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Estrutura do DNA

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  1. 1. INTRODUÇÃO A BIOLOGIA MOLECULAR DNA
  2. 2. NOS SERES HUMANOS NÚCLEO DNA CÉLULA CROMOSSOMOS - Informação das proteínas e (DNA+PROTEÍNAS) RNAs que serão sintetizadas pelas células do organismo ao longo da sua vida. -Capacidade de se auto-duplicar para originar outras células.ORGANISMO
  3. 3. Envelhecimento... AMBIENTE CORPO Moléculas Moléculas Organelas Organelas CÉLULAS CÉLULAS CÉLULAS TECIDOS TECIDOS TECIDOS ÓRGÃOS ÓRGÃOS ÓRGÃOS Acúmulo de modificações e disfunções Embriologia Amadurecimento Envelhecimento Morte e Fase reprodutiva Desenvolvimento
  4. 4. Controla: 1) homeostasia A CÉLULA MULTICELULARES 2) reprodução UNICELULARES 3) morfologia 4) função celularNÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO DNA TECIDOS ÓRGÃOS E SISTEMAS CORPO AMBIENTE
  5. 5. HISTÓRICO1865 - GREGOR MENDELEstudou cruzamento entrediferentes tipos de ervilhasdemonstrando que certascaracterísticas físicas dessasplantas eram transmitidas degeração para geração atravésde “fatores”.
  6. 6. HISTÓRICO1902 – SUTTON e BOVERIPadrão de herança dos “fatores”acompanhava a segregação doscromossomos de células em divisão1909 – JOHANNSENNomeou as unidades mendelianasda hereditariedade (“fatores”) deGENES
  7. 7. HISTÓRICO1915 – THOMAS MORGANConcluiu que os genes estavam organizados demaneira linear nos cromossomosPropôs, pela 1ª vez, uma correlação entre um gene(genótipo) e uma característica física (fenótipo)1941 – BEADLE e TATUMDemonstraram que os genes agiam através daregulação de diferentes eventos químicosHIPÓTESE: UM GENE UMA ENZIMA
  8. 8. HISTÓRICO 1953 – JAMES WATSON e FRANCIS CRICKDescrição 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 detransmissão e execução da informação genética
  9. 9. •1953: Watson and CrickEstrutura do DNA
  10. 10. HISTÓRICO1955 – JOE HIN TJIODefiniu como 46 o número exatode cromossomos humanosARTHUR KORNBERGIsolou a enzima DNA polimerase da bactéria E.coli
  11. 11. HISTÓRICO1957 – CRICK e GAMOVDogma Central da BiologiaMolecularDNA RNA PROTEÍNA
  12. 12. Dogma Central da BiologiaMolecular
  13. 13. HISTÓRICO• 1961 – BRENNER, JACOB e MESELSON• mRNA é a molécula que leva informação do DNA no núcleo para a maquinaria de produção de proteínas no citoplasma
  14. 14. O CÓDIGO GENÉTICO É DESVENDADO!!! HISTÓRICO1966 – NIRENBERG,KHORANA e OCHOASeqüências sucessivas detrês nucleotídeos do DNA(codon) determinam aseqüência de aminoácidosde uma proteína
  15. 15. Com o desenvolvimento da tecnologia do DNArecombinante (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.
