Aula 2 - Estrutura e função do DNA

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ESTRUTURA E 
FUNÇÃO DO 
DNA
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Células têm que armazenar, obter e 
traduzir as instruções genéticas 
necessárias para manter o organismo 
vivo
A informação hereditária é passada de 
uma célula às suas células-filhas 
durante a divisão celular e de uma 
geração para outra
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O que torna isso possível?
Breve histórico da procura pela molécula 
da hereditariedade
A BUSCA PELA MOLÉCULA DA HEREDITARIEDADE
• 1848 Wilhelm Hofmeister: 
durante a mitose o núcleo “se 
arruma” em estruturas em 
forma de bastão
• 1869 Johan Friedrich
Miescher: núcleo contém 
substância ácida - nucleína
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• 1928 Frederick Griffith:
• Pneumococcus cepa S (Smooth) = patogênica
• Pneumococcus cepa R (Rough) = não-patogênica
PRINCÍPIO TRANSFORMANTE
A BUSCA PELA MOLÉCULA DA HEREDITARIEDADE
• 1944 Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty:
O PRINCÍPIO TRANSFORMANTE É DNA
A BUSCA PELA MOLÉCULA DA HEREDITARIEDADE
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• 1952 Alfred Hershey e Martha Chase:
DNA É O MATERIAL GENÉTICO
A BUSCA PELA MOLÉCULA DA HEREDITARIEDADE
Rosalind Franklin (25/07/1920-16/04/1958):
• Estudos de difração de Raios X da molécula de DNA 
juntamente com Wilkins
• DNA = hélice
• Esqueleto açucar-fosfato do lado externo
• Seu trabalho foi essencial para a descrição correta da 
estrutura do DNA
• Morreu aos 37 anos sem receber o devido reconhecimento 
pelo seu trabalho
A BUSCA PELA MOLÉCULA DA HEREDITARIEDADE
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Maurice Wilkins (15/12/1916-05/10/2004):
• Estudos de difração de Raios X da molécula 
de DNA
• Em 1962 dividiu o Prêmio Nobel
com Watson e Crick
A BUSCA PELA MOLÉCULA DA HEREDITARIEDADE
A regra de Erwin Chargaff (1950):
1) Adenina está na mesma 
concentração molar de Timina e 
Citosina está na mesma 
concentração molar de Guanina 
na molécula de DNA
1) A quantidade molar de A/T e 
G/C varia de espécie para 
espécie
A BUSCA PELA MOLÉCULA DA HEREDITARIEDADE
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James Watson e Francis Crick:
• 25/04/1953 Publicação na 
Nature de artigo descrevendo a 
estrutura do DNA
Crick (08/06/1916-28/07/2004) e Watson 
(06/04/1928-)
A BUSCA PELA MOLÉCULA DA HEREDITARIEDADE
ESTRUTURA DO 
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DNA – ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
• Unidade básica: NUCLEOTÍDEO
Fosfato 
Base nitrogenada
Açucar de 5 
C (pentose) 
= 
desoxirribose
DNA – ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
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DNA – ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
• Polímero linear de nucleotídeos 
(DESOXIRRIBONUCLEOTÍDEOS) ligados entre si 
através de ligações fosfodiéster
• Desoxirribonucleotídeo: Fosfato (PO4-), Açucar
de 5 carbonos (desoxirribose), base nitrogenada
• Dupla-fita
• Cada fita apresenta uma orientação
• Fitas antiparalelas
DNA – ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
Polímero de 
nucleotídeos 
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DNA – ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
Duas fitas antiparalelas
DNA – ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
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DNA – ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
Estrutura do B-DNA (forma + comum em condições 
fisiológicas)
• Destrógira
• Espaçamento regular entre bases de 0,34 nm ao longo do 
eixo
• Volta completa da hélice a cada 3,4 nm (10,5 pb por volta)
• Presença de sulcos (maior e menor)
B DNA
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DNA – ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
Bases nitrogenadas presentes no DNA:
• Purinas:
Bases nitrogenadas presentes no DNA:
• Pirimidinas:
DNA – ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
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DNA – ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
Pareamento de bases de Watson-Crick (convencional):
• Adenina pareia com Timina através de 2 pontes de H
• Guanina pareia com Citosina através de 3 pontes de H
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Entendendo o DNA
Ligação fosfodiéster
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA
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ESTRUTURA SECUNDÁRIA DO DNA = DUPLA HÉLICE
