Introdução a Biologia Molecular: DNA

Introdução a Biologia
Molecular: DNA
Genética Humana
Prof. João Ronaldo Tavares de Vasconcellos Neto
JAN/2012
HISTÓRICO
• Organização
Células
DNA
+
Proteínas
•Informação das proteínas e RNAs
que serão sintetizadas pelas células
do organismo ao longo da sua vida.
•Capacidade de se auto-duplicar
para originar outras células.
Corpo
Controla:
1) homeostasia
2) reprodução
3) morfologia
4) função celular
A CÉLULA
DNA
TECIDOS
ÓRGÃOS
E SISTEMAS
CORPO
AMBIENTE
HISTÓRICO
HISTÓRICO
• 1865 - GREGOR MENDEL
► Estudou cruzamento entre diferentes
tipos de ervilhas demonstrando que
certas
características físicas
dessas
plantas eram transmitidas de geração
para geração através de “fatores”.
HISTÓRICO
• 1902 – SUTTON e BOVERI
► Padrão de herança dos “fatores”
acompanhava a segregação dos
cromossomos de células em divisão
• 1909 – JOHANNSEN
► Nomeou as unidades mendelianas da
hereditariedade (“fatores”) de GENES
HISTÓRICO
• 1915 – THOMAS MORGAN
► Concluiu que os genes estavam organizados de maneira
linear nos cromossomos;
 Propôs, pela 1ª vez, uma correlação entre um gene (genótipo) e
uma característica física (fenótipo).
• 1941 – BEADLE e TATUM
► Demonstraram que os genes agiam através da regulação de
diferentes eventos químicos;
 HIPÓTESE:
UM GENE
UMA ENZIMA
HISTÓRICO
• 1953 – JAMES WATSON e
FRANCIS CRICK
► Descrição
da
estrutura
física
do
DNA
baseando-se nos estudos de difração de raio X
de Rosalind Franklin e Maurice Wilkins e em
estudos químicos da molécula;
► Modelo da dupla fita proposto foi fundamental
para
a
compreensão
transmissão
genética;
e
do
execução
mecanismo
da
de
informação
HISTÓRICO
HISTÓRICO
• 1955 – JOE HIN TJIO
► Definiu como 46 o número exato de
cromossomos humanos
• ARTHUR KORNBERG
► Isolou a enzima DNA polimerase da
bactéria E.coli
HISTÓRICO
• 1957 – CRICK e GAMOV
►Dogma Central da Biologia Molecular
HISTÓRICO
• 1961 – BRENNER, JACOB e MESELSON
► mRNA é a molécula que leva informação do DNA no núcleo
para a maquinaria de produção de proteínas no citoplasma;
HISTÓRICO
• 1966 – NIRENBERG, KHORANA e OCHOA
►Seqüências sucessivas de três nucleotídeos do
DNA (codon) determinam a seqüência de
aminoácidos de uma proteína
HISTÓRICO
HISTÓRICO
• Com o desenvolvimento da tecnologia do DNA recombinante
(1972) e do seqüenciamento do DNA (1975-77) tornou-se
possível isolar e determinar a seqüência de genes dos mais
diferentes organismos;
• Desta forma, com a disponibilidade de novos recursos, vários
mecanismos biológicos, como a replicação do DNA e a divisão
celular, começaram a ser intensamente estudados.
A Célula
•DIFERENCIAÇÃO
•CRESCIMENTO
Núcleo:
DNA
•FUNÇÃO CELULAR
•RESPOSTA AO AMBIENTE
A Célula
Núcleo
DNA
Cromossomo
DNA
DNA
• ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
►Contém toda a informação genética de um
organismo
►Esta informação está arranjada em
unidades hoje conhecidas como genes
DNA
• ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS
►As moléculas de
compostas
por
nucleotídeos:
DNA e
quatro
RNA são
diferentes
Adenina, Guanina e Citosina – comum para
DNA e RNA
 Timina – encontrada somente no DNA
 Uracila – encontrada somente no RNA
DNA
• ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS
DNA
NUCLEOTIDEOS
DNA
• Duas fitas de polinucleotídeos associadas formando uma
estrutura de dupla hélice onde as pentoses e os radicais
fosfato compõe a fita e as bases projetam-se para o interior da
mesma;
• As fitas mantêm-se unidas através da formação de pontes de
hidrogênio entre as bases o que contribui para a estabilidade
da dupla hélice;
► Adenina (A) pareia com Timina (T) através de 2 pontes de
hidrogênio;
► Guanina (G) pareia com Citosina (C) através de 3 pontes de
hidrogênio.
