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DNA DNA Presentation Transcript

  • Crescimento e Renovação Celular DNA e Síntese Proteica BG -11º Ano Professores: Ana Cravo, Carlos Almeida, Gabriela Meireles e Graça Neto (2013)
  • Ácidos Nucleicos • Meados do século XIX – Friedrich Miescher descobre os ácidos nucleicos; descoberta pouco importante para a época porque foram consideradas moléculas simples. • 1928 – trabalhos realizados pelo bacteriologista Frederick Griffith constituíram o primeiro passo para a descoberta da importância do DNA: – trabalhou com bactérias da espécie Diplococcus pneumoniae que provocam a pneumonia em mamíferos, pretendendo encontrar uma vacina para esta doença; – verificou que esta bactéria apresentava duas formas: • tipo R (desprovidas de cápsula e com aspecto rugoso); • tipo S (envolvidas por uma cápsula de polissacarídeos que lhes conferia um aspeto liso). Friedrich Miescher http://www.fmi.ch/ Frederick Griffith http://people.ibest.uidaho.edu/
  • Experiências de Frederick Griffith http://www.prof2000.pt/
  • Experiências de Oswald Avery • 1944 – Oswald Avery e os seus colaboradores MacCarthy e MaCleod, pretendiam identificar a substância química responsável pela transformação de bactérias da estirpe R em bactérias da estirpe S, ou seja, identificar o factor transformante descoberto por Griffith: – extraíram de células do tipo S, mortas pela ação do calor, os vários constituintes celulares tais como lípidos, proteínas, glícidos e DNA.; – cada constituinte foi espalhado isoladamente numa cultura viva de Pneumococcus do tipo R e, após algum tempo de incubação, foi injectado em ratos; – Avery e os seus colaboradores concluíram que as bactérias do tipo R incorporavam no seu material genético a informação recebida do DNA das bactérias do tipo S adquirindo a forma patogénica. Conclusão: o DNA é o material hereditário. Oswald Avery http://www.biorede.pt/zoom_image.asp?ImageID=3143 http://www.nlm.nih.gov
  • Experiências de Oswald Avery • Oswald Avery efetuou ainda o seguinte procedimento: – obteve uma mistura de bactérias do tipo R vivas com bactérias do tipo S mortas pelo calor; – tratou uma amostra A dessa mistura com uma protease (enzima que degrada as proteínas) e uma amostra B da mesma mistura com uma DNAase (enzima que degrada o DNA); – inoculou dois lotes de ratos, um com a amostra A e outro com a amostra B. Observações:  ratos do lote A morreram;  ratos do lote B permaneceram saudáveis.
  • Experiências de Hershey e Chase • 1953 – Alfred Hershey e Marta Chase utilizaram bacteriófagos (vírus que infectam bactérias) com os quais efetuaram um conjunto de experiências. • Estes investigadores consideraram que as proteínas da cápsula do vírus não têm fósforo (P), mas apresentam enxofre (S) e que o DNA apresenta na sua constituição fósforo (P), mas não enxofre (S). • Isolaram, então, dois lotes de bacteriófagos, que marcaram radioativamente: – num dos lotes marcaram só o enxofre das proteínas (35S); – no outro lote marcaram somente o fósforo do DNA (32P). http://www.biorede.pt
  • Ácidos Nucleicos • DNA – Ácido Desoxirribonucleico: – suporte da informação biológica; – onde estão contidas as características de cada organismo. • RNA – Ácido Ribonucleico: – indispensável ao processamento da informação biológica. http://www.not1.com.br/
  • Composição e Estrutura • Nucleótido – unidade básica dos ácidos nucleicos: – Grupo Fosfato; – Pentose; – Base Azotada. http://www.e-escola.pt/ http://www.e-escola.pt/t
  • Pentose DNA Desoxirribose (tem menos um O) RNA ≠ Ribose (tem mais um O) http://bioglossa.wikispaces.com
  • Bases Azotadas Pirimídicas (anéis simples) -Citosina (C) -Timina (T) -Uracilo (U) Púricas (anéis duplos) -Adenina (A) -Guanina (G)
  • DNA • 1953 – Watson e Crick propõem o modelo de dupla hélice do DNA: – duas cadeias de desoxirribonucleótidos (que formam uma dupla hélice); – as cadeias estão unidas entre si por ligações de hidrogénio entre as bases azotadas; • a adenina (A) une-se à timina (T) por duas ligações de hidrogénio; • a guanina (G) liga-se à citosina (C) por três ligações de hidrogénio; • a especificidade de ligações entre as bases, complementaridade de bases, permite que, a partir da sequência de nucleótidos de uma cadeia, se conheça a sequência da outra cadeia; – as cadeias complementares da molécula de DNA são antiparalelas, ou seja, à extremidade 3' livre de uma cadeia corresponde a extremidade 5' livre da outra. Watson e Crick http://dnamazing.com/
  • DNA http://www.youtube.com/watch?v=qy8dk5iS1f0 https://dspace.ist.utl.pt/
  • DNA • A estrutura do DNA é a mesma em todas as espécies, sendo, portanto, universal no mundo vivo. • Gene – segmento de DNA com uma sequência nucleotídica própria que contem determinada informação. • O número e a sequência de nucleótidos diferem de gene para gene. A ordem dos nucleótidos num gene possui um significado preciso; ela pode codificar a expressão de uma característica. • Embora existam apenas quatro nucleótidos diferentes no DNA, cada um pode estar presente um grande número de vezes e podem existir diferentes sequências desses nucleótidos, sendo possível uma grande diversidade de moléculas de DNA. Pode, pois, falar-se em universalidade e variabilidade desta molécula. • A totalidade de DNA contido numa célula constitui o genoma de um organismo e os benefícios do seu conhecimento são inquestionáveis.
