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Aula 08 Estrutura molecular do DNA e cromossomos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE 
GENÉTICA BÁSICA 
 
Estrutura Molecular do DNA e 
Cromossomos 
Mestranda: Gerlane Barros 
Orientador: Marcus Batista 
Funções do Material Genético 
 O material genético deve apresentar: 
 
•Função genotípica -Replicação; 
 
•Função fenotípica - Controlar o crescimento e o 
desenvolvimento do organismo (expressão gênica); 
 
•Função evolutiva - Permitir que o organismo se adapte às 
mudanças ambientais. 
 
Ácidos nucleicos: DNA e RNA 
 
Função: armazenamento e transmissão da informação genética 
DNA – ácido desoxirribonucléico: armazenador 
da informação genética na maioria dos seres vivos 
 
 
 
 
 
RNA – ácido ribonucléico: armazenador da 
informação genética em alguns vírus 
Ex.: Vírus do mosaico do tabaco – fita simples 
Saccharomyces cerevisiae virus m1- fita dupla 
Estrutura 
Componentes químicos dos ácidos nucleicos: 
Fosfato; 
Açúcar desoxirribose (DNA) e ribose 
(RNA); 
Composto aromático heterocíclico 
RNA 
Grupo Fosfato 
 
 Consiste em um átomo de 
fósforo ligado a quatro átomos 
de oxigênio; 
 
 Carga negativa – acidez do 
DNA; 
 
 Sempre se liga ao carbono 5’ 
do açúcar; 
 
Açúcar 
 Pentose –5 átomos de carbono, 
sendo 4 ligados formando um anel 
com um átomo de oxigênio; 
 
 Ligados aos carbonos–átomos de 
hidrogênio ou grupos 
hidroxilas(OH); 
 
 Oxigênio a mais do RNA – molécula 
mais reativa e menos estável 
quimicamente que DNA. 
 
Base nitrogenada 
 Dois compostos aromáticos heterocíclicos contendo nitrogênio 
(pirimidina e purina), constitui uma unidade estrutural chave dos 
ácidos nucleicos 
 
 Purinas – dois anéis (6 e 
5 lados) 
 
 Pirimidinas – único anel 
(6 lados); 
 
Bases nitrogenadas: estrutura dos anéis 
 
grupo metila 
Bases nitrogenadas: estrutura dos anéis 
 As purinas e pirimidinas são ligadas ao carbono anomérico de 
um carboidrato (açúcar) através de uma ligação β-glicosídica 
levando a formação dos nucleosídeos 
 
 As purinas estão ligadas pelo N-9 e as pirimidinas pelo N-1 
 O nucleotídeo é um nucleosídeo com o grupo 5’-OH ou 
3’-OH ligado ao ácido fosfórico por meio de uma 
ligação fosfodiéster 
 
 Os nucleotídeos de DNA onde o açúcar é 2’-
desoxirribose são chamados de desoxirribonucleotídeos, 
RNA onde o açúcar é a ribose são chamados de 
ribonucleotídeos 
 
Estrutura da cadeia de polinucleotídeos 
 São biopolímeros 
(polinucleotídeos) – 
constituídos de subunidades 
de nucleotídeos unidas por 
ligações fosfodiéster 
 
 Polinucleotídeo – contém 
muitas subunidades 
Estrutura da cadeia de polinucleotídeos 
 É importante na polaridade e 
direção da molécula 
 
 Em uma extremidade do 
filamento um grupo fosfato está 
ligado ao átomo de carbono 5 
do açúcar-terminal 5’ 
 
 A outra extremidade do 
filamento –3’tem um grupo OH 
ligado ao carbono 3’ do açúcar; 
 
Estrutura do DNA 
 James Watson (geneticista microbiano americano) e Francis 
Crick (físico inglês) descobriram a estrutura do DNA em 
1953 
 
