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Estrutura e funções do DNA e RNA
Prof. Dr. Gabriel [email protected]
HISTÓRICO
Fatores hereditários (Mendel) eram conhecidoscomo estando associados a característicasespecíficas, mas sua natureza física não eracompreendida.
MATERIAL GENÉTICO ???
Frederick Griffith
Fatores – MATERIAL GENÉTICO - (1928)
Linhagem R, não virulenta. Não possui cápsula de proteção e é reconhecida pelo sistema imunológico.
Linhagem S, virulenta. Possui cápsula de polissacarídeos que impede o reconhecimento da bactéria pelo sistema imunológico.
“Princípio Transformante” em Streptococcus pneumoniae
Fatores – MATERIAL GENÉTICO - (1928)
R
S
S morta pelo calor
R + S morta pelo calor
“Princípio Transformante” em Streptococcus pneumoniae
1
2
3
4
Fatores – MATERIAL GENÉTICO - (1928)
O.T. Avery
C. MacLeod
M. McCarty
In:http://www.scienceworld.wolfram.com/ biography
“O DNA é muito simples” (1944)
Avery, MacLeod e McCarty: “Princípio Transformante é
o DNA”
“O DNA é muito simples” (1944)
Martha Chase
Alfred Hershey
In:http://www.scienceworld.wolfram.com/ biography
“O DNA é muito simples” (1952)
“O DNA é muito simples” (1952)
FAGO T2
“O DNA é muito simples” (1952)
O que era inoculado na bactéria?
“O DNA é muito simples” (1952)DNA contém fósforo
(P) e não contém enxofre (S)
Aminoácidos não contém fósforo (P)
mas contém enxofre (S)
“O DNA é muito simples” (1952)
Vírus com proteínas marcadas com 35S
Novos vírus sem sinal de
radioatividade
“O DNA é muito simples” (1952)
Vírus com DNA marcado
com 32P
Novos vírus com DNA marcado
com 32P
Diferenças entre células de procariotos e de eucariotos
Diferenças entre células de procariotos e de eucariotos
Diferenças entre células de procariotos e de eucariotos
Diferenças entre células de procariotos e de eucariotos
Procarioto Eucarioto
Possui uma célula
com seu material genético
Possui várias células e cada uma
com seu material genético com
grande número de DNA e genes.
Não há separação entre
núcleo e citoplasma
Há separação entre núcleo e
citoplasma
Não possui DNA repetitivo Possui DNA repetitivo
Não possui histonas Possui histonas
Estrutura do DNA
Estrutura do DNA
• DNA são polímeros de nucleotídeos• Cada nucleotídeo é constituído de:
1. Uma das quatro bases nitrogenadas(Adenina, Timina, Citosina ou Guanina)
2. Desoxirribose (um açúcar de 5 carbonosou pentose)
3. Um grupo fosfato
Grupo fosfato
H DNA
Desoxirribose
ComposiçãoGeral
Pentose
Base púrica
ou pirimídica
NucleotídeosPentoses
OHOH2C
H
H
HH H
OH
OH
Desoxirribose
1´
5´
4´
3´ 2´
NucleotídeosBases nitrogenadas
Citosina
H
H
N
H
O
N
N
HH
HN
H
O
O
N
H3C H
Timina
Guanina
O
N
N N
H
N
NH
H
HH
Purinas
Pirimidinas
Adenina
N
H
N
H N
H
N
N
H
H
Bases nitrogenadas
Base Adenina (A) Guanina (G) Timina (T) Citosina (C)
Purina/
Pirimidina
Purina Purina Pirimidina Pirimidina
Estrutura
Química
Representação
Simplificada
Nucleotídeos ???
OCH2
H HH H
OH
Ribose
OPP OOP-O
OO O
O-
Fosfato
O-O-
AdeninaNH2
N
H N
H
N
N
H
ααααββββγγγγ
OH
A = T
G ≡≡≡≡ C
Bases são complementares.