  • RNA • Estrutura – constituído por uma cadeia simples (podendo em determinadas zonas dobrar-se sobre si própria devido à formação de pontes de H); • Propriedades – sintetizado a partir do DNA em três formas especificas, com funções e estruturas diferentes: – RNA mensageiro (mRNA); – RNA de transferência (tRNA); – RNA ribossómico (rRNA). http://www.colegiovascodagama.pt/
  • DNA/RNA http://galileu.esamadora.dyndns.org:81 /
  • DNA/RNA http://www.sobiologia.com.br/
  • DNA RNA Cadeia dupla Cadeia simples Pentose – desoxiribose Pentose – ribose Bases: adenina, timina, citosina e guanina Bases: adenina, uracilo, citosina e guanina Cadeias – longas com milhares de nucleótidos Cadeias – curtas com algumas centenas de nucleótidos Localização – no núcleo e, em pequenas quantidades, nos cloroplastos e mitocôndrias. Localização – principalmente no hialoplasma.
  • DNA - replicação Sendo o suporte da informação genética, o DNA necessita de se auto-reproduzir, criando cópias, de modo a transmiti-las de geração em geração. http://www.mundoeducacao.com/
  • DNA - replicação • Hipótese Semi-conservativa: cada nova moléculaé formada por uma cadeia progenitora e por uma nova cadeia. • Hipótese Conservativa: a molécula progenitora serve apenas de molde à nova molécula, formadas por duas novas cadeias. • Hipótese Dispersiva: a nova molécula é constituída por porções da molécula progenitora e por nucleótidos sintetizados de novo. http://www.esec-odivelas.rcts.pt/
  • Experiências de Meselson e Stahl • • 1.ª experiência – cultivaram bactérias (Escherichia coli) em meios de cultura diferentes: um contendo um isótopo pesado de azoto ( 15N) e outro contendo azoto normal (14N). – Verificaram que as bactérias cultivadas em 15N incorporaram esse azoto nos seus nucleótidos formando um DNA com maior densidade, que se deposita mais próximo do fundo do tubo. 2.ª experiência – cultivaram novamente bactérias E.coli num meio de cultura com 15N. Após várias gerações de bactérias se terem desenvolvido no meio com azoto pesado, foram transferidas para um meio de cultura com azoto normal ( 14N). – Verificaram que as bactérias com azoto pesado utilizaram o azoto normal para produzirem novas cadeias de DNA. – Assim, na primeira geração, cada molécula de DNA apresentou uma cadeia de nucleótidos com 15N (que provinha da geração parental) e outra com 14N (formada com nucleótidos que incorporaram o azoto presente no meio). Desta forma as moléculas de DNA apresentaram uma densidade intermédia entre DNA com 15N e DNA com 14N. – Numa segunda geração 50% de moléculas de DNA apresentaram densidade normal e 50% tinham densidade superior. – Numa terceira geração verificou-se que existia 75% moléculas de DNA com densidade normal, e apenas 25% de densidade maior.
