DNA – ESTRUTURA, FUNÇÃO E REPLICAÇÃO Vera Vargas, 2012

Núcleo Envoltório nuclear Nucléolo Complexo do poro Cromatina

Heterocromatina Condensada, inativa Eucromatina Espalhada, ativa Cromatina DNA, desoxirribonucleoproteína em vários graus de condensação com proteínas Heterocromatina Condensada, inativa Eucromatina Espalhada, ativa Cromatina totalmente condensada Cromossomo

Estrutura do cromossomo Cromossomo  DNA + proteínas  filamento de cromatina  bastonete Braço curto p Braço longo q Apresenta um estrangulamento Centrômero Cinetócoro, prende o fuso mitótico

DNA DNA, desoxirribonucleoproteína O DNA quando totalmente condensada com proteínas se torna cromossomo (visíveis ao MO) A unidade fundamental de compactação do DNA é o nucleossomo Um nucleossomo consiste em um octamero de proteínas histonas em torno do qual 146pb de DNA são enrolados

Condensação da cromatina A molécula de DNA possui 2 nm de diâmetro A cromatina começando a se condensar em “contas de um colar” possui 11 nm de largura Contas são os nucleossomas (histonas). O colar é o DNA O empacotamento da cromatina em cordões de 30 nm formam as fibras cromossômicas ...

Cromossomos Espécie Humana  46 cromossomos Genoma 23 pares de cromossomos homólogos (pai e mãe) 22 autossomos 1 cromossomos sexuais Genoma Número de cromossomos nas células Genoma da Espécie Humana = 46 cromossomos

DNA James Watson e Francis Crick  descobriram a estrutura do DNA em 1953 Estabeleceram uma estrutura química para o DNA DNA  material genético Mendel  fatores da hereditariedade  genes James Watson Francis Crick

Nucleotídeo Dna é um polímero (unidades que se repetem) Grupo fostato ligada ao C5 da pentose Base nitrogenada ligada ao C1 da pentose Dna é um polímero (unidades que se repetem) Nucleotídeo é a unidade do DNA Nucleotídeo = Molécula de açúcar + Base nitrogenada + Molécula de fosfato

Ácidos nucléicos Ácidos nucléicos são compostos químicos, que possuem Ácido fosfórico Açúcar Base nitrogenada São macromoléculas formadas por nucleotídeos

Ácidos nucléicos Estrutura bioquímica Um nucleosídeo é formado de base nitrogenada e açúcar Um nucleotídeo é constituído de base nitrogenada, um açúcar e um grupamento de fosfato DNA e RNA são polímeros constituídos de nucleotídeos Nucleosídeo Nucleotídeo

Nucleotídeo Grupo fostato ligada ao C5 da pentose Base nitrogenada ligada ao C1 da pentose Nucleotídeo = Molécula de açúcar + Base nitrogenada + Molécula de fosfato

Ácidos nucléicos Um açúcar (pentose) Um grupo fosfato Desoxirribose no DNA Ribose no RNA Um grupo fosfato Uma base nitrogenada Purinas Pirimidinas

Ácidos nucléicos Um açúcar (pentose) Desoxirribose no DNA Ribose no RNA

Nucleosídeo monofosfato Nucleosídeo difosfato Nucleosídeo trifosfato Grupo Fosfato Nucleosídeo Nucleosídeo monofosfato Nucleotídeo Nucleosídeo difosfato Nucleosídeo trifosfato

Bases Nitrogenadas Purinas Pirimidinas Adenina (A) Guanina (G) Citocina (C) Timina (T) Uracila (U), no RNA

Polímero de nucleotídeo

A molécula de DNA é constituída de duas cadeias de polinucleotídeos, dispostas na forma de dupla hélice, que são mantidas juntas por pontes de hidrogênio entre os pares de bases lateralmente opostos. Entre Adenina e Timina = 2 pontes de hidrogênio Entre Guanina e Citosina = 3 pontes de hidrogênio

As faixas azuis representam as duas cadeias de açúcar e fosfato Os pares de bases formam conexões horizontais entre as cadeias As duas cadeias correm em direções opostas ou antiparalelos

Polimerização do DNA 5’ para 3’

5’ Ligação covalente Pontes de hidrogênio Pontes de hidrogênio 3’ 5’ Fita contínua a ser sintetizada Fitas paralelas, orientação anti-paralelas Fita contínua a ser sintetizada Os pares TA apresentam duas pontes de hidrogênio Os pares CG apresentam três pontes de hidrogênio Direção 5’ para 3’ Direção 5’ para 3’ 3’ 21

