a genética molecular 1 e

Genética Genética MolecularMolecular

1 E1 E

Prof. César Milani

Determinação das Determinação das características genéticascaracterísticas genéticas

Código Genético

AS INFORMAÇÕES PARA A AS INFORMAÇÕES PARA A FABRICAÇÃO DE PROTEÍNAS FABRICAÇÃO DE PROTEÍNAS ESTÃO ARMAZENADAS NO DNA – ESTÃO ARMAZENADAS NO DNA – CROMOSSOMOS ( CÓDIGO CROMOSSOMOS ( CÓDIGO GENÉTICO)GENÉTICO)

GenesGenes

Genes - regiões dos cromossomos (pedaços interligados do DNA), que contém instruções para a produção de proteínas.

Genes

Características dos seres vivos

Estrutura das proteínas

Sequência de bases nitrogenadas

Como os Como os genes são genes são escritos?escritos?

DNA RNA

Adenina

Guanina

Citosina

Timina Uracila

Púricas

Pirimídicas

Os Os nucleotídeos nucleotídeos vão sendo vão sendo interligados, interligados, formando formando uma longa uma longa fita.fita.

CÓDONConjunto de 3 nucleotídeos ( 3 bases)

Pontes de HidrogênioPontes de Hidrogênio(Unindo os filamentos)(Unindo os filamentos)

DNADNA

Ácido Desoxirribonucléico.Ácido Desoxirribonucléico. Molécula de Molécula de fita duplafita dupla formando formando

uma uma dupla hélicedupla hélice As fitas estão unidas pelas As fitas estão unidas pelas ligações ligações

de Hidrogêniode Hidrogênio A = TA = T C = GC = G

DNA Duplicação DNA DNA

REPLICAÇÃO OU AUTODUPLICAÇÃO DO DNA

DNA POLIMERASE DNA POLIMERASE Enzima que une os novos nucleotídeosEnzima que une os novos nucleotídeos

HELICASE

DNA POLIMERASE

Replicação do DNAReplicação do DNA

-CRESCIMENTO - REPOSIÇÃO CELULAR

-CÉLULAS REPRODUTIVAS

RNARNA

Ácido RibonucléicoÁcido Ribonucléico Molécula de Molécula de fita simplesfita simples

É dividido em:É dividido em: RNA mensageiro (RNA mensageiro (RNAmRNAm)) RNA transportador (RNA transportador (RNAtRNAt)) RNA ribossômico (RNA ribossômico (RNArRNAr))

DNA Transcrição DNA RNARNA??

RNA POLIMERASE

RNAm O RNA mensageiro contém a “mensagem” - o código transcrito a partir do DNA - para a síntese das proteínas. Cada conjunto de três nucleotídeos no RNAm é chamado de CÓDON.

RNAt O RNA transportador está presente no citoplasma e é responsável pelo transporte dos aminoácidos até os ribossomos para a síntese protéica. No RNAt existe uma seqüência de nucleotídeos correspondente ao códon chamada de ANTICÓDON.

RNAr O RNA ribossômico ou ribossomal faz parte da estrutura dos ribossomos e participa do processo de tradução dos códons para construção das proteínas.

Tipos de RNA

O FUNCIONAMENTO O FUNCIONAMENTO DE UM GENE.DE UM GENE.

1E – AULA 21E – AULA 2

RNAm - TRANSCRIÇÃORNAm - TRANSCRIÇÃO Leva a informaçãoLeva a informação da sequência da sequência

protéica a ser formada, do núcleo para protéica a ser formada, do núcleo para o citoplasma, onde ocorre a tradução. o citoplasma, onde ocorre a tradução. Ele contém uma sequência de trincas Ele contém uma sequência de trincas correspondente a uma das fitas do DNA. correspondente a uma das fitas do DNA.

Cada trinca (três nucleotídeos) no Cada trinca (três nucleotídeos) no RNAm é denominada RNAm é denominada códoncódon e e corresponde a um aminoácido na corresponde a um aminoácido na proteína que irá se formar.proteína que irá se formar.

