Organização genética molecular DNA

Prévia do material em texto

Profª M. Sc. Elizabete Simão Galletti 
Organização genética molecular 
Estrutura do DNA 
“Que tipo de código molecular poderia ser tão elaborado a ponto 
de transmitir a exuberante maravilha do mundo vivo? E que tipo 
de mecanismo molecular seria capaz de assegurar que o código 
fosse copiado com absoluta exatidão cada vez que um cromossomo 
se duplicava?” 
James D. Watson 
Francis Crick – 
físico inglês 
James watson – 
geneticista microbiano 
americano 
O que se 
sabia sobre 
os genes e a 
molécula 
de DNA na 
época que 
Watson e 
Crick 
resolveram 
a estrutura 
do DNA 
? 
Gregor Mendel (1866) 
Hereditariedade 
 1868 – Johann Friedrich Miescher 
descobre uma substância levemente ácida 
e rica em fósforo, nucleína, no núcleo dos 
góbulos brancos. 
 
 1887 – Determinação do núcleo como base 
física da hereditariedade. 
 Cromatina = ácidos nucléicos + proteína. 
 
 Final dos anos 1800 – Albrecht Kossel 
determinou que o DNA continha quatro 
bases nitrogenadas: adenina (A), citosina 
(C), timina (T) e guanina (G). 
 
 
 Unidades repetidas e ligadas. 
 
 Série de quatro unidades em 
sequência fixa. 
1910 – Phoebus Aaron Levene 
desenvolveu a teoria do 
tetranucleotídeo. 
Experimento de Frederick Griffith (1928) 
Streptococcus pneumoniae 
Princípio transformante? 
Experimento de Avery, MacLeod e 
McCarty (1944) 
Erwin Chargaff (1950) 
Biólogo Austríaco 
Purina Pirimidina 
-A quantidade total de nucleotídeos Pirimidina (T+C) é sempre igual à 
quantidade total de nucleotídeos Purina 
 
-A quantidade de T é sempre igual à quantidade de A, e a quantidade de C é 
sempre a mesma ue a de G. Mas a quantidade de A+T não é necessariamente 
igual à quantidade de G+C 
Difração de raio X - 1950 
Rosalind Franklin & 
Maurice Wilkins 
Fotografia tirada por Rosalind Franklin, 
evidenciando uma estutura em dupla hélice. 
Experimento de Hershey e Chase (1952) 
Martha Chase e Alfred 
Hershey 
no laboratório em 1953 
Proposta de 
Watson e 
Crick (1953) 
 Reconstrução do modelo da dupla hélice do DNA feito por Francis Crick e James Watson em 
1953, usando algumas das peças originais. (Science Museum, Inglaterra). 
Peças do quebra-cabeça: 
 
Conhecimento dos blocos estruturais básicos do DNA 
Regras de Chargaff da composição de bases 
Análise da difração de raios X do DNA 
Descrição da molécula de DNA por Watson e Crick (1953) 
• Dupla hélice 
• Nucleotídeos ligados por ligações fosfodiéster 
• As hélices são mantidas juntas por pontes de hidrogênio 
• As pontes de hidrogênio são formadas por pares de bases 
• As duas fitas de DNA que formam uma dupla hélice são antiparalelas 
• O empilhamento dos nucleotídeos na dupla hélice resulta em dois sulcos 
(sulco maior e sulco menor) 
 Dupla hélice: diâmetro de 2 nm 
 10 nucleotídeos por volta (aproximadamente) 
 Distância entre as bases: 0,34 nm 
 Superfície com 2 sulcos: maior e menor 
 Bases nitrogenadas – hidrofóbicas 
 Desoxirribose – hidrofílicos 
 ácido fosfórico – hidrofílicos e ionizados negativamente 
(permitindo associação com proteínas básicas) 
 
DNA 
Fitas antiparalelas e complementares. 
Ligações entre as bases complementares dependem do tamanho, forma 
e composição química. 
Pontes de hidrogênio e interações de empilhamento - estabilidade. 
Pontes de hidrogênio 
Ligação de fosfodiéster 
A complementariedade já sugeria 
o processo de replicação! 
RNA como material genético 
 Heinz Fraenkel-Conrat e Bea Singer – 1956 
 Vírus do mosaico do tabaco - TMV 
Experimento de Fraenkel-Conrat e Singer - 1956 
1º 
2º 3º 
Estrutura primária 
 
 
Estrutura secundária 
 
 
Estrutura terciária 
ESTRUTURA DO DNA 
Refere-se à sua estrutura de nucleotídeos e 
como os nucleotídeos se juntam. 
Refere-se à configuração tridimensional 
estável do DNA. 
Compactações complexas do DNA 
bifilamentar nos cromossomos. 
Estrutura primária 
Filamentos de nucleotídeos unidos por ligações 
fosfodiéster. 
Macromolécula – elevada massa molecular. 
Polímero – cadeia de unidades repetidas e unidas. 
 