Regras de Chargaff Regras de Chargaff da composição das bases Quantidade de nucleotídeos pirimídicos = purínicos Número total Adenina = Timina Citosina = Guanina Mas a quantidade de A+T não é necessariamente = G+T

O Dogma Central e os Moldes Desde da década de 50 → hipótese do DNA ser o molde para a síntese de moléculas de RNA Os RNAs iriam até os ribossomos para a síntese de proteínas Baseado neste raciocínio, Francis Crick propôs em 1956 o dogma central da biologia, salientando o fluxo unidirecional da informação do DNA à proteína

Do DNA à Proteína DNA Duplicação ou replicação Transcrição RNA Tradução DNA RNA Proteína

Duplicação, replicação ou síntese do DNA Inicia numa zona da cadeia denominada origem de replicação Neste local, enzimas chamadas de helicases começam a abrir a cadeia de DNA para ambos os lados da origem de replicação quebrando as ligações de hidrodrogênio existentes entre as bases complementares e dando origem a bolha de replicação que é constituída por duas forquilhas de replicação A replicação é chamada de bidirecional e semiconservativa

Duas forquilhas de replicação Replicação do DNA Uma molécula de DNA Bolha de replicação Duas forquilhas de replicação

Replicação do DNA Uma molécula de DNA Bolha de replicação Duas moléculas de DNA, semiconservativa, uma fita velha e uma fita nova

Nas células eucariotes são abertos várias origens de replicação, formam "bolhas de replicação" ou replicons

Helicase

DNA polimerase III Extremidade 3’ Nucleotídeos trifosfatados são adicionados à extremidade 3’ livre, de acordo com a seqüência da fita molde DNA polimerase III Pirofosfato DNA polimerase III, antes de acrescentar novo nucleotídeo, volta atrás e verifica se não errou. Como ela sempre tem que voltar, como ela vai iniciar colocando nucleotídeos?

A Primase se liga ao DNA e sintetiza um primer de RNA Primase é liberada A Primase se liga ao DNA e sintetiza um primer de RNA Quando o primer está completo, a DNA polimerase III se liga e sintetiza o novo DNA DNA polimerase III Molde de DNA Primer de RNA Novo DNA RNA primase

Replicação do DNA Logo após, se liga as cadeias de DNA a enzima RNA primase que sintetiza um primer, que consiste numa sequência de bases de RNA que iniciam a síntese, visto que a DNA polimerase III não tem a capacidade de o fazer pela ausência de grupos hidroxila -OH expostos

Replicação do DNA

Replicação do DNA Após a síntese do primer, a DNA polimerase III vai continuar o processo que ocorre no sentido da extremidade 5' para a extremidade 3' da nova cadeia. Como a DNA polimerase III vai atuar para ambos os lados da origem de replicação, por cada cadeia simples de DNA existente, uma parte da nova cadeia será sintetizada na direção da replicação. Esta cadeia é sintetizada de modo contínuo e denomina-se cadeia contínua.

Replicação do DNA

Replicação do DNA Existe uma outra parte da cadeia em que a direção da replicação é contrária à direção da síntese, esta cadeia é sintetizada descontinuamente, isto é, a RNA primase vai sintetizar vários primers ao longo da cadeia, inicialmente próximo da origem de replicação e posteriormente a maior distância Os fragmentos formados são denominados fragmentos de Okazaki

Replicação do DNA Entre estes fragmentos existem os primers que serão removidos e substituídos por DNA, pela ação de uma outra DNA polimerase , a DNA polimerase I Como a DNA polimerase não consegue estabelecer a ligação entre esses nucleótidos e os que se encontram nas extremidades dos fragmentos de Okazaki, formam-se lacunas entre o grupo fosfato de um e o carbono 3' do outro Esses nucleotídeos são posteriormente ligados pela DNA ligase

Replicação do DNA Um fragmento de Okazaki é um pequeno fragmento de DNA (com um primer de RNA no termino 5') criado na cadeia atrasada durante a replicação do DNA.

Replicação do DNA A esta cadeia chama-se cadeia descontínua As partes finais da cadeia de DNA denominadas telômeros são sintetizadas pela RNA telomerase por um processo de transcrição inversa, isto é, esta enzima sintetiza DNA tendo por molde RNA Durante todo o processo de replicação atuam outras enzimas entre elas as SSB e as topoisomerases que têm como função evitar o enrolamento da cadeia durante a síntese