Aula 1_ Histórico e estrutura de ácidos nucleicos

Prévia do material em texto

Disciplina Biologia Molecular
Prof. Msc. Sinara Artico
email: sinaraartico@gmail.com 
O que é biologia molecular?
A Biologia Molecular é o estudo da Biologia em nível molecular, com especial 
foco no estudo da estrutura e função do material genético (DNA) e seus 
produtos de expressão, as proteínas. 
O material genético é 
DNA
30.000
Do DNA à proteína...
Núcleo
Citoplasma
Um Breve Histórico...
• 1665 – Robert Hook descobre a célula
- Examinando uma peça de cortiça, verificou que está era
composta de uma massa de câmaras diminuta que ele
chamou de “células”. Eram pequenas paredes celulares
que permanecerem após a morte celular. (invenção do
microscópio séc. XVII devido ao avanço na produção de
lentes).
Somente no século XIX que o microscópio começou a ser usado 
em escala mais ampla para a observação de células vivas. E 
com isso surgiu a biologia celular como ciência!
• 1831 - Robert Brown descobre o núcleo das
células
- Estudando partes das plantas ao microscópio
Theodor Schwann (1810-1882)
Robert Hook (1635 – 1703)
Theodor Schwann (1810-1882)
Um Breve Histórico...
A publicação de 2 trabalhos deram o início da biologia celular:
• Botânico Matthias Schleide, em 1838
• Zoólogo Theodor Schwann, em 1839
Documentaram os resultados de uma investigação sistemática de
tecidos de planta e animais com o microscópio óptico,
mostrando que as células eram as unidades fundamentais de
todos os tecidos vivos.
Primeiras imagens de células. A. Desenho de uma célula viva de planta
(célula ciliada de uma flor em processo de divisão em duas células-filhas no
período de 2 horas e meia. B. Uma célula viva comparável fotografada
recentemente através de microscópio óptico.
Todas as células vivas são formadas pela divisão 
de células preexistentes – doutrina chamada de 
teoria celular.
• 1854: George Newport
- disseca testículos de rãs e mostra que os espermatozóides são derivados de células
“típicas” e passam a ser considerados células diferenciadas
• Conclusões pós-Newport:
1. Os gametas são a única ligação física entre as gerações, pelo menos em
muitos organismos e possivelmente em todos.
2. Portanto, os gametas devem conter toda a informação hereditária.
3. Uma vez que óvulos e espermatozóides são células, toda informação
hereditária precisa estar contida nestas células sexuais. Portanto, a base física
da herança são as células sexuais.
4. Como todas as células são originadas de outras pré-existentes,então a
presença de informação hereditária deve ser uma característica universal das
células.
Um Breve Histórico...
• 1865 - Mendel desvendava as leis de hereditariedade:
1) Na formação dos gametas, os pares de fatores (genes) se segregam
2) As diferenças de uma característica são herdadas independentemente das diferenças 
em outras características
• 1869 - Friedrich Miescher
Encontra uma nova substância orgânica, isolada de núcleos de célula de pus humano, 
denominada nucleína.
Um Breve Histórico...
• 1880 - Albrecht Kossel
Demonstrou que a nucleína continha bases nitrogenadas em sua estrutura, explicando o
fato da nucleína ser rica em nitrogênio. Devido sua natureza ácida deram-lhe o nome de
ácido nucléico.
• 1882 - Walter Flemming – “pai da citogenética”
Descobriu corpos com formato de bastão dentro do núcleo das células, que denominou
"cromossomos“.
Um Breve Histórico...
• 1918 – Thomas Morgan
• Os fatores hereditários (genes) estão localizados no
núcleo celular, mais especificamente nos
cromossomos!
• A unidade de distância entre genes é a UR (unidade de
recombinação) ou centimorgan (em homenagem ao geneticista
Thomas Morgan).
253 anos depois de Hook...
Os resultados de uma série de experimentos que começaram nos anos de 1920 
revelaram que o DNA era o material genético. 
• 1928 - Griffth
• Qual é a molécula transformante? Qual o componente químico que causa a 
transformação
Um Breve Histórico...
A presença de células S mortas por aquecimento transforma
células R vivas em células S vivas.
(a) O camundongo morre após a injeção de uma linhagem S
virulenta. (b) O camundongo sobrevive a uma injeção com a
linhagem R. (c) O camundongo sobrevive após a injeção com
uma linhagem S morta por aquecimento. (d) O camundongo
morre após a injeção com uma mistura de linhagem S morta
por aquecimento e linhagem R viva. A linhagem S morta por
aquecimento de algum modo transforma a linhagem R em
virulenta.
Bactéria Streptococcus pmeumoniae
A- Cápsula de polissacarídeo
dando as colônias um
aspecto de liso (S).
B- Sem Cápsula de
polissacarídeo, aspecto
rugoso (R).
• 1944 – Oswald Avery
Com experimentos destruindo todos as principais categorias de substâncias
no extrato de células mortas. Descobrir se o extrato perdia a habilidade de
transformar.
Um Breve Histórico...
O DNA é o agente transformante da
linhagem R em virulenta. Se o DNA
extraído das células da linhagem S
mortas por aquecimento é destruído,
então os camundongos injetados com
uma mistura de células mortas por
aquecimento e a linhagem R não
virulenta não são mais mortos.
