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BIOLOGIA MOLECULAR genoma dos organismos
estudo das células e moléculas genoma dos organismos conjunto de informações genéticas
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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”.
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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
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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
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HISTÓRICO 1941 – BEADLE e TATUM
Demonstraram que os genes agiam através da regulação de diferentes eventos químicos HIPÓTESE: UM GENE → UMA ENZIMA
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1953 – JAMES WATSON e FRANCIS CRICK
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
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1953: Watson and Crick Estrutura do DNA
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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
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DNA → RNA → PROTEÍNA HISTÓRICO Dogma Central da 1957 – CRICK e GAMOV
Biologia Molecular DNA → RNA → PROTEÍNA
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Dogma Central da Biologia Molecular
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HISTÓRICO 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
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O CÓDIGO GENÉTICO É DESVENDADO!!!
HISTÓRICO 1966 – NIRENBERG, KHORANA e OCHOA Seqüências sucessivas de três nucleotídeos do DNA = códon determinam a seqüência de aminoácidos de uma proteína
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Com o desenvolvimento da tecnologia do DNA recombinante (1972) e do seqüenciamento do DNA ( ) tornou-se possível isolar e determinar a seqüência de genes dos mais diferentes organismos.
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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.
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Núcleo DNA Cromossoma Gene Promotor Exon Intron
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A célula é a unidade fundamental 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
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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”
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Os vírus não podem ser considerados células, pois dependem do parasitismo para se reproduzir, utilizando-se da maquinaria da célula hospedeira = seres acelulares
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Organização estrutural das células
Procarióticas Eucarióticas
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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
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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
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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
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DNA
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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
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CROMOSSOMOS 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
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CROMOSSOMOS 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
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TIPOS DE ÁCIDOS NUCLÉICOS
Ácido desoxirribonucléico ou DNA e ácido ribonucléico ou RNA Ambos são polímeros lineares de nucleotídios conectados entre si via ligações covalentes denominadas ligações fosfodiéster
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DNA e RNA DNA: contém informação das características do indivíduo
Gens = pedaços de DNA DNA e RNA : formados pôr sequências de nucleotídeos
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ESTRUTURA DO DNA NUCLEOTÍDEO
- É um polímero não ramificado - Formado por monômeros chamados de nucleotídeos - Cada nucleotídeo contém: 1) Estrutura primária NUCLEOTÍDEO 1 Base orgânica nitrogenada (Por que contém nitrogênio na sua formação) 1 Açúcar chamado DESOXIRRIBOSE Possui 5 Carbonos na sua molécula 5C 1C 4C 3C 2C 1 grupo fosfato (PO4-) As Bases Nitrogenadas podem ser de dois tipos: PÚRICAS PIRIMÍDICAS C N N C CH HC C N N H C N CH HC CH N
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NUCLEOTÍDIOS 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
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Fosfato
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TIPOS 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
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PENTOSES
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TIPOS DE BASES NITROGENADAS
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
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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
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DIFERENÇAS ENTRE DNA E RNA
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
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As fitas do DNA estão dispostas em direções opostas
Antiparalelismo As fitas do DNA estão dispostas em direções opostas
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A Dupla Hélice A forma predominante de torção da espiral do DNA é para a direita ou sentido horário
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O B-DNA é o predominante em condições fisiológicas
A Dupla Hélice O B-DNA é o predominante em condições fisiológicas
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MOLÉCULA DE DNA e % de G = % de C Chargaff: % de A = % de T
Watson e Crick : Dupla Hélice A T C G T A
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G C A T ||| || DNA
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PAPÉIS 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.
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Complementariedade Durante a replicação do DNA as duas fitas velhas ou mães servem de molde para cada fita nova ou filha complementar, que está sendo sintetizada. Fita velha Fita nova
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DUPLICAÇÃO DO DNA Só ocorre na presença de DNA POLIMERASE;
Considerada SEMI-CONSERVATIVA; C T A T A T G G C G C G C G C A T A T
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DUAS NOVAS MOLÉCULAS DE DNA DUPLICAÇÃO SEMI-CONSERVATIVA
G C G G C G C A T A T
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A replicação é semi-conservativa
The Meselson-Stahl experiment
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TRANSCRIÇÃO SÍNTESE 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.
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TRANSCRIÇÃO SÍNTESE DE RNA
G A A T G G C G C G A T T A T A G C
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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.
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- há um tipo de RNAt para cada tipo de aa;
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.
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TRANSCRIÇÃO E TRADUÇÃO DO CÓDIGO 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.
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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.
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POLIRRIBOSSOMOS
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CÓDIGO 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.
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INFORMAÇÕES: * 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.
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CÓDIGO GENÉTICO Código Genético mapeamento dos códons nos aminoácidos 64 códons 20 aminoácidos 3 códons de parada
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2ª base no códon 1ª base no códon 3ª base no códon U C A G Phe Leu Ser
Tyr Parada Cys Trp Pro His Gln Arg Ile Met Thr Asn Lys Val Ala Asp Glu Gly 1ª base no códon 3ª base no códon
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RESUMINDO... RNAt anticódon A U G RNAm 1 CÓDON = 1 AMINOÁCIDO
aa RNAt anticódon A T A U G T A U A C C G U A U G C RNAm G C C G CÓDON A T T A 1 CÓDON = 1 AMINOÁCIDO 1 AMINOÁCIDO = 1 OU + CÓDONS A T
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REGULAÇÃO GÊNICA por indução enzimática
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REGULAÇÃO GÊNICA por repressão enzimática
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Transcrição Processamento Tradução Gene hnRNA mRNA proteína Núcleo
RNA polimerase Gene Transcrição hnRNA Processamento mRNA Tradução Citoplasma proteína
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Fim???
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