acidos nucleicos - bioquimica - ciencias biologicas

Ácidos NucleicosEstrutura e

Função

HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR

1866: Gregor Mendel


1869 → Johann Friedrich Miescher

# Buscava determinar os componentes químicos do núcleo celular.

# Usava os glóbulos brancos contidos no pus para suas pesquisas (células que apresentam núcleos grandes e fáceis de serem isolados do citoplasma).

# Descobriu a presença de um composto de natureza ácida desconhecido até o momento (rico em fósforo e em nitrogênio, desprovido de enxofre e resistente à ação da pepsina - enzima proteolítica)) → nucleína

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Friedrich_Miescher.jpg


1880 → Albrecht Kossel

# Demonstrou que a nucleína continha bases nitrogenadas em sua estrutura.

1889 → Richard Altmann

# Obteve nucleína com alto grau de pureza, comprovando sua natureza ácida e dando-lhe o nome de ácido nucléico.


1900: Hugo de Vries, Erich von Tschermak e Carl Correns

Redescoberta de Mendel

Leis da HereditariedadeLeis de Mendel


1928: Frederick Griffith:Transformação


1944: Avery, MacLeod e MacCarty: Princípio transformante


1953: Alfred Hershey e Martha Chase

DNA 32P

Proteína 35S


1953: James Watson e Francis Crick

Maurice Wilkins e Rosalind Franklin

DNA → INTRODUÇÃO

• Entre todas as propriedades dos organismos vivos, a capacidade de auto-replicação é fundamental.

• Conter a informação genética significa armazená-la, transmiti-la ao longo das gerações, e expressá-la na forma de proteínas.

• Avanços significativos tem sido alcançados na área da Biologia Molecular a partir do isolamento, análise e síntese de seqüências de DNA.

• DNA recombinante → estudos de função e dos mecanismos que controlam a expressão gênica

ÁCIDO NUCLÉICO → PROTEÍNA

DNA → INTRODUÇÃO

Autossomos x Sexuais99%

1%

GENOMA HUMANO

Nucleotídeo

DNACromossomo

Genoma

GENOMA HUMANO

rRNA

Ribossomos

snRNARNP

tRNA AA

mRNA

Proteína

DEFINIÇÃO DE GENE

ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA

Pentose (Açúcar)

Ribose-D-Ribofuranose

OH

-

R

2’-Desoxirribose-D-2-desoxirribofuranose

H


PURINASBicíclicas

PIRIMIDINASMonocíclicas

Adenina = Timina Guanina Citosina Uracil

Purina Adenina Guanina

Pirimidina Citosina Uracil Timina

Bases Nitrogenadas = Anéis Aromáticos Heterocíclicos


PIRIMIDINAS

Curiosidade sobre as Bases Nitrogenadas

Uracil Timina

5-Metiluracil


Posições dos Átomos

Grupamento Fosfato

Bases NitrogenadasPentose


Nucleosídeo

Nucleosídeo

(2’-) Desoxirribonucleotídeo

Ribonucleotídeo


Nucleotídeo


Nucleosídeo

ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNAEsquema básico dos ácidos nucleicos

Grupamento Fosfato = Ésteres de Fosfato

-

Monofosfato

-

Difosfato

-

Trifosfato

5’-Difosfato de Adenosina - ADP

5’-Difosfato de Desoxiadenosina - dADP

5’-Trifosfato de Adenosina - ATP

5’-Trifosfato de Desoxiadenosina - dATP

5’-Monofosfato de Adenosina - AMP

5’-Monofosfato de Desoxiadenosina - dAMP


Grupamento Fosfato = Ésteres de Fosfato


Bases Nitrogenadas


5’AACGTTGCTATCGT3’

5’ 3’

Base

Base

Base

Sentido da Fita de DNA


Grupo Ceto (C=O) e Amino (C-NH2)

Chargaff

Relação Molar (1949)

AT

= 1,0CG

= 1,0 AT = CG (?)

