Aula02 Farmacia
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A ESTRUTURA DE GENES E GENOMAS
Cap. 2
DNA é o Material Genético
• O que é transformação genética?
– Processo pelo qual o DNA na forma livre é incorporado
por uma célula receptora
– Resultado: esta célula pode vir a apresentar alterações
genéticas
• Qual foi o evento que permitiu a descoberta da
capacidade de transformação genética pelas
bactérias? E qual foi sua conseqüência?
– Fred Griffith (1928)
Fred Griffith 1928
• Fred Griffith 1928 e a “metamorfose” das células
– Streptococcus pneumoniae
– Linhagens virulentas SIII (capsuladas)
– Linhagens avirulentas R (mutantes SII – sem cápsula)
– DNA é o material genético das células
• 1941 Griffith morre num ataque aéreo na
Inglaterra!
DNA é o “Princípio Transformante”
• Quando ocorreu a demonstração e comprovação de
que o DNA é o material genético das células e é
responsável pela transformação bacteriana?
– Dawson e Sai (1931)
• Descobriram um método de transformar as células R em SIII no
tubo de ensaio (sem o camundongo)
– Alloway (1932)
• Tentou isolar e purificar o “princípio transformante”
• Problema: difícil reprodução do experimento
Avery, MacLeod e McCarty (1944)
• Quando ocorreu a demonstração e comprovação de
que o DNA é o material genético das células e é
responsável pela transformação bacteriana?
– Avery, MacLeod e McCarty (1944)
• Isolaram o DNA, RNA, proteínas, lipídios e carboidratos das
células tipo SIII e inocularam em placas contendo as células R
• Somente o DNA foi capaz de transformar as células R em SIII
(virulentas)
Oswald Avery,
1944
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A Natureza do DNA
• As Três Funções do DNA
– Duplicação
– Manutenção da Informação
– Mutação
A Natureza do DNA
• Os Constituintes do DNA– Fosfato
– Açúcar: desoxirribose
– Base Nitrogenada: Purina e Pirimidinas
– Unidade básica: Nucleotídeo
A Natureza do DNA
• O DNA é uma Dupla Hélice– Ligação fosfodiéster: orientação oposta das fitas
– Sentido 5’ � 3’
– Bases complementares: A = T; G ≡ C
– Ligações de hidrogênio
A Natureza do DNA
• A Estrutura do DNA Reflete sua Função– Cada fita serve como molde
– DNA polimerase
– Fragmentos de Okazaki
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A Natureza dos Genes
• As Principais Regiões de um Gene– Um gene é uma região do DNA que pode ser transcrita em
um RNA funcional no momento e no lugar correto durante o desenvolvimento celular
Distribuição do número de éxons nos genes de três organismos
A Natureza dos Genes
• Os Genes Estão Cercados por Outro DNA– Íntrons
– Regiões intergênicas
– DNA repetitivo
Tamanho médio dos éxons
Tamanho médio dos íntrons
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Topografia gênica
Verde claro = íntrons; verde escuro = éxons; branco = região interênica
A Natureza dos Genomas
• Tamanho do Genoma– Pares de nucleotídeos (Kb ou Mb)
– Relação entre complexidade estrutural do organismo e tamanho do genoma
• DNA repetitivo
• Íntrons
Quantidade de DNA nos GenomasA Natureza dos Genomas
• Genomas de Plasmídeos– Bactérias: circulares; vantagem adaptativa
– Fungos e Plantas
• Genomas de Procariontes– 1 Cromossomo circular
– Exceção: Borrelia burgdorfei
– Operons
– Nucleóide
Plasmídeos de Escherichia coli (ME)
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Genoma de Escherichia coli (ME)
DNA
liberado
por choque
osmótico
A Natureza dos Genomas
• Genomas Virais– DNA (fita dupla, fita simples)
– RNA (fita dupla, fita simples)
Fago T2 (ME)
A Natureza dos Genomas
• Genomas Nucleares de Eucariontes
• DNA organelar– Mitocôndria
– Cloroplasto
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DNA mitocondrial de seres humanos Frutas da Planta DaturaTrissomia em cada Cromossomo (2n +1)
Cariótipo
• Refere-se ao arranjo dos pares de cromossomos homólogos
• São classificados e numerados de acordo com uma convenção, que ébaseada no tamanho, posição do centrômero e no padrão de bandeamento específico para cada cromossomo