Esses resultados indicavam 
fortemente que o DNA era o 
material genético.
• 1952 – Alfred Hershey e Martha Chase - Evidências adicionais
- Fago T2 que infecta bactéria, assim o fago infectante deve injetar na bactéria a informação
específica que dita a reprodução de novas partículas virais. Se eles pudessem descobrir que
material estava sendo injetando na bactéria hospedeira, determinariam o material genético
do fago.
O experimento demonstrou que o material genético do fago é DNA e não proteína.
Conclusão: O DNA é o material hereditário!!!!!!!!!!!
Em um conjunto, a capa
tem proteínas marcadas
com enxofre radioativo
(35S), não encontrado no
DNA.
o DNA é marcado com
fósforo radioativo (32P),
não encontrado na
proteína.
Indicando que
o DNA do fago
entrou na
célula.
Descoberta da Estrutura da dupla hélice do DNA 
As peças estruturais do DNA:
1- Blocos estruturais básicos do DNA – fosfato, açúcar desoxirribose, 4 bases 
nitrogenadas (A, T, G, C) = nucleotídeos
2 – Quantidades de A+G=T+C, e a quantidade
de A=T e G=C. 
3- Dados de difração de raio X na estrutura 
do DNA por Rosalin Franklin
A composição do DNA era conhecida mas não se sabia como as partes se 
ajustavam!!!!
Enfim...
Raios X são emitidos sobre a fibra de DNA – sugere
DNA é longo e fino, e que tem 2 partes similares
que são paralelas e correm ao longo da molécula
helicoidal.
Marco Histórico – 25 de abril de 1953
A estrutura tinha que preencher os
principais requisitos de uma
molécula hereditária: a habilidade
em estocar a informação, de se
replicar e de mutar.
”Queremos sugerir uma estrutura
para o ácido nucléico com
desoxirribose (DNA). Esta estrutura
tem características novas que são de
considerável interesse biológico”.
Watson e Crick com seu
modelo de DNA.
Estrutura tridimensional
composta de 2 cadeias
laterais de nucleotídeos
torcidos na forma de uma
dupla hélice.
Estrutura de Ácidos Nucléicos – DNA e RNA
• Nucleotídeos 
1’
2’3’
4’c
5’
Ligação Glicosídica
RNA
DNA
Estrutura de Ácidos Nucléicos – DNA e RNA
Nomenclatura:
Estrutura de Ácidos Nucléicos – DNA e RNA
Os nucleotídeos são ligados entre si por meio de ligações fosfodiéster entre os
átomos de carbono 5' e 3' para formar os ácidos nucléicos.
Polaridade química do DNA 5' e 3'.
DNA é formado por 2 cadeias de nucleotídeos 
complementares = Dupla hélice!!!
Estrutura de Ácidos Nucléicos – DNA e RNA
• Pareamento de Bases por pontes de Hidrogênio:
2 pontes de Hidrogênio
3 pontes de Hidrogênio
• As bases podem parear entre si somente se as duas cadeia polinucleotídicas de DNA
forem antiparalela umaem relação a outra.
• Consequência disso é que cada fita de DNA contém uma sequencia de nucleotídeos
que é exatamente complementar à sequencia de nucleotídeo da outra fita.
Pareamento de Bases por pontes de Hidrogênio
• Helicoidal
•Antiparalela
•Negativa
As fitas enrolam-se ao redor uma da outra para formar a
dupla hélice, com uma volta completa a cada 10pb.
Estrutura de Ácidos Nucléicos – DNA e RNA
• O enrolamento das duas fitas cria duas fendas na dupla hélice. 
Os nucleotideos são ligados covalentemente por ligações fosfodiéster pelo grupo 3'-hidroxila (-OH) de um açúcar e o 5-fosfato (P) do
próximo. Assim, cada fita polinucleotidica tem uma polaridade química; isto é, suas duas extremidades são quimicamente diferentes. A
extremidade 3' carrega um grupo 3'-OH livre ligado à posição 3' do anel do açúcar; a extremidade 5' carrega um grupo fosfato livre
ligado à posição 5‘ do anel do açúcar.
extremidade 5’ 
Como a informação que origina um organismo pode ser transmitida 
quimicamente e como ela é copiada com precisão?
Estrutura de Ácidos Nucléicos – DNA e RNA
O DNA atua como molde para sua própria duplicação.
Cada fita de DNA contém uma seqüência de nucleotídeos que é exatamente complementar
à seqüência de nucleotídeos de sua fita associada; cada fita pode atuar como um molde
para a síntese de uma nova fita complementar. Permite que a célula replique seus genes
antes de passá-los aos seus descendentes.
Referências e Fontes das Figuras
• ALBERTS, B. et al. Biologia Molecular da Célula 4a ed. Porto Alegre, Editora 
Artes Médicas, 2004.
• LEWIN, B. Genes IX. Porto Alegre, Editora Artes Médicas, 2009.
• ZAHA, A. et al. Biologia Molecular Básica. 3ª ed. Porto Alegre, Editora 
Mercado Aberto, 2003. 
• GRIFFITHS, et al. Introdução a Genética. 4ª Ed. Rio de Janeiro, Editora 
Guanabara, 2006.