Aula_1b_-_Natureza_e_Estrutura_do_Material_Hereditario

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Daniela Cristina Ferreira 
Departamento de Biologia e Zoologia 
IB-UFMT 
NATUREZA E ESTRUTURA DO 
MATERIAL HEREDITÁRIO 
Histórico da Descoberta do DNA 
 Estrutura da molécula de DNA 
Johan Friedrich Miescher (1868) 
análise de leucócitos de pus 
isolamento de núcleos 
identificação de uma substância ácida 
contendo fósforo 
NUCLEÍNA (= ÁCIDO NUCLEICO) 
Albrecht Kossel (1890) 
análises químicas 
 
ácido nucleico 
identificação das bases nitrogenadas 
(A, T, C, G) 
DNA – Desoxiribonucleic acid 
ADN – Ácido desoxirribonucleico 
ou 
Proteínas 
? 
MATERIAL HEREDITÁRIO 
bactéria Streptococcus pneumoniae para infectar camundongo - pneumonia 
(Fred Griffith - médico) 
Experimento de Griffith (1928) - princípio da TRANSFORMAÇÃO 
linhagem S (smooth - lisa) - parede com cápsula de polissacarídeo (proteção às 
células de defesa do hospedeiro) morte do hospedeiro 
linhagem R (rough - rugosa) - sem cápsula de polisacarídeo sobrevivência 
do hospedeiro 
Experimento: bactérias da linhagem S calor morte bactérias da linhagem R 
linhagem letal 
linhagem inofensiva 
linhagem S (lisa) 
linhagem R (rugosa) 
 transmissão de material genético das 
bactérias mortas (S) para as vivas (R) 
 
 
 
 TRANSFORMAÇÃO da linhagem inofensiva 
R em linhagem letal 
 
 
 
 transmissão do gene para formação de 
cápsula de polissacarídeo 
transmissão de material genético das bactérias mortas (S) para as vivas (R) 
TRANSFORMAÇÃO da linhagem inofensiva R em linhagem letal 
transmissão do gene para formação de cápsula de polissacarídeo 
 Análise de sangue – constatando a presença da bactéria virulenta S 
 
 
Deste fato, podia-se ter duas explicações: 
 
1. As bactérias S mortas haviam ressucitado, o que seria um absurdo. 
2. As bactérias R haviam sido transformadas em bactérias S por algum tipo de 
substância liberada pelas bactérias mortas. 
 
Essa substância foi chamada de “princípio transformante” e essa transformação 
das bactérias R em S, foi chamada de transformação bacteriana. 
MATERIAL GENÉTICO – DNA ou PROTEÍNAS ? 
alta temperatura 
alteração da estrutura protéica destruição de proteínas 
manutenção do DNA 
MATERIAL GENÉTICO – outro ? 
Experimento de Oswald T. Avery, Collin M. MacLeod e Maclyn McCarty (1943) 
Oswald T. Avery Collin M. MacLeod Maclyn McCarty 
(S) 
bacteriófagos T2 (vírus que infectam bactérias) 
Alfred Hershey e Marta Chase (1952) 
Experimento de Hershey-Chase 
DNA marcado P32 proteína marcada S35 
DNA – Desoxiribonucleic acid 
ADN – Ácido desoxirribonucléico 
Estrutura do DNA ? 
MATERIAL HEREDITÁRIO 
Erwin Chargaff (bioquímico) 
(década de 1940) 
no. bases A = no. bases T 
no. bases C = no. bases G 
no. bases purinas = no. bases pirimidinas 
A/T = 1 
C/G = 1 
A+G/C+T = 1 
Rosalin Elsie Franklin 
(1952) 
King’s College (Londres) 
Química - cristalografia de raios X 
CRISTALOGRAFIA DE RAIOS X 
técnica para obter informação sobre a posição dos 
átomos em uma estrutura com um arranjo ordenado 
de moléculas 
incidência de raios X 
difração dos raios X 
padrão que pode ser fotografado 
análise do padrão produzido - gera informações 
sobre a estrutura tridimensional dos cristais da 
estrutura analisada 
DNA 
processo de cristalografia por raio-X 
padrão resultante de difração – 
estrutura tridimensional do DNA 
 James Watson 
 (1928-presente) 
James Watson e Francis Crick (1953) 
 
