GENÉTICA MOLECULAR

DNA e RNA

https://www.youtube.com/watch?v=6nxRxoGME_I&t=3s

https://www.youtube.com/watch?v=8eJ5xuTOZ9Q60 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 caractereshereditários era feita por meio de partículas oufatores que se encontravam nos gametas

atualmente os fatores mendelianos sãodenominados 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

TschermakCorrens

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 OchoaMarshall 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.

BacteriófagoHIV

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 várioscromossomos, cada um delesformado por uma longamolécula de DNA associada amoléculas de proteínas básicasdenominadas histonas.

O MATERIAL GENÉTICO DOS SERES VIVOS

Seqüência de DNA que codifica uma proteína.

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 codificamproteínas que não são enzimas.

GENEFALHAS DA DEFINIÇÃO

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 DNAapresentam função regulatória e são importantes paraprodução de RNA e de proteínas.

GENEDEFINIÇÃO MOLECULAR ATUAL

Toda sequência ou segmento de ácido nucléiconecessária para a síntese de uma cadeiapolipeptídica funcional ou de um RNAfuncional.

OS ÁCIDOS NUCLÉICOSConstituintes:Nucleotídeos formados por três diferentes tipos de

moléculas:

um açúcar (pentose) desoxirribose no DNAe 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)

OHOH2C

H

H

HH H

OH

OH

1´

5´

4´

3´ 2´

Ribose (RNA)

OHOH2C

H

OH

HH 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 DNAquanto no RNA.

BASES NITROGENADAS

Desmetilação da timina uracila.

Citosina N

H

O

N

N

HH

N

H

O

O

N

H3C H

Timina

Purinas

Pirimidinas

Guanina

N

N N N

NH

H

H

H

O

DNA - BASES NITROGENADAS

Adenina

N

H

N

N N

N

H

H

Citosina N

H

O

N

N

HH

Purinas

Pirimidinas

Adenina

N

H

N

N N

N

H

HGuanina

N

N N N

NH

H

H

H

O

RNA - BASES NITROGENADAS

OHN

H

O

H H

Uracila

N

NOMENCLATURA

BASE NUCLEOSÍDEO NUCLEOTÍDEOÁCIDO

NUCLÉICO

PURINAS

AdeninaAdenosina Adenilato RNA

Desoxiadenosina Desoxiadenilato DNA

GuaninaGuanosina Guanilato RNA

Desoxiguanosina Desoxiguanilato DNA

PIRIMIDINAS

CitosinaCitidina Citidilato RNA

Desoxicitidina Desoxicitidilato DNA

TiminaTimidina ou

desoxitimidina

Timidilato ou

desoxitimidilatoDNA

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 ácidosnucléicos ficam compolaridade determinada emuma extremidade temos livrea hidroxila do carbono-5’ daprimeira pentose e na outra, ahidroxila do carbono-3’ daúltima 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 organismosestudados : A + G = T + C.

quantidade relativa de cada par AT ou GC pode variar bastante deorganismo para organismo razão A+T/G+C é característica daespécie analisada.

DNA - REGRA DE CHARGAFF

DNA - MOLÉCULA Consiste de duas cadeias (fitas) helicoidais polinucleotídicas,

enroladas ao longo de um mesmo eixo, formando uma duplahélice 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 duplahélice, com suas estruturas hidrofóbicas de anéis quase planos muitopróximos e perpendiculares ao eixo da hélice.

DNA - MOLÉCULA

Pareamento das bases criadois sulcos na superfície dadupla 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 ALTERNATIVASOcorrem 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 bases6° 20° 7°

Onde

acontecefisiológica [H2O]

Regiões

C/G (*)

Sentido da

hélicedextrógera 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 deH1 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

3’mRNA

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 RNARNA 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 RNAou 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.

RNA – FUNÇÕES GERAIS

Informacional: mRNA (pouco estável), RNA de vírus (material genético).

Transferência de informação: tRNA.

Estrutural: rRNA (ribossomo).

Catalítica: RNAse P, snRNA, rRNA (tradução), pequenos RNAs de vegetais (viróides e virusóides).

Regulatória: RNA-líder, RNA I, entre outros.

RNA DNA

Açúcar Ribose Desoxirribose

Bases nitrogenadas

Guanina (G)Citosina (C)Adenina (A)Uracila (U)

Guanina (G)Citosina (C)Adenina (A)Timina (T)

Número de fitasGeralmente

simplesGeralmente

dupla

Estabilidade química

Menos estável Mais estável

DIFERENÇAS BIOQUÍMICAS

ENTRE RNA E DNA