GENÉTICA MOLECULAR
DNA e RNA
https://www.youtube.com/watch?v=6nxRxoGME_I&t=3s
https://www.youtube.com/watch?v=8eJ5xuTOZ9Q 60 Anos ✰ Descoberta Estrutura DNA ✰
https://www.youtube.com/watch?v=C5x073iElaA
HISTÓRICO
–s.
–
1865
Johann Gregor Mendel:
Publicou resultados dos cruzamentos de ervilhas Pisum sativum.
Postulou as regras que governam a hereditariedade.
Propôs que a transmissão dos caracteres hereditários era feita por meio de partículas ou fatores que se encontravam nos gametas atualmente os fatores mendelianos são denominados gene
1869 Johann Friedrich Miescher:
realizou o primeiro isolamento de DNA.
1879
Walter Flemming:
descreveu o comportamento dos cromossomos durante a mitose em célula animal.
1900
De Vries, Correns e Tschermak:
redescoberta dos trabalhos de Mendel.
1902
Walter Sutton:
• verificou que o comportamento dos
cromossomos na meiose era comparável ao dos fatores mendelianos.
Flemming
De Vries
Tschermak Correns
Sutton
1909
Wilhelm Johannsen:
usou o termo gene para descrever os fatores mendelianos.
1910
Thomas Hunt Morgan e colaboradores:
experimentos com a mosca-da-fruta (Drosophila melanogaster).
Teoria cromossômica da Herança.
Genes estão localizados nos cromossomos e se dispõem linearmente ao longo deles.
Prêmio Nobel de Medicina em 1933
1941
George Beadle e Edward Tatum:
Hipótese 1 gene 1 enzima.
Prêmio Nobel de Medicina em 1958
Wilhelm Johannsen
1943
William Astbury:
difração de raio-X do DNA
1944
Oswald Avery, Colin McLeod & Maclyn McCarty:
indução de transformação em pneumococos, utilizando fragmento de DNA.
demonstraram que a molécula que
continha as informações hereditárias era o DNA.
1952
Alfred Hershey e Martha Chase:
mostraram que para um vírus infectar uma bactéria é necessário que seu DNA seja introduzido dentro da célula suporte da ideia de que genes são feitos de DNA.
Avery
McLeod
McCarty
1953
James Watson e Francis Crick:
Propuseram a estrutura em dupla hélice do DNA.
Basearam-se nos estudos de difração de
raios-X realizados por Rosalind Franklin e em estudos químicos da molécula
Prêmio Nobel de fisiologia em 1962.
1958
Matthew Meselson e Franklin Stahl:
demonstraram que a replicação do DNA é semi-conservativa
1966
Marshall Nirenberg, Har Khorana, Severo Ochoa e colaboradores:
decifraram o código genético
Severo Ochoa Marshall W.
Nirenberg
Har Gobind Khorana
A PARTIR DAÍ...
Tecnologia do DNA recombinante manipulação do DNA.
Clonagem.
Seqüenciamento do DNA.
Transgênicos.
Mapeamento dos genes nos cromossomos.
Clonagem de genes relacionados a doenças humanas.
Marcadores genéticos.
Exames de paternidade e análise forense.
Terapia gênica.
Seqüenciamento do genoma humano e de outros seres vivos, entre outros.
O MATERIAL GENÉTICO DOS SERES VIVOS
Vírus: DNA ou RNA.
Bacteriófago HIV
Células procarióticas: DNA.
um único cromossomo formado apenas por uma molécula circular de DNA contém genes
responsáveis pelo metabolismo.
moléculas menores e circulares de DNA, presentes em algumas bactérias plasmídeos em geral contêm genes que
conferem resistência a antibióticos.
O MATERIAL GENÉTICO
DOS SERES VIVOS
Células eucarióticas: DNA.
podem existir vários cromossomos, cada um deles formado por uma longa molécula de DNA associada a moléculas de proteínas básicas denominadas histonas.
O MATERIAL GENÉTICO DOS
SERES VIVOS
GENE
Definição molecular proposta por George Beadle e Edward Tatum (1941):
Segmento de DNA que determina ou codifica uma enzima Hipótese 1 gene 1 enzima.
Conceito ampliado posteriormente:
1 gene 1 proteína muitos genes codificam proteínas que não são enzimas.
Sequência de DNA que codifica uma proteína
FALHAS DA DEFINIÇÃO GENE
MOLECULAR
Alguns genomas de vírus são constituídos por RNA e não por DNA.
Nem todos os genes são expressos na forma de
cadeias polipeptídicas alguns genes codificam tRNA e rRNA.
Algumas sequências não-codificadoras do DNA
apresentam função regulatória e são importantes para
produção de RNA e de proteínas.
