biologia molecular biologia molecular estudo das células e moléculas genoma dos organismos...
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BIOLOGIA MOLECULARBIOLOGIA MOLECULAR
• estudo das células e moléculas
• genoma dos organismos
• conjunto de informações genéticas
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
HISTÓRICO
• 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 do
mecanismo de transmissão e execução da informação genética
•1953: Watson and Crick
Estrutura do DNAEstrutura do DNA
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
DNA → RNA
→ PROTEÍNA
Dogma Dogma Central Central
da da BiologiaBiologia
Molecular Molecular
• 1961 – BRENNER, JACOB e MESELSON
• RNAm é a molécula que leva informação do DNA no núcleo para a maquinaria de produção de proteínas no citoplasma
HISTÓRICO
HISTÓRICO
1966 – NIRENBERG,
KHORANA e OCHOA
Seqüências sucessivas
de três nucleotídeos do
DNA = códon
determinam a seqüência
de aminoácidos de uma
proteína
O CÓDIGO GENÉTICO É DESVENDADO!!!
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.
DNACromossoma
Gene
Promotor IntronExon
Núcleo
A célula é a unidade A célula é a unidade fundamental da vidafundamental da vida
– Todos os seres vivos, animais e vegetais, são constituídos de células•Cada célula é envolvida por membrana e preenchida por uma solução aquosa
•É capaz de criar cópias de si mesma pelo crescimento e divisão celular
– Em resumo, célula é:
•“unidade que constitui os seres vivos e, em geral, definida como a menor porção de matéria viva dotada de autoduplicação independente”
–Os vírus não podem ser considerados células, pois dependem do parasitismo para se reproduzir, utilizando-se da maquinaria da célula hospedeira = seres acelulares
• Organização estrutural das células –Procarióticas–Eucarióticas
• Dos vários tipos de moléculas presentes na célula, as de nosso interesse serão as macro-moléculas conhecidas como
– Proteínas – cadeia de aminoácidos
– Ácidos nucléicos = DNA e RNA – cadeia de nucleotídeos
• A forma e o funcionamento de qualquer célula são decorrentes direto ou indiretamente da presença de um arsenal de proteínas
• As proteínas são macromoléculas informacionais sintetizadas sob o comandos de instruções específicas presentes nos ácidos nucléicos = genes
– Alterações nos genes podem acarretar em mudanças na conformação e na atuação das nossas proteínas
– De maneira simplista, cada gene = parte funcional do DNA, codifica uma proteína
DNA
• Toda a informação que uma célula necessita durante a sua vida e a de seus descendentes, está organizada em forma de código nas fitas dos ácidos nucléicos – Constituem os armazenadores e transmissores
de informação nos seres vivos
• Esta informação traduzida em proteínas permite que a célula execute todo o trabalho necessário à sobrevivência do organismo
CROMOSSOMOSCROMOSSOMOS
• Os cromossomos contêm os genes que por sua vez são formados por DNA
• Estes genes permitem a transmissão das informações genéticas de geração a geração
• Nas células procarióticas, o cromossomo é uma única molécula de DNA– Os cromossomos encontram-se imersos
no próprio citoplasma formando uma estrutura denominada nucleóide
CROMOSSOMOSCROMOSSOMOS
• nas células eucarióticas, o cromossomo é formado por DNA associado a moléculas de histona, que são proteínas básicas
– encontram-se separados dos citoplasma pela membrana nuclear ou carioteca, em uma estrutura denominada núcleo
TIPOS DE ÁCIDOS TIPOS DE ÁCIDOS NUCLÉICOSNUCLÉICOS
– Ácido desoxirribonucléico ou DNA e ácido ribonucléico ou RNA
– Ambos são polímeros lineares de nucleotídios conectados entre si via ligações covalentes denominadas ligações fosfodiéster
DNA e RNADNA e RNA
DNA: contém informação das características do indivíduo
Gens = pedaços de DNA
DNA e RNA : formados pôr sequências de nucleotídeos
ESTRUTURA DO DNAESTRUTURA DO DNA
1) Estrutura primária - É um polímero não ramificado- Formado por monômeros chamados de nucleotídeos- Cada nucleotídeo contém:
1 Açúcar chamado DESOXIRRIBOSE Possui 5 Carbonos na sua molécula
1 Base orgânica nitrogenada (Por que contém nitrogênio na sua formação)
1 grupo fosfato (PO4-)
NUCLEOTÍDEO
As Bases Nitrogenadas podem ser de dois tipos:
PÚRICAS
N CH HC CH N
PIRIMÍDICAS
C N
N C CH HC C N N H
HC H
3C 2C
1C4C
5C
NUCLEOTÍDIOSNUCLEOTÍDIOS
• São unidades básicas dos ácidos nucléicos, e constituídos de:– Uma base nitrogenada =
anel heterocíclico de átomos de carbono e nitrogênio
– Uma pentose = açúcar com cinco carbonos
– Um grupo fosfato = molécula com um átomo de fósforo cercado por 4 oxigênios
FosfatoFosfato
TIPOS DE PENTOSESTIPOS DE PENTOSES
RIBOSE e DESOXIRRIBOSE
Diferem uma da outra pela presença ou ausência do grupo hidroxila no C 2' da pentose.
