Crescimento e renovao CelularO nosso planeta apresenta uma grande diversidade de seres vivos distribudos

pelos ambientes mais diversos.

A Biodiversidade uma riqueza inesgotvel!

Apesar das diferenas existentes entre os seres vivos, h uma unidade estruturale funcional comum a todos a clula a unidade bsica da vida. Esta semelhana tambm se revela a nvel molecular os organismos apresentam os mesmos constituintes bioqumicos.

Crescimento e renovao Celular

Como possvel explicar a grande diversidade de seres vivos queexistem na natureza?Por muito diferentes que os organismos sejam entre si, a partir de uma nicaclula que se origina um indivduo.

Esta clula contm toda a informao necessria para o desenvolvimento do indivduo.

Crescimento e renovao Celular

Podemos questionarmo-nos:

Onde se encontra armazenada toda a informao hereditria e como

transmitida descendncia?

Que processos so responsveis pela unidade e variabilidade celular?

Como explicar o crescimento dos seres vivos e a regenerao dos tecidos?

Como explicar o facto de as clulas de um indivduo no serem todas iguais?

Crescimento e renovao Celular1.1 DNA e Sntese Proteica

O suporte fsico da informao necessria para o desenvolvimento de um ser vivo permaneceu desconhecido at meados do sc.XX. Em finais do sc. XIX, o bioqumico alemo Miescher, a partir de clulas com grandes

ncleos , isolou uma substncia de elevado peso molecular nuclena. Substncia actualmente designada por cido desoxirribonucleico, permaneceu ignorada durante quase um sculo.

Considerava-se,

de

forma

generalizada,

que

as

protenas

nucleares

eram

as

macromolculas portadoras da informao gentica.Grande complexidade e diversidade das protenas, comparadas com o DNA;Existncias de doenas hereditrias associadas falta de determinadas enzimas.

S em meados sc. XX que foram feitas experincias que atriburam ao DNA o suporte fsico da informao dos seres vivos. Em 1928, Frederick Griffith (bacteriologista) deu o 1 passo para a identificao da molcula suporte da informao gentica.

Crescimento e renovao CelularExperincia de Griffith (1928)Bactrias tipo R desprovidas de cpsula (rugosas) Bactrias tipo S com cpsula (lisas)

Qual das estirpes patognica para osratos? Qual a possvel explicao para o

aparecimento de bactrias vivas do tipo S,

no sangue dos ratos do quarto lote?

Crescimento e renovao CelularExperincia de Griffith (1928)Bactrias tipo R desprovidas de cpsula (rugosas) Bactrias tipo S com cpsula (lisas)

Concluses: As bactrias do tipo S so virulentas para os ratos, causando a pneumonia; As bactrias do tipo R no so patognicas;

As bactrias mortas do tipo S conseguemtransmitir a sua informao s do tipo R,

passando estas a adquirir a capacidade virulenta(adquirem cpsula que as protegem do sistema

imunitrio dos ratinhos);

Esta informao dever ser uma substncia qumica que consegue transformar a bactria principio transformante.

Crescimento e renovao CelularExperincia de Avery (1944) Em 1944, Avery cultivou bactrias lisas, matou-as pelo calor e triturou-as. Separaram-se os seus constituintes qumicos (glcidos, protenas, lpidos e DNA). Adicionando cada um destes constituintes, separadamente, a bactrias rugosas no patognicas e, seguidamente, injectando-as em ratos, observou que apenas o DNA (cidos nucleicos) transformava as bactrias rugosas em lisas patognicas (os ratos morriam). Estas observaes permitiram concluir que esta biomolcula DNA era responsvel pela transmisso da informao gentica.

Crescimento e renovao CelularExperincia de Hershey e Chase, 1952Em 1952, Alfred Hershey e Martha Chase utilizaram vrus que infectam bactrias, designados

por isso bacterifagos. Estes contriburam para confirmar, definitivamente, que a molculade DNA o suporte fsico da informao gentica.Cpsula proteica

Bacterifago T2

DNA

Ciclo reprodutivo do Fago

Fago liga-se bactria.

Fago injecta apenas na bactria o DNA.