  16. 16. A CÉLULA DNA 1. Regulação transcricional 2. Regulação no - DIFERENCIAÇÃOHnRNA processamento do - CRESCIMENTO RNA primário - FUNÇÃO CELULAR RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO 3. Regulação no RUGOSO - RESPOSTA AO transporte do mRNA para o AMBIENTE citoplasma 4. Regulação da síntese proteíca 5. Regulação pós-síntese Proteína sintetizada
  17. 17. Núcleo DNACromossoma Gene Promotor Exon Intron
  18. 18. DNA
  19. 19. ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (DNA)Contém toda a informação genética de um organismo Esta informação está arranjada em unidades hoje conhecidas como genes
  20. 20. ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOSAs moléculas de DNA e RNA são compostas porquatro diferentes nucleotídeos: • Adenina, Guanina e Citosina – comum para DNA e RNA • Timina – encontrada somente no DNA • Uracila – encontrada somente no RNA
  21. 21. ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS Todos os nucleotídeos apresentam uma estrutura em comum:radical fosfato pentose
  22. 22. ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOSAs bases nitrogenadas podem ser divididas emdois grupos de acordo com sua estrutura:
  23. 23. ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOSO grupo hidroxil ligado aocarbono 3 da pentose de umnucleotídeo forma uma ligaçãofosfodiéster com o fosfato dooutro nucleotídeo 5’ C-A-G 3’
  24. 24. DNA• Duas fitas de polinucleotídeos associadas formando umaestrutura de dupla hélice onde as pentoses e os radicaisfosfato compõe a fita e as bases projetam-se para o interiorda mesma• As fitas mantêm-se unidas através da formação de pontesde hidrogênio entre as bases o que contribui para aestabilidade da dupla hélice . Adenina (A) pareia com Timina (T) através de 2pontes de hidrogênio . Guanina (G) pareia com Citosina (C) através de 3pontes de hidrogênio
  25. 25. DNA
  26. 26. ESTRUTURA DO DNA1) Estrutura primária - É um polímero não ramificado - Formado por monômeros chamados de nucleotídeos - Cada nucleotídeo contém os seguintes elementos: NUCLEOTÍDEO 1 Base orgânica nitrogenada (Por que contém nitrogênio na sua formação) 5C 1 Açúcar chamado 1C DESOXIRRIBOSE 4C Possui 5 Carbonos na 3C 2C sua molécula 1 grupo fosfato (PO4-) As Bases Nitrogenadas podem ser de dois tipos: PÚRICAS PIRIMÍDICAS H H C N C N C N CH CH HC C HC CH N N N H
  27. 27. ESTRUTURA QUÍMICA DA MOLÉCULA DO DNA 5’ Carbono CH2 O Base 5’Desoxirribose Nitrogenada Como a ligação H H Carbono entre uma desoxirribose 3’ H e outra desoxirribose O H só pode ser feita Ligação Fosfodieste O P O- quando um grupo Grupo fosfato + fosfato liga-se no Grupo hidroxila O Carbono 5’do (OH) do Carbono 3’ primeiro açúcar e CH2 O Base no Carbono 3’do Nitrogenada segundo açúcar dizemosDesoxirribose H H que a molécula H H de DNA “cresce em O H direção 5’ 3’ O P O- 3’ O
  28. 28. AntiparalelismoAs fitas do DNAestão dispostas em direções opostas
  29. 29. ComplementariedadeCada base de uma fita é pareada com a base complementar da outra fita
  30. 30. Complementariedade Durante a replicaçãoFita velha do DNA as duas fitas velhas ou mães servem de molde para cada fita nova ou filha complementar, que está sendo sintetizada. Fita nova
  31. 31. A Dupla HéliceFatores que estabilizam a dupla hélice:• interações hidrofóbicas• forças de van der Walls Entre as bases• pontes de hidrogênio nitrogenadas• interações iônicas Entre os grupos fosfato do DNA e os cátions (Mg2+) presentes na solução fisiológica
  32. 32. A Dupla Hélice A dupla hélice apresenta dois tipos de sulcos aos quais seligam as proteínas da cromatina Sulco menor Sulco maior
  33. 33. Proteínas:níveis de complexidade estrutural
  34. 34. O Empacotamento do DNA: a estrutura terciária do DNADNA em procariontes: DNA circular nas formas não-super- helicoidal (esquerda) e super-helicoidal (direita)
  35. 35. A Dupla HéliceO B-DNA é o predominante em condições fisiológicas
  36. 36. A Dupla HéliceA forma predominante de torção da espiral do DNA é para a direita ou sentido horário
  37. 37. Propriedades Químicas e Físicas do DNA
  38. 38. REPLICAÇÃO DO DNA Conservativa ou Semiconservativa?  Unidirecional ou Bidirecional?
