Genética Molecular e Replicação do DNA

Prévia do material em texto

Genética molecular 
Instruções operacionais da vida 
Em abril de 1953, James Watson e Francis Crick agitaram a comunidade cientifica com um 
modelo de dupla-hélice para a estrutura do ácido desoxirribonucleico. 
Os fatores de hereditariedade de Gregor Mendel e os genes em cromossomos de Thomas 
Hunt Morgan são, na verdade, compostos por DNA 
De todas as moléculas da natureza, os ácidos nucleicos são inigualáveis na habilidade de 
controlar a própria replicação. 
A semelhança da prole com os pais baseia-se na replicação precisa do DNA e na sua 
transmissão de uma geração para a próxima 
A informação hereditária do DNA controla o desenvolvimento de nossas características 
bioquímicas, anatômicas, fisiológicas e, até certo ponto, comporta 
Estrutura e função do DNA 
1. O DNA é um polímero de nucleotídeos, formado por três componentes: uma base 
nitrogenada, um açúcar e um grupo 
2. A base pode ser Adenina (A), Timina (T), Guanina (G) ou Citosina (C) A,G PURINAS 
(Dois anéis) C,T PIRIMIDINA (Um anel) A=32,8%, T=32,1%; G=17,7% e C=17,3% 
(Chargaff) 
3. O grupo fosfato de um nucleotídeo está ligado ao açúcar do próximo 
4. As pontes de hidrogênio entre as bases mantêm as cadeias unidas. 
5. A dupla hélice é decorrente das características químicas, com bases voltadas para o 
interior e esqueleto de açúcar- fosfato para o exterior 
→ As duas cadeias principais açúcar fosfato são antiparalelas (com direções opostas) e 
a hélice faz um giro completo a cada 3,4 nm ao longo do seu comprimento. 
→ A – T / C – G: Watson e Crick chegaram a essa característica fundamental do DNA por 
tentativa e erro de acordo com as características. 
o Purina + Purina = muito largo 
o Pirimidina + pirimidina = muito estreito 
o Purina + pirimidina = largura consistente com os dados de difração por raios x. 
A=T e C=G 
Replicação do DNA 
O princípio básico: Segundo Watson e Crick 
1. O DNA é um par de moldes, um complementar ao outro. (Semiconservativo) 
2. Antes da duplicação as ligações de hidrogênio são rompidas, e as duas cadeias 
destorcidas e separadas 
3. No fim são obtidos dois pares de cadeias e a sequência de pares de bases terá sido 
duplicada com exatidão 
Replicação do DNA 
1. A replicação inicia em pontos especiais chamados de origens de 
replicação. 
2. Proteínas iniciam o processo separando as fitas em bolhas de replicação 
que prosseguem nas duas direções. 
3. Em cada extremidade da bolha está a forquilha de replicação em forma 
de Y. 
4. Helicases, proteinas de ligação a fita simples, topoisomerases, primase, 
Polimerase I e III e DNA-ligase auxiliam na replicação 
Replicação do DNA 
 
 
Sintetizando nova fita de DNA 
Primase: Pequena porção de RNA (Primer) com 5 a 10 nucleotídeos par 
DNA polimerase I e III: Catalisam a síntese do novo DNA pela adição de nucleotídeos a uma 
cadeia preexistente. 
Taxa de elongação: Cerca de 500 nucleotídeos por segundo em bactérias e 50 por segundo 
em células humanas 
Síntese de fita líder 
 
Elongação descontínua 
• As duas extremidades de uma fita de DNA são diferentes antiparalelas, ou seja, têm 
sentidos opostos 3’!5’ e 5’!3 
• Em função da sua estrutura, as enzimas DNA-polimerases só podem adicionar 
nucleotídeos ! extremidade 3’ 
• A fita retardada é sintetizada de forma descontinua, em uma série de fragmentos. 
• Fragmentos de Okazaki: 100 a 200 nucleotídeos de extensão em eucariotos. 
• As PRIMASES sintetizam os primers de RNA, onde em seguida a DNA polimerase III 
dá início a fabricação fos fragmentos de Okazaki com DNA pol. I ajustando o RNA 
 