Grupo fosfato 
Acido fosfórico 
Base nucleotídica 
Adenina 
Guanina 
Citosina 
Uracila 
Açúcar (pentose) 
Ribose 
RNA – Acido ribonucleico 
Grupo fosfato 
Acido fosfórico 
Base nucleotídica 
Adenina 
Guanina 
Citosina 
Uracila 
Açúcar (pentose) 
Ribose 
RNA – Acido ribonucleico 
Grupo fosfato 
Acido fosfórico 
Açúcar (pentose) 
Desoxirribose 
Base nucleotídica 
Adenina 
Timina 
Guanina 
Citosina 
DNA – Acido desoxirribonucleico 
Desoxi 
Bases nitrogenadas 
ribonucleotídeos 
Adenilato Guanilato Uridilato Citidilato 
desoxirribonucleotídeos 
Desoxiadenilato Desoxiguanilato Desoxicitidilato 
Desoxitimidilato 
ou 
Timidilato 
 Base Nucleosídeo Nucleotídeo 
Ácido 
nucléico 
Adenina 
Adenosina Adenilato RNA 
Desoxiadenosina Desoxiadenilato DNA 
Guanina 
Guanosina Guanilato RNA 
Desoxiguanosina Desoxiguanilato DNA 
Citosina 
Citidina Citidilato RNA 
Desoxicitidina Desoxicitidilato DNA 
Timina Timidina ou desoxitimidina Timidilato ou desoxitimidilato DNA 
Uracila Uridina Uridilato RNA 
 
Bases raras encontradas no DNA 
5-metilcitosina N6-metiladenina 
N2-metilguanina 5-hidroximetilcitosina 
Bases raras encontradas no RNA 
4-tiouracila 
Pseudouracila 
7-metilguanina 
Hipoxantina 
 
Estrutura Secundária 
Relacionada a configuração 
tridimensional. 
 
Variações: depende da 
sequência de bases e das 
condições em que a molécula 
se encontra. 
Estrutura alternativa da dupla hélice 
 
 O DNA pode existir em muitas formações diferentes. As formações mais 
comuns são: DNA-A, DNA-B, DNA-C, DNA-D, DNA-E, DNA-H, DNA-L, 
DNA-P, e DNA-Z. 
 Porém, só as formações de DNA A, B e Z foram encontradas em sistemas 
biológicos naturais. A formação que o DNA adota depende de vários fatores 
da própria sequência de DNA: a intensidade e direção do superenrolamento, 
modificações químicas das bases e a solução na qual o DNA está presente. 
 
 
 
 
 
 
 
 Da direita para a esquerda, a estrutura do DNA- A, B e Z. 
Das três formações referidas, a forma 
“B” é a mais comum nas condições 
encontradas nas células. 
A forma “A” corresponde à espiral dextra mais 
larga, com um sulco menor largo e superficial e 
um sulco maior estreito e profundo. A forma “A” 
ocorre sob condições não fisiológicas em 
amostras de DNA desidratadas, enquanto na 
célula pode ser produzida por pareamento 
híbrido de DNA e RNA ou pelo complexo 
enzima-DNA. 
 
DNA-A 
DNA-B 
Em segmentos de DNA onde as 
bases foram quimicamente 
modificadas por metilação, o DNA 
pode sofrer uma grande 
modificação na sua formação e 
adotar a forma DNA-Z. A cadeia 
gira sobre o eixo da dupla hélice 
para a esquerda, o oposto da 
forma mais comum – DNA-B. 
Esta estrutura é rara e pode ser 
reconhecida por proteínas 
especificas de ligação com o 
DNA-Z. Pode estar envolvida na 
regulação da transcrição. 
DNA-Z 
 
Estrutura terciária 
 
Dobramento de maior ordem que permite que o 
DNA seja compactado dentro das células. 
 
Superelicoidização. 
 
Nucleossomo como unidade 
fundamental da cromatina 
DNA 
UMA MOLÉCULA ESTÁVEL 
O homem de gelo: 
 Ilustração da estabilidade e permanência 
incríveis da molécula de DNA. 
 19 de setembro de 1991- Alpes do Tirol(entre Áustria e Itália) 
 
Estruturas secundárias especiais 
Grampo 
Fitas 
simples 
Saliência 
Alça 
interna 
Grampo 
Comum na estruturação dos RNAs 
Metilação do DNA – alteração na estrutura primária 
 Grupamentos metila (-CH3) adicionados nas bases dos 
nucleotídeos. 
 
 DNA bacteriano: 
 Metilado para distinguir o DNA exógeno não-metilado. 
 Principalmente adenina e citosina. 
 
 Células eucarióticas: 
 Mais frequente em citosinas. 
 Relacionado com o controle da expressão dos genes. 
Metilação do DNA – alteração na estrutura primária 
 
 Células eucarióticas - citosias metiladas: 
 
 Animais – 5% 
 Algumas plantas – 50% 
 Leveduras – nenhuma metilação 
 Drosophila – 1:1500 
 
Dobras no DNA 
 Dupla hélice dobrada pela ligação de proteínas a sequências 
específicas do DNA. 
 
 
Curvatura do DNA causada pela 
ligação da proteína TATA box ao 
sulco menor da molécula, em 
sequências ricas em A e T.