução funcional do RNA
• Nos dias atuais
DNA RNA proteínastranscrição tradução
mRNA tRNA
rRNA
Seriam evidências a favor do mundo do RNA?
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Ácidos nucléicos
RNA: menos estávelDNA
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Alguns dos principais tipos de RNA
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Pré-requisitos para o mundo do
RNA
• Capacidade de auto-síntese
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Síntese do RNA pré-biótico:
proposta• Existência de nucleotídeos livres na água
• Podiam se ligar, mas facilmente se quebrar
• Mas no meio desta sopa, algumas seqüências adquiriram a capacidade de manterem-se unidas, e de se alongarem por um período de tempo maior
• Esta população de pré-RNAs sofria seleção natural e as moléculas mais eficientes em catalisar sua própria reprodução, sobreviveu e evoluiu para o RNA moderno
• Evidências in vitro
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Mundo do RNA pré-biótico
• Lincoln TA AND Joyce GF (January 8, 2009).
"Self-Sustained Replication of an RNA Enzyme".
Science
• Sistema de evolução in vitro
• Grande população de RNAs + moléculs C e N
• Identificaram ribozimas que eram capazes de
sintetizar cadeias de RNA a partir de moléculas
C e N (velocidade maior que as proteínas
atuais)
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Estoque da informação genética
• RNA: dificuldades em estocar grandes quantidades de informação
• Moléculas grandes de RNA são facilmente hidrolisadas
• Bases nitrogenadas suscetíveis à radiação UV
• Estas características não impedem que o RNA estoque informação genética, mas indica que a sua manutenção era custosa (reparo, reposição) e, também, susceptível a maiores taxas de mutação
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Síntese do RNA
• Dias atuais
• Transcrição: RNA polimerase
• DNA RNA mensageiro
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TRANSCRIÇÃO: DNA → RNA
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Origem do mRNA
• Ainda no mundo do RNA?
• Seria um subproduto da duplicação do
RNA genômico?
• Ou surgiu após a formação do mundo do
DNA?
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Transcrição do RNA
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Elongação da transcrição
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Processamento
do RNA
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Tradução do RNA
Importante: após o tratamento dos ribossomos com proteases, ainda assim é
possível a síntese de peptídeos
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Origem da síntese protéica
• Decodificar a informação nucleotídica em
aminoácidos
• A origem do código genético
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O código genético
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O código genético
• 4 bases X 20 aminoácidos
• Combinações: 41= 4 aminoácidos
• 42= 16 aminoácidos
• 43= 64 aminoácidos
• Redundância do código genético
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O código genético
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A origem da tradução
• Mundo do RNA?
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Via Hipotética de síntese de proteínas por Ribozimas ....
Transição para o mundo RNA + Proteína RNP world
A) Ativação de um aminoácido
B) Transferência de um aminoácido ativado para o terminal do tRNA
C) Transferência peptidica resultando em um dipeptídeo
d) sucessivas transferências peptídicas resultando em um polipeptídeo
Reações Demonstradas experimentalmente
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Síntese protéica
• Após o seu surgimento
• Especialização das funções catalíticas
• Proteínas são catalisadores mais
eficientes
– Manutenção da estrutura terciária precisa
![Page 36: Aula 05 mundo do rna - origem da vida e diversidade dos seres vivos - ufabc](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081719/5549c24fb4c905fc7f8b52d1/html5/thumbnails/36.jpg)
Transição de mundos
preRNA world -> RNA world -> RNP world -> DNA world
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![Page 38: Aula 05 mundo do rna - origem da vida e diversidade dos seres vivos - ufabc](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081719/5549c24fb4c905fc7f8b52d1/html5/thumbnails/38.jpg)
Transição para o mundo do DNA
• Quais fatores teriam propiciado esta
mudança?
• Esta parece ter sido uma mudança
drástica para a evolução da vida
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Genoma de RNA
• Alguns vírus, retrovírus
• Genoma RNA
– Simples ou dupla fita
• Não existe síntese protéica sem RNA,
mas existe informação genética sem DNA
• Evidência de que a origem do código
genético é anterior ao DNA
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Vantagens do DNA
• Molécula mais estável
• Mais resistente à danos
• Dupla fita: fita molde
• Estas características permitem o aumento do tamanho do genoma, através de duplicações
• Com o aumento do tamanho, temos um aumento de diversidade do código para proteínas
• Processo de duplicação do DNA é menos susceptível ao erro
![Page 41: Aula 05 mundo do rna - origem da vida e diversidade dos seres vivos - ufabc](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081719/5549c24fb4c905fc7f8b52d1/html5/thumbnails/41.jpg)
Como surgiu o DNA?
• Questão em aberto
• Algumas propostas: origem de enzimas
especiais, as transcriptases reversas
![Page 42: Aula 05 mundo do rna - origem da vida e diversidade dos seres vivos - ufabc](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081719/5549c24fb4c905fc7f8b52d1/html5/thumbnails/42.jpg)
Alternativas ao RNA como replicadores originais
(ou candidatos a ancestrais de RNA)
Ou alternativas que poderíamos encontrar em outros mundos
Alternativas !!!!!!!
![Page 43: Aula 05 mundo do rna - origem da vida e diversidade dos seres vivos - ufabc](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081719/5549c24fb4c905fc7f8b52d1/html5/thumbnails/43.jpg)
Ácidos nucleicos de ...
Treose
Threose nucleic acid
TNA
Peptideo
Peptide nucleic acid
PNA
Glicerol
glycerol nucleic acid
GNA
piranosil
pyranosyl-RNA. B
nucleic acid
pRBNA
![Page 44: Aula 05 mundo do rna - origem da vida e diversidade dos seres vivos - ufabc](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081719/5549c24fb4c905fc7f8b52d1/html5/thumbnails/44.jpg)
O RNA nos dias atuais• mRNAs , tRNAs, rRNAs
• RNA na duplicação do DNA
• Micro e siRNAs: regulação de transcrição
e tradução
![Page 45: Aula 05 mundo do rna - origem da vida e diversidade dos seres vivos - ufabc](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081719/5549c24fb4c905fc7f8b52d1/html5/thumbnails/45.jpg)
RNA de interferência
• Controle da expressão gênica
• Pequenos segmentos de RNA
• Ligam-se à sequências específicas de
RNA e podem aumentar ou diminuir sua
atividade
![Page 46: Aula 05 mundo do rna - origem da vida e diversidade dos seres vivos - ufabc](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081719/5549c24fb4c905fc7f8b52d1/html5/thumbnails/46.jpg)
RNA de interferência
![Page 47: Aula 05 mundo do rna - origem da vida e diversidade dos seres vivos - ufabc](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081719/5549c24fb4c905fc7f8b52d1/html5/thumbnails/47.jpg)
Afinal ainda somos
um mundo de RNA ?
![Page 48: Aula 05 mundo do rna - origem da vida e diversidade dos seres vivos - ufabc](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081719/5549c24fb4c905fc7f8b52d1/html5/thumbnails/48.jpg)
Bibliografia
• Biologia Molecular e Evolução (2001)
organizado por Sérgio Russo Matiolli,
Holos Editora, Ribeirão Preto