É baseado nesta característica que os ácidos nucléicos recebem o nome RNA = ribose ou DNA = desoxirribose
A pentose é o elo de ligação entre a base e o grupo fosfato
PENTOSESPENTOSES
TIPOS DE BASES TIPOS DE BASES NITROGENADASNITROGENADAS
Púricas: Adenina (A) – Guanina (G)
Pirimídicas: Timina (T) – Citosina (C) – Uracil (U)
as purinas são constituídas de dois anéis fundidos de 5 e 6 átomos as pirimidinas de um único anel de 6 átomos
• Apenas quatro tipos diferentes de bases são encontrados em um dado polímero de ácido nucléico– no DNA as bases são A, G, C, e T – no RNA são A, G, C, e U
•Uracila e Timina são moléculas bastante relacionadas, diferindo apenas pelo grupo metila encontrado no átomo C5 do anel pirimídico da Timina
DIFERENÇAS ENTRE DIFERENÇAS ENTRE
DNADNA E E RNARNA• DNA• dupla cadeia de
nucleotídeos enroladas em hélice e ligadas pelas bases nitrogenadas;
• pentose: desoxirribose;
• bases: adenina, timina, guanina e citosina;
• RNA• fita única de
nucleotídeos;
• pentose: ribose;
• bases: adenina, uracila, guanina e citosina
As fitas do DNA estão dispostas
em direções opostas
AntiparalelismoAntiparalelismo
A forma predominante de torção daA forma predominante de torção da espiral do espiral do DNADNA é para a é para a direitadireita ou ou sentido horáriosentido horário
A Dupla HéliceA Dupla Hélice
O B-DNA é o predominante em condições fisiológicas
A Dupla Hélice A Dupla Hélice
MOLÉCULA DE DNAMOLÉCULA DE DNA
• Chargaff: % de A = % de T e % de G = % de C • Watson e Crick : Dupla Hélice
A T
C G
T A
G
C
A
T C
G T
A
|||
|||
||
||
DNA
PAPÉIS BIOLÓGICOS DO DNAPAPÉIS BIOLÓGICOS DO DNA
• A duplicação do DNA permite que a PROGRAMAÇÃO hereditária da célula seja transmitida às células-filhas;
• O DNA controla a atividade celular através da produção de RNA. Este, no citoplasma, comanda a produção de PROTEÌNAS, essenciais ao metabolismo celular;
• Existem diferentes tipos de DNA, que VARIAM quanto ao número, tipo e disposição dos nucleotídeos na molécula.
Durante a Durante a replicação do DNA replicação do DNA
as duas as duas fitas fitas velhas ou mãesvelhas ou mães
servem de molde servem de molde para cada para cada fita nova fita nova
ou filhaou filha complementar, que complementar, que
está sendo está sendo sintetizada.sintetizada.
Fita nova
Fita velha
ComplementariedadeComplementariedade
DUPLICAÇÃO DO DNADUPLICAÇÃO DO DNA
Só ocorre na presença de DNA POLIMERASE; Considerada SEMI-CONSERVATIVA;
A
A
C
G
T
T
G
C
A
C
G
A
T
G
C
T
T
G
C
DUAS NOVAS MOLÉCULAS DE DNADUAS NOVAS MOLÉCULAS DE DNADUPLICAÇÃO SEMI-CONSERVATIVADUPLICAÇÃO SEMI-CONSERVATIVA
A
C
G
A
T
G
C
T
A
C
G
A
T
G
C
T
•The Meselson-Stahl experiment
A replicação é semi-A replicação é semi-conservativaconservativa
TRANSCRIÇÃOTRANSCRIÇÃOSÍNTESE DE RNASÍNTESE DE RNA
• O DNA sempre serve de molde para fabricar o RNA;
• Presença de RNA polimerase;• As duas fitas de DNA se afastam;• Entram nucleotídeos livres de RNA e se
encaixam em uma das fitas;• O RNA se destaca do molde de DNA e vai para
o citoplasma;• As duas fitas de DNA pareiam e se ligam
novamente.