DEFINIÇÃO MOLECULAR ATUAL GENE
Toda sequência ou segmento de ácido nucléico
necessária para a síntese de uma cadeia
polipeptídica funcional ou de um RNA
funcional.
OS ÁCIDOS NUCLÉICOS
Constituintes:
Nucleotídeos formados por três diferentes tipos de moléculas:
um açúcar (pentose) desoxirribose no DNA e ribose no RNA.
um grupo fosfato.
uma base nitrogenada.
Nucleotídeo de DNA
Nucleotídeo de RNA
OBS.: A molécula sem o grupo fosfato é chamada
nucleosídeo.
PENTOSES
Desoxirribose (DNA)
HOH2C
O
H
H H H H
OH
OH
1´
5´
4´
3´ 2´
Ribose (RNA)
HOH2C
O
H
OH
H H H
OH
OH
1´
5´
4´
3´ 2´
RNA versus DNA
BASES NITROGENADAS
Compostos heterocíclicos de carbono e nitrogênio:
Pirimidinas (bases pirimídicas): anel heterocíclico único
citosina (C) e timina (T) no DNA; citosina (C) e uracila (U) no RNA.
• Purinas (bases púricas): dois anéis heterocíclicos
guanina (G) e adenina (A) presentes tanto no DNA
quanto no RNA.
BASES NITROGENADAS
Desmetilação da timina uracila.
Citosina N
H
O N
N H H
N H
O O
N
H3C H
Timina
Purinas
Pirimidinas
Guanina
N
N N N
H N H H
H
O
DNA - BASES NITROGENADAS
Adenina
N H
N
N N
N H
H
Citosina N
H
O N
N H H
Purinas
Pirimidinas
Adenina
N H
N
N N
N H
Guanina H N
N N N
H N H H
H
O
RNA - BASES NITROGENADAS
H O
N H O
H H
Uracila
N
NOMENCLATURA
BASE NUCLEOSÍDEO NUCLEOTÍDEO ÁCIDO NUCLÉICO PURINAS
Adenina
Adenosina Adenilato RNA
Desoxiadenosina Desoxiadenilato DNA
Guanina
Guanosina Guanilato RNA
Desoxiguanosina Desoxiguanilato DNA
PIRIMIDINAS Citosina
Citidina Citidilato RNA
Desoxicitidina Desoxicitidilato DNA
Timina Timidina ou desoxitimidina
Timidilato ou
desoxitimidilato DNA
Uracila Uridina Uridilato RNA
LIGAÇÃO GLICOSÍDICA
• Ligação covalente estabelecida entre o carbono 1’ da pentose e o N1 das pirimidinas ou o N9 das purinas.
Pentose + base nitrogenada = nucleosídeo.
Figura representativa de nucleosídeos de DNA
NUCLEOTÍDEOS DE DNA
NUCLEOTÍDEOS DE RNA
-
LIGAÇÃO FOSFODIÉSTER
Ligação covalente estabelecida entre o carbono 3’ de um nucleotídeo e o fosfato ligado ao carbono 5’ do
nucleotídeo seguinte.
LIGAÇÃO FOSFODIÉSTER
FORMAÇÃO DE DINUCLEOTÍDEO
+
POLIMERIZAÇÃO
Ligação fosfodiéster ácidos
nucléicos ficam com
polaridade determinada em
uma extremidade temos livre
a hidroxila do carbono-5’ da
primeira pentose e na outra, a
hidroxila do carbono-3’ da
última pentose.
Erwin Chargaff (1950) técnica para medir a quantidade de cada tipo de base no DNA de diferentes espécies.
Seus dados mostraram que:
quantidade relativa de um dado nucleotídeo pode ser diferente entre as espécies, mas sempre A = T e G = C.
razão 1:1 entre bases púricas e pirimídicas em todos os organismos estudados : A + G = T + C.
quantidade relativa de cada par AT ou GC pode variar bastante de organismo para organismo razão A+T/G+C é característica da espécie analisada.
DNA - REGRA DE CHARGAFF
DNA - MOLÉCULA
Consiste de duas cadeias (fitas) helicoidais polinucleotídicas, enroladas ao longo de um mesmo eixo, formando uma dupla hélice de sentido rotacional à direita dextrógera.
Na dupla hélice as duas fitas de DNA são complementares (A
= T e G = C) e apresentam polaridades opostas anti- paralelas:
polaridade 5’3’ em uma fita e 3’5’ na outra.
Bases são complementares.
Pontes de hidrogênio entre os grupamentos amino e
carbonil de duas bases ocorrem em função da configuração eletrônica e da configuração espacial da molécula:
A = T 2 pontes de hidrogênio G C 3 pontes de hidrogênio
G C É MAIS ESTÁVEL
DNA - PAREAMENTO DE BASES
DNA - PAREAMENTO DAS FITAS
• Complementares.
