Estrutura do DNA e Cromossomo

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DNA e Cromossomos 
 
▶ A molécula do ácido desoxirribonucleico (DNA) 
consiste em 2 longas cadeias polinucleotídicas, 
sendo cada fita composta de 4 tipos de 
subunidades nucleotídicas (Adenina, Timina, 
Guanina e Citosina) e as duas fitas unidas por 
ligações de hidrogênio entre as bases dos 
nucleotídeos 
▶ Os nucleotídeos são compostos de uma base 
contendo nitrogênio e um açúcar com cinco 
carbonos, ao qual se ligam 1 ou mais fosfatos 
▶ As duas extremidades da fita são distinguíveis, uma 
possui uma depressão (hidroxila 3’) e a outra a 
protuberância (fosfato 5’) 
▶ Uma base maior formada por dois anéis (purina = 
adenina e guanina) se pareia com uma base de um 
único anel (pirimidina = citosina e timina). Essa 
complementaridade do pareamento de bases 
permite que esses pares de base sejam 
compactados em um arranjo mais favorável 
energeticamente no interior da dupla hélice 
▶ A informação é codificada na ordem dos 
nucletideos ao longo de cada fita de DNA 
▶ Os organismos diferem uns dos outros porque as 
suas respectivas moléculas de DNA possuem 
diferentes sequencias nucletídicas 
▶ A sequencia linear de nucleotídeos em um gene é 
capaz de ditar a sequencia de aminoácidos na 
síntese de uma proteína (códon) 
 
▶ A expressão genica é o processo pelo qual a 
sequencia de nucleotídeos de um gene é transcrita 
em uma sequencia de nucleotídeos de uma 
molécula de RNA, que na maioria dos casos, é 
então traduzida em uma sequencia de aminoácidos 
de uma proteína 
▶ Griffith injetou varias preparações de bactérias em 
camundongos 
▶ E constatou que os pneumococos patogênicos 
que tinham sido mortos não eram mais capazes de 
causar infecção 
▶ Entretanto, quando ele injetou as duas 
preparações, contendo as patogênicas mortas e as 
bactérias vivas inofensivas, culminou em uma 
combinação letal 
▶ Descobriu-se então que os pneumococos 
inofensivos poderiam ser transformados em cepas 
patogênicas pela exposição a um “principio 
transformante” 
▶ Em virtude do fato de que o princípio 
transformante causava uma mudança hereditária 
nas bactérias que o recebiam, o DNA deveria ser o 
verdadeiro material do qual os genes são 
compostos. 
 
 
 