TRANSCRIÇÃOTRANSCRIÇÃOSÍNTESE DE RNASÍNTESE DE RNA
A
G
G
A
G C
T
T A
A
T
C
C
T
GC
G
GA
TIPOS DE RNA
• RNAmensageiro: intermediário entre a receita (DNA) e a execução da receita (produção de proteínas);
- a sequência dos aa da proteína depende da sequência de nucleotídeos do RNAm;
- a sequência de 3 bases nitrogenadas no RNAm é chamada de CÓDON : codifica um aminoácido específico.
• RNAtransportador: carrega os aa para o local da síntese de proteínas;
- há um tipo de RNAt para cada tipo de aa; - a sequência de 3 bases nitrogenadas no
RNAm, complementar ao códon, chama-se ANTICÓDON.
• RNAribossômico: faz parte da estrutura do ribossomo.
TRANSCRIÇÃO TRANSCRIÇÃO EE TRADUÇÃO TRADUÇÃO DO DO CÓDIGO GENÉTICOCÓDIGO GENÉTICO
• O código de bases nitrogenadas do DNA é “transcrito” para um RNAm .
• O RNAm passa para o citoplasma e recebe os RNAt que vêm transportando aminoácidos.
• O encaixe dos RNAt no RNAm é feito pela correspondência de códon x anticódon.
• Os ribossomos atuam como pontes de apoio na junção RNAm x RNAt.
• A sucessão de aminoácidos que se encadeiam representa a “tradução” do código genético, implícito inicialmente no DNA e, depois, transcrito para o RNAm.
POLIRRIBOSSOMOSPOLIRRIBOSSOMOS
CÓDIGO GENÉTICOCÓDIGO GENÉTICO
• Cada gene - uma característica;• Cada característica depende das
proteínas ou enzimas produzidas pela célula,
• exemplo: cor dos olhos - pigmento na íris; cor da pele - produção de melanina;
• Gene - segmento de DNA que contém as informações para a síntese de uma proteína.
• * o nº de códons indica o nº de aminoácidos;
* os tipos de códons indicam os tipos de aminoácidos;
* a sequência de códons indica a sequência de aminoácidos.
• Existem 64 códons e 20 aa, portanto 2 ou mais códons podem codificar para o mesmo aa - CÓDIGO DEGENERADO.
INFORMAÇÕES: INFORMAÇÕES:
CÓDIGO GENÉTICOCÓDIGO GENÉTICO
• Código Genético mapeamento dos códons nos aminoácidos– 64 códons– 20 aminoácidos
– 3 códons de parada
U C A G
U Phe
Phe
Leu
Leu
Ser
Ser
Ser
Ser
Tyr
Tyr
Parada
Parada
Cys
Cys
Parada
Trp
UCAG
C Leu
Leu
Leu
Leu
Pro
Pro
Pro
Pro
His
His
Gln
Gln
Arg
Arg
Arg
Arg
UCAG
A Ile
Ile
Ile
Met
Thr
Thr
Thr
Thr
Asn
Asn
Lys
Lys
Ser
Ser
Arg
Arg
UCAG
G Val
Val
Val
Val
Ala
Ala
Ala
Ala
Asp
Asp
Glu
Glu
Gly
Gly
Gly
Gly
UCAG
3ª base n
o có
do
n1ª b
ase
no
có
do
n
2ª base no códon
RESUMINDO...RESUMINDO...
A
TG
G
C
A
T
A
T
AC
C
G
T
A
T
U A C C G U A U
RNAm
A U GRNAt anticódon
aa
CÓDON
1 CÓDON = 1 AMINOÁCIDO
1 AMINOÁCIDO = 1 OU + CÓDONS
REGULAÇÃO GÊNICAREGULAÇÃO GÊNICApor indução enzimáticapor indução enzimática
REGULAÇÃO GÊNICAREGULAÇÃO GÊNICApor repressão enzimáticapor repressão enzimática
Gene
RNA polimerase
hnRNA
mRNA
Citoplasma
Transcrição
Processamento
Núcleo
Tradução
proteína
Fim???