Função das proteínas na replicaçãohelicase: 
Desenrola a dupla-hélice parental na forquilha de replicação. 
DNA polimerase I e III. 
Sintetiza uma nova fita de DNA e remove os nucleotídeos de RNA por nucleotídeos de 
DNA. 
Proteína ligase 
Liga e estabiliza cadeias de DNA fita simples, até que elas consigam ser utilizadas como 
fitas-molde. 
Primase 
Sintetiza um iniciador de RNA na extremidade 5’ da fita-l%der e na extremidade 5’ de cada 
fragmento de Okazaki da fita descontinua. 
Topoisomerase 
Alivia a tensão na região anterior a forquilha de replicação, por meio da quebra, da torç 
DNA-ligase: Liga os fragmentos de Okazaki da fita descont%nua e o fagmento inicial da fita 
líder. 
1. Erros iniciais de pareamento ocorrem na taxa de um a cada 10 elevado a 5 
nucleotídeos. 
2. As DNA- polimerases comparam cada nucleotídeo com seu molde no momento em 
que são covalentemente ligados a cadeia nascente. 
3. No reparo de malpareamento, enzimas removem e substituem nucleotídeos 
pareados erroneamente, resultantes de erros na replicação. 
4. Já no reparo por excisão de nucleotídeos as enzimas consertam danos genéticos 
causados por agentes externos, como na casa da exposição ao sol. 
Reparo por excisão de nucleotídeos 
 
Significado evolutivo das alterações de DNA. 
Replicação exata: 
e o reparo de danos ao DNA são importantes para o funcionamento do organismo e para a 
transmissão do genoma completo e correto para as ge 
Taxa de erro: 
Extremamente baixa, mas pode ocorrer 
Uma vez replicado... 
a alteração da sequencia de DNA é permanente na molécula-filha que tem o nucleotídeo 
incorreto, e em todas 
Mutação 
A grande maioria dessas alterações é inócua ou nociva, mas uma pequena porcentagem É 
DNA, gene, cromossomo e hereditariedade. 
o Célula converte a sequência nucleotídica de um gene em uma sequência de RNA, e 
então na sequência de aminoácidos de uma proteína. 
o Expressão Gênica 
o A sequência linear de nucleotídeos deve corresponder à sequencia linear de 
aminoácidos em uma proteína 
o Mensagens biológicas com instruções para produzir as proteínas 
o O DNA codifica a informação por meio de nucleotídeos ao longo da fita 
o Os genes contem as informações biológicas que devem ser copiadas com precisão 
Onde 44 são homólogos (duas cópias) uma herdada do pai e outra da mãe + 2 
cromossomos sexuais XY = 46 no total 
O complexo DNA + Proteínas é chamado de cromatina 
São densamente compactados, em 6 micrômetros no núcleo. 
São 3,2 x 109 nucleotídeos, distribuídos em 24 
O Genoma dos eucariotos é dividido em 46 cromossomos 
Contém a informação para todas as proteínas e moléculas de RNA 
Genoma: A série completa de informações do DNA de um organismo 
Cromossomo aberrante 
Um paciente com ataxia, uma doença caracterizada por deterioração progressiva da 
capacidade motora. O paciente tem um par de cromossomos 4 normal (par à esquerda), e 
um cromossomo 12 normal e um aberrante, como visto pelo seu maior comprimento (par à 
direita). 
DNA, gene, cromossomo e hereditariedade 
1. Apenas uma parte muito pequena do genoma codifica proteína 
2. Os eucariotos possuem excesso enorme de 
 DNA intercalante que parece não conter 02 informação relevante. "lixo de DNA’’; 
3. Existe uma correlação entre a complexidade de um organismo e o número de genes 
em seu genoma. (500 bac e 25 mil homem). 
 
→ Organização do gene no cromossomo humano 
1. As sequências codificantes são chamadas de éxons; as sequências intercalantes, 
n!o- codificantes são denominadas introns 
2. Cromossomo e ciclo celular 
3. Um envelope nuclear se forma em volta de cada conjunto de cromossomos e, na 
etapa final da fase M, a célula se divide para produzir duas células-filhas. 
4. Completada a replicação, a célula pode entrar na fase M, e o núcleo é dividido em 
dois núcleos-filhos. Durante essa etapa, os cromossomos se condensam. 
5. Durante a interfase, a célula está transcrevendo ativamente seus genes e 
sintetizando proteínas o DNA é replicado e os cromossomos são duplicados 
 
→ 10 mil vezes 
Alto nível de compactação cromossomal (48 milhões de pb) de 1,5 
→ Histonas: 
Proteínas que se ligam ao DNA para formar o cromossomo eucariótico. (60 milhões de 
moléculas por célula) H2A, H2B, H3 e H4 (oito moléculas / 2 de cada) 
→ 147 pb 
É suficiente para se enrolar 1 ,7X ao redor do cerne de histonas.→ Proteínas 
Enrolam e dobram o DNA sucessivamente em níveis cada vez mais a 
→ Nucleossomo 
Complexo de DNA-Prote"na descoberto em 1974, em formato de contas de colar de 
histonas. 
→ Mutação 
As histonas estão entre as proteínas mais bem conservadas. Qualquer mutação em sua 
estrutura é letal