TranscriçãoTranscrição Processo pelo qual uma molécula Processo pelo qual uma molécula

de RNA é produzida usando como de RNA é produzida usando como molde o DNA.molde o DNA.

1 códon 3 nucleotídeos no RNAm

7 códons 21 nucleotídeos

RNAt - TRADUÇÃORNAt - TRADUÇÃOLevam os aminoácidosLevam os aminoácidos para o para o RNAm durante o processo de síntese RNAm durante o processo de síntese protéica. Apresentam, em uma protéica. Apresentam, em uma determinada região, uma trinca de determinada região, uma trinca de nucleotídeos que se destaca, nucleotídeos que se destaca, denominada denominada anticódonanticódon. .

É através do anticódon que o RNAt É através do anticódon que o RNAt reconhece o local do RNAm onde reconhece o local do RNAm onde deve ser colocado o aminoácido por deve ser colocado o aminoácido por ele transportado. Cada RNAt carrega ele transportado. Cada RNAt carrega um um aminoácido específicoaminoácido específico, de , de acordo com o anticódon que possui.acordo com o anticódon que possui.

Anticódon

Sítio de ligação ao aminoácido

U A CU A C

A U G U U U C U U G A C C C C U G A

U A C A A A

• Quando o RNAm chega ao citoplasma, ele se associa ao ribossomo.

• Nessa organela existem 2 espaços onde entram os RNAt com aminoácidos específicos.

• somente os RNAt que têm seqüência do anti-códon complementar à seqüência do códon .

A U G U U U C U U G A C C C C U G A

U A C A A A

• Uma enzima presente na subunidade maior do ribossomo realiza a ligação peptídica entre os aminoácidos.

A U G U U U C U U G A C C C C U G A

U A C

A A A

• O RNAt “vazio” volta para o citoplasma para se ligar a outro aminoácido.

A U G U U U C U U G A C C C C U G A

U A C

A A A G A A

• O ribossomo agora se desloca a distância de 1 códon.

• o espaço vazio é preenchido por um outro RNAt com seqüência do anti-códon complementar à seqüência do códon.

A U G U U U C U U G A C C C C U G A

U A C

A A A G A A

• Uma enzima presente na subunidade maior do ribossomo realiza a ligação peptídica entre os aminoácidos.

A U G U U U C U U G A C C C C U G A

U A C A A A

G A A

• O RNAt “vazio” volta para o citoplasma para se ligar a outro aminoácido.

• O assim o ribossomo vai se deslocando ao longo do RNAm e os aminoácidos são ligados.

A U G U U U C U U G A C C C C U G A

G G GCódon de terminação

• Quando o ribossomo passa por um códon de terminação nenhum RNAt entra no ribossomo, porque na célula não existem RNAt com seqüências complementares aos códons de terminação.

A U G U U U C U U G A C C C C U G A

G G G

• Então o ribossomo se solta do RNAm, a proteína recém formada é liberada e o RNAm é degradado.

Código genético é universalCódigo genético é universal  

O código genético é dito universal pelo O código genético é dito universal pelo fato mesma trinca codificar o mesmo fato mesma trinca codificar o mesmo

aminoácido em qualquer organismo. Em aminoácido em qualquer organismo. Em alguns casos certas trincas são mais alguns casos certas trincas são mais

eficientemente utilizadas. eficientemente utilizadas. 

*As diferenças entre os seres vivos devem-se *As diferenças entre os seres vivos devem-se aos diferentes genes, que fabricam aos diferentes genes, que fabricam

proteínas diferentes.proteínas diferentes.

Código genético é Código genético é degeneradodegenerado  

O código genético é dito degenerado pelo fato O código genético é dito degenerado pelo fato de existir, para um determinado aminoácido, de existir, para um determinado aminoácido,

mais de uma trinca de nucleotídeos para mais de uma trinca de nucleotídeos para codificá-lo. codificá-lo.