  • Experiências de Meselson e Stahl • 2.ª experiência – cultivaram novamente bactérias E.coli num meio de cultura com 15N. Após várias gerações de bactérias se terem desenvolvido no meio com azoto pesado, foram transferidas para um meio de cultura com azoto normal ( 14N). – Verificaram que as bactérias com azoto pesado utilizaram o azoto normal para produzirem novas cadeias de DNA. – Assim, na primeira geração, cada molécula de DNA apresentou uma cadeia de nucleótidos com 15N (que provinha da geração parental) e outra com 14N (formada com nucleótidos que incorporaram o azoto presente no meio). Desta forma as moléculas de DNA apresentaram uma densidade intermédia entre DNA com 15N e DNA com 14N. www.netexplica.pt
  • Experiências de Meselson e Stahl – – Numa segunda geração 50% de moléculas de DNA apresentaram densidade normal e 50% tinham densidade superior. Numa terceira geração verificou-se que existia 75% moléculas de DNA com densidade normal, e apenas 15% de densidade maior. http://www.youtube.com/watch?v=OzSIGxKWqoo www.netexplica.pt
  • Hipótese Semiconservativa 1. Desenrolamento do DNA. 2. Rompimento das pontes de H entre bases complementares (enzimas – DNA polimerases). 3. Incorporação de nucleótidos do meio, por complementaridade, com formação de duas novas cadeias. http://www.youtube.com/watch?v=zdDkiRw1PdU
  • Síntese Proteica • O DNA regula toda a atividade das células controlando a produção de proteínas. • Watson e Crick descreveram a existência de um fluxo unidirecional de informação dos ácidos nucleicos às proteínas: – As proteínas só poderão ser produzidas quando a informação genética chegar ao exterior do núcleo; – Assim, essa informação tem que ser copiada para uma molécula de RNA:  Transcrição; – A informação transportada pelo RNA é utilizada para sintetizar proteínas:  Tradução.
  • Código Genético • Constituído por 64 tripletos de 3 nucleótidos do DNA – Codogenes. • No mRNA cada aminoácido é codificado por um conjunto de 3 nucleótidos – Codão. http://e-portfolio-biologia.blogspot.pt/
  • Código Genético • Características: – Universalidade do código genético: • desde os organismos mais simples aos mais complexos, há uma linguagem comum a quase todas as células; – O tripleto AUG tem dupla função - codifica o aminoácido metionina e constitui o codão de iniciação para a síntese proteica; – Os tripletos UAA, UGA e UAG são codões de finalização – marcam o fim da síntese proteica; – O código genético é redundante: • existe mais do que um codão para codificar o mesmo aminoácido; – O terceiro nucleótido de cada codão é menos específico que os dois primeiros: • ex: a prolina pode ser codificada por qualquer um dos seguintes codões: CCU, CCC, CCA ou CCG; – O código genético não é ambíguo: • a cada codão corresponde um aminoácido.
  • DNA versus Proteínas Como é que 4 nucleótidos conseguem codificar 20 aminoácidos diferentes? Moléculas Monómeros Proteínas 20 Aminoácidos Ácidos nucleicos 4 Nucleótidos http://gracieteoliveira.pbworks.com/
  • DNA versus Proteínas • 1961/1968 – Marshall Niremberg, Har Gobind Khorana e colaboradores realizaram experiências no sentido de decifrar o código genético. • Conclusão: Diferentes combinações de tripletos são responsáveis pela codificação de diferentes aminoácidos. http://11biogeogondomar.blogspot.pt/
  • Síntese Proteica - Transcrição • Uma molécula de mRNA forma-se por complementaridade de uma das cadeias do DNA e, como tal, contém a mesma informação. http://maisbiogeologia.blogspot.pt
  • Transcrição 1. Ligação da enzima RNA polimerase a locais específicos do DNA, no núcleo. 2. Rompimento das pontes de hidrogénio e separação das cadeias de DNA. 3. Ligação de nucleótidos livres no nucleoplasma a uma das cadeias do DNA, que funciona como molde, formando-se o mRNA no sentido 5’ 3’. 4. A transcrição termina quando a RNA polimerase encontra um codãode finalização. 5. Libertação do mRNA sintetizado. 6. Restabelecimento das pontes de hidrogénio e da estrutura do DNA. http://www.youtube.com/watch?v=HIIk00RRlgQ http://www.cientic.pt
  • Transcrição