 Eles propuseram uma definição de gene em termos 
químicos e, fazendo isso, abriram o caminho para a 
compreensão da ação gênica e da hereditariedade a nível 
molecular 
 
Estrutura do DNA 
 A hist6ria começa na primeira metade do século XX, 
quando o resultado de experimentos levou os cientistas a 
concluírem que o DNA é o material genético, e não outra 
molécula biol6gica tal como um carboidrato, proteína ou 
lipídeo 
Antes de vermos como Watson e Crick resolveram a 
estrutura do DNA, vamos revisar o que se sabia sobre os 
genes e DNA na época: 
 
1. Genes - os "fatores" hereditários descritos por Mendel. 
Sua natureza física não era compreendida 
 
2. A hip6tese um gene - uma proteína, postula que os 
genes controlam a estrutura das proteínas 
 
3. Os genes são conhecidos como levados nos cromossomos 
 
4. Os cromossomos consistem em DNA e proteínas 
 Os resultados de uma serie de experimentos iniciada nos 
anos de 1920 revelaram que o DNA era o material 
genético 
 
 Esses experimentos mostraram que as células bacterianas 
que expressam um fenótipo podem ser transformadas em 
células que expressam um fen6tipo diferente, e que o 
agente transformante é o DNA 
Descoberta da transformação 
 
Frederick Griffith fez uma curiosa observação estudando a 
bactéria Streptococcus pneumoniae, em 1928 
 
 A bactéria é letal em camundongos 
 
 Entretanto, algumas linhagens dessa espécie evoluíram 
para serem menos virulentas 
Descoberta da transformação 
 Griffith usou duas linhagens cultivadas em culturas de 
laborat6rios 
 
 
 
 
Linhagens distinguíveis 
Lisa, S (células 
encapsuladas em 
polissacarídeo) 
Rugosa, R (cápsula 
de polissacarídeo 
ausente) 
Descoberta da transformação 
 Transformação, um dos modos pelo qual as bactérias 
podem trocar seus genes 
 
 O DNA captado integra-se ao cromossomo receptor. 
Se esse DNA é de um gen6tipo diferente do da receptora, o 
gen6tipo da receptora pode tornar-se permanentemente 
alterado 
Qual componente químico das células doadoras mortas 
tinha causado essa transformação? 
 
 
 Em1944, Oswald T. Avery, Colin M. MacLeod e Maclyn 
McCarty demonstraram que o "principio transformante" 
era o DNA 
Essa substância podia ser candidata ao material genético, pois 
tinha mudado o genótipo 
Qual componente químico das células doadoras 
mortas tinha causado essa transformação 
 Seu enfoque ao problema foi destruir quimicamente todas 
as principais categorias de substancias químicas no extrato 
das células mortas 
Destruiu primeiro os 
polissacarídeos, proteínas, gorduras 
e RNA 
A mistura perdia sua habilidade 
transformante apenas quando tratada 
com desoxirribonuclease (Dnase) 
Experimento de Hershey-Chase, 1952 
 
 
 
 Constituição: proteínas, com o DNA 
contido dentro da bainha de proteínas 
de sua "cabeça“ 
 DNA e proteínas marcados com 
radioisótopos 
 
 
 Injetaram o fago T2 na célula 
hospedeira (E. coli) 
radiois6topo do f6sforo (32P) ao DNA e 
o do enxofre (35S) as proteínas 
DNA é mesmo o material genético? 
 
