Aula_replicação - UFMA

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Estrutura e função dos 
ácidos nucléicos 
Profa. Msc. Vanessa Moreira 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
-São constituídas por um grande número de 
NUCLEOTÍDEOS, que são unidades formadas por 
três tipos de substâncias químicas: 
 
 
 -Uma base nitrogenada: composto cíclico que 
contém nitrogênio. 
 -Uma pentose: açúcar que contém cinco carbonos. 
 - Um grupo fosfato 
 
 
- Podem ser de dois tipos: DNA e RNA. 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
OBS.: A molécula sem o grupo fosfato é chamada nucleosídeo. 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
• Pentose 
 
- Áçucar contendo 5 átomos de carbonos. 
 
- DNA: desoxirribose 
 
-RNA: ribose 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
• Bases nitrogenadas 
 
-Compostas por uma cadeia fechada de carbonos que 
contêm nitrogênio. 
 
-Podem ser de cinco tipos: adenina, citosina, timina, 
guanina e uracila. 
 
-São classificadas em: púricas e pirimidinas. 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
• Bases nitrogenadas 
 
-Púrica ou purina: possui um duplo anel de átomos de 
carbono e nitrogênio. 
 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
• Bases nitrogenadas 
 
-Pirimidina ou pirimídica: possui apenas um anel de 
átomos de carbono e nitrogênio. 
 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
• Bases nitrogenadas 
 
- Estão unidas por pontes de hidrogênio. 
 
-Pareamento das bases nitrogenadas sempre obedecem 
o mesmo padrão. 
 
 
 
 
A - T 
C - G 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
• Bases nitrogenadas e a relação de 
Chargaff 
 
-Erwin Chargaff (1950) observou que: 
 
 
 1. A quantidade total de (T+C) é sempre igual a 
quantidade de (G+C). 
 
 
 2. Em qualquer DNA celular, a quantidade de 
resíduos A=T e G=C. 
 
 
 
 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
Organismo e 
tecido 
T:A C:G 
Espermatozóide 1,00:0,92 1,00:0,92 
Tecido hepático 1,00:1,00 1,00:1,20 
Levedura 1,00:1,00 1,00:1,14 
Baço de boi 1,00:1,06 1,00:1,28 
Erwin Chargaff 
“ É portanto digno de nota, mas ainda não 
podemos dizer se isso é apenas acidental, 
que em todos os ácidos nucléicos 
examinados até agora as proporções de 
adenina e timina e de guanina e citosina não 
estavam muito afastadas de 1” 
DNA RNA 
Adenina 
Guanina 
Citosina 
Timina Uracila 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
• DNA 
 
- Molécula constituída de duas cadeias de nucleotídeos 
que se enrolam originando uma dupla hélice. 
 
- Na dupla hélice as duas fitas de DNA são 
complementares (A = T e G = C) e apresentam 
polaridades opostas: antiparalelas. 
 polaridade 5’ 3’ em uma fita e 3’ 5’ na outra. 
 
 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
A dupla hélice apresenta dois tipos 
de sulcos aos quais se ligam as 
proteínas da cromatina. 
Sulco menor 
Sulco maior 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
• RNA 
 
- Molécula constituída por um única cadeia de 
nucleotídeos. 
 
- Estão presentes as bases nitrogenadas A, C, G e U. 
 
-Podem ser de três tipos principais: RNAm, RNAt, 
RNAr. 
 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
• RNA 
 
-RNAm: carrega uma mensagem específica do DNA 
até o citoplasma. 
 
 Ex: computador (DNA) pen drive (RNAm). 
 
-RNAr: liga-se a proteínas para compor os ribossomos 
(síntese protéica). 
 
 
-RNAt: transporta os aminoácidos no citoplasma que 
se juntarão para formar uma nova cadeia de 
polipeptídeos. 
 
 RNA 
CÓDIGO GENÉTICO 
-Foi decifrado completamente em 1966. 
 
 
-Corresponde a relação entre a seqüência de bases no 
DNA e a seqüência de aminoácidos na proteína. 
 
