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Crescimento e renovação celular
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Crescimento e renovação celular

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  • 1. CRESCIMENTO E RENOVAÇÃO CELULAR O que permitirá explicar a diversidade de formas e funções de células deum mesmo organismo?
  • 2.  Às vezes, a observação de umadeterminada célula, durante um curtoperíodo de tempo, pode revelargrandes mudanças no seu interior. Oque se estará a passar?
  • 3.  De que modo se relaciona ainformação contida no DNA com oaspeto de um ser vivo?
  • 4. CRESCIMENTO E RENOVAÇÃO CELULARAs células possuem processos de síntese queasseguram o seu crescimento e renovação. Osprocessos de divisão são os responsáveis pelocrescimento e renovação celular nos organismosmulticelulares e pela reprodução nos seresunicelulares. A divisão celular envolve a passagemde informação genética presente no DNA da célula-mãe.
  • 5. O DNA e a síntese proteica são responsáveis pelo crescimento e renovação celularO nosso planeta apresenta uma grande diversidade de seres vivosdistribuídos pelos ambientes mais diversos. A biodiversidade é umariqueza inquestionável, sendo fonte de alimento e de medicamentos,proteção dos lençóis de água, combate à erosão dos solos e agentede mitigação da poluição. Diversidade de organismos que habitam a Terra: biodiversidade
  • 6. Apesar das diferenças existentes entre os seres vivos, há umaunidade estrutural e funcional comum a todos - a célula. A célula éconsiderada a unidade básica da vida. Esta semelhança também serevela a nível molecular, pois os organismos apresentam os mesmosconstituintes bioquímicos.Como será possível explicar a grande diversidade deseres vivos que existem na natureza? Por mais diferentesque os organismos sejam entre si, é a partir de uma única célula edas informações contidas no seu genoma que se origina umindivíduo . Da célula ao organismo
  • 7. Podemos levantar várias questões: Onde está armazenada toda a informação genética e como étransmitida à descendência? Que processos são responsáveis pela unidade e variabilidadecelular? De que depende o crescimento celular, o desenvolvimento e aregeneração de tecidos? Como explicar o facto de as células de um indivíduo não seremtodas iguais?
  • 8. O DNA é a molécula responsável pelo armazenamento da informação genéticaDeterminar o constituinte celular responsável pelo armazenamento etransmissão da informação genética foi objecto de estudo de várioscientistas.Em 1928, o médico inglês Frederick Griffith estava a estudar umabactéria patogénica. Para tal, utilizou duas linhagens de Diplococcuspneumoniae (agente causador da pneumonia humana e letal para osratinhos).As linhagens foram denominadas de S e R, porque enquanto cresciamem laboratório, umas produziam colónias lisas e outras rugosas,respectivamente. Griffith realizou a experiência ilustrada na figura,tendo concluído que apenas as bactérias S causavam a morte dosratinhos.
  • 9. As bactérias S quando mortas pela ação do calor perdiam ocaráter virulento. No entanto, a mistura destas bactérias,mortas pelo calor, com bactérias R tornava-as virulentas, poisos ratinhos injetados morriam. Griffith concluiu que compostos presentes nas bactérias S, mortas pelo calor, eram responsáveis pela “transformação” das bactérias R em S.
  • 10. O DNA é o princípio transformanteEm 1944, Oswald Avery e MacLeod realizaram uma experiência paradeterminar a natureza química do princípio transformante.Para tal, extraíram os diferentes compostos químicos das bactérias Smortas pelo calor e testaram-nos separadamente em bactérias R.Apenas nas células testadas com DNA ocorreu a transformação dasbactérias R. Estes investigadores deduziram que o DNA correspondeao princípio transformante, que contém a informação genética.
  • 11. Os trabalhos de Avery e seus colaboradores foram importantes paracomprovar que o DNA era o material genético das células. Contudo,tal não foi amplamente aceite pela comunidade científica de entãoporque:o DNA, quando comparado com as proteínas, era quimicamentemenos complexo, pelo que os cientistas consideravam que eram asproteínas que continham a informação genética;a genética bacteriana ainda não estava desenvolvida, não sendoóbvio, na altura, que as bactérias possuíam genes.Em 1952, Alfred Hershey e Martha Chase publicaram um trabalhoefectuado com um vírus que infecta as bactérias (bacteriófago). Essevírus, denominado T2, apresenta DNA dentro de uma cápsula proteicae depende da bactéria para se reproduzir.