Larissa Moura 
▶ Hershey e Chase demonstraram definitivamente 
que os genes são compostos por DNA. Os 
pesquisadores trabalharam com o vírus T2, o qual 
é constituído por proteína e DNA. 
▶ Cada vírus atua como uma seringa molecular, 
injetando seu material genético na bactéria 
▶ Para determinar o material genético do vírus, os 
pesquisadores marcaram radioativamente o DNA e 
as proteínas 
▶ Bactérias E.. coli foram infectadas por esses vírus 
marcados, que se replicaram em seu interior, e 
depois as bactérias foram rompidas por um pulso 
rápido em um liquidificador 
▶ Quando os pesquisadores mediram a radioatividade, 
descobriram que muito do DNA radiotivamente 
marcado havia entrado nas células bacterianas, ao 
passo que a maioria das proteínas marcadas 
permanecia em solução com o restante das 
partículas virais 
▶ Longas moléculas de DNA de fita dupla são 
compactadas em cromossomos 
▶ Essas moléculas de DNA depois da replicação 
podem ser facilmente divididas entre as duas 
células-filhas a cada divisão celular 
▶ Os nucleotídeos são distribuídos nos 23 ou 24 
tipos diferentes de cromossomos 
▶ Cada cromossomo consiste em uma única e 
enorme molécula de DNA linear associada a 
proteínas que compactam e enovelam o fino 
cordão de DNA em uma estrutura mais compacta 
▶ O complexo de DNA e proteínas é denominado 
cromatina 
▶ Os cromossomos maternos e paternos de um par 
são denominados cromossomos homólogos 
▶ A hibridação de DNA é um técnica que se baseia 
no pareamento das bases complementares e é 
utilizada para distinguir os diferentes cromossomos 
▶ O conjunto completo dos 46 cromossomos 
humanos é denominada de cariótipo 
▶ A função mais importante dos cromossomos é a 
de portar os genes, a unidade funcional da 
hereditariedade (um gene é definido como um 
segmento de DNA que contem as instruções para 
produzir uma determinada proteína ou molécula de 
RNA) 
▶ A informação genética total contida em todos os 
cromossomos de uma célula ou organismo 
consiste em seu genoma 
▶ Existe uma correlação entre a complexidade de 
um organismo e o numero de genes em seu 
genoma, em geral, quanto mais complexo um 
organismo, maior é o seu genoma, entretanto essa 
relação nem sempre é verdadeira 
▶ Cada cromossomo possui múltiplas origens de 
replicação, um centrômero e dois telômeros. 
▶ Uma sequencia de nucleotídeos atua como uma 
origem de replicação, onde inicia a replicação do 
DNA 
▶ Outra sequencia de DNA forma os telômeros em 
cada uma das extremidades dos cromossomos, . 
Os telômeros contêm sequências repetidas de 
nucleotídeos que são necessárias para que as 
extremidades dos cromossomos sejam replicadas. 
Eles também protegem as extremidades da 
molécula de DNA, impedindo que sejam 
confundidas pela célula como uma quebra no DNA 
exigindo reparo. 
▶ O centrômero liga o fuso mitótico a cada 
cromossomo duplicado, de modo a permitir que 
uma cópia de cada cromossomo seja segregada 
para cada célula-filha 
▶ O nucléolo é lugar onde estão agrupadas as 
regiões contendo os genes que codificam os RNAs 
ribossômicos dos diferentes cromossomos (os 
RNAs ribossômicos são sintetizados e combinados 
com proteínas para formar os ribossomos) 
Larissa Moura 
▶ As proteínas que se ligam ao DNA para formar os 
cromossomos eucarióticos são divididas em duas 
classes: 
- Histonas: Responsáveis pelo primeiro nível fundamento 
de compactação da cromatina, o nucleossomo 
- Proteínas cromossômicas não histonas 
▶ O complexo das duas classes de proteínas com o 
DNA nuclear é denominado cromatina. 
▶ Se a cromatina for descompactada parcialmente, 
será visualizado um modelo de “colar de contas”, 
em que o cordão é o DNA, e as contas são as 
partículas centrais do nucleossomo 
▶ As enzimas nucleases quebram o DNA, desfazendo 
as ligações fosfodiéster entre os nucleotídeos 
▶ Uma partícula central do nuclessomo consiste em 
um complexo de 8 proteínas histonas e um 
segmento de DNA de fita duplas, que se enrola ao 
redor desse octâmero de histonas 
 
▶ A formação de nucleossomos transforma uma 
molécula de DNA em uma fibra de cromatina e 
confere o primeiro nível de empacotamento do 
DNA 
▶ Todas as 4 histonas que fazem parte do octâmero 
são carregadas positivamente (lisina e arginina), o 
que auxilia as histonas a se ligarem fortemente a 
cadeia principal de fosfato e açucares 
negativamente carregados do DNA 
▶ Cada uma das histonas do octâmero também 
possui uma cauda não estruturada de aminoácido 
aminoterminal que se projeta da partícula central 
do nucleossomo 
▶ Essas caudas das histonas estão sujeitas a vários 
tipos de modificações químicas covalentes 
reversíveis, que controlam os aspectos da 
estrutura da cromatina 
▶ Os nucleossomos são empacotados em cima uns 
dos outros, formando a fibra de cromatina. Essa 
compactação em uma fibra depende de uma 
quinta histona, a H1, que liga os nucleossomos 
adjacentes e altera a direção da cadeia de DNA ao 
emergir do nucleossomo, formando um arranjo 
regular, repetitivo e mais condensado 
 