 
- Características: 
 
 
 1. Todos os aminoácidos são codificados por uma 
combinação de três bases do DNA: códon. 
 
 
 2. Um mesmo aminoácido pode ser definido por 
mais de um códon e por isso, é dito degenerado. 
 
 
CÓDIGO GENÉTICO 
- Características: 
 
 3. Cada códon corresponde a somente um 
aminoácido. 
 
 4. O código genético é o mesmo nos mais diversos 
organismos. 
 
 5. Pareamento códon (RNAm) : anticódon(RNAt). 
 
 6. Há um códon iniciador: AUG –metionina e três 
códons de parada: UAA, UAG e UGA. 
 
 
CÓDIGO GENÉTICO 
Como descobriram que o DNA era o 
material genético da célula? 
Experimento de Hershey e Chase 
- Em 1952: identificação do DNA como material 
hereditário. 
 
- A experiência foi realizada com bactérias e 
bacteriófago T2. 
Situação A - DNA dos fagos marcado com 
o isótopo radioativo (32P). 
 
Situação B - Os capsídeos dos fagos foram 
marcados com o isótopo radioativo (35S)- cisteína 
e metionina. 
 
Experimento de Hershey e Chase 
Experimento de Hershey e Chase 
Experimento de Hershey e Chase 
Experimento de c e Chase 
http://www.educacaopublica.rj.gov.br/oficinas/biologia/experimentos1/o_ex
perimento_de_hershey_e_chase.php 
 
 
-Estudos bioquímicos (Regras de Chargaff) e técnicas 
físicas: análise por difração de raios X. 
 
 Maurice Wilkins e Rosalind Franklin 
 
 DNA tinha uma estrutura helicoidal 
 
- 
Descoberta da estrutura do DNA 
- 1953: Descrição da estrutura física do DNA. 
 
- -DNA: 2 formas diferentes: A e B. 
 
 - Tipo A: fibras de DNA 
desidratadas. 
 - Tipo B: fibras molhadas de DNA. 
 
 padrão compatível com 
uma hélice. 
 
 - A água poderia ser atraída pelo grupo 
fosfato presente no DNA. 
 
 
Descoberta da estrutura do DNA 
- 1953: Descrição da estrutura física do DNA. 
 
- 
-Sugeriu que os fosfatos localizavam-se 
no exterior da hélice e as bases 
nitrogenadas estavam voltadas para o 
interior. 
 
 
 
Descoberta da estrutura do DNA 
Descoberta da estrutura do DNA 
Molécula de DNA 
- 1953: Watson e Crick 
 
- propuseram o modelo da molécula de 
DNA. 
Molécula de DNA 
- 1953: Watson e Crick 
 
- 
A molécula de DNA é constituída 
por duas cadeias polinucleotídicas 
dispostas em hélice ao redor de um 
eixo imaginário, girando para a 
direita. 
Molécula de DNA 
- 1953: Watson e Crick 
 
- 
Dogma central da Biologia 
Replicação do DNA 
Replicação do DNA 
• Processo que precede a divisão celular e através do 
qual são geradas cópias idênticas das moléculas de 
DNA presentes na célula- mãe, a seguir herdadas 
pelas duas células filhas. 
TIPOS DE REPLICAÇÃO 
TIPOS DE REPLICAÇÃO 
EXPERIMENTO DE MESELSON-STAHL 
ubsequentes. 
Se as duas cadeias 
polinucleotídicas de uma 
molécula de DNA fossem 
marcadas, seria possível fazer 
uma previsão sobre o destino 
dessas cadeias no decorrer das 
gerações celulares subsequentes. 
EXPERIMENTO DE MESELSON-STAHL 
ubsequentes. 
Segundo a previsão: 
 
a) após uma replicação, ambas as moléculas filhas 
estariam marcadas e cada uma delas conteria metade 
da marcação da molécula mãe original. 
 
b) após duas replicações, metade das moléculas estaria 
marcada e, a outra metade não. 
EXPERIMENTO DE MESELSON-STAHL 
1ª primeira experiência: 
 
 Cultivaram Escherichia coli em meios de cultura 
diferentes:Verificaram que as bactérias cultivadas em 15N incorporam 
esse nitrogênio nos seus nucleotídeos formando um DNA 
com maior densidade, que se deposita mais próximo do 
fundo do tubo. 
EXPERIMENTO DE MESELSON-STAHL 
ubsequentes. 
2ª primeira experiência: 
 
 Cultivaram Escherichia coli em meio de cultura com 
15N. 
 