  • 12. Dispositivo experimental de Hershey e Chase
  • 13. Ao marcarem radioativamente as proteínas e o DNA virais,Hershey e Chase puderam seguir o trajecto destasmoléculas. Verificaram que as proteínas, presentes nacápsula, não penetram na bactéria, ao contrário do DNA.Uma vez no interior da bactéria, o DNA viral toma o comandoda célula bacteriana. Assim, a bactéria passa a produzircópias do DNA viral, bem como proteínas que irão constituir acápsula dos novos vírus.Desta forma, ficou demonstrado que o DNA contém ainformação necessária para o produção de novos vírus, nãotendo havido intervenção das proteínas virais.Assim, estes investigadores puderam concluir que o DNA é osuporte da informação genética e não as proteínas,reforçando os resultados de Avery e dos seus colaboradores.
  • 14. Os raios-X permitiram decifrar a estrutura do DNAEm 1950, estudos realizados por Rosalind Franklin permitiram obterprimeiros dados sobre a dimensão e estrutura do DNA. Estainvestigadora recorreu à difração de raios-X, bombardeandoamostras de DNA cristalizado. Esta técnica permite obter aestrutura molecular compostos cristalizados, indicando que o DNApossuía uma estrutura em hélice.
  • 15. A determinação da composição química do DNA também contribuiupara compreender a sua estrutura.O DNA é um polímero de unidades que se repetem, os nucleótidos,sendo cada um constituído por um grupo fosfato (que confere àmolécula características ácidas),um açúcar (a desoxirribose, que é uma pentose)e uma base azotada.O que diferencia os quatro nucleótidos de DNA é a base, que podeser de anel simples (pirimídica): timina (T) e citosina (C)ou de anel duplo (purina): adenina (A) e guanina (G).
  • 16. Entre 1944 e 1952, Erwin Chargaff e os seus colaboradoresanalisaram amostras de DNA de diferentes espécies, tendoverificado que existem diferenças entre as espécies, mas que aquantidade de adenina era semelhante à de timina e a quantidadede citosina próxima à da guanina - regra de Chargaff.Segundo a regra de Chargaff: A = T e C = G, pelo que:A+C≈ 1T+G
  • 17. Em 1953, Watson e Crick, combinando todos osconhecimentos que existiam sobre a estrutura doDNA e a sua composição, construíram um modelo queestabeleceu a estrutura geral do DNA – uma duplahélice.
  • 18. A estrutura tridimensional da molécula de DNA apresenta os seguintesaspectos: é formada por duas cadeias polinucleotídicas enroladas em hélice; as duas cadeias estão unidas por pontes de hidrogénio que seestabelecem entre as bases azotadas; as pontes de hidrogénio estabelecem-se de forma específica, em quea adenina se liga à timina (através de duas pontes de hidrogénio) e acitosina à guanina (através de três pontes de hidrogénio), de acordocom as regras de Chargaff. O emparelhamento das basescomplementares, adenina e timina (A-T) e citosina e guanina (C-G),forma os “degraus" da molécula de DNA, possuindo o mesmocomprimento, encaixando uniformemente na dupla hélice; ao longo de cada cadeia os nucleótidos estão ligados por ligaçõescovalentes, do tipo fosfodiéster, que se estabelecem entre o grupofosfato, de um nucleótido e a desoxirribose do nucleótido seguinte;
  • 19. os polinucleótidos de cada cadeia possuem um grupo fosfato livrenuma das extremidades, denominada extremidade 5, e um grupohidroxilo (OH-) livre na outra extremidade, a 3. A extremidade 5de umadas cadeias está emparelhada com a extremidade 3 da outra cadeia.Assim, as duas cadeias que constituem a molécula de DNAdesenvolvem-se em sentidos opostos, sendo antiparalelas.Embora o DNA seja formado apenas por 4 nucleótidos diferentes, onúmero e a sequência dos nucleótidos definem a informação nelearmazenada. A informação genética presente no DNA varia com asespécies e entre indivíduos da mesma espécie.O património genético de um indivíduo, o genoma, é constituído porgenes, fragmentos funcionais de DNA, que divergem uns dos outros nonúmero e sequência de nucleótidos.