• Cariótipo humano
– 22 pares de cromossomos (autossomos) + 2 cromossomos sexuais (X e Y)
– Mulheres. 46, XX e Homens. 46, XY
A Natureza dos Cromossomos Nucleares Eucarióticos
• Pontos de Referência Visíveis do Cromossomo– Tamanho do cromossomo
– Posição do centrômero
Cromossomo Metacêntrico
• Os cromossomos são visíveis como estruturas individualizadas somente durante a mitose
• Na interfase eles não podem ser diferenciados
• Na metáfase o DNA está cerca de 10 mil vezes mais empacotado que na interfase
• Na prometáfase os cromossomos são mais longos do que na metáfase e mostram mais bandas, por isso, para alguns estudos os cromossomos são também estudados nesta fase
• Tipos de cromossomos metafásicos. Localização do centrômero
– Metacêntrico. Braço p = q
– Submetacêntrico. Braço p < q
– Acrocêntrico. Braço p << q (apêndice satélite) ≠ DNA satélite
– Telocêntrico. Não há braço curto p ou o satélite
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A Natureza dos Cromossomos Nucleares Eucarióticos
• Pontos de Referência Visíveis do Cromossomo– Posição dos organizadores nucleares (RON)
• RNA ribossomal
– Padrões de cromômeros (Nós)• Espessamentos localizados ao longo do cromossomo visualizados
durante a multiplicação celular
• Podem ser marcados (identificação no genoma)
A Natureza dos Cromossomos Nucleares Eucarióticos
• Cromatina
– Eucromatina
• Menos empacotado que cromossomo
• Ocupa a maior parte da região nuclear
• Região transcrita do genoma
A Natureza dos Cromossomos Nucleares Eucarióticos
• Cromatina
– Heterocromatina
• Altamente condensada, comparável cromossomo na mitose
• Normalmente encontrado na região do centrômero
• Durante o ciclo celular ocorre pouca modificação na sua
condensação
• Algumas regiões agregam-se na forma de cromocentros
• Região não transcrita
• Replicação tardia na fase S
A Natureza dos Cromossomos Nucleares Eucarióticos
• Pontos de Referência Visíveis do Cromossomo– Padrões de bandeamento
• Específicos para cada cromossomo
• Bandas Q (cloridrato de quinacrina)
• Bandas G (coloração Giemsa)
• Bandas R (reverso de Giemsa)
• Cromossomos politênicos
Cromossomos do Fibroblasto de Cervo
2n = 6
Cariograma
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Cromossomos Politênicos da Glândula Salivar de Drosophila
Fusão da heterocromatina =
cromocentro
A Natureza dos Cromossomos Nucleares Eucarióticos
• Estrutura Tridimensional dos Cromossomos Nucleares– Proteínas histonas
– Grau de helicoidização
– Representações dos cromossomos• Cariograma
• Idiograma
Parece muita informação para pouco espaço... Nucleossomo
• É a subunidade da cromatina
• Contém aproximadamente 200 pb de DNA associado com o
octâmero de histonas
– Núcleo de Histonas: consistem em duas cópias da H2A, H2B, H3
e H4
• Organizado numa fita de 30 nm de diâmetro
– Solenóide é formado por 6 nucleossomos por volta
– H1 empacota externamente os nucleossomos
Nível 1 - Nucleossomas Nucleossomo
• DNA e Histonas– Proteínas histônicas apresentam aminoácidos carregados positivamente
– 5 tipos de histonas: H1, H2A, H2B, H3 e H4
– Exceto a H1, ocorrem em mesmo número
– São muito conservadas evolutivamente
– Há uma relação mais próxima entre o DNA e as histonas principalmente nas regiões ricas em A+T (sulcos menores)
• Nucleossomo
– É a subunidade fundamental do DNA + Histonas nos cromossomos interfásicos ou na cromatina
– Consistem em aproximadamente 146 pares de bases de DNA ==> se enrolam duas vezes em torno do octâmero de histonas formado por duas cópias de cada molécula de H2A, H2B, H3 e H4 ==> formando o “core” de histonas
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Nível 2 – Fibra de 30 nm
• Considere o teor de DNA deixado por um suspeito na cena do crime. Qual tipo de DNA é mais frequentemente encontrado (genômico ou mitocondrial)? Que evidências podem conter DNA do suspeito? Que cuidados o perito deve ter no momento de colher as evidências?
Pergunta