• Antiparalelas.
DNA - MOLÉCULA
Grupo fosfato e desoxirribose (parte hidrofílica) localizados na parte externa da molécula.
Bases nitrogenadas (parte hidrofóbica) empilhadas dentro da dupla hélice, com suas estruturas hidrofóbicas de anéis quase planos muito próximos e perpendiculares ao eixo da hélice.
DNA - MOLÉCULA
Pareamento das bases cria dois sulcos na superfície da dupla fita :
sulco maior (principal): 22Å.
sulco menor (secundário): 12Å.
Hélice dextrógera:
uma volta completa 36° (10,5 pares de bases empilhadas);
diâmetro: 20Å.
DUPLA HÉLICE DE DNA
DNA – TOPOLOGIAS ALTERNATIVAS
Ocorrem em função do estado fisiológico.
FORMA B
FORMA A
FORMA Z
Diâmetro ~20 Å ~26 Å ~18Å
Base/volta 10,5 11,0 12,0 Inclinação
das bases 6° 20° 7°
Onde
acontece fisiológica [H2O] Regiões C/G (*) Sentido da
hélice dextrógera dextrógera levógera
(
*
) promotor de gene eucariótico.O DNA ESTÁ PROTEGIDO POR PROTEÍNAS HISTONAS
Histonas H2A, H2B, H3 e H4 cada um dos 4 tipos contribui com um dímero para formar o núcleo do nucleossomo
octâmero.
NUCLEOSSOMOS
Histona H1 mantém a estrutura unida uma molécula de
H1 por nucleossomo.
OCTÂMEROS
DNA envolve o conjunto de histonas, formando uma partícula esférica com diâmetro de ~100 Å:
DNA central (envolve o núcleo do nucleossomo): 140 pb;
DNA de ligação (conecta os nucleossomos uns aos
outros): 60 pb.
Centrômero
Cromossomo metafásico
NÍVEIS DE
ORGANIZAÇÃO DA
CROMATINA
PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS DO DNA
Soluções de DNA, em pH = 7,0 e temperatura ambiente, são altamente viscosas.
Em altas temperaturas ou pH extremos o DNA sofre desnaturação ruptura das pontes de hidrogênio diminui a viscosidade da solução de DNA.
Durante a desnaturação nenhuma ligação
covalente é desfeita, ficando portanto as duas fitas de DNA separadas.
Quando o pH e a temperatura voltam ao normal, as duas fitas de DNA
espontaneamente se enrolam formando novamente o DNA dupla fita.
DNA - FUNÇÕES
Contém os genes, responsáveis pelo comando da atividade celular e pelas características
hereditárias.
Cada molécula de DNA contém vários genes dispostos linearmente ao longo da molécula.
Cada gene, quando em atividade, é transcrito
em moléculas de RNA síntese de proteínas.
RNA - MOLÉCULA
mRNA 3’
5’
Ribossomo (rRNA + proteínas)
TIPOS DE RNA
RNA FUNÇÃO
mRNAs (RNAs mensageiros)
Informacional: codificam cadeias polipeptídicas (veículo pelo qual a informação genética é
transferida do DNA aos ribossomos para a síntese de cadeias polipeptídicas).
rRNAs (RNAs ribossômicos)
Estrutural: componentes estruturais dos ribossomos.
Catalítica: catalisa a tradução de um mRNA em uma cadeia polipeptídica (ribossomo).
TIPOS DE RNA
RNA FUNÇÃO
tRNAs (RNA
transportador ou de transferência)
Transferência de informação:
moléculas adaptadoras que traduzem a informação presente no mRNA em
uma seqüência específica de aminoácidos.
Aminoacil-tRNA Sintetase
Faz o reconhecimento e a ligação do aminoácido
correto aos seus tRNA apropriados.
TIPOS DE RNA
RNA FUNÇÃO
snRNAs (pequenos RNA nucleares – do inglês small
nuclear RNA) Partículas ribonucleoprotéicas envolvidas no processamento do mRNA (splicing).
scRNAs (pequenos RNA citoplasmáticos – do inglês
small cytoplasmic RNA) RNA SL (spliced leader RNA
ou RNA-líder)
Envolvido no processamento do mRNA em diversas espécies de tripanossomos e no
nematódeo Caernohabditis elegans.
SnoRNAs (pequenos RNAs
encontrados nos nucléolos) Envolvidos no processamento do rRNA.
RNA I (RNA iniciador ou primer)
Fornece uma extremidade 3’-OH livre para a DNA polimerase iniciar a adição de nucleotídeos
durante a replicação do DNA.