DNA
DNA
• O grupo hidroxil ligado ao
carbono 3 da pentose de um
nucleotídeo forma uma ligação
fosfodiéster com o fosfato do
outro nucleotídeo
5’ C-A-G 3’
DNA
5’
3’
DNA
ESTRUTURA QUÍMICA DA MOLÉCULA DO DNA
Desoxirribose
5’
Carbono
5’
CH2 O
Como a ligação
entre uma desoxirribose
e outra desoxirribose
só pode ser feita
quando um grupo
fosfato liga-se no
Carbono 5’do
primeiro açúcar e
no Carbono 3’do
segundo açúcar
dizemos
que a molécula
de DNA “cresce em
direção 5’ 3’
H H
Carbono
3’
Ligação
Fosfodieste
Grupo fosfato +
Grupo hidroxila
(OH) do Carbono 3’
Base
Nitrogenada
H
O H
O
O-
P
O
Base
Nitrogenada
CH2 O
H H
Desoxirribose
H
H
O
O
P
O
H
O-
3’
DNA
• Antiparalelismo
As fitas do DNA estão
dispostas em direções
opostas
DNA
COMPLEMENTARIEDADE
Cada base de uma fita é pareada com a base complementar da outra fita
DNA
Fita velha
Durante a replicação do
DNA as duas fitas
velhas ou mães servem
de molde para cada fita
nova ou filha
complementar, que
está sendo sintetizada.
Fita nova
DNA
• Duas fitas de polinucleotídeos associadas formando uma
estrutura de dupla hélice onde as pentoses e os radicais
fosfato compõe a fita e as bases projetam-se para o interior da
mesma;
• As fitas mantêm-se unidas através da formação de pontes de
hidrogênio entre as bases o que contribui para a estabilidade
da dupla hélice;
► Adenina (A) pareia com Timina (T) através de 2 pontes de
hidrogênio;
► Guanina (G) pareia com Citosina (C) através de 3 pontes de
hidrogênio.
DNA
DNA
• O grupo hidroxil ligado ao
carbono 3 da pentose de um
nucleotídeo forma uma ligação
fosfodiéster com o fosfato do
outro nucleotídeo
5’ C-A-G 3’
DNA
REPLICAÇÃO DO DNA
Replicação
• O DNA é um polímero de nucleotídeos unidos entre si por ligações
fosfodiéster. As fitas complementares estão ligadas por ligações de
hidrogênio. Nas células, cada cadeia está orientada em sentido
contrário ao da outra (anti-paralelismo). Os nucleotídeos são
compostos por açúcar (pentose), radicais fosfatos e bases
nitrogenadas.
Replicação
• As bases nitrogenadas são:
► Adenina
► Guanina
► Citosina
► Timina
Replicação
• Os nucleotídeos de uma cadeia da molécula de DNA podem
interagir com os da cadeia complementar através de ligações de
hidrogênio entre suas bases nitrogenadas, sendo que a Adenina se
liga por meio de duas ligações de hidrogênio à Timina, e a Citosina
se liga através de três ligações com a Guanina
Replicação
• Primeiro passo:
►Enzima DNA-Helicase abre a molécula de DNA.
Rompe as ligações ponte de hidrogênio.
►A enzima DNA-Topoisomerase matem a fita dupla
linear. A molécula de DNA deixa de ser helicoidal
com a ação desta enzima. Evita a formação de
super-hélices.
Replicação
• Segundo passo:
►Proteínas SSB de ligam ao DNA unifilamentar
evitando que de enrole novamente ou forme pontes
ou gaps.
►A Enzima DNA-Polimerase III de acopla a fita de
DNA unifilamentar para o inicio da replicação.
Síntese continua;
Síntese descontinua.
Replicação
• Terceiro passo:
►A Síntese continua ocorre normalmente com a adição
de nucleotídeos complementares a fita de DNA
unifilamentar pela ação da enzima DNA-polimerase
III.
►A medida que a nova fita é sintetizada as proteínas
SSB se desligam permitindo o enovelamento do
DNA.
Replicação
• Quarto passo:
► Síntese descontinua forma fragmentos de Okazaki.
► A DNA polimerase III apenas sintetiza fitas de DNA na direção 5’
a 3’. Sendo assim a segunda fita de DNA unifilamentar precisa
ser duplicada em fragmentos para respeitar essa necessidade.
► Um fragmento de RNA chamado primer se liga a fita de DNA
unifilamentar permitindo que a enzima DNA-polimerase III possa
fazer a sintese do fragmento.