  • 20. O DNA duplica-se por replicação semiconservativaEm 1956, Arthur Kornberg demonstrou que era possível replicar o DNAin vitro (no laboratório, fora de um organismo vivo), sem a presença decélulas, recorrendo a: DNA, DNA polimerase (uma enzima que obteve apartir de uma bactéria) e a nucleótidos. Contudo, faltava dar respostaà questão: como é que a molécula de DNA se replicava?Existem três modelos teóricos possíveis para a replicação do DNA:
  • 21. Quando conceberam o modelo estrutural de DNA, Watson e Cricksugeriram que a replicação seria semiconservativa. Contudo, sóposteriormente, em 1957, Matthew Meselson e Franklin Stahldemonstraram experimentalmente o modelo de replicação de DNA.Como é que o DNA se replica? O azoto entra na constituição das bases existentes nos nucleótidos que seencontram no DNA. O 15N é um isótopo raro, não radioativo, que torna as moléculas maisdensas do que as moléculas que o integram. O isótopo 14N é mais comum emenos denso. Dispositivo experimental simplificado de Meselson e Stahl
  • 22. Meselson e Stahl cultivaram bactérias Escherichia coli ao longo de17 gerações, num meio rico em 15N, tendo observado que todo oDNA das bactérias era denso. Realizaram o mesmo procedimento,mas substituíram o azoto do meio por 14N, e verificaram que o DNAde todas as bactérias descendentes era pouco denso.Posteriormente, cultivaram bactérias num meio contendo 15N,transferindo-as de seguida para um meio com 14N, onde as bactériasreplicavam o seu DNA a cada ciclo de 20 minutos. Em cada geraçãoforam recolhidas e analisadas as densidades das amostras de DNA.
  • 23. Aqueles investigadores observaram que o DNA da geração parental(P) era mais denso do que o DNA da primeira geração (F1). Por suavez, o DNA da segunda geração (F2) era menos denso do que o DNAdas gerações anteriores. Estes resultados são explicados com baseno modelo semiconservativo da replicação do DNA.Os outros dois modelos de replicação de DNA foram refutados pois adensidade intermédia não era explicada pelo modelo conservativo, eno modelo de replicação dispersiva a densidade do DNA oscilariaentre a densidade máxima e mínima mas não atingiria valoresintermédios exactos.
  • 24. Na síntese semiconservativa, o DNA é localmente desnaturado, asligações por pontes de hidrogénio são quebradas, de modo aseparar as duas cadeias polinucleotídicas. A abertura da duplacadeia torna-as acessíveis à DNA polimerase que sintetiza umanova cadeia de DNA obedecendo à complementaridade das bases.Posteriormente, vários cientistas, recorrendo à utilização deisótopos marcados radioativamente, demonstraram que areplicação semiconservativa do DNA ocorria em célulaseucarióticas animais e vegetais.
  • 25. Qual é o mecanismo de replicação do DNA?O processo de replicação do DNA é bastante complexo e envolve aparticipação de várias enzimas, pois a molécula tem de sofrerdesenrolamento, separação de cadeias e construção das novascadeias.A DNA polimerase é a enzima mais importante neste processo,promovendo: a formação de ligações por pontes de hidrogénio entre basescomplementares (A com T e G com C); a ligação do açúcar de um nucleótido com o fosfato donucleótido seguinte; a correcção de erros que possam existir.Cada cadeia-mãe serve de molde para a replicação, sendo osnucleótidos adicionados por complementaridade de bases e sempreinseridos no sentido 5-3.
  • 26. Devido ao antiparalelismo da cadeia de DNA parental, as cadeias-filhas não crescem da mesma forma: a cadeia que copia a cadeia3-5 forma-se de modo contínuo; a cadeia que copia a cadeia 5-3forma-se de modo descontínuo, em pequenas porções, que sãodepois ligadas pela enzima DNA ligase.

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