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???