DNA

FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FISIOLÓGICAS
DISCIPLINA DE BIOQUÍMICA
Ácidos nucléicos
Prof. Dr. Luis Fernando Marins
[email protected]
- A vida depende da capacidade das células em armazenar,
obter e traduzir as instruções genéticas necessárias para
manter o organismo vivo.
- Esta informação é passada de uma célula às suas célulasfilhas durante a divisão celular, e de uma geração a outra
por meio de suas células reprodutoras.
Questões importantes que surgiram:
- Que tipo de molécula pode ser capaz de uma replicação
tão acurada e quase ilimitada e de dirigir o desenvolvimento
de um organismo e a vida diária de uma célula?
- Que tipo de instruções estão contidas nas informações
genéticas?
- Como essas informações estão organizadas fisicamente
dentro de uma célula?
Uma série de experimentos realizados de forma
independente comprovaram que o DNA contém a
informação genética da célula
 Frederick Griffith (1928) : fator de transformação bacteriano;
 Avery, MacLeod, McCarty (1944) : DNA é o fator de transformação;
 Hershey e Chase (1952): rastreamento radioativo com P32 e S35 em
bacteriófago.
1928 Descoberta da transformação
 Frederick Griffith descobriu a transformação, um processo
envolvendo absorção de material genético por um organismo.
1944 Os genes são feitos de DNA
Oswald Avery
Avery, MacLeod e McCarty repetiram os experimentos de Griffith,
porém utilizando proteases e nucleases. Ficou demonstrado a
transferência de DNA é responsável pela transformação de
Streptococcus pneumoniae de um fenótipo avirulento para um
virulento.
1952 Replicação viral
Alfred Hershey e Martha Chase
 Hershey e Chase realizaram experimentos com
bacteriófagos e provaram que o DNA era o material
genético e não as proteínas.
Mas o que é o DNA? Qual sua
estrutura química? Como esta molécula
pode conter a informação genética? De
que forma a informação é transmitida
para as gerações seguintes?
 O DNA é um polímero de nucleotídeos
Nucleotídeo
Base
nitrogenada
Açúcar
Grupo
fosfato
H
 Ligações fosfodiéster unem os nucleotídeos
Açúcares
Ribose (RNA)
Desoxirribose (DNA)
As propriedades das bases nitrogenadas afetam a
estrutura dos ácidos nucléicos
 Pirimidinas são moléculas planares e
purinas quase planares;
 Purinas e pirimidinas são hidrofóbicas
e relativamente insolúveis em água;
 Existem duas formas de interação
entre as bases:
- Interações hidrofóbicas de
empilhamento
- Pontes de hidrogênio entre grupos
amina e carbonila
 O esqueleto covalente dos ácidos
nucléicos consiste de resíduos
fosfato e pentose alternantes e as
bases podem ser consideradas
como grupos laterais unidos ao
esqueleto a intervalos regulares.
RNA
DNA
 Todas as ligações fosfodiésteres
nas fitas do DNA e RNA possuem a
mesma orientação ao longo da
cadeia, conferindo a cada fita linear
uma polaridade e extremidade 5’ e 3’
distintas.
A estrutura do DNA: o modelo em dupla hélice
 Regras de Chargaff:
- A composição de bases do DNA varia de uma espécies para
outra;
- DNAs de diferentes tecidos da mesma espécie possuem a
mesma composição de bases;
- O DNA de uma espécie não se altera com a idade, estado
nutricional ou efeito ambiental;
- Em todos os DNAs, independente da espécie, A=T e C=G;
 Rosalind Franklin e Maurice Wilkins: difração de raios-X
- polímeros helicoidais
- duas periodicidades (um eixo maior e um eixo menor)
- duas fitas
Problema: como formar um modelo tridimensional
da molécula considerando as regras de Chargaff?
Modelo tridimensional do DNA: Watson e Crick (1953)
 Duas cadeias helicoidais;
 Esqueleto hidrofílico de fosfato e
desoxirribose na parte externa da
molécula;
 Bases empilhadas dentro da dupla
hélice com suas estruturas planares
muito próximas e perpendiculares ao
eixo da hélice;
 Formação do sulco principal e do
sulco secundário entre as duas fitas.
James Watson e Francis Crick
Padrões das pontes
de hidrogênio nos
pares de bases
definidos por
Watson e Crick
 Este pareamento específico de
bases permite a duplicação da
informação genética pela síntese
de fitas de ácidos nucléicos que
sejam complementares às fitas
existentes.
 Cada base de uma fita está pareada no
mesmo plano com uma base da outra fita;
 Bases ligadas por pontes de hidrogênio;
 As duas cadeias são antiparalelas;
 As duas cadeias são complementares
entre si;
 A dupla hélice é mantida por dois
conjuntos de forças: as pontes de
hidrogênio entre os pares de bases
complementares e as interações de
empilhamento das bases;
 O modelo sugere diretamente um
mecanismo direto de transmissão da
informação genética
Todas as células replicam o DNA para passar a
informação genética para as células-filhas
Neste processo, as duas fitas são separadas e cada uma serve
como molde para a síntese de uma fita complementar nova.
DNA: ácido desoxirribonucléico
 Um segmento de DNA que contém a informação
necessária para a síntese de um produto biológico
funcional (RNA ou proteína) é referido como um gene;
 O armazenamento da informação biológica é a única
função conhecida do DNA;
RNA: ácido ribonucléico
 Existem várias classes de RNAs encontrados na célula, cada
uma com uma função distinta;
 Os RNAs ribossômicos (rRNAs) são componentes estruturais
dos ribossomos, os quais sintetizam proteínas;
 Os RNAs mensageiros (mRNAs) transportam a informação
dos genes aos ribossomos, onde as proteínas correspondentes
serão sintetizadas;
 Os RNAs de transferência (tRNAs) são moléculas adaptadoras
que traduzem fielmente a informação presente no mRNA numa
seqüência específica de aminoácidos.
RNA: função importante na expressão da
informação genética
 DNA está confinado no núcleo;
 Alguma molécula diferente do DNA deveria levar a informação
genética ao citoplasma;
 RNA está presente tanto no núcleo quanto no citoplasma;
 O início da síntese de proteínas é acompanhado por uma aumento
na quantidade de RNA no citoplasma.
A química dos ácidos nucléicos
 O DNA funciona bem como reservatório da informação
genética, em parte, por sua estabilidade;
 O armazenamento da informação por longos períodos
sem alteração é extremamente importante para as células;
 Processos como envelhecimento e carcinogênese estão
relacionados com acúmulo de alterações irreversíveis no
DNA;
 Calor e pH podem desnaturar a molécula do DNA;
 Ao contrário do que acontece com as proteínas, a
desnaturação é um processo reversível.