Ligações de hidrogênio são formadas entre as bases:
A = T → 2 ligações de hidrogênio
G ≡ C → 3 ligações de hidrogênio
G ≡≡≡≡ C É MAIS ESTÁVEL
Pareamento de Bases
♣1953 – JAMES WATSON e FRANCIS
CRICK
− Propuseram a estrutura do DNA
como dupla hélice.
− Essa Estrutura foi baseada em dois
tipos principais de evidências:
1. Evidência de Chargaff sobre a
concentração das bases de DNA
2. A estrutura proposta a partir de
estudos de cristalografia de raios-X
realizados por Maurice Wilkins e
Rosalind Franklin.
Ganharam o prêmio
Nobel de fisiologia em
1962.
Evidência
de
Chargaff
Evidência dos estudos de cristalografiade raios-X realizados por Wilkins eFranklin:
-O padrão central cruzado indica que amolécula de DNA tem uma estruturahelicoidal, e as bandas em cima eembaixo indicam que as bases estãoperpendiculares ao eixo da moléculacom uma periodicidade de 0,34 nm.
-Estes dados indicaram que o DNA erauma estrutura bifilamentar altamenteordenada com subestruturas repetidasespaçadas em 0,34 nm (distância de umabase a outra)
Griffiths et al., Introdução à Genética, 7a Ed, 2002
Como funciona? (1953)
Rosalind Franklin
DESCOBERTA BIOLÓGICA MAIS IMPORTANTE DO
SÉCULO XX
PRÊMIO NOBEL1962
Sulco
menor
Sulco
maior
Estrutura tridimencional do DNA: 0,34 nm ou 3,4Å (distância de uma base a outra); Diâmetro de 20Å e o comprimento de 10 pares de bases de 34Å ( 1Å=0,1nm)
34Å
• Modelo da dupla fita proposto foi fundamental para acompreensão do mecanismo de transmissão e execução dainformação genética.
• Características da dupla hélice:- Complementariedade: as bases de uma fita são
complementares às bases da outra fita; Esse fato torna oDNA único em armazenar e transmitir a informaçãogenética de geração a geração
- Polaridade química inversa (antiparalelas): As ligaçõesfosfodiéster nos dois filamentos são do carbono 3’ de umnucleotídeo para o carbono 5’ do nucleotídeo adjacente. Umafita temos crescimento 5’ para 3’ (5’P e 3’OH); A fitacomplementar temos crescimento 3’ para 5’ (3’OH e 5’P). Essapolaridade oposta tem papel importante na replicação,transcrição e recombinação do DNA.
3’
5’
5’
3’
DNA
www.dnaftb.org
Ligações Fosfodiéster
Pareamento de fitas de DNA
OH
OH2C
P
O
OO
O
OH2C
P
O
OO
O
OH2C
P
O
OO
OO H2C
P
O
O O
O
O H2C
P
O
O O
O
O H2C
OH
P
O
O O
O
3´
3´
5´
5´
Invertido e
Complementar
• Tipos de ligações no DNA:
- Ligações fosfodiéster entre nucleotídeos
- Ligações covalentes entre a base e o açúcar
- Ligações de hidrogênio entre as basesnitrogenadas
Forma A Forma B Forma Z
Direção
da fita
Direita
Dextrógiro
DireitaDextrógiro
Esquerda
Levógiro
Diâmetro ~ 2,3nm ~ 1,9nm ~ 1,8 nm
Bases por
volta
11 10,5 12
•Há pelo menos três modelos de DNA
propostos: os modelos A, B e Z.
•O DNA B é o mais frequente, mas o
DNA A também é encontrado na célula.
•Admite-se que o DNA Z é
"silencioso", isto é, não pode ser
transcrito.
Forma B do DNA: É a estrutura mais estável em condiçõesfisiológicas (soluções aquosas com baixa concentração de sais,sendo o padrão de referência para o estudo das propriedades doDNA (Modelo Watson e Crick).
Forma A do DNA: Hélice mais larga e o nº de pb por volta dahélice é 11, em vez de 10,5 encontrado na forma B do DNA. Aforma A é favorecida em soluções desprovidas de água.
