O amadurecimento da Biologia Molecular como disciplina científica Prof. Dr. Francisco Prosdocimi FATOS E ESPECULAÇÕES INICIAIS SOBRE OS MOLDES DE RNA DO LIVRO : A PASSION FOR DNA; GENES, GENOMES AND SOCIETY 1

O papel do RNA Salvador Luria (1912-91) Avery, MacLeod, McCarty Vírus podem ter DNA ou RNA Avery, MacLeod, McCarty 1944: DNA como princípio transformante Crítica: DNA poderia estar contaminado com proteínas Hershey e Chase Prova final e conclusiva para aceitar o DNA como a molécula da hereditariedade Watson leu o artigo em 1951 para uma platéia indiferente na sociedade de microbiologia... 2

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Hershey and Chase 4

Jean Brachet (1909 – 1998) Cientista belga trabalhando em Bruxelas 1933 DNA está no núcleo, RNA no citoplasma 1951 Enfatiza a correlação entre o conteúdo de RNA de uma célula e a síntese de proteínas ~1952 Corta a alga em duas metades e percebe que a metade sem núcleo continua produzindo proteínas DNA não tem participação na síntese de proteínas 5

O nascimento da dupla hélice Haviam fortes evidências de que o DNA carregava o material genético 1952: primeiro encontro de Watson e Crick “Desde o dia de nosso primeiro encontro, Crick e eu pensamos que seria altamente provável que a informação genética do DNA fosse codificada pela seqüência de quatro bases” DNA tinha estrutura helicoidal A dupla hélice explicava tudo! O que eles viram com clareza? A possibilidade de um código digital para a herança Resolução do problema por construção de modelos teóricos! 6

Levene X Watson-Crick 7

A dupla hélice Alto poder explicativo e preditivo: Novas perguntas... 1953 A dupla hélice Alto poder explicativo e preditivo: Como seria codificado um gene Como ocorreria a duplicação do DNA Estrutura química precisa da molécula Proporções de bases Novas perguntas... Pra quê servia o RNA? Como acontecia a síntese de proteínas 8

A estrutura do RNA Só às vezes parecia ter estrutura helicoidal... Como a estrutura do DNA clarificou tantas coisas, talvez seja hora de estudarmos a estrutura do RNA... 1953: Watson muda-se para Pasadena Trabalha com Alex Rich na estrutura do RNA Mas... Só às vezes parecia ter estrutura helicoidal... Sem equivalência [A] != [U] [G] != [C] Motivo: fita simples 9

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Finalmente, Gamow Físico russo (1904 –1968) Distâncias observadas Entre aminoácidos: 3,6 Å Entre bases: 3,4 Å Logo, as proteínas devem ir se encaixando no DNA como um tipo de lego para se formarem (modelo mecanicista) C D T V M 11

Gamow brinca de lego 12

O código de Gamow 20 aminoácidos Watson 2 bases, 42 = 16 combinações Logo, pelo menos 3 bases 43 = 64; logo o código é redundante (degenerado) Watson Sabia que o DNA não era o molde para a síntese Mas... Pensava que o RNA poderia ser dupla-fita... 13

Códigos sobrepostos Haveria a obrigação de que certos aminoácidos fossem encontrados sempre, ou normalmente, adjacentes AUC compromete o UC em estar no próximo códon; Limitação do códon seguinte a somente quatro possibilidades UCA, UCC, UCG, UCU Sanger (1949, 1952) Produz a primeira estrutura primária de uma proteína Sequência de aminoácidos incompatível com o código de Gamow 14

O RNA Tie Club Com 20 membros, um para cada aminoácido, jamais teve uma única reunião formal Esforço conjunto para desvendar o código genético (como o DNA codificava proteínas) Várias das cartas para o clube foram enviadas pelos membros, cartas estas que viravam publicações Dentre elas, a mais importante foi... 15

Crick e a hipótese do Adaptador Depois de passar meses discutindo com Brenner e Gamow sobre os códigos, Crick começou a questionar sua premissa básica Seria difícil acomodar quimicamente todas as cadeias laterais dos aminoácidos no código do DNA Ainda mais se considerássemos que o código era degenerado (mesma cadeias laterais para diferentes códons) Deve haver um adaptador, polinucleotídeos que pareiem com RNAs moldes 16

Os intermediários acilados Mahlon Hoagland e Paul Zamecnik RNAs solúveis de alta-energia ligavam aos aminoácidos acilados 1957 Watson sabia que tais moléculas poderiam ser os adaptadores de Crick 17

Os Ribossomos Watson e Tissieres Complexos ribonucleoproteícos Subunidades 30S e 50S RNAs 16S e 23S Pressuposição enganada sobre a função dos RNAs do ribossomo Estaria ali o código para a produção das proteínas? Só existiam em dois tamanhos (16S/23S) Não tinham taxa AT/GC como a do DNA 18

Estrutura 3D altamente complexa Subunidade 30S RNA 16S Estrutura 3D altamente complexa 19

O fago T2 O RNA específico do fato continha conteúdo de bases igual ao DNA do vírus T2-RNA liga na unidade 30S Unidade 30S liga na 50S, formando a 70S Síntese de proteínas Ribossomos não continham o molde, porém funcionavam como locais de síntese Descoberta de um novo RNA, o RNAm Heterogêneo em tamanho Pequena porcentagem do total 20

Etapas para o início da tradução 21

O código genético Posteriormente uma série de sequências de poli-nucleotídeo ou poli-dinucleotídeo puderam ser traduzidas em proteínas, chegando ao código genético conhecido hoje 22

O modelo completo 23

Conclusão As bases teóricas da biologia molecular foram fundadas entre os anos de 1950 e 1960 Depois disso, o funcionamento molecular dos organismos biológicos passou a ser entendido, groso modo Finalmente foi possível compreender mecanisticamente como é transmitida a herança biológica, problemas enfrentados por Darwin e Mendel na hora de erigir suas teorias Ufa! 24