  39. 39. REPLICAÇÃO SEMICONSERVATIVA Evidência baseada em um experimento clássico de Meselson-Stahl em 1958• Células de E. coli foram inicialmente colocadas em ummeio para crescimento contendo sais de amônia preparadoscom 15N (nitrogênio pesado – “heavy”) até todo o DNAcelular conter o isótopo.• As células foram, então, transferidas para um meiocontendo 14N (nitrogênio leve – “light”).• As amostras foram analisadas com gradiente de densidadeque separa as duplas H-H, L-L e H-L em bandas distintas.
  40. 40. PNAS44:671, 1958
  41. 41. A replicação é semi-conservativa•The Meselson-Stahl experiment
  42. 42. ORIGEM DA REPLICAÇÃO Experimento com SV40 (Simian Virus)• DNA viral de células infectadas com SV40 foicortado com a enzima de restrição EcoRI, quereconhece um sítio único.• A partir de um “ponto” vai se formando uma bolhachamada bolha de replicação comprovando aexistência de um ponto de origem da replicação Características da origem de replicação: . estrutura repetitiva . seqüências ricas em AT
  43. 43. omo viralular EcoRI Bolha de replicação ORIGEM DA REPLICAÇÃO
  44. 44. ORIGEM DA REPLICAÇÃO
  45. 45. REPLICAÇÃO BIDIRECIONALUm experimento através da autoradiografiade moléculas de DNA marcadas de culturas de células mamárias revelou grupos dereplicons (unidades de replicação) com um ponto de origem de replicação central OR OR
  46. 46. Síntese de DNA em Eucariontes: As “Bolhas deReplicação”• Nos eucariontes, a replicação requer “múltiplas origens”, devido ao tamanho de seu genoma. A replicação é bidirecional e, em ambas as fitas, simultânea.• Este processo gera “bolhas de replicação”.
  47. 47. Regiões Codificadoras e Não-Codificadoras do DNA O DNA é formado por 2 regiões: Intergênicas Gênicas Intergênicas Gênicas Região Gênica Região IntergênicaÉ a porção que codifica para É a porção regulatória, que um produto final, que pode sinaliza o início ou o final deser uma cadeia polipeptídica um gene, que influencia a ou um RNA transcrição gênica, ou que é o ponto de início para a replicação do DNA
  48. 48. PROCESSO DE REPLICAÇÃOOs mecanismos celulares responsáveis pelareplicação do DNA foram descobertosprimeiramente em bactérias.A replicação em eucariotos ocorre atravésde proteínas análogas e com processossemelhantes à replicação do DNA de E. coli
  49. 49. PRINCIPAIS ENZIMAS ENVOLVIDAS (SISTEMA DE REPLICAÇÃO DO DNA) • DNA Polimerases • Endonucleases • Helicases • Topoisomerases • Primases • Telomerases
  50. 50. DNA POLIMERASE• São incapazes de quebrar as pontes dehidrogênio que ligam as duas fitas do DNA• Só alongam uma fita de DNA/RNA pré-existente• Catalisam a adição de um nucleotídeo noradical hidroxil da extremidade 3’ da cadeiaque está se formando. Desta forma, as fitas sópodem crescer no sentido 5’ 3’
  51. 51. DNA Polimerases• principais enzimas envolvidas no processo; responsáveis pela adição de nucleotídeos e reparo• requerem um modelo e um primer (segmento de RNA sintetizado pela primase) complementares para início – alongamento• 3 tipos principais : I, II, III I : importante no sistema de reparoIII: principal e mais complexa (mais de 10 subunidades)
  52. 52. Adição de nucleotídeos 1 2 3
  53. 53. NUCLEASES- Degradam o DNA, clivando-o em pedaços menores• EXONUCLEASES: clivam o DNA a partir do final da molécula• ENDONUCLEASES: clivam em qualquer local da molécula
  54. 54. OUTRAS ENZIMAS ENVOLVIDAS NO PROCESSO DE REPLICAÇÃOHELICASES – constituem uma classe de enzimas que podemse mover ao longo da fita dupla de DNA utilizando a energiada hidrólise de ATP para separar as duas fitas da molécula.SSB (“single-strand-binding”) – ligam-se a cada uma das fitasimpedindo o reanelamento das mesmas.PRIMASE – RNA polimerase que sintetiza pequenas moléculasde RNA utilizadas como iniciadores durante o processo dereplicação do DNA.TOPOISOMERASES – Responsáveis por aliviar a torção naparte da fita que não está sendo replicada.