Ex: A glicina é codificada por GGG, GGC, Ex: A glicina é codificada por GGG, GGC, GGA e GGU.GGA e GGU.

IMPORTÂNCIAIMPORTÂNCIA: Estratégia de defesa do : Estratégia de defesa do organismo contra mutações. organismo contra mutações.

Ex: câncer.Ex: câncer.

TRANSCRIPTASE TRANSCRIPTASE REVERSAREVERSA

Enzima - RetrovírusEnzima - Retrovírus

ENGENHARIA GENÉTICA ENGENHARIA GENÉTICA (DNA RECOMBINANTE) (DNA RECOMBINANTE)

O O plasmídioplasmídio é o material genético  é o material genético circular não ligado ao cromossomo circular não ligado ao cromossomo que fica espalhado pelo hialoplasma que fica espalhado pelo hialoplasma das bactérias. Ele sofre o mesmo das bactérias. Ele sofre o mesmo processo do DNA dos cromossomos processo do DNA dos cromossomos de transcrição e tradução, além de, de transcrição e tradução, além de, se multiplicar a cada divisão celular, se multiplicar a cada divisão celular, passando uma cópia para cada passando uma cópia para cada célula “filha”. célula “filha”.

Importância dos Microrganismos e das Enzimas na Engenharia

Genética

As células animais e vegetais usualmente não podem ser cultivadas para produção de compostos específicos – estas perdem a habilidade de síntese quando são isoladas e cultivadas em laboratório. Também , o cultivo de células de tecido em laboratório é dispendioso e requer meios complexos altamente enriquecidos.

Uso de microrganismosUso de microrganismos – medicina: altamente empregado, pois evita muitos dos problemas associados com a obtenção de compostos importantes (insulina, etc.). As bactérias que carregam os genes para os mais diversos compostos, podem ser cultivadas indefinidamente.

Por meio da introdução de genes estranhos em microrganismos, é possível desenvolver cepas que oferecem novas soluções para problemas diversos, como poluição, escassez de alimento e energia , controle de doenças e até mesmo terapia gênica.

ENZIMASENZIMAS: fundamental para a tecnologia do DNA recombinante.

•Endonucleases de restrição: apresentam papel fundamental, clivando o DNA em seqüências específicas, gerando um conjunto de fragmentos menores.•DNA ligase: os fragmentos separados para serem clonados podem ser unidos a um vetor de clonagem apropriado usando a DNA ligase.

Assim, o vetor recombinante é introduzido Assim, o vetor recombinante é introduzido numa célula hospedeira que o “clona”, a medida numa célula hospedeira que o “clona”, a medida que a célula realiza muitas gerações de divisões que a célula realiza muitas gerações de divisões celulares.celulares.

OS GENES NÃO SÃO OS GENES NÃO SÃO CONTÍNUOS!CONTÍNUOS!

HETEROGÊNEO NUCLEAR

OS TESTES DE DNAOS TESTES DE DNA

A molécula de DNA, pode sofrer alterações A molécula de DNA, pode sofrer alterações (mutações), com a substituição de certos (mutações), com a substituição de certos nucleotídeos por outros diferentes. As nucleotídeos por outros diferentes. As mutações são mais toleradas quando mutações são mais toleradas quando acontecem em regiões não codificantes do acontecem em regiões não codificantes do DNA. Muitas vezes, as mutações tornam-se DNA. Muitas vezes, as mutações tornam-se estáveis, sendo transmitidas aos descendentes. estáveis, sendo transmitidas aos descendentes. Como é muito grande a variação no número e Como é muito grande a variação no número e no tipo de mutações estáveis do DNA no tipo de mutações estáveis do DNA (polimorfismo genético), é possível identificar (polimorfismo genético), é possível identificar uma pessoa com base no seu padrão de uma pessoa com base no seu padrão de polimorfismo.polimorfismo.