 Após várias gerações de bactérias terem se 
desenvolvido no meio com nitrogênio pesado, foram 
transferidas para um meio de cultura com nitrogênio 
normal (14N). 
 as bactérias com nitrogênio pesado 
utilizaram o nitrogênio normal para produzirem novas 
cadeias de DNA. 
 
EXPERIMENTO DE MESELSON-STAHL 
G1: 20 mim G2: 40 mim 
 14N: vermelho/ leve 
 15N: azul/pesado 
 100%: 15N 100%: 15N/14N 
50%: 14N 
50% : 15N/14N 
EXPERIMENTO DE MESELSON-STAHL 
EXPERIMENTO DE MESELSON-STAHL 
Os resultados da experiência de 
Meselson e Stahl apoiaram o 
modelo de replicação 
semiconservativa, que se processa 
segundo a regra da 
complementaridade das bases. 
Regras da Replicação 
 
 
1. A replicação é um processo semi-conservativo . 
 
Regras da Replicação 
 
 
2. A replicação tem início em uma origem e depois 
procede bidirecionalmente. 
Regras da Replicação 
 
 
3. A síntese de DNA é feita na direção 5´ 3´ e é 
semidescontínua. 
Enzimas envolvidas na Replicação 
1. Nucleases 
2. DNA polimerases 
3. Helicases 
4. Topoisomerases 
5. SSB 
6. Primases 
7. DNA ligase 
 
Enzimas envolvidas na Replicação 
1. Nucleases 
 
 - São enzimas que tem a capacidade de clivar 
ácidos nucléicos, sendo, portanto, responsáveis 
pela degradação do DNA. 
 
 - Duas classes: exonucleases e endonucleases. 
Degradam ácidos nucléicos 
a partir da extremidade da 
molécula. 
Degradam a partir de 
qualquer local da molécula 
de DNA. 
Enzimas envolvidas na Replicação 
2. DNA polimerases 
 
 - São as principais enzimas envolvidas na 
replicação, uma vez que adicionam 
nucleotídeos e participam do sistema de 
reparo. 
 
 - Não são capazes de iniciar síntese sozinhas. 
Precisam de 3’ OH livre fornecido pelo 
iniciador (primer). 
 
Enzimas envolvidas na Replicação 
2. DNA polimerases 
 
 - Acrescentam nucleotídeos à fita recém 
sintetizada obedecendo o pareamento de bases 
com a fita molde. 
 
 
DNA Polimerase em E. coli (procariotos) 
 Tipo Função 
DNA Polimerase I Catalisa o crescimento da cadeia no sentido 
5´3´ 
Atividade de exonuclease 3´5´ e 5´3´ 
Preenche pedaços pequenos de DNA durante 
a replicação e processo de reparo 
DNA Polimerase II Polimerase alternativa de reparo, mas também 
pode replicar DNA quando o filamento molde 
é danificado 
DNA Polimerase III Catalisa o crescimento da cadeia no sentido 
5´3´. É a polimerase primária durante a 
replicação normal do DNA 
DNA polimerase em eucariotos 
DNA Polimerase em eucariotos Função 
DNA Polimerase α (alpha) Replicação do cromossomo nuclear 
(fita lagging) 
DNA Polimerase β (beta) Reparo de DNA no preenchimento de 
espaços do cromossomo nuclear. 
Análoga a Polimerase I 
DNA Polimerase γ (gama) Replicação de DNA mitocondrial 
DNA Polimerase δ (sigma) Replicação do filamento leader a da 
lagging do cromossomo nuclear 
DNA Polimerase ε (epsilon) Reparo do DNA do cromossomo 
nuclear 
DNA Polimerase ζ (zeta) Aparentemente reparo de DNA 
Enzimas envolvidas na Replicação 
3. Helicases 
 
 - Fazem a separação das duas fitas parentais 
para que a replicação possa ter início. 
 
4. Topoisomerase 
 
 -Aliviam a tensão após a separação pela 
helicase. 
Enzimas envolvidas na Replicação 
5. SSb (single strand binding) 
 - São também chamadas de proteínas de 
ligação do DNA de fita simples e mantém as 
duas fitas separadas estabilizadas. 
 
