Estrutura e função do DNA

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Introdução
Tempos passados:Tempos passados:Tempos passados: ideia de que cada semente ou ovo
fertilizado deve esconder um plano para o desenvol-
vimento do organismo
Genética moderna:Genética moderna:Genética moderna: crescimento em torno de infor-
mações invisíveis, genes
Herança genética envolvendo certos padrões, genes
devem ser formados por moléculas
Materal genético deveria ter 3 características:3 características:3 características:
Ser capaz de replicação, expressão fenotípica e
evolução
Função do material genético
Função genotípicaFunção genotípicaFunção genotípica
Replicação, deve estocar informação genética e
transmitir com precisão essa informação
Função fenotípicaFunção fenotípicaFunção fenotípica
Expressão gênica, dita o crescimento do organismo
Função evolutivaFunção evolutivaFunção evolutiva
Mutações, para produzir adaptação às modificações
do ambiente
Estrutura do DNA
Genes são constituídos de moléculas denominadas
ácidos nucleicos
Os ácidos nucleicos são formados por nucleotídeos
NucleotídeosNucleotídeosNucleotídeos
Cada nucleotídeo tem três componentes: 1 molécula
de açúcar, 1 molécula de fosfato e uma molécula ni-
trogenada
No DNA a pentose (açúcar) é a desoxirribose
Os nucleotídeos estão unidos um ao outro em uma
cadeia
As ligações são formadas por interações químicas
entre o fosfato de um nucleotídeo e o açúcar de ou-
tro
As bases nitrogenadas não participam dessa intera-
ção
União da base com a pentose: N-glicosídica, com a hi-
droxila ligada ao carbono 1 da pentose
União do fosfato com a pentose: ligação fosfoéster,
com hidroxila do carbono 5 da pentose
Bases nitrogenadasBases nitrogenadasBases nitrogenadas
Purinas: adenina (A) e guanina (G)
Pirimidinas: citosina (C), timina (T) e uracila (U)
DNA é uma dupla héliceDNA é uma dupla héliceDNA é uma dupla hélice
Watson e Crick propuseram que as moléculas de
DNA eram constituídas de duas cadeias de nucleotí-
deos
Dupla hélice torcida em volta de um eixo central (no
sentido horário)
Em cada hélice os nucleotídeos são mantidos juntos
por ligações fosfodiéster
Ligação fosfodiéster:Ligação fosfodiéster:Ligação fosfodiéster: grupo hidroxila do carbono 3
da pentose do primeiro nucleotídeo se liga ao fosfa-
to ligado a hidroxila do carbono 5 da pentose do se-
gundo nucleotídeo
As duas cadeias são unidas por pontes de hidrogênio
Pontes de hidrogênioPontes de hidrogênioPontes de hidrogênio: atrações químicas fracas en-
tre pares de bases, ligações hidrofóbicas que garan-
tem alto grau de estabilidade
Adenina e timina formam duas lig. de hidrogênio
Guanina e citosina formam três lig. de hidrogênio
As bases nitrogenadas são hidrofóbicas, o esqueleto
de açúcar-fosfato é hidrofílico
DNA tem sentido de crescimento determinado
Estrutura e função do DNA
Regra de ChargaffRegra de ChargaffRegra de Chargaff
A proporção de adenina é a mesma que timina no
DNA dupla-fita e a de guanina é a mesma de citosina
As fitas complementares do DNA são antiparalelasAs fitas complementares do DNA são antiparalelasAs fitas complementares do DNA são antiparalelas
Um é orientado de 5’ para 3’ e a fita oposta é ori-
entada de 3’ para 5’
Em alguns segmentos ocorrem o sulco maior e um
sulco menor
A diferença entre o sulco maior e sulco menor é im-
portante quando se examina as interações entre
DNA e proteínas reguladoras da expressão gênica
Algumas proteínas ligam-se ao sulco maior, outros ao
menor
ComplementaridadeComplementaridadeComplementaridade
Os dois filamentos de uma dupla hélice de DNA são
complementares
Essa propriedade torna o DNA muito adequado para
armazenar e transmitir informações genéticas de
geração para geração
Estabilidade das hélices duplasEstabilidade das hélices duplasEstabilidade das hélices duplas
Consequência do grande número de ligações de hi-
drogênio entre os pares de bases
Embora cada lig. isoladamente seja fraca
Em parte da ligação hidrofóbica (forças de empilha-
mento) entre pares de bases adjacentes
Formas alternativas de dupla héliceFormas alternativas de dupla héliceFormas alternativas de dupla hélice
B-DNAB-DNAB-DNA
Conformação adquirida pelo DNA em condições fisio-
lógicas
A-DNAA-DNAA-DNA
Em altas concentrações de sais ou em estado de de-
sidratação parcial
É uma hélice dextrógira, como o B-DNA, mas com 11
pares de nucleotídeos por volta
Mais espessa e mais curta
Z-DNAZ-DNAZ-DNA
Forma helicoidal dupla levógira
Está presente em hélices duplas que são ricas em
G:C e contém resíduos purinas e pirimidinas alterna-
dos
Estrutura do RNA
Macromolécula de cadeia longa como DNA (proprie-
dades muito diferentes)
RNA difere em 3 aspectos:RNA difere em 3 aspectos:RNA difere em 3 aspectos:
Esqueleto de pentose: fosfato contém ribose, não
desoxirribose
Base uracila (U) ao invés de timina (T)
Fita simples ao invés de uma hélice dupla-fita
Três tipos principaisTrês tipos principaisTrês tipos principais
RNA transportador (tRNA)
RNA mensageiro (mRNA)