(A+G) = (T+C)

Bases Nitrogenadas


Ligações Fosfodiéster

Ligação (-) Glicosídica (Glicosílica)

Ligações Importantes


Ligações Covalentes

Sítios Hidrofóbicos

Sítios Hidrofílicos

Forças de Van der Walls

Pontes de Hidrogênio

Interações Iônicas (Mg+2)

Estabilidade do DNA: Integridade e Flexibilidade

DUPLA-HÉLICE DO DNA

A geração da informação genética

O CÓDIGO GENÉTICO

DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO

• Fenômenos físicos que ocorrem com o DNA dupla-hélice fundamentais para os processos de replicação, transcrição e recombinação.

• DESNATURAÇÃO → rompimento das pontes de hidrogênio entre as cadeias complementares do DNA.

• RENATURAÇÃO → ligamento das pontes de hidrogênio entre as cadeias complementares do DNA.

• Esses processos podem ser observados in vitro


A desnaturação da estrutura secundária do DNA pode ser obtida através dos seguintes mecanismos:

→ aumento de temperatura

→ titulação com ácidos ou álcalis (protonizam ou desprotonizam os anéis aromáticos)

→ agentes desnaturantes (formamida)

# Tais tratamentos geram grupos carregados no interior da dupla-hélice (levando ao rompimento das pontes de hidrogênio entre as bases complementares).

Efeito Hipercrômico


A desnaturação do DNA pode ser acompanhada pela medida em espectrofotômetro de absorbância de luz ultravioleta (UV).


A temperatura necessária para a desnaturação de um dado DNA está diretamente relacionada com sua seqüências de pares de bases.

Adenina = Timina Guanina Citosina Uracil

Tm (oC) = 69,3 + 0,41(GC%)

• Em condições fisiológicas, a dupla-hélice é muito estável.

• Para que estes processos ocorram há a necessidade da participação de enzimas especializadas (DNA-helicases e SSBs)

Rompimento das Pontes de Hidrogênio

Tm (oC) = 69,3 + 0,41(GC%)

T (anelamento) (oC) = Tm – 25oC



• Mesmo quando as duas fitas do DNA estão completamente separadas, o processo pode ser revertido.

• Se uma solução contendo DNA desnaturado por calor for lentamente resfriada, as fitas complementares reassociam-se.

T (anelamento) (oC) = Tm – 25oC

• No início, a renaturação ocorre lentamente. Porém, à medida que as bases complementares se associam, a velocidade do processo aumenta.

• Resfriamentos abruptos colapsam a renaturação

# Quanto maior a complexidade do genoma, maior será o tempo de sua renaturação.


As ligações glicosídicas no DNA, por não estarem diretamente opostas na dupla-hélice, geram duas cavidades desiguais em seu contorno:

→ cavidade maior

→ cavidade menor

# Nestas regiões, as bases estão expostas ao meio solvente.

# Moléculas que agem com seqüências específicas de bases (proteínas) podem identificar estas seqüências sem romper a estrutura da dupla-hélice.

Antiparalelas


0.34 nm

Cavidade Menor

Cavidade Maior

Volta

Cavidades Maior e Menor


Cavidades Maior e Menor


TIPOS DE DNA

O DNA pode assumir diferentes conformações, dependendo da sua composição de bases e do meio em que se encontra

→ DNA A

→ DNA B

→ DNA Z

Tipo A → forma mais abundante encontrada na célula (forma de dupla-hélice clássica)

Tipo B → formado a partir da desidratação ou diminuição do teor de sal no meio em que se encontra o Tipo A.

TIPOS DE DNA

Tipo Z → encontrado, aparentemente, em apenas algumas regiões do DNA Tipo B ou Tipo A.

# Fatores que estabilizam sua formação:

→ metilação ou bromação de bases

→ estresse torcional

→ ligação de proteínas específicas ao DNA

• Alterações nas conformações podem facilitar ou dificultar a interação do DNA com proteínas.