 Experimento utilizando o Bacteriófago T2 
fago 
vazio 
 O DNA é o material hereditário. As proteínas do fago 
eram meras embalagens estruturais que são descartadas 
ap6s a entrada do DNA viral na célula bacteriana 
A estrutura do DNA antes de Watson e Crick 
 "construção de modelo" 
 Montagem do quebra-cabeças tridimensional (o modelo 
da dupla hélice) 
Peça 1: Os blocos estruturais do DNA 
 componentes químicos: (1) fosfato, (2) um açúcar 
chamado desoxirribose e (3) quatro bases nitrogenadas 
 
 Os componentes químicos do DNA são dispostos em 
grupos chamados nucleotídeos 
Peça 2: Regra de Chargaff da 
composição de bases 
 Estudando uma grande seleção de DNA de organismos 
diferentes estabeleceu: 
 
•A quantidade total de nucleotídeos pirimidínicos (C + T) é 
igual a quantidade total de nucleotídeos purínicos (A + G) 
 
A quantidade de A + T não e necessariamente igual a 
quantidade de G + C, 
 
Regra de chargaff 
Conteúdo de G=C 
Conteúdo de A=T 
 
 
Peça 3: Analise de difração de raios X do 
DNA 
 Rosalind Franklin – difração de raios X na 
estrutura do DNA 
 
 Observou que: 
 os raios X são disparados nas fibras deDNA, e a dispersão dos raios nas fibras é 
observada captando os raios em um filme 
fotográfico, no qual os raios X produzem 
pontos. 
Peça 3: Analise de difração de raios X do 
DNA 
 O angulo de dispersão representado por cada ponto no 
filme da informações sobre a posição de um átomo ou 
alguns grupos de átomos na molécula de DNA 
Peça 3: Analise de difração de raios X do 
DNA 
 Os dados sugerem que o DNA é: 
 longo e fino; 
 possui duas partes similares paralelas umas as outras; 
 molécula é helicoidal (em espiral) 
 
 Peça principal do quebra-cabeças que permitiu Watson 
e Crick deduzir a estrutura tridimensional que podia 
explicar os padrões de pontos nos raios X 
Estrutura do DNA: A dupla Hélice 
A composição geral do DNA era 
conhecida, mas como suas partes se 
reuniam não era conhecido 
 
 
Em 1953, Watson e Crick publicaram na Nature um trabalho 
especificando a estrutura da dupla hélice 
 
Estrutura do DNA: A dupla Hélice 
 
Principais requesitos da molécula 
hereditária: 
Habilidade de estocar informação; 
Habilidade de replicar fielmente; 
Habilidade de mutar 
Estrutura do DNA: A dupla Hélice 
 Composta por 2 filamentos de nucleotídeos mantidos 
por pontes de hidrogênio entre bases de cada 
filamento 
Estrutura como uma escada em espiral 
 
Estruturas dos DNA 
 O DNA adquire essa forma de dupla hélice por causa 
das ligações de hidrogênio entre as bases dos 
nucleosídeos 
 
Estrutura do DNA 
Pontes de hidrogênio entre bases complementares 
Filamentos com polaridade 
inversa 
G-C = mais estável 
Qual o DNA mais 
estável, aquele rico 
em G+C ou aquele 
rico em A+T? 
 O arcabouço de cada filamento é formado de unidades 
alternadas de fosfato e desoxirribose que são 
conectadas por ligações fosfodiéster 
 A ligação açúcar-fosfato e dita como tendo uma 
polaridade 5' para 3' 
conformação de dupla hélice se 
dá principalmente pela interação 
de pares de bases que se 
empilham-se uns sobre os outros 
no centro da hélice 
 
A forma mais estável é uma 
dupla hélice com dois 
tamanhos distintos de sulcos: o 
sulco maior e o sulco menor 
 A maioria das 
associações DNA-
proteína são nos sulcos 
maiores 
 
 DNA é uma hélice com 
giro para a direita 
 Cada fita de DNA pode atuar como um molde para a 
síntese de sua fita complementar e, consequentemente, a 
informação hereditária está codificada na sequência de 
bases em qualquer fita 
Estrutura do DNA 
DNA é uma dupla hélice de duas cadeias de nucleotídeos mantidas 
juntas pelo pareamento complementar das bases 
Estruturas dos DNA 
 O DNA pode existir em três formas helicoidais diferentes: 
 
 
 
 
 
 
 