RNA ribossômico (rRNA)
RNA não codificante: ajuda nos processos de expan-
são e regulação gênica
MicroRNAsMicroRNAsMicroRNAs
Pequenas moléculas de RNA que participam da regu-
lação gênica por interferência de RNA
Ao se ligar a uma molécula de mRNA, o miRNA inibe
a tradução ou degrada o mRNA e, assim, reduz os
níveis de expressão daquele gene
Consegue se dobrar e se autoparear > dupla-héliceConsegue se dobrar e se autoparear > dupla-héliceConsegue se dobrar e se autoparear > dupla-hélice
Estrutura do cromossomo
eucarioto
CromatinaCromatinaCromatina
Partículas ou grãos em um filamento duplo helicoidal
de DNA associados à proteínas (histonas e não histo-
nas)
É um conjunto de fios, cada um deles formado por
uma longa molécula de DNA associada à proteínas
NucleossomosNucleossomosNucleossomos
Unidade básica do enrolamento cromatínico
Compacta o DNA pela redução de seu comprimento
em cerca de 7 vezes
Consiste em um segmento de DNA enrolado em tor-
no de oito proteínas histonas
HistonasHistonasHistonas
Proteínas básicasbásicasbásicas (carga positiva em pH neutro) com
alta proporção de lisina e arginina
Estão presentes na cromatina dos eucariotos em
quantidade equivalente à quantidade de DNA
Existem cinco tipos principais: H1, H2a, H2b, H3 e H4
H1: espaçadora, ajuda a estabilizar o octâmero, faz o
espiral ficar no centro e os octâmeros para fora,
estabiliza com a lig. com o exterior da estrutura
Cerne do nucleossomoCerne do nucleossomoCerne do nucleossomo
Constituída de um trecho de DNA com 146 pares de
nucleotídeos e de duas moléculas de cada histona
H2a, H2b, H3 e H4
2 de cada formando um octâmerooctâmerooctâmero = nucleossomo,
DNA faz duas voltas em torno do octâmero
As histonas protegem o segmento de DNA no cen-
tro do nucleossomo contra a clivagem por endonu-
cleases
O componente estrutural básico da cromatina euca-
riótica é o nucleossomo
A estrutura dos nucleossomos nas regiões de cro-
matina com atividade de transcrição é diferente da
estrutura dos nucleossomos em regiões sem ativida-
de de transcrição
Quais são os detalhes dessa relação entre estrutu-Quais são os detalhes dessa relação entre estrutu-Quais são os detalhes dessa relação entre estrutu-
ra e função?ra e função?ra e função?
As caudas de algumas histonas salientam-se do nu-
cleossomo e são acessíveis às enzimas que acres-
centam e retiram grupos químicos
O acréscimo desses grupos pode modificar o nível de
expressão de genes empacotados em nucleossomos
que contêm as histonas modificadas
A estrutura da cromatina não é estáticaA estrutura da cromatina não é estáticaA estrutura da cromatina não é estática
Ela pode se expandir e contrair em resposta a modi-
ficações químicas da H1 e às caudas da histona que
se salientam dos nucleossomos
Fases de condensaçãoFases de condensaçãoFases de condensação
Em interfase = estado mais descondensado, eucro-
matina e heterocromatina
Para duplicar o DNA, remove as histonas
Após duplicar, as proteínas já voltam
Metáfase = cromossomo, mais alto nível de conden-
sação
DNA totalmente sozinho não é encontrado na célula,
sempre com histonas
EucromatinaEucromatinaEucromatina
Genes ativos, fazendo transcriçãoHeterocromatinaHeterocromatinaHeterocromatina
DNA condensado, genes inativos que não podem
transcrever
Heterocromatina constitutiva: centrômero
Heterocromatina facultativa: corpúsculo de Barr
Cromossomo
Duas cromátidesDuas cromátidesDuas cromátides: cada uma com dois braços (resul-
tado da divisão do cromossomo durante a divisão ce-
lular)
Centrômero:Centrômero:Centrômero: constrição primária, divide o cromosso-
mo em 2 braços e influencia o mov. na divisão celular
SatéliteSatéliteSatélite: parte terminal de material cromossômico, se
localiza entre a constrição secundária e o telômero
Zona SAT:Zona SAT:Zona SAT: porção do cromossomo relacionada com a
formação do nucléolo ao final da divisão celular
Telômeros:Telômeros:Telômeros: extremidades dos cromossomos, cujo
DNA se duplica de modo diferente do restante do
DNA - pela telomerase
Impedem que o cromossomo vire um anel, ou seja,
que extremidades cromossômicas se fundam
Impedem que a desoxirribonuclease degrade as pon-
tas das moléculas lineares de DNA
Evitam a fusão das pontas com outras moléculas de
DNA
Facilitam a replicação das pontas das moléculas DNA
sem perda de material
Em células somáticas, encurtam com a idade
Locus gênico:Locus gênico:Locus gênico: posição que o gene ocupa no cromos-
somo, banda
Þ Tipos de cromossomosTipos de cromossomosTipos de cromossomos
Metacêntrico: Metacêntrico: Metacêntrico: centrômero no meio, os dois braços
possuem mesmo tamanho
Diferencia braço pequeno (p) de braço longo (q) pela
coloração das bandas
Submetacêntrico: Submetacêntrico: Submetacêntrico: centrômero pouco deslocado do
meio
Acrocêntrico: Acrocêntrico: Acrocêntrico: centrômero perto de um dos extre-
mos
Telocêntrico: Telocêntrico: Telocêntrico: centrômero na ponta, cromossomo
apresenta somente um braço, não existe no humano