O DNA do Fago utiliza a clula hospedeira para produzir protenas que iram constituir novas cpsulas e DNA. A lise das bactrias liberta novos Fagos.

Crescimento e renovao CelularExperincia de Hershey e Chase, 1952Situao A - fagos foram cultivados em meio contendo enxofre radioactivo 35S (logo as protenas ficaram radioactivas) e foram infectar bactrias no radioactivas. Situao B - fagos foram cultivados em meio com fsforo radioactivo 32P (logo o DNA ficou radioactivo) e foram infectar bactrias no radioactivas.FagoBactria DNA Cpsula radioactiva DNA do Fago

Cpsula radioactiva

Situao A Cpsula Radioactiva

Centrifugao Sedimentao de acordo com a densidade

DNA no radioactivo

Cpsula no radioactiva

Situao B DNA radioactivo

DNA radioactivo Centrifugao Sedimentao de acordo com a densidade

DNA radioactivo

Concluso: Desta experincia concluiu-se que o DNA (cidos nucleicos) responsvel pela informao que conduz formao de novos vrus.

Crescimento e renovao CelularTipos de cidos nucleicos veculos da informao gentica Os cidos nucleicos so polmeros portadores da informao gentica. DNA cido desoxirribonucleico suporte da informaobiolgica, onde esto inscritas as caractersticas de cada

organismo contm a linguagem da vida.

RNA

cido

ribonucleico

indispensvel

ao

processamento da informao biolgica.

Crescimento e renovao CelularLocalizao dos cidos nucleicos na clulancleo

nucleide

Clula procaritica

Clula eucaritica

Crescimento e renovao CelularComposio qumica dos cidos nucleicos: DNA e RNAOs cidos nucleicos* so polmeros constitudos por unidades bsicas designadasnucletidos.

DNANuclesido Base Azotada (A, T, G ou C)

Grupo fosfato

NucletidoTimina (T)

Aucar - Pentose (desoxirribose)

Nucletido do DNA Cadeia polinucleotdica do DNA

Crescimento e renovao CelularComposio qumica dos cidos nucleicos: DNA e RNA

RNABase azotada (A, G, C, ou U)

Grupo fosfato

Uracilo (U)

Aucar - Pentose (ribose)

Crescimento e renovao CelularComposio qumica dos cidos nucleicos: DNA e RNADo ponto de vista qumico a diferena entre estes dois tipos de cidos nucleicos reside: na pentose

DNA DesoxirriboseC5H10O4

RNA RiboseC5H10O5

tipos de bases azotadas (DNA - T, A, C ou G) (RNA U, A, C ou G)

Uracilo (U)

Timina (T)

Citosina (C)

Adenina (A)

Guanina (G)

Crescimento e renovao CelularComposio qumica dos cidos nucleicos: DNA e RNAAs bases azotadas presentes nos nucletidos podem dividir-se em dois tipos

Uracilo (U)

Timina (T)

Citosina (C)

Adenina (A)

Guanina (G)

Bases pirimdicas Anel simples

Bases pricas Anel duplo

Crescimento e renovao CelularComposio qumica dos cidos nucleicos: DNA e RNAOs nucletidos estabelecem ligaes entre si, formando cadeia polinucleotdicas.

Reaco de sntese

Ligao covalente do tipo fosfodister

Crescimento e renovao CelularComposio qumica dos cidos nucleicos: DNA e RNAOs nucletidos estabelecem ligaes entre si, formando cadeia polinucleotdicas.Cada novo nucletido liga-se pelo grupo fosfato ao

carbono 3 da pentose do ltimo nucletido da cadeia,repetindo-se o processo na direco 5 3.