6. Primase 
 
 - Sintetizam a pequena porção de RNA que 
servirá como primer para início da replicação. 
Enzimas envolvidas na Replicação 
Enzimas envolvidas na Replicação 
5. DNA ligase. 
 
 - Responsável por unir os fragmentos de 
Okasaki gerados na fita descontínua. 
Enzimas envolvidas na Replicação 
Etapas da Replicação 
 
 1- Origem de Replicação 
 
2- Extensão 
 
3- Finalização 
 
Origens de replicação 
 Locais com um contexto de sequência específico. 
 
 Ligam proteínas específicas. 
 
 Quando acionadas, essas proteínas permitem o início 
da replicação. 
Replicon: 
1. Ativados apenas uma única vez em cada ciclo 
celular. 
2. O genoma de uma célula procariótica contêm 
um único replicon. 
3. Cada cromossomo eucariótico possui vários 
replicons e todos são ativados uma única vez no 
ciclo celular . 
Origem de Replicação Procariotos 
Há uma única origem por cromossomo e controla a 
replicação de todo o cromossomo. 
 
Origem de Replicação Procariotos 
Origem de Replicação em Eucariotos 
Os cromossomos lineares grandes 
possuem muitas origens. 
Requerimentos para a extensão do DNA 
1. dNTPs 
2. Iniciador (extremidade 3´OH livre) 
3. Molde (pareamento Watson-Crick) 
4. Mg2+ 
EXTENSÃO 
 
- Envolve duas operações distintas, mas relacionadas: 
1. Síntese da fita contínua (leading): sentido 5’  3’. 
2. Síntese da fita descontínua (lagging): sentido 
3’  5’. 
 cresce pela síntese de fragmentos 
curtos. 
 fragmentos de Okasaki 
- Proteínas de iniciação identificam a origem da replicação e 
participam da ligação da DNA helicase ao DNA. 
 
- A proteína de iniciação acoplada à DNA helicase abre o 
DNA na junção “Y”. As pontes de H se rompem e a 
molécula se abre como um zíper e se desespiraliza e a ela 
unem-se a primase. 
 
- As fitas se mantêm separadas durante a replicação graças à 
ação de uma proteína a Single-strand binding proteins – SSB. 
A replicação da fita contínua 
A replicação da fita contínua 
A replicação da fita contínua 
- A primase (que é uma RNA-polimerase) constrói o 
primer de RNA em uma região não coberta pelas SSB. 
 
- A topoisomerase alivia a tensão da espiralização 
provocada pela abertura do DNA . 
 
- A DNA polimerase (III) sintetiza as novas cadeias. Elas 
capturam os nucleotídeos prontos com um trifosfato, os 
levam ao molde, retiram dois fosfatos e os ligam ao C 3’ 
do nucleotídeo anterior. 
A replicação da fita descontínua 
- Os Fragmentos de Okazaki (complementam o filamento 
lagging). 
 
-É formado um primer de RNA pela enzima Primase. 
 
- Os primers são continuados pela DNA polimerase III 
até o primer do próximo fragmento de Okasaki. 
 
-DNA polimerase I retira o primer de RNA e completa o 
pedaço com nucleotídeos corretos. 
 
- Os fragmentos são ligados pelas DNA ligases. 
 
EXTENSÃO 
 
 
EXTENSÃO 
 
 
EXTENSÃO 
 
A síntese de cada fragmento de Okazaki termina quando a 
polimerase do DNA atinge o primer de RNA ligado à 
extremidade 5´ do fragmento sintetizado anteriormente. 
 
EXTENSÃO 
 
TERMINAÇÃO 
-Procariotos: DNA circular, quando as duas forquilhas de 
replicação se encontram ela termina. 
 
-Eucariotos: síntese das partes terminais dos 
cromossomos, chamadas telômeros. 
 Várias cópias de uma seqüência consenso, as quais são 
adicionadas por uma enzima específica (telomerase) na fitatardia, quando a replicação estiver próxima ao final. Na fita 
líder, a terminação ocorre naturalmente quando ao final do 
molde parental.