OS TESTES DE DNAOS TESTES DE DNA

MUTAÇÕES GÊNICASMUTAÇÕES GÊNICAS

Uma alteração em qualquer ponto Uma alteração em qualquer ponto da sequência de nucleotídeos é uma da sequência de nucleotídeos é uma mutação gênica.mutação gênica.

Causas: Causas:

Agentes Físicos - RadiaçõesAgentes Físicos - Radiações

Agentes Químicos – Produtos Agentes Químicos – Produtos químicosquímicos

Agentes Biológicos - VírusAgentes Biológicos - Vírus

Célula ProcarionteCélula Procarionte

Célula VegetalCélula Vegetal

Célula AnimalCélula Animal

VirusVirus

O que é DNA?O que é DNA?

DNADNA

DeoxiriboNucleic AcidDeoxiriboNucleic Acid

ácido deoxiribonucléicoácido deoxiribonucléico

ácido desoxiribonucléicoácido desoxiribonucléico

ADNADN

DNADNA

DNA é um ácido DNA é um ácido nucléico composto nucléico composto de duas cadeias de duas cadeias antiparalelas antiparalelas complementares.complementares.

Os nucleotídeos são Os nucleotídeos são compostos de um compostos de um grupo fosfato, uma grupo fosfato, uma pentose e uma base pentose e uma base nitrogenadanitrogenada

DNADNA

O DNA tem quatro bases O DNA tem quatro bases nitrogenadas.nitrogenadas.

Duas são chamadas purinasDuas são chamadas purinas Adenina (Adenina ( A A ), Guanina ( ), Guanina ( G G ))

Duas são pirimidinasDuas são pirimidinas Citosina (Citosina ( C C ), Timina ( ), Timina ( T T ))

DNADNA

Essas quatro bases são ligadas em um Essas quatro bases são ligadas em um padrão repetitivo por pontes de padrão repetitivo por pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadashidrogênio entre as bases nitrogenadas

A ligação de duas cadeias complementares A ligação de duas cadeias complementares é chamada de HIBRIDIZAÇÃO.é chamada de HIBRIDIZAÇÃO.

A ligação entre nucleotídeos é do tipo A ligação entre nucleotídeos é do tipo fosfodiesterfosfodiester

Estrutura do DNAEstrutura do DNA

Dupla HéliceDupla Hélice Watson and Crick Watson and Crick

(1953)(1953) AntiparalelasAntiparalelas Pareamento Pareamento

Complementar de Complementar de Bases Bases Nitrogenadas:Nitrogenadas:

AA TTGG CC

Rosalind FranklinRosalind Franklin(1920-1953)(1920-1953)

Using X-ray techniques took pictures Using X-ray techniques took pictures of DNA and discovered the double of DNA and discovered the double helix shape of DNA.helix shape of DNA.

Died of cancer due to unknown Died of cancer due to unknown harmful affects of X-rayharmful affects of X-ray

James Watson and James Watson and Francis CrickFrancis Crick

3’5’

3’5’

Como vemos o DNA?Como vemos o DNA?

MOMO MEME

CromossomosCromossomos

Cromossômos metafásicos

250 milhões de pares de bases

50 milhões de pares de bases

Homem 3.200.000.000 bases

Rato 3.000.000.000 bases

Drosophila 160.000.000 bases

Arabidopsis 135.000.000 bases

S. cerevisae 13.000.000 bases

X. fastidiosa 2.679.572 bases

H. influenzae 1.830.000 bases

M. pneumoniae 810.000 bases

HTLV-II 8.952 bases

TAMANHO DO GENOMA

Genoma Humano

Genoma NuclearGenoma Nuclear3.200.000.000 nt3.200.000.000 nt

30.000 - 40.000 genes30.000 - 40.000 genes

Genoma MitocondrialGenoma Mitocondrial16.600 nt16.600 nt37 genes37 genes

GENE: Seqüência de DNA que codifica um RNA funcional

GenesGenes

Gene – regiões do cromossomo

– codificam proteinas

DNA -> RNA-> proteina

O que é RNA?O que é RNA?