  • Processamento • Nos seres eucariontes, a informação necessária para a formação de uma proteína não se encontra no DNA de forma contínua mas fragmentada. • Processamento – nos seres eucariontes, o RNA produzido inicialmente (RNA prémensageiro ou RNA precursor) sofre um processo de alteração, antes de sair do núcleo: – Intrões: secções do RNA que são removidas (sem informação na síntese proteica); – Exões: secções do RNA que são ligadas entre si para formar o mRNA. galileu.esamadora.dyndns.org
  • Processamento http://www.netxplica.com/
  • Migração • O mRNA funcional abandona o núcleo em direção ao citoplasma. http://amigodasciencias.blogspot.pt/
  • Tradução
  • tRNA • É formado por cadeias de 75 a 80 ribonucleótidos. • A cadeia é dobrada em forma de “folha de trevo” (estabelecimento de pontes de hidrogénio entre as bases complementares). • Anticodão – sequência de 3 nucleótidos que é complementar do codão do mRNA; reconhece e liga-se ao codão. http://www.cientic.pt
  • tRNA • Local aminoacil – região que permite fixar um determinado aminoácido (extremidade 3’ da molécula). • Funciona como intérprete do mRNA, convertendo a sua informação numa sequência de aminoácidos. • Apresenta locais para a ligação a um ribossoma e para a ligação das enzimas que intervêm na constituição dos péptidos. http://www.cientic.pt
  • Ribossomas • Organelos não membranares, constituídos por rRNA e proteínas, organizados em duas subunidades (maior e menor). • Podem encontrar-se livres no citoplasma ou associados ao RER. • Funcionam como sistemas de leitura do mRNA; locais onde decorre a tradução. http://www.andomeioloki.xpg.com.br/
  • Síntese Proteica - Tradução Iniciação •A subunidade menor do ribossoma liga-se à extremidade 5’ do mRNA. •Desliza ao longo do mRNA até encontrar o codão de iniciação (AUG). •O tRNA com o aminoácido metionina (que corresponde ao codão AUG) liga-se por complementaridade. •A subunidade maior do ribossoma liga-se ao conjunto. Areal Editores
  • Tradução Alongamento •Liga-se um segundo tRNA, com o respetivo aminoácido, ao codão seguinte. •Estabelece-se uma ligação peptídica entre o novo aminoácido e a metionina. •O ribossoma desliza ao longo da molécula, avançando 3 bases (sentido 5’  3’). •O processo vai-se repetindo, com a ligação de novos aminoácidos. •Os tRNA vão-se desprendendo sucessivamente. Areal Editores
  • Tradução Finalização •Quando o ribossoma encontra um Codão de Finalização (UAA, UAG ou UGA), o alongamento termina. •O último tRNA liberta-se para o citoplasma. •O ribossoma separa-se nas suas subunidades, que podem ser recicladas. •O péptido é libertado. http://www.youtube.com/watch?v=rZvInRO6J8Q Areal Editores
  • Síntese Proteica - Tradução http://www.youtube.com/watch?v=rZvInRO6J8Q http://www.youtube.com/watch?v=P5fm3He_pds http://www.netxplica.com/
  • Síntese Proteica • Existe consumo de energia: reações anabólicas (armazenamento de energia nas ligações peptídicas). • Durante o processo, algumas fases são amplificadas: – Várias moléculas de mRNA podem ser transcritas a partir do mesmo gene; – Uma única molécula de mRNA pode ser “lida” por vários ribossomas em simultâneo: Polirribossoma ou Polissoma (formam-se diversas cópias da mesma proteína); – No final, o mRNA é hidrolisado (dá origem a vários nucleótidos que são reciclados). galileu.esamadora.dyndns.org
  • Procariontes/Eucariontes http://www.netxplica.com/
  • Mutações • Alterações bruscas do material genético. • Introduzem variabilidade. • Podem ser espontâneas ou induzidas por certos fatores, como os raios X, gama, cósmicos ou ultravioletas, as nitrosaminas, a colquicina, o formaldeído, o fenol e certos pesticidas. • Consequências – não produção de uma dada proteína, aparecimento de uma versão inativa ou com novas funcionalidades. • A maior parte das mutações não provoca uma alteração significativa, pois: – envolve um único nucleótido do DNA; – o codogene alterado continuará a codificar o mesmo aminoácido; – a proteína em causa não será determinante para a sobrevivência da célula/organismo. • Nota: podem surgir proteínas diferentes das habituais por falhas de transcrição ou tradução e não apenas de replicação (“instrumento” mutagénico).
  • Mutações Mutações génicas - alteração de um ou vários nucleótidos de um gene.
  • Mutações Génicas http://e-portefoliobio.blogspot.pt/2011/03/mutacoes-genicas.html
  • Mutações Génicas http://www.cientic.com/