Replicação
• Quinto passo:
►A fita descontinua possui diversos fragmentos de
DNA não ligados. Este fragmentos são conectados
pela enzima DNA-ligase.
►Os primers são substituídos por nucleotídeos de DNA
pela mesma enzima DNA-polimerase I.
►No final do processo duas duplas fitas de DNA são
formadas tendo como molde as fitas unifilamentares.
REPLICAÇÃO
Ciclo Celular
Genética Humana
Prof. João Ronaldo Tavares de Vasconcellos Neto
JAN/2012
Papéis da divisão celular
A capacidade única de procriar (gerar vida
da vida) é a característica que melhor
diferencia os seres vivos da matéria não
vivente.
Papéis da divisão celular
“Omnis cellula e cellula”
Papéis da divisão celular
• Importância
► Apenas uma etapa do ciclo celular;
► Gera um organismo inteiro (unicelulares);
► Em alguns organismos multicelulares pode gerar um progênie
(enxerto em plantas);
► Capacita organismos de reprodução sexuada a se
desenvolverem a partir de uma única célula;
► Após o organismo alcançar pleno desenvolvimento atua na
renovação, manutenção do organismo.
Divisão Celular
• A divisão celular resulta em células-filhas
geneticamente idênticas
►O DNA celular da forma que esta organizado
dentro do núcleo possui informação genética
que se chama genoma;
Comprimento do DNA eucariótico pode chegar a 2
metros (célula humana);
Possui comprimento cercar de 250.000 vezes
maior que o diâmetro da célula.
Divisão Celular
• Como esse DNA cabe dentro da célula?
►Este material esta extremamente
condensado (cromatina) na forma de
cromossomos (corpo que absorve
colorações);
►Toda espécie eucariótica possui número
característico de cromossomos:
46 humanos
18 repolho
148 espécie de alga
Divisão Celular
• Fases do Ciclo Celular
►A mitose ou divisão celular é apenas uma
fase do ciclo celular (fase mitótica (M));
Fase mais curta
►A interfase é a maior fase do ciclo celular;
Fase G1
Fase G2
Fase S
Divisão Celular
Divisão Celular
• A mitose é dividida em cinco estágios.
Contudo este número pode variar de autor
para autor.
►Prófase
►Prometáfase
►Metáfase
►Anáfase
►Telófase
Divisão Celular
• Prófase
►Formação do fuso mitótico
Estrutura que consiste em fibras compostas de
microtúbulos e proteínas associadas;
►A montagem dos microtúbulos do fuso inicia
no centrossomo (centro organizador de
microtúbulos)
Áster: arranjo radial de pequenos microtúbulos
Divisão Celular
Cinetocoro: Estrutura protéica responsável pela
movimentação das cromátides irmãos durante a
segregação do material genético
Placa metafásica: Plano imaginário que surge do
alinhamento dos centrômeros dos cromossomos
duplicados.
Mitose
• G2 da Interfase
►Dois centrossomos são formados;
►Cada centrossomo se caracteriza por dois
centríolos;
►Cromossomos duplicados na fase S não
podem ser vistos pois não estão
condensados;
Mitose
• Prófase
►As fibras de cromatina se tornam mais firmemente
enroladas (cromossomos separados);
►Cada cromossomo aparece com duas cromátidesirmãs, idênticas e unidas pelo centrômero;
►Inicio da formação do fuso mitótico;
►Os centrossomos se afastam uns dos outros.
Mitose
• Prometáfase
►O envelope nuclear se fragmenta
►Os cromossomos se tornam mais condensados;
►Cada cromatina de cada cromossomo possui um
cinetocoro;
►Ligação dos microtúbulos com o cinetocoro;
Mitose
• Metáfase
►Estágio mais longo da mitose;
►Os centrossomos estão em pólos opostos;
►Os cromossomos se reúnem na placa
metafásica.
Mitose
• Anáfase
►Estágio mais curto;
►Separação das cromátides-irmãs;
►Cada cromossomo formado por cada
cromátide separada migra para lados opostos
da célula;
Mitose
• Telófase
►Dois núcleos filhos se formam na célula;
►Envelopes nucleares surgem a partir de
fragmentos do antigo envelope nuclear da
célula parental;
►Os cromossomos se tornam menos
condensados;
Mitose
• Citocinese
►Ocorre a divisão do citoplasma;
►Formação do sulco de clivagem;
Ciclo Celular
Mitose
ESTUDEM!!