▶ Os complexos de remodelagem da cromatina são 
uma maquinaria de proteínas que usam a energia 
da hidrolise do ATP para mudar a posição do DNA 
enrolado ao redor dos nucleossomos 
▶ Durante a mitose muitos complexos de 
remodelagem da cromatina são inativados, para 
manter a estrutura altamente compactada dos 
cromossomos mitóticos 
▶ A mudança na estrutura da cromatina também 
ocorre através da modificação química reversível 
das histonas, nas caudas 
Larissa Moura 
Ex: Os grupos acetila, fosfato ou metila podem ser 
adicionados às caudas e delas removidos por 
enzimas que residem no núcleo 
▶ A acetilação das lisinaspode reduzir a afinidade das 
caudas para os nucleossomos adjacentes, 
afrouxando a estruturação da cromatina e 
permitindo o acesso a determinadas proteínas 
nucleares 
▶ Essas modificações podem servir como locais de 
ancoragem nas caudas das histonas para uma 
variedade de proteínas reguladoras 
Ex: Algumas das proteínas promovem a condensação 
da cromatina, outras a descondensam, de modo a 
facilitar o acesso ao DNA 
 
▶ Os complexos de remodelagem usam a energia 
para liberar o DNA do nucleossomo e empurrá-lo 
ao longo do octâmero de histona, expondo desse 
modo o DNA a outras proteínas de ligação 
▶ A alteração da compactação localizada da 
cromatina por esses mecanismos tem efeito 
importante na estrutura geral dos cromossomos 
interfásicos 
▶ O relaxamento da cromatina para um estado mais 
descondensado permite que as proteínas 
envolvidas na expressão gênica, na replicação do 
DNA e no reparo do DNA tenham acesso às 
sequências de DNA necessárias. 
▶ Na interfase, a cromatina não está uniformemente 
compactada., nas regiões que contêm os genes 
que estão sendo expressos, geralmente ela está 
mais relaxada, ao passo que nas regiões com 
genes silenciados ela está mais condensada 
▶ A forma altamente condensada da cromatina 
interfásica é denominada heterocromatina, se 
concentra ao redor da região dos centrômeros e 
nos telômeros 
▶ A eucromatina se refere a cromatina que existe 
em um estado mais descondensado 
 
▶ A maior parte do DNA que esta permanentemente 
compactado em heterocromatina na célula não 
contem genes 
Obs: Essa compactação inadequada dos genes na 
heterocromatina pode causar doenças. Nos seres 
humanos, o gene que codifica a β-globina, que faz 
parte da hemoglobina que transporta a molécula 
de oxigênio, está situado próximo a uma região de 
heterocromatina. Se, em virtude de uma deleção 
hereditária do DNA, a heterocromatina se espalhar, 
o gene da β-globina se tornará pouco expresso, e 
o indivíduo desenvolve uma forma grave de 
anemia. 
▶ O exemplo mais marcante do uso da 
heterocromatina para manter os 
genes inibidos ou silenciados seja encontrado no 
cromossomo X interfásico das fêmeas, uma vez a 
dose dupla de produtos do cromossomo X seria 
letal, então um deles é permanentemente inativado 
▶ Quando uma célula se divide, geralmente transmite 
suas modificações nas histonas, estrutura da 
cromatina e padrões de expressão gênica para as 
duas células-filhas. Essa “memória celular” é 
fundamental para o estabelecimento e a 
manutenção de diferentes tipos celulares durante 
o desenvolvimento de um organismo multicelular 
complexo