RNARNA

RiboNucleic AcidRiboNucleic Acid

Ácido ribonucléicoÁcido ribonucléico

ARNARN

RNARNA

RNA X DNARNA X DNA

Estrutura do RNAEstrutura do RNA

O Nucleotídeo de RNA contém:O Nucleotídeo de RNA contém: Base Nitrogenadas: Base Nitrogenadas:

A,C,G e U (não contém T)A,C,G e U (não contém T) RiboseRibose FosfatoFosfato

Fita SimplesFita Simples

DNA X RNADNA X RNA

RNAm O RNA mensageiro é formado no núcleo e contém a “mensagem” - o código transcrito a partir do DNA - para a síntese das proteínas. Cada conjunto de três nucleotídeos no RNAm é chamado de CÓDON.

RNAt O RNA transportador está presente no citoplasma e é responsável pelo transporte dos aminoácidos até os ribossomos para a síntese protéica. No RNAt existe uma seqüência de nucleotídeos correspondente ao códon chamada de ANTI-CÓDON.

RNAr O RNA ribossômico ou ribossomal faz parte da estrutura dos ribossomos e participa do processo de tradução dos códons para construção das proteínas.

Tipos de RNA

GenesGenes

Gene – regiões do cromossomo

– codificam proteinas

DNA -> RNA-> proteina

GenesGenes

Gene – regiões do cromossomo

– codificam proteinas

DNA -> RNA-> proteina

Genes

Características físicas ou bioquímicas

observáveis

Genes

Características físicas ou bioquímicas

observáveis

Estrutura das proteínas

Genes

Características físicas ou bioquímicas observáveis

Estrutura das proteínas

Seqüência de bases nitrogenadas

ConceitosConceitos

Genótipo - Genótipo - constituição genética do constituição genética do indivíduo, ou seja, aos genes que ele indivíduo, ou seja, aos genes que ele possui possui

FenótipoFenótipo - características - características apresentadas por um indivíduo, sejam apresentadas por um indivíduo, sejam elas morfológicas, fisiológicas e elas morfológicas, fisiológicas e comportamentais comportamentais Gene e ambienteGene e ambiente

Como o gene gera Como o gene gera proteína?proteína?

DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA MOLECULARMOLECULAR

DNA -> RNA-> proteinaDNA -> RNA-> proteina

Diferença em proteínas levam a diferenças Diferença em proteínas levam a diferenças entre indivíduosentre indivíduos

ARQUIVO DE INSTRUÇÕES CODIFICADAS

MENSAGEM

SUBSTÂNCIA ATIVA EFETOR

Replicação do DNAReplicação do DNA

DNA

RNA

TranscriçãoTranscrição

A TraduçãoA Tradução

RNA

Proteína

Replicação do DNAReplicação do DNA

Auto-duplicação do material genéticoAuto-duplicação do material genético mantendo assim o padrão de herançamantendo assim o padrão de herança

Semi- conservativaSemi- conservativa

DescontínuaDescontínua

5’ 3’5’ 3’

DNA polimeraseDNA polimerase

enzima quebra as enzima quebra as ligações de pontes ligações de pontes de hidrogênio para de hidrogênio para replicar DNAreplicar DNA

RNA polimeraseRNA polimerase

enzima quebra as enzima quebra as ligações de pontes ligações de pontes de hidrogênio para de hidrogênio para formar RNAformar RNA

DNA->RNA-DNA->RNA->Proteina>Proteina

TranscriçãoTranscrição

A mensagem genética é passada do DNA A mensagem genética é passada do DNA para uma fita de mRNApara uma fita de mRNA

Fita dupla de DNA:Fita dupla de DNA:

5’ ATCTTTAGGCTACAGGT 3’5’ ATCTTTAGGCTACAGGT 3’

3’ TAGAAATCCGATGTCCA 5’3’ TAGAAATCCGATGTCCA 5’