 
Francis Crick 
(1916-2004) 
Cambridge University (Inglaterra) 
Zoólogo 
Físico 
Cambridge University (Inglaterra) 
ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL DO DNA 
Cálculos: 
- distância entre as bases (0.34nm) 
- comprimento do período (3.4nm) 
- ângulo da hélice (36 graus) 
 
estrutura helicoidal 
10 bases por giro 
da molécula 
Prêmio Nobel em 
Fisiologia e Medicina 
(1962) 
- 1953 - 
DUPLA HÉLICE: ELEGÂNCIA E ESTABILIDADE 
uma das moléculas biológicas mais elegantes 
uma das moléculas biológicas mais estáveis 
DNA isolado do “Homem do Gelo” (5.300 anos) 
encontrado em 1991 
DNA isolado de ossos fossilizados de Neandertais 
(30.000 anos) 
FOSFATO 
NUCLEOTÍDEOS AÇÚCAR - desoxirribose 
BASE - adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C) 
BLOCOS DE CONSTRUÇÃO DO DNA 
BLOCOS DE CONSTRUÇÃO DO RNA 
maioria dos organismos material genético = DNA 
Heinz Fraenkel-Conrat e Bea Singer (1956) 
estudos com vírus do mosaico do tabaco TMV 
(infecta plantas de tabaco) 
molécula única de ácido nucleico 
circundada por um cilindro de proteínas 
FOSFATO 
NUCLEOTÍDEOS AÇÚCAR - ribose 
BASE - adenina (A), uracila (U), guanina (G) e citosina (C) 
BLOCOS DE CONSTRUÇÃO DO RNA 
FOSFATO - átomo de fósforo ligado a 4 átomos de oxigênio 
 - se liga ao carbono 5’ do açúcar 
5’ 
4’ 
3’ 2’ 
1’ 
AÇÚCAR - pentose (com 5 átomos de carbono: 1’ a 5’) 
1’ 
2’ 
3’ 
4’ 
5’ 
AÇÚCAR - desoxirribose AÇÚCAR - ribose 
5’ 5’ 
4’ 4’ 
3’ 3’ 2’ 2’ 
1’ 1’ 
HIDROXILA 
BASES (bases nitrogenadas) – se ligam ao carbono 1’ do açúcar 
5’ 
4’ 
3’ 2’ 
1’ 
PURINAS 
PIRIMIDINAS 
Adenina (A) e Guanina (G) 
Citosina (C), Timina (T) e Uracila (U) 
(1 anel de seis lados + 1 anel de cinco lados) 
(1 anel de seis lados) 
Timina: 5-metilpirimidina-2,4(1H,3H)-dion 
Adenina: 9H-purina-6-amino 
Citosina: 2-oxi-4-aminopirimidina 
Guanina: 2-amino-6-oxipurina 
5’ 
4’ 
3’ 2’ 
1’ 
açúcar (ribose ou desoxirribose) + base 
NUCLEOSÍDEO 
5’ 
4’ 
3’ 2’ 
1’ 
açúcar (ribose) + base + fosfato 
RIBONUCLEOTÍDEO 
5’ 
4’ 
3’ 2’ 
1’ 
açúcar (desoxirribose) + base + fosfato 
DESOXIRRIBONUCLEOTÍDEO 
- molécula de fita dupla 
- nucleotídeos 
- fosfato 
- bases nitrogenadas (A, T, G, C) 
- açúcar desoxirribose 
ESTRUTURA DO DNA 
fitas orientadas de 
forma antiparalela 
nucleotídeo 
BLOCOS DE CONSTRUÇÃO DO DNA FITA DUPLA DO DNA 
nucleotídeos 
FITA DUPLA DO DNA 
no. bases A = no. bases T 
no. bases G = no. bases C 
no. bases purinas = no. bases pirimidinas 
A/T = 1 
 