  55. 55. PROCESSO DE REPLICAÇÃOO movimento da forquilha de replicação revela umafita molde no sentido 3’ 5’ e outra no sentidooposto 5’ 3’Desta forma, as fitas novas são sintetizadas emsentidos opostosFITA “LEADING” – crescimentosegue a direção do movimentoda forquilha de replicaçãoFITA “LAGGING” – crescimentono sentido oposto ao movimentoda forquilha de replicação
  56. 56. PROCESSO DE REPLICAÇÃOFITA “LEADING” – sintetizada continuadamente a partir deum iniciador na fita molde 3’ 5’FITA “LAGGING” – sintetizada descontinuadamente a partirde múltiplos iniciadores• Sítios descobertos no molde da fita “lagging” sãocopiados em pequenos iniciadores de RNA pela primase.• Cada iniciador é alongado pela DNA polimerase resultandona formação dos FRAGMENTOS DE OKAZAKI.•DNA polimerase remove o primer do RNA do fragmentoadjacente e preenche os “gaps” entre os fragmentos que,então, são unidos pela DNA ligase.
  57. 57. PROCESSO DE REPLICAÇÃO
  58. 58. PROCESSO DE REPLICAÇÃOA síntese de DNA é feita na direção 5´ 3´ e é semidescontínua
  59. 59. TELOMERASE• Os cromossomos de eucariotos são lineares eapresentam seqüências repetitivas em suasextremidades denominadas telômeros• A síntese da fita “leading” continua até o término dafita molde de DNA, no entanto, no telômero aextremidade feita pela primase na fita “lagging” não édigerida.• Como o iniciador é instável, ele se degrada com otempo diminuindo, assim, o tamanho do cromossomo.• Telomerase age evitando a perda do fim docromossomo.
  60. 60. TELOMERASE
  61. 61. ESTÁGIOS DA REPLICAÇÃO • INICIAÇÃO • ALONGAMENTO • TERMINAÇÃO
  62. 62. 1. INICIAÇÃOORIGEM DA REPLICAÇÃO – OriC :- 245 pb ;- 3 repetições de 13 pb;- 4 repetições de 9 pb; (A=T)
  63. 63. 2. ALONGAMENTOEnvolve duas operações distintas, mas relacionadas:1. Síntese da fita líder2. Síntese da fita tardiaInício comum na forquilha de replicação envolvendo:- helicases- topoisomerase- DNA binding proteins
  64. 64. SÍNTESE DA FITA LÍDER1. Síntese de um RNA primer pela primase na origem de replicação2. Desoxirribunocleotídeos são adicionados pela DNA polimerase III continuamente a partir da forquilha de replicação
  65. 65. 3. TERMINAÇÃO-Procariotos: DNA circular, quando as duasforquilhas de replicação se encontram elatermina.-Eucariotos: seqüências de nucleotídeosespecíficas no final dos cromossomos,incorporadas a telômeros.
  66. 66. REGULAÇÃO-única fase regulada da replicação,de forma que só ocorra uma vezpor ciclo celular ;-afetada pela metilação de DNA-DAM metilase na (5´) GATC sobrea fita parental
  67. 67. Núcleo RNA polimerase Gene Transcrição hnRNA Processamento mRNA TraduçãoCitoplasma proteína
  68. 68. http://www.virtual.epm.br/cursos/biomol/replica/html/6.htm http://www.johnkyrk.com/DNAreplication.html
  69. 69. ....claudiaGeneticsTour.exe
  70. 70. Fim???

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