A hélice B é a forma predominante em solução aquosa (modelo de whotson e 
Crick sob condições fisiológicas; 
 A hélice A é a forma predominante em solução não aquosa.; 
A hélice Z se forma quando tem um número grande de pares de bases G – C 
 
As hélices A e B giram no 
sentido horário 
Hélice Z, sentido anti-
horário 
Estruturas dos DNA 
 Forma B (DNA-B) 
 
 A hélice B é a forma predominante em solução aquosa; 
 
 -Forma mais estável (padrão) 
 
 -Predominante no DNA cromossômico 
 
 -10,5 bases por volta 
 
 Forma A (DNA-A) 
 A hélice A é a forma predominante 
em solução não aquosa.; 
 
 -Variante da forma B pela redução 
da umidade relativa em 75% -11 
pares de bases por volta 
 
 -Predominante em híbridos DNA-RNA 
ou RNA-RNA (dupla fita) 
 
 Forma Z (DNA-Z) 
 
 A hélice Z se forma quando tem um 
número grande de pares de bases G – 
C seguidos 
 
 -Rotação para a esquerda -12 pares de 
base por volta -Devido à sequencias 
repetidas C e 
 
 -Suspeita-se que é importante para a 
regulação da expressão gênica e 
recombinação 
Super-hélices 
Só ocorrem em moléculas 
de DNA com pontas fixas 
 
DNA circular 
 
Presente na maioria dos 
cromossomos procarióticos 
Super-hélices 
As super-hélices podem ser: 
 Positivas (giro para a direita) – 
super-helicoidização positiva 
 
 Negativa (giro para a esquerda) 
– super-helicoidização negativa 
 
 Envolvida em: replicação, 
recombinação, expressão gênica 
 
 
Cromossomos em procariontes e vírus 
 Conjunto único de genes é estocado 
em um só cromossomo que contém 
DNA ou RNA 
 
 A molécula de DNA em E. coli é 
relativamente grande (1.500µm) 
quando comparado aos ~2µm da 
bactéria 
 
 Genoma compactado devido a um 
complexo com proteínas não histonas 
 
 DNA contido no nucleoide 
 As moléculas de DNA são 
organizadas em domínios super-
helicoizado negativamente 
Alças torcidas do DNA – rompimento 
da bactéria 
Cromossomos eucariotos 
 Moléculas longas; 
 Grande quantidade de DNA; 
 DNA compactação em vários cromossomos; 
 
 Interfase: estado alongado e relativamente 
descondensado; 
 Metáfase: alto grau de condensação 
 Ciclo celular – mudanças no nível de 
compactação; 
 
 Compactação – muda durante a replicação e 
transcrição; 
Estrutura da cromatina 
Cromatina – DNA associado a proteínas; 
 
 Eucromatina – sofre o processo normal de 
condensação e descondensação no ciclo 
celular; 
 
 Constitui a maioria do material cromossômico; 
 
 Heterocromatina–permanece em estado de 
alta condensação durante o ciclo celular 
 Regiões centroméricas e teloméricas 
 Maior parte desprovida de transcrição 
 
Histonas 
 Proteínas de carga positiva; 
 
 Tipos: H1, H2a, H2b, H3 e H4 
 
 Composição: 20 a 30% de arginina e 
lisina, dois aminoácidos com carga 
positiva – atração com as cargas 
negativas do grupo fosfato 
Nucleossomo 
 É uma partícula cerne de DNA, 
apresentando-se enrolado por duas 
voltas ao redor do octâmero de histonas 
 
 Forma de compactação da cromatina 
 
 Cerne do nucleossomo – DNA com 146 
pb e duas moléculas de cada histona, 
formando um octâmero (H2a, H2b, H3 e 
H4) com super-helicoidização negativa 
 
 Histona H1 – realiza a estabilização da 
molécula 
A unidade estrutural básica do 
cromossomo metafísico é a fibra 
de 30 nm 
 
Nucleossomos se dobram entre si 
formando alças 
Compactação da cromatina

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