O amadurecimento da Biologia Molecular como disciplina

científica

Prof. Dr. Francisco Prosdocimi

FATOS E ESPECULAÇÕES INICIAIS SOBRE OS MOLDES DE RNADO LIVRO : A PASSION FOR DNA; GENES, GENOMES AND SOCIETY

O papel do RNA

• Salvador Luria (1912-91)

• Vírus podem ter DNAou RNA

• Avery, MacLeod, McCarty– 1944: DNA como princípio

transformante– Crítica: DNA poderia estar contaminado com proteínas

• Hershey e Chase– Prova final e conclusiva para aceitar o DNA como a molécula da

hereditariedade– Watson leu o artigo em 1951 para uma platéia indiferente na

sociedade de microbiologia...

Hershey and Chase

Jean Brachet (1909 – 1998)

• Cientista belga trabalhando em Bruxelas

• 1933– DNA está no núcleo, RNA no citoplasma

• 1951– Enfatiza a correlação entre o conteúdo de

RNA de uma célula e a síntese de proteínas• ~1952

– Corta a alga em duas metades e percebe que a metade sem núcleo continua produzindo proteínas

• DNA não tem participação na síntese de proteínas

O nascimento da dupla hélice

• Haviam fortes evidências de que o DNA carregava o material genético

• 1952: primeiro encontro de Watson e Crick– “Desde o dia de nosso primeiro encontro,

Crick e eu pensamos que seria altamente provável que a informação genética do DNA fosse codificada pela seqüência de quatrobases”

– DNA tinha estrutura helicoidal– A dupla hélice explicava tudo!

– O que eles viram com clareza?• A possibilidade de um código digital para

a herança

– Resolução do problema por construção de modelos teóricos!

Levene X Watson-Crick

A dupla hélice

• Alto poder explicativo e preditivo: – Como seria codificado um gene– Como ocorreria a duplicação do DNA– Estrutura química precisa

da molécula– Proporções de bases

• Novas perguntas...– Pra quê servia o RNA?– Como acontecia a síntese

de proteínas

1953

A estrutura do RNA

• Só às vezes parecia ter estrutura helicoidal...

• Sem equivalência – [A] != [U]

[G] != [C]

• Motivo: fita simples

Como a estrutura do DNA clarificou tantas coisas, talvez

seja hora de estudarmos a estrutura do RNA...

1953: Watson muda-se para Pasadena

Trabalha com Alex Rich na estrutura do RNA

Mas...

Finalmente, Gamow

• Físico russo (1904 –1968)

• Distâncias observadas– Entre aminoácidos: 3,6 Å– Entre bases: 3,4 Å

• Logo, as proteínas devem irse encaixando no DNA comoum tipo de lego para se formarem(modelo mecanicista)

VT

M

DC

Gamow brinca de lego

O código de Gamow

• 20 aminoácidos– 2 bases, 42 = 16 combinações– Logo, pelo menos 3 bases– 43 = 64; logo o código é redundante

(degenerado)

• Watson– Sabia que o DNA não era o molde para a

síntese– Mas... Pensava que o RNA poderia ser dupla-

fita...

Códigos sobrepostos

• Haveria a obrigação de que certos aminoácidos fossem encontrados sempre, ou normalmente, adjacentes

• AUC compromete o UC em estar no próximo códon; – Limitação do códon seguinte a somente quatro

possibilidades• UCA, UCC, UCG, UCU

• Sanger (1949, 1952)– Produz a primeira estrutura primária

de uma proteína– Sequência de aminoácidos incompatível

com o código de Gamow

O RNA Tie Club

• Com 20 membros, um paracada aminoácido, jamais teveuma única reunião formal

• Esforço conjunto para desvendaro código genético (como o DNA codificava proteínas)

• Várias das cartas para o clube foram enviadas pelos membros, cartas estas que viravam publicações

• Dentre elas, a mais importante foi...

Crick e a hipótese do Adaptador

• Depois de passar meses discutindo com Brenner e Gamow sobre os códigos, Crick começou a questionar sua premissa básica– Seria difícil acomodar quimicamente todas as

cadeias laterais dos aminoácidos no código do DNA

– Ainda mais se considerássemos que o código era degenerado (mesma cadeias laterais para diferentes códons)

• Deve haver um adaptador, polinucleotídeos que pareiem com RNAs moldes

Os intermediários acilados

• Mahlon Hoagland e Paul Zamecnik– RNAs solúveis de alta-energia ligavam aos

aminoácidos acilados

• 1957• Watson sabia que

tais moléculaspoderiam ser osadaptadores de Crick

Os Ribossomos

• Watson e Tissieres

• Complexos ribonucleoproteícos– Subunidades 30S e 50S– RNAs 16S e 23S

• Pressuposição enganada sobre a função dos RNAs do ribossomo– Estaria ali o código para a

produção das proteínas?– Só existiam em dois tamanhos (16S/23S)– Não tinham taxa AT/GC como a do DNA

Subunidade30S

RNA 16S

Estrutura 3D altamente complexa

O fago T2

• O RNA específico do fato continha conteúdo de bases igual ao DNA do vírus– T2-RNA liga na unidade 30S– Unidade 30S liga na 50S, formando a 70S– Síntese de proteínas

• Ribossomos não continham o molde, porém funcionavam como locais de síntese

• Descoberta de um novo RNA, o RNAm– Heterogêneo em tamanho– Pequena porcentagem do total

Etapas para o início da tradução

O código genético

• Posteriormente uma série de sequências de poli-nucleotídeo ou poli-dinucleotídeo puderam ser traduzidas em proteínas, chegando ao código genético conhecido hoje

O modelo completo

Conclusão

• As bases teóricas da biologia molecular foram fundadas entre os anos de 1950 e 1960

• Depois disso, o funcionamento molecular dos organismos biológicos passou a ser entendido, groso modo

• Finalmente foi possível compreendermecanisticamente como é transmitida a herança biológica, problemas enfrentados por Darwin e Mendel na hora de erigir suas teorias

Ufa!