As duas cadeias são mantidas As duas cadeias são mantidas As duas cadeias são mantidas As duas cadeias são mantidas 
juntas pelas PONTES DE juntas pelas PONTES DE juntas pelas PONTES DE juntas pelas PONTES DE 
HIDROGÊNIO formadas entre as HIDROGÊNIO formadas entre as HIDROGÊNIO formadas entre as HIDROGÊNIO formadas entre as 
bases nitrogenadas bases nitrogenadas bases nitrogenadas bases nitrogenadas 
A T
G C
Ligação A-T 
necessita de 
menos energia 
para ser 
rompida que a 
ligação G-C
OUTRAS FORÇAS ATUANTES NA ESTABILIZAÇÃO 
DA ESTRUTURA DE DUPLA HÉLICE
• Efeitos hidrofóbicos estabilizam pareamento 
entre as bases 
• Forças de Wan der Walls se formam entre os 
anéis aromáticos de bases adjacentes devido ao 
empilhamento das bases
• As cadeias açucar-fosfato (negativas) interagem 
com cátions (Mg+2) em solução, neutralizando a 
repulsão entre as duas cadeias
•Anéis de purinas e pirimidinas são forçados para o 
interior da moléculas
• sítios hidrofílicos das bases ficam expostos ao 
solvente
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PROPRIEDADE DE DESNATURAÇÃO (FUSÃO) E DE 
RENATURAÇÃO (REANELAMENTO) DO DNA
• Absorbância de 
luz UV pelas bases 
é máxima quando as 
2 fitas estão 
separadas, pois as 
bases estão 
totalmente 
expostas ao meio
TEMPERATURA DE FUSÃO = Tm
• temperatura na qual 50% do DNA se encontra 
desnaturado
• depende de fatores como:
• proporção de pares G-C
• concentração iônica (grupamentos 
fosfato carregados negativamente em 
ambas as fitas são protegidos por íons 
carregados positivamente)
• presença de agentes 
desestabilizadores das pontes de 
H (uréia e formamida)
• pH (extremos de pH 
desnaturam o DNA à baixa temp)
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• Diminuição progressiva da temperatura 
(geralmente 25°C abaixo da Tm)
• aumento da concentração iônica
• neutralização do pH
RENATURAÇÃO DAS FITAS COMPLEMENTARES 
FORMANDO UMA DUPLA HÉLICE PERFEITA
BASE DA METODOLOGIA DE 
HIBRIDIZAÇÃO DE ÁCIDOS NUCLEICOS
Velocidade 
de 
renaturação 
depende do 
tamanho do 
genoma
FORMAS DE DNA 
• Linear
• Circular (procariontes, mitocôndrias, cloroplastos, 
alguns vírus)
SUPERTORÇÃO
• Conformação tridimensional - supertorcida, 
superenrolada ou superhelicoidal
• DNAs circulares e lineares
• Grau de superenrolamento é uma característica 
importante nos processos de replicação, transcrição e 
recombinação
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EMBO reports 8, 2, 147–151 (2007)
Superenrolamento
• negativo (gerado pelo 
desenrolamento da 
dupla hélice)
• 2 tipos: 
plectonêmico(DNA em 
solução) e toroidal
(DNA enrolado em 
proteínas)
• positivo (adição de 
giros na mesma direção 
da dupla hélice, antes 
de circularizar as duas 
fitas) - arquebactérias
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TOPOISOMERASES
• Enzimas que catalisam a interconversão de 
topoisômeros de DNA
• Topoisomerase I – alivia o estresse de torção na 
molécula de DNA, rompendo uma ligação 
fosfodiéster em uma das fitas (nick); a 
extremidade quebrada gira sobre a fita não-
cortada, relaxando a tensão
• Topoisomerase II – rompe ligações fosfodiéster
nas duas fitas e depois religa as duas extremidades
DNA – ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO
Tipos de DNA:
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ESTRUTURA DO 
RNA – ÁCIDO RIBONUCLEICO
• Polímero linear de nucleotídeos (RIBONUCLEOTÍDEOS) 
ligados entre si através de ligações fosfodiéster
• Ribonucleotídeo: Fosfato (PO4-), Açucar de 5 Carbonos 
(Ribose), base nitrogenada
• Fita simples
• Pode formar estruturas secundárias, onde A pareia com U 
e G pareia com C
• Bases nitrogenadas: Purinas (Adenina e Guanina)e 
Pirimidinas (Citosina e Uracila)
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RNA – ÁCIDO RIBONUCLEICO
Ribonucleotídeo
RNA – ÁCIDO RIBONUCLEICO
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RNA – ÁCIDO RIBONUCLEICO
PRINCIPAIS TIPOS DE RNA:
• mRNA (RNA mensageiro): contém a mensagem codificada no gene 
(DNA) que será utilizada na síntese de proteínas
• tRNA (RNA transportador): transporta aminoácidos até o local da 
síntese de proteínas
• rRNA (RNA ribossomal): junto com proteínas forma o ribossomo
• snRNA (“small nuclear RNA” ou RNA pequeno nuclear): participa do 
processamento de mRNAs em eucariotos
• scRNA (RNA pequeno citoplasmático)
• SnoRNA (RNA pequeno nucleolar): envolvido no processamento de 
rRNA
• siRNA (RNA de interferência): dispara a degradação do mRNA
• ribozimas: RNAs catalíticos que degradam mRNAs