C/G = 1 
 
A+G/C+T = 1 
Erwin Chargaff (bioquímico) 
(década de 1940) 
COMPOSIÇÃO DE BASES DE DNA DE DIFERENTES ORGANISMOS 
E. coli 
levedura 
ouriço-do-mar 
rato 
homem 
A T G C PROPORÇÃO 
 A/T G/T A+G=T+C 
26,0 
31,3 
32,8 
28,6 
30,6 
23,9 
32,9 
32,1 
28,4 
30,3 
24,9 
18,7 
17,7 
21,4 
19,5 
25,2 
17,1 
18,4 
21,5 
19,9 
1,09 
0,95 
1,02 
1,01 
1,00 
0,99 
1,09 
0,96 
1,00 
0,98 
1,04 
1,00 
1,00 
1,00 
0,99 
LIGAÇÃO - PONTES DE HIDROGÊNIO 
LIGAÇÃO - PONTES DE HIDROGÊNIO 
Por que “pontes de hidrogênio” ? 
Por que 2 pontes entre A-T e 3 pontes entre G-C ? 
- 
- 
- 
- 
- 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
3’ 
3’ 
3’ 
LIGAÇÃO FOSFODIÉSTER 
C 
filamento polinucleotídico 
Por que “ligações fosfodiéster” ? 
R R 
grupos contendo C 
FOSFO 
ÉSTER 
DUPLA HÉLICE 
filamentos complementares com 
polaridade inversa (fitas antiparalelas) 
- ponta 5’ - grupo fosfato ligado ao C5’ 
do açúcar 
- ponta 3’ - grupo OH ligado ao C3’ do 
açúcar 
FILAMENTO POLINUCLEOTÍDICO 
A B Z 
DNA A –menos hidratado e mais compacto; hélice com giro para direita 
DNA B –mais hidratado e menos compacto; hélice com giro paradireita (mais comum) 
DNA Z -DNA metilado; hélice com giro para a esquerda 
FORMAS ENCONTRADAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS NATURAIS 
Fenda menor (12 A) 
Fenda maior (22 A) 
(1A = 10-10m) 
DNA B 
- molécula de fita simples 
- nucleotídeos 
- fosfato 
- bases nitrogenadas (A, U, G, C) 
- açúcar ribose 
ESTRUTURA DO RNA 
nucleotídeos 
 polinucleotídico 
(ligações fosfodiéster) 
fita simples 
DNA - fita dupla RNA - fita simples 
ESTRUTURA DO DNA 
NÍVEIS 
ESTRUTURA PRIMÁRIA 
ESTRUTURA SECUNDÁRIA 
ESTRUTURA TERCIÁRIA 
estrutura dos nucleotídeos 
estrutura tridimensional do DNA 
compactação do DNA nos cromossomos 
Procariontes 
(bactérias) 
Eucariontes 
(animais, plantas, fungos) 
CÉLULA ANIMAL 
Eucariontes 
(animais, plantas, fungos) 
CÉLULA VEGETAL 
 Exceto em alguns vírus, o DNA funciona como o material genético em todos os organismos 
exitentes na Terra; 
 De acordo com o modelo de Watson-Crick ,o DNA existe sob a forma de uma hélice dupla de 
orientação para a direta, 
 
 As fitas da hélice dupla são antiparalelas e se conservam unidas por pontes de hidrogênio entre 
bases nitrogenadascomplementares; 
 A estrutura do DNA proporciona os meios de armazenamento e de expressão das informações 
genéticas, 
 O RNA apresenta muitas semelhanças com o DNA , mas existe principalmente como uma molécula 
de fita simples; 
 Em alguns vírus, o RNA funciona como o material genético. 
Natureza do Material Genético: 
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