TIPOS DE DNA

DNA B DNA A DNA Z

TIPOS DE DNA

TIPOS DE DNA

DNA B DNA A DNA Z

Conformação anti e syn

C2’-endo

C3’-endo

DNA B DNA A

DNA Z

Etanol 75%

[Sal]

Dupla RNA

Metilação ou Bromação

Umidade Relativa (92%)


Principais características dos DNAs A, B e Z

CARACTERÍSTICAS FORMA A FORMA B FORMA Z

Sentido helicoidal (Giro)

Direita Direita Esquerda

Diâmetro (nm) ~2,6 ~2,0 ~1,8

Pb por giro (n) 11 10 12

Espaço entre as bases (nm)

0,26 0,34 0,37

Inclinação da base 20o 6o 7o

Sulco maior Estreito/Profundo Largo/Profundo Achatado

Sulco menor Largo/Raso Estreito/Profundo Estreito/Profundo

Ligação glicosídica anti anti anti(pir) sin(pur)


Linear x Circular

Plamídeos e Vírus

FORMAS DE DNA E SUPERTORÇÃO

• Além da estrutura secundária da dupla-hélice, o DNA assume uma conformação tridimensional supertorcida.

# A dupla-hélice enrola-se sob si mesma (extremamente importante nos processos de replicação, transcrição, recombinação e expressão gênica).


Supertorções


Estrutura Supertorcida, Suprerenrolada ou Super-hélice

AB

C

Grau de superenrolamento crescente

A: Relaxada B: Superenrolamentos parciais C: Totalmente Superenrolado

Top

ois

ôm

ero

s


Tipos de Superenrolamentos

Plectonêmico

Toroidal

Solução

Histonas


Topoisômeros → moléculas com seqüências e tamanhos idênticos, que diferem apenas na sua topologia.

Topoisômerases → enzimas que, quando presentes, promovem a quebra transitória nas pontes fosfodiéster adicionando ou removendo superenrolamentos.

• A enzima permanece ligada covalentemente ao DNA e permite que as fitas passem umas sobre as outras.

• Estas enzimas mostram-se presentes tanto em células procarióticas como eucarióticas.

TOPOISOMERASES

CONSIDERAÇÕES GERAIS

Ácidos Nucléicos maiores representantes do genótipo (DNA)

Proteínas maiores representantes do fenótipo

DNA Envolvido com todo metabolismo do organismo

Molécula da Hereditariedade: Seqüências de bases nitrogenadas Informações

DNA Moléculas principais

RNA Moléculas intermediárias

Proteína Resultado final da informação

DESTINO DOS COMPOSTOS NITROGENADOS

DESOXIRRIBONUCLEOTÍDEOS

RIBONUCLEOTÍDEOS

AMINOÁCIDOS

Expressão Gênica

fita molde

transcrição

Tradução

RNAm

códon

Proteína(cadeia de

aminoácidos)

DNA

metionina

prolina leucina alanina

arginina

FLUXO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA

RNA x DNA

RNA x DNA

H

H

H

H

RNA x DNA

RNA mensageiro (mRNA)

Fim da mensagem

Sinal de ligação ao Ribossomo

Códon de Iniciação (Start Códon)

Início da Transcrição

Hairpin

AAAAA

CAUAGGAGGU

AUG

RNA transportador (tRNA)

RNA ribossomal (rRNA)

REVERSO DA TRANSCRIÇÃO

Os Virus da Imunodeficiencia Humana

RNA RIBOSSÔMICO PROCARIOTO x EUCARIOTO

RNA RIBOSSÔMICO PROCARIOTO RNA RIBOSSÔMICO EUCARIOTO

Associado a proteínas eles formam o ribossomo que serve como organelas para a síntese de proteínas.

ETAPAS DA TRADUÇÃO

CHEEEEEEEGA!!!!!!!!!!!

FINAL

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