BIOLOGIA MOLECULAR genoma dos organismos 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

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

1953: Watson and Crick Estrutura 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

DNA → RNA → PROTEÍNA HISTÓRICO Dogma Central da 1957 – CRICK e GAMOV Biologia Molecular DNA → RNA → PROTEÍNA

Dogma Central da Biologia Molecular

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

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

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.

Núcleo DNA Cromossoma Gene Promotor Exon Intron

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

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

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

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

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

DNA e RNA DNA: contém informação das características do indivíduo Gens = pedaços de DNA DNA e RNA : formados pôr sequências de nucleotídeos

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

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

Fosfato

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

PENTOSES

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

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 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

As fitas do DNA estão dispostas em direções opostas Antiparalelismo As fitas do DNA estão dispostas em direções opostas

A Dupla Hélice A forma predominante de torção da espiral do DNA é para a direita ou sentido horário

O B-DNA é o predominante em condições fisiológicas A Dupla Hélice O B-DNA é o predominante em condições fisiológicas

MOLÉCULA DE DNA e % de G = % de C Chargaff: % de A = % de T Watson e Crick : Dupla Hélice A T C G T A

G C A T ||| || DNA

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.

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

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

DUAS NOVAS MOLÉCULAS DE DNA DUPLICAÇÃO SEMI-CONSERVATIVA G C G G C G C A T A T

A replicação é semi-conservativa The Meselson-Stahl experiment

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.

TRANSCRIÇÃO SÍNTESE DE RNA G A A T G G C G C G A T T A T A G C

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.

- 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.

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.

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.

POLIRRIBOSSOMOS

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.

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.

CÓDIGO GENÉTICO Código Genético  mapeamento dos códons nos aminoácidos 64 códons 20 aminoácidos 3 códons de parada

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

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

REGULAÇÃO GÊNICA por indução enzimática

REGULAÇÃO GÊNICA por repressão enzimática

Transcrição Processamento Tradução Gene hnRNA mRNA proteína Núcleo RNA polimerase Gene Transcrição hnRNA Processamento mRNA Tradução Citoplasma proteína

Fim???