Deste modo, ao ltimo nucletido que tem o carbono 3com o grupo OH livre, pode ligar-se um novo nucletido

pelo grupo fosfato.Cada cadeia de nucletidos possui um grupo fosfato livre numa das extremidades, denominada extremidade 5, e um grupo hidroxilo (OH-) livre na outra extremidade, a 3.A adio de nucletidos faz-se no sentido 5 3

Crescimento e renovao CelularEstrutura do DNAA estrutura da molcula de DNA s foi decifrada aps terem sido analisados os resultadosde vrias experncias:Experincia de Erwin Chargaff e colaboradores (1944-1952)

Anlises

relativas

composio

quantitativa

percentual dos diferentes nucletidos revela que, em cada espcie, os valores de adenina so muito prximos dos da timina e os valores da guanina muito

prximos da citosina.Quantidade de Quantidade de

Regra de Chargaff

Bases Pricas (A+G)

Bases Pirimdicas (T+C)

Crescimento e renovao CelularEstrutura do DNA Rosalind Franklin e Maurice Wilkins, utilizando a difraco de raios X, bombardearamamostras de DNA cristalizado, tendo obtido radiogramas da difraco que reflectem a

configurao das partculas do cristal.

A configurao em cruz indica que o DNA apresenta a forma de uma hlice. Observaes realizadas com o microscpio electrnico revelaram que a espessura de uma molcula de DNA (2nm) dupla da de uma cadeia polinucleotdica (1nm).

Crescimento e renovao CelularFicha de TrabalhoModelo de dupla hlice de DNA proposto por Watson e CrickLigao de hidrognio

1.2.

Quais os tipos de ligaes entre os nucletidos de uma cadeia?Como se associam os nucletidos entre duas cadeias polinucleotdicas?

3.4. 5.

Com base nos dados da figura, explique os resultados de Chargaff.Explique, com base na figura, o significado da afirmao: O DNA uma molcula formada por

duas cadeias complementares antiparalelas.Estabelea uma relao entre a posio ocupada pelas bases azotadas na molcula de DNA e o

seu carcter hidrofbico.

Crescimento e renovao CelularEstrutura do DNAEm 1953, o geneticista James Watson e o fsico Francis Crick sintetizaram num modelo

nico e coerente o que se sabia at ao momento sobre a estrutura do DNA o modelo

de dupla hlice.Ligao de hidrognio

A

longa

molcula

formada

por

duas

cadeias

polinucleotdicas enroladas em hlice, assemelha-se a

uma escada de corda enrolada helicoidalmente.

As bandas laterais da hlice so formadas por grupos fosfato, alternando com molculas de aucares e os degraus centrais so pares de bases ligadas entre si por pontes de hidrognio. A adenina liga-se somente timina por duas ligaes hidrognio; a guanina liga-se somente citosina por trs ligaes hidrognio (esta constncia justifica a regra de CHargaff) verifica-se uma complementariedade entre as cadeias da molcula de DNA.

Crescimento e renovao CelularEstrutura do DNA Modelo de Dupla Hlice

Cada cadeia desenvolve-se em sentidos opostos,iniciando-se na extremidade 5 e terminando na extremidade 3. Assim, as cadeias complementares da molcula de DNA so cadeias antiparalelas, ou seja, extremidade

5

livre

de

uma

cadeia

corresponde

a

extremidade 3livre da outra.

A estrutura de DNA a mesma em todos asespcies; O nmero de nucletidos, a sua natureza e

sequncia diferem entre as molculas de DNA;Pode, pois, falar-se em universalidade e

variabilidade da molcula de DNA.

Crescimento e renovao CelularEstrutura do RNAA molcula de RNA , normalmente, formada por uma cadeia simples de

nucletidos, apresentado dimenses muito inferiores molculas deDNA.

Contudo, em determinadas regies, a molcula de RNA pode dobrar-sedevido ao estabelecimento de pontes de hidrognio entre as bases complementares (adenina emparelha com o uracilo e a guanina com a citosina).

As molculas de RNA so sintetizadas a partir do DNA (devido a complementariedade debases) e podem apresentar, sob o ponto de vista de estrutura e funo, trs formas distinta:

o RNA mensageiro (mRNA), o RNA de transferncia (tRNA) e o RNA ribossmico (rRNA).

Crescimento e renovao CelularPrincipais diferenas entre o RNA e o DNADNA Duas cadeias polinucleotdicas.

RNA Uma cadeia polinucleotdica. A pentose a ribose.

A pentose a desoxirribose. As bases azotadas presentes so A, T, G e C. A quantidade constante em todas as clulas

As bases azotadas presentes so A, G, U e C. A quantidade varia de clula para clula e dentro da mesma clula de acordo com a actividade metablica.

somticas da mesma espcie.

