DNA e Biologia Molecular - Moodle @ FCT-UNL

ADN e Biologia Molecular
•
c. 1940, 3 problemas por resolver na
genética:
- Relação entre genética e
evolução (1930-1950) síntese evolucionista (já
estudado)
- relação entre genética e
biologia do desenvolvimento
(embriologia), todo o século XX
•
C. 1951 as experiências pareciam
apontar para que o ADN fosse a
substância genética
•
3 grupos investigam a estrutura
material do gene :
- Rosalind Franklin (Maurice
Wilkins), King’s College,
Cambridge
- Linus Pauling, Califórnia
- James Watson e Francis Crick,
Cavendish Laboratory, Cambridge
- composição química do gene
ADN e Biologia Molecular
•
Diferentes visões sobre a natureza
social da ciência estão na origem da
controvérsia sobe o mérito da
descoberta da estrutura do ADN:
•
Pauling, após a demonstração da
estrutura em hélice das proteínas ,
interessa-se pela estrutura do ADN
•
Watson e Crick estavam convencidos
de que o ADN tem um estrutura
helicoidal
-Para Watson (1968), a ciência é
uma corrida na qual os prémios
vão para os vencedores e a
astúcia é, para ele, jogo limpo
•
Franklin nos seus cadernos de
laboratório parece rejeitar esta ideia,
inicialmente
- Para Franklin os resultados
obtidos, as fotografias de difracção
de RX, são os seus resultados e
para seu uso
•
Watson e Crick conseguem
astuciosamente que Wilkins lhes dê a
ver as últimas fotografias de difracção
de Raios X de Franklin
- Wilkins, resultados científicos
valiosos são fruto de ‘uma
grande comunhão de espírito de
cooperação.’ As fotografias
obtidas no seu laboratório são
para partilhar, mas…
Francis and Jim asked me whether I would
mind if they started building models again. I
found this question horrible. I did not like
treating science as a race, and I especially did
not like the idea of them racing against me. I
was strongly attached to the idea of a
scientific community. (Wilkins)
•
Watson e Crick constroem modelos com
dados do laboratório do King’s College
•
Crick e Watson concluíram uma
estrutura para o ADN em dupla
hélice, com pares de bases no
interior.
•
Resultado publicado na Nature, em
Abril de 1953.
•
Jornalistas, entre os quais Ritchie
Calder, fizeram a divulgação nos
jornais, trazendo enorme publicidade
•
A elucidação da estrutura do ADN é
actualmente vista como uma das
maiores descobertas do século XX
•
Apesar da cobertura jornalística, há
três factores que explicam a
perenidade do brilho desta
descoberta:
-Sabiam que o ADN continha bases
nucleotídicas: guanina (G), citosina
(C), adenina (A), timina (T)
- Cortaram cartões para
representar as bases e arranjaramnas
- Emparelharam GC; AT
(Chargaff tinha já confirmado a
relação 1:1 de GC e AT no ADN)
Um problema criptoanalítico
1- A relação entre o ADN com a substância
química dos genes e as células levou
tempo a compreender
2- A promessa da biotecnologia ,a partir
dos anos de 1970, fez brilhar
retrospectivamente a descoberta de
Watson e Crick
3- A linguagem da Guerra Fria cria um
discurso poderoso, ‘o discurso da
informação,’ passando a vida a ser descrita
nestes termos
•
Um dos leitores mais entusiastas de
Watson e Crik é o físico George Gamow
•
Gamow via a determinação do modo
como os nucleótidos relativos aos vinte
aminoácidos que, em diferentes
combinações, compõem as proteínas
como um problema criptoanalítico :
A this time I was consultant in the Navy and I
knew some people in this top secret business in
the Navy basement who were deciphering and
broke the Japanese code and so on. So I talked to
the admiral, the head of the Bureau of
Ordnance…So I told them the problem, gave them
the protein things [20 aminoácidos], and they put
it in a machine and after two weeks they
informed me there is no solution. Ha! (Gamow)
Um problema criptoanalítico
•
Gamow propõe que tripletos de
nucleótidos, tais como AGC ou TGA
eram suficientemente numerosos
(4x4x4=64)
•
Escreve artigos controversos entre os
biólogos porque
– apresentava o problema da
especificidade ADN-proteína em
termos de ‘transferência de
informação, ‘criptoanálise e
linguística’, ‘codificação’, ou
‘armazenamento, transferência e
replicação de informação’
– Usa o MANIAC, computador, em Los
Alamos, isto é, recursos da Guerra
Fria ao serviço da segurança do
Estado, mas falha.
A genética é reescrita em termos de
informação
1958 Crick
‘hipótese da sequência’ :
The specificity of a piece of nucleic acid is
expressed solely by the sequences of its
bases, and that this sequence is a code for
the amino acid sequence of a particular
protein.
Genética em termos de informação
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‘dogma central’
Once ‘information’ has passed into protein it
cannot get out again. In more detail, the transfer
of information from nucleic to nucleic acid, or
form nucleic acid to protein may be possible, but
transfer from protein to protein, or from protein
to nucleic acid is impossible. Information means
here the precise determination of sequence,
either of bases in the nucleic acid or of the amino
acid residues in the protein.
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1960 Heinz Frenkel-Conrat e outros
bioquímicos
reconstituição do ARN do vírus
do mosaico do tabaco
‘a pedra roseta para a
linguagem da vida’
c. 1950 Frederick Sanger
sequenciação de resíduos de
aminoácidos da insulina
especificidade da sequência
de aminoácidos nas proteínas
técnicas químicas, enzimas,
cromatografia, marcadores
radioactivos
Informação, cibernética, comando e
controlo
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Instituto Pasteur, laboratórios de biologia
molecular:
1- François Jacob, laboratório de microbiologia
com o departamento de André Lwoff de
fisiologia das bactérias
2- Jacques Monod, laboratório de bioquímica
celular
Monod e Jacob
controlo genético da síntese de
proteínas em termos cibernéticos
‘ARN mensageiro’ transporta
informação do ácido nucleico
para a proteína
Jacob, Monod e Arthur Pardee (artigo
conhecido por PaJaMa) no Journal of
Molecular Biology (estudos com E. coli)
- Deve haver um mensageiro
químico do gene para o citoplasma
- uma molécula ‘repressora’
bloqueia a síntese de um enzima
consumidor de lactose
Vimos que este circuito é constituído por dois
genes: transmissor e receptor de sinal
citoplasmático, o repressor. Na ausência de
indutor, este circuito bloqueava a síntese de
galactosidase. Cada mutação inactivando um
dos genes tinha, assim, de resultar numa
síntese constitutiva, tal como um transmissor
no solo envia sinal a um bombardeiro. Se o
transmissor ou o receptor avaria, o avião
lança as bombas. (Jacob)
•
Competição entre os cientistas do
Instituto Pasteur, Sydney Brenner, Crick
e outros para identificar o mensageiro
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Decifração do código genético possível
graças às redes internacionais com
centros na Califórnia, Cambridge e Paris
•
Com os recursos financeiros dos
National Health Institutes (EUA) e os
muitos e talentosos bioquímicos dos
seus laboratórios é sintetizada uma
proteína a partir de uma sequência
conhecida de nucleótidos
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Novos métodos de manipular o ADN
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1970 Har Gobind Khorama
primeira síntese química de um
gene
1961-1967- período de conclusão da
decifração do código genético
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A nova linguagem da biologia molecular
para exprimir a especificidade biológica
como informação, convidava a
imaginação das indústrias de
biotecnologia, do final do século XX
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