TranscriçãoTranscrição

A mensagem genética é passada do DNA A mensagem genética é passada do DNA para uma fita de mRNApara uma fita de mRNA

5’ ATCTTTAGGCTACAGGT 3’5’ ATCTTTAGGCTACAGGT 3’

3’ TAGAAATCCGATGTCCA 5’3’ TAGAAATCCGATGTCCA 5’

TranscriçãoTranscrição

A mensagem genética é passada do DNA A mensagem genética é passada do DNA para uma fita de mRNApara uma fita de mRNA

5’ ATCTTTAGGCTACAGGT 3’5’ ATCTTTAGGCTACAGGT 3’

5’ AUCUUUAGGCUACAGGU3’5’ AUCUUUAGGCUACAGGU3’

3’ TAGAAATCCGATGTCCA 5’3’ TAGAAATCCGATGTCCA 5’ RNA

DNADNA ⇒…ATC GGC TAG CTA GCG TAG ⇒…ATC GGC TAG CTA GCG TAG CGA TGC AAA TTT AAA TAT ATG… CGA TGC AAA TTT AAA TAT ATG…

RNAmRNAm ⇒…UAG CCG AUC GAU CGC AUC ⇒…UAG CCG AUC GAU CGC AUC GCU ACG UUU AAA UUU AUA UAC… GCU ACG UUU AAA UUU AUA UAC…

CODÓNSCODÓNS ⇒…[UAG][CCG][AUC][GAU] ⇒…[UAG][CCG][AUC][GAU][CGC][AUC][GCU][ACG][UUU][AAA][CGC][AUC][GCU][ACG][UUU][AAA][UUU][AUA][UAC]… [UUU][AUA][UAC]…

4 bases, combinadas 3 a 3 4x4x4 = 64 códigos

CODIFICAÇÃO

4 Bases: A T G C 20 Aminoácidos Sinal de término

Sinal de início

4 bases, 3 a 3 4x4x4 = 64

códigos

U C A G

Phe Ser TyrTyr CysCys UPhe Ser TyrTyr CysCys C

U Leu Ser ALeu Ser Trp G

Leu ProPro His Arg ULeu ProPro His Arg C

C Leu ProPro Gln Arg ALeu ProPro Gln Arg G

Ile ThrThr Asn Ser UIle ThrThr Asn Ser C

A Ile ThrThr LysLys Arg AMetMet ThrThr Lys Arg G

Val Ala AspAsp GlyGly UVal Ala AspAsp GlyGly C

G Val Ala Glu GlyGly AVal Ala Glu GlyGly G

1a.

2a. 3a.

aa aa aa aa aa aa aa aa

Proteína

CTC ATT GTG CTT GAA TTT TTG GTG

DNA

GAG UAA CAC GAA CUU AAA AAC CAC

mRNA

TraduçãoTradução

A tradução é um processo que ocorre no A tradução é um processo que ocorre no citoplasma da célula, no qual a mensagem citoplasma da célula, no qual a mensagem trazida pela fita de mRNA é traduzida em trazida pela fita de mRNA é traduzida em uma seqüência de aminoácidos. uma seqüência de aminoácidos.

5’ ATCTTTAGGCTACAGGT 3’5’ ATCTTTAGGCTACAGGT 3’

5’ AUCUUUAGGCUACAGGU3’5’ AUCUUUAGGCUACAGGU3’

3’ TAGAAATCCGATGTCCA 5’3’ TAGAAATCCGATGTCCA 5’

RNA

TraduçãoTradução

CódonsCódons

5’ AUCUUUAGGCUACAGGUC3’5’ AUCUUUAGGCUACAGGUC3’RNA

TraduçãoTradução

Ile - Phe - Arg -Leu-Gln-Val Ile - Phe - Arg -Leu-Gln-Val ProteínaProteína

5’ AUCUUUAGGCUACAGGUC3’5’ AUCUUUAGGCUACAGGUC3’RNA

TraduçãoTradução