Quimicamente muito estvel. Permanente. Somente uma forma bsica.

Quimicamente pouco estvel. Pode ser temporria, existindo por curtos perodos.

Apresenta trs formas bsicas: mensageiro, e em menortransferncia e ribossmico. Encontra-se no ncleo e citoplasma.

Encontra-se

no

ncleo,

quantidade nos cloroplastos e mitocndrias.

Crescimento e renovao CelularReplicao do DNAA informao gentica encontra-se codificada na sequncia de nucletidos que

constituem o DNA. Para que toda a informao seja transferida ao longo de geraes a molcula de DNAnecessita de se auto-reproduzir.

Como que a molcula de DNA se replica?Existem trs modelos tericos possveis para a replicao do DNA.DNA originalAps um ciclo de replicao

Hiptese semiconservativa- cada uma das cadeia serviria de molde para uma nova cadeia e, consequentemente, cada uma das novas molculas de DNA seria formada por uma cadeia antiga e uma cadeia nova.

Crescimento e renovao CelularReplicao do DNAComo que a molcula de DNA se replica?Aps um ciclo de replicao

DNA original

Hiptese conservativa- admitia que a molcula progenitora de DNA mantinha-se integra, servindo apenas de molde para a formao da molcula-filha, a qual seria formada por duas novas cadeias de nucletidos.Aps um ciclo de replicao

DNA original

Hiptese dispersiva- admitia que cada molcula-filha seria formada por pores da molcula inicial e por regies sintetizadas de novo, a partir de nucletidos presentes na clula.

Crescimento e renovao CelularReplicao do DNAInvestigaes realizadas por Meselson e Stahl permitiram esclarecer o mecanismo dereplicao do DNA.Cultivaram bactrias E. coli num meio de cultura que continha o istopo pesado de As15N.

bactrias

produziram15N,

bases

azotadas contendo

que ficaram

integradas no seu DNA. Depois de vrias geraes neste meio,

s bactrias foram transferidas para ummeio com istopo normal14N.

Deste meio, foram retiradas algumas bactrias no tempo zero, aps vinteGerao parental Primeira Gerao Segunda Gerao

minutos e ao fim de quarenta minutos. Em cada uma das situaes, o DNA foi extrado e analisado.

Crescimento e renovao CelularReplicao do DNAOs resultados das experincias de Meselson e Stahl podem ser interpretados tendo como base o modelo semiconservativo de replicao do DNA.As bactrias cultivadas em15N

incorporam

esse azoto, formando um DNA mais densoque se deposita prximo do fundo do tubo

sujeito a centrifugao. Num meio comcada molcula15N 14N,

na primeira gerao,DNA apresenta uma

de

densidade intermdia, j que possui umacadeia com (da gerao parental) e outra

comGerao parental Primeira Gerao Segunda Gerao

14N

(formada por nucletidos com azoto

presente no meio). Na segunda gerao, metade das molculas so formadas por duas cadeias com uma cadeia com15N 14N

e a

outra metade das molculas formada pore outra com14N.

Pode,

Cadeia me

Nova cadeia

assim, verificar-se que os resultados apoiam omodelo semiconservativo.

Crescimento e renovao CelularReplicao do DNA

Primeira replicao

Segunda replicao

O modelo conservativo no consistente com os resultados, replicao, uma vez que, ter aps sido molcula a primeira deveriam observadas formada

Hiptese conservativa

molculas de DNA com dois valores de densidade:um correspondente

exclusivamenteHiptese semiconservativa

com

cadeias

pesadas

(DNA

parental) e outro correspondente molcula formada exclusivamente por cadeia leves. O modelo dispersivo consistente com os dados obtidos na 1 gerao, pois o modelo prev que se observem molculas de DNA com densidade intermdia.

Hiptese dispersiva

No entanto, segundo o modelo, na 2 geraotodas as molculas deveriam continuar a ter a

mesma densidade, embora menos densas que asda 1 gerao. Em vez disso, surgem 50%de cadeias leves e 50% de cadeias com densidade intermdia.