Forma Z do DNA: A distinção mais óbvia é a rotação da hélicepara esquerda. Há 12 pb por volta da hélice e a estrutura parecemais delgada e alongada. O esqueleto do DNA adquire aparênciade zigue-zague. Trechos de DNA Z podem desempenhar um papelainda não definido na regulação da expressão de alguns genes ouna recombinação genética.
TRÊS REQUISITOS PARA UMA SUBSTÂNCIA HEREDITÁRIA
Funções do material genético:•Função genotípica, a replicação:
O material genético deve estocar a informação genética e
transmitir com precisão esta informação para as futuras
gerações
•Função fenotípica, a expressão gênica:
O material genético deve controlar o desenvolvimento do
fenótipo do organismo
•Função evolutiva, a mutação:
O material genético deve sofrer mudanças para que os
organismos possam se adaptar a modificações no ambiente
Molécula de DNA
ligada às histonas
formando os
nucleossomos
Nucleossomos vão sendo empacotados
produzindo a condensação da cromatina
(solenóides)
Esse condensamento formam alças
Essas alças condensadas formam os cromossomos
Empacotamento do DNA nas células
Compactação do DNA
O DNA está protegido por proteínas histonas
DNA dupla fita
≈ 200 bp
H2B
H2B
H2A
H2A
H4
H4
H3
H3
DNA
Nucleossomos
Nucleossomos formando solenóides
Um ‘loop’
Uma roseta(Seis ‘loops’)
Uma cromátide
Centrômero
Cromossomo metafásico
Grupo fosfato
ouH DNA
Desoxirribose
RNA
Ribose
ComposiçãoGeral
Pentose
Base púrica
ou pirimídica
OH
PENTOSES
RNA
PROPRIEDADES do RNA
1- O RNA é uma cadeira unifilamentar de nucleotídeos.
2- O RNA tem açúcar RIBOSE em seus nucleotídeos.
3- Os nucleotídeos de RNA contêm as bases ADENINA, GUANINA, CITOSINA e URACILA.
4- O RNA podem funcionar como proteínas enzimáticas (RIBOZIMAS)
-Número de fitas: DNA-2 fitas e RNA – 1fita
•Tipos de ligações no RNA:
- Ligações fosfodiéster entre nucleotídeos
- Ligações covalentes entre a base e o açúcar
- Ligações de hidrogênio entre as basesnitrogenadas para formar uma variedade deformas moleculares tridimensionais complexas
3’
5’
5’
3’
DNARNA
DNA versus RNAPentoses
OHOH2C
H
H
HH H
OH
OH
Desoxirribose
1´
5´
4´
3´ 2´
Ribose
OHOH2C
H
OH
HH H
OH
OH
1´
5´
4´
3´ 2´
NucleotídeosBases nitrogenadas
Citosina
H
H
N
H
O
N
N
HH
HN
H
O
O
N
H H
Uracila
Guanina
O
N
N N
H
N
NH
H
HH
Purinas
Pirimidinas
Adenina
N
H
N
H N
H
N
N
H
H
Fita de RNA
OH
OH2C
P
O
OO
O
OH2C
P
O
OO
O
OH2C
P
O
OO
O
3´
5´
Diferenças bioquímicas de DNA e RNA
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
simplesDupla
Tipos de RNAs produzidos pelas células
Tipos de RNA
Função
mRNAs Codificam proteínas
rRNAs Formam a estrutura básica dos ribossomos e
catalisam a síntese proteica
tRNAs Agem como adaptadores entre o mRNA e os
aminoácidos na síntese de proteínas
snRNAs Atuam em diversos processos nucleares
incluindo o processamento do pré mRNA
3’mRNA
5’
rRNA
Principais tipos de RNA
Aminoácido
5´3´
tRNA
Anticódon
Perguntas Fundamentais1- Antes da descoberta da dupla hélice, qual era a evidência experimental de que o DNA fosse o material genético ?
Perguntas Fundamentais2- Que dados foram usados para deduzir o modelo de dupla hélice de DNA ?
Perguntas Fundamentais3- Como a estrutura do RNA difere daquela do DNA?
Perguntas Fundamentais4- Quais são os diferentes tipos de RNA em uma célula?