Estrutura Química do DNA

Prévia do material em texto

1 
ESTRUTURA QUÍMICA DO DNA 
Prof. Dr. Fernando Pacheco Rodrigues 
Departamento de Genética e Morfologia – IB/UnB 
A DESCOBERTA DO DNA 
• Johannes Friedrich Miecher (1844 – 1895) – Bioquímico Suíço 
1869 → Descoberta de um composto de 
natureza ácida, rico em fósforo e nitrogênio, no 
núcleo de células obtidas de pus. 
Nucleína 
A DESCOBERTA DO DNA 
• Albrecht Kossel (1883 – 1927) – Médico alemão 
1880 → Demonstrou que a nucleína continha 
bases nitrogenadas em sua estrutura. 
 
Ganhador do Prêmio Nobel de Fisiologia ou 
Medicina em 1910, por descobrir as bases 
adenina e timina. 
• Richard Altmann (1852 – 1900) – Patologista e histologista alemão 
1889 → Obteve a nucleína com alto grau de 
pureza, comprovando sua natureza ácida e 
dando-lhe então o nome de ÁCIDO NUCLÉICO. 
• A partir desse ponto, novas descobertas mostraram que o Ácido Nucléico: 
 
 
 - Ao ser degradado liberava 4 tipos de bases nitrogenadas 
Adenina 
 
Guanina 
 
Citosina 
 
Timina 
 - Outros produtos da degradação: 
Um glicídeo (Pentose - Desoxirribose) 
 
Um derivado do ácido fosfórico (Fosfato) 
A DESCOBERTA DO DNA 
• 1890 
 
Caracterização de um outro tipo de ácido nucléico, em leveduras, contendo 
uracila ao invés de timina e ribose ao invés de desoxirribose. 
Temos a partir de então a caracterização de dois tipos de ácidos nucléicos: 
 
Ácido Ribonucléico (RNA) 
 
Ácido Desoxirribonucléico (DNA) 
A DESCOBERTA DO DNA 
• 1912 → Phoebus Levine (1869 – 1940) – Bioquímico russo/americano 
 → Walter Jacobs (1883 – 1967) – Químico americano 
 
 
 
 Concluem que o componente básico dos ácidos nucléicos era uma 
estrutura composta por: 
MAS A IMPORTÂNCIA DOS ÁCIDOS NUCLÉICOS COMO MATERIAL 
HEREDITÁRIO FOI DESCOBERTA MUITOS ANOS DEPOIS 
base nitrogenada + pentose + fosfato → Unidade denominada NUCLEOTÍDEO 
A DESCOBERTA DO DNA 
2 
PROVA DE QUE O DNA É O MATERIAL 
HEREDITÁRIO 
• Descoberta da Transformação em Streptococcus pneumoniae 
 (Frederick Griffith – 1928) 
Tipo II R 
(não-virulenta) 
Tipo II R + 
Tipo III S mortas 
 
Tipo III S 
mortas 
Tipo III S 
(virulenta) 
Tipo III S 
Camundongo 
vivo 
Camundongo 
morto 
Camundongo 
vivo 
Camundongo 
morto 
PROVA DE QUE O DNA É O MATERIAL 
HEREDITÁRIO 
• Prova de que o DNA era o responsável pela transformação 
 (Avery et al. – 1944) 
PROVA DE QUE O DNA É O MATERIAL 
HEREDITÁRIO 
• Demonstração que o DNA era o material genético em outros sistemas 
 (Bacteriófago T2) (Alfred Hershey & Martha Chase, 1952) 
O RNA COMO MATERIAL GENÉTICO 
• Experimento de Fraenkel-Conrat e colaboradores (1957) 
 
 → Experimento de reconstituição usando o Vírus do Mosaico do Tabaco (TMV) 
COMPONENTES DO DNA 
DNA → Sequência de subunidades ligadas quimicamente 
NUCLEOTÍDEOS 
• 1 Açúcar (Pentose) 
 
• 1 Grupo Fosfato 
 
• 1 Base Nitrogenada 
Base Nitrogenada (A, G, T ou C) 
BASES NITROGENADAS 
São de 2 tipos: 
• Purinas (bases púricas) = Adenina (A) e Guanina (G) 
• Pirimidinas (bases pirimídicas) = Timina (T) e Citosina (C) 
3 
DIFERENÇAS ENTRE DNA E RNA 
Base Nitrogenada (A, G, U ou C) 
Base Nitrogenada (A, G, T ou C) 
• DNA 
• RNA 
H 
OH Presença do grupo hidroxila no carbono 2’ 
(Daí o nome Ácido Ribonucléico) 
Ausência do grupo hidroxila no carbono 2’ 
(Daí o nome Ácido Desoxirribonucléico) 
Uracila no lugar da Timina 
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
O DNA E O RNA SÃO CADEIAS 
POLINUCLEOTÍDICAS 
Extremidade 5’ 
Extremidade 3’ 
ESTRUTURA DO DNA 
O MODELO DE DUPLA HÉLICE 
• Deduzido por James D. Watson e Francis H. C. Crick em 1953 
Basearam-se em 2 informações principais: 
 
→ Composição de bases nitrogenadas 
 
→ Difração de raios-X 
ESTRUTURA DO DNA 
O MODELO DE DUPLA HÉLICE 
• Composição do DNA de diferentes organismos (Erwin Chargaff et al. 1950) 
[T] = [A] 
 
[C] = [G] 
 
[T + C] = [A + G] 
Organismo % A % G % C % T 
Bacteriófago T2 32,6 18,1 16,6 32,6 
Micrococcus lysodeikticus 14,4 37,3 34,6 13,7 
Aspergilus niger 25,0 25,1 25,0 24,9 
Homo sapiens 30,2 19,9 19,6 30,3 
ESTRUTURA DO DNA 
O MODELO DE DUPLA HÉLICE 
• Padrão de Difração de Raios-X (Maurice Wilkins & Rosalind Franklin) 
Os dados indicavam que o DNA: 
 
→ devia ser altamente ordenado 
→ estrutura de hélice regular 
→ 1 volta completa a cada 34 Ǻ 
→ diâmetro constante 
ESTRUTURA DO DNA 
O MODELO DE DUPLA HÉLICE 
O DNA seria uma dupla hélice no qual duas cadeias polinucleotídicas estariam 
enroladas uma à outra, formando uma espiral sobre um eixo central. 
4 
ESTRUTURA DO DNA 
O MODELO DE DUPLA HÉLICE 
→ T só pareado com A 
→ G só pareado com C 
→ As duas fitas são mantidas juntas por Pontes de Hidrogênio 
T e A / G e C são ditas complementares 
2 Pontes de H 
3 Pontes de H 
ESTRUTURA DO DNA 
O MODELO DE DUPLA HÉLICE 
→ As cadeias polinucleotídicas estão em dirações opostas (Antiparalelas) 
Sentido 5’ – 3’ 
Sentido 3’ – 5’ 
ESTRUTURA DO DNA 
O MODELO DE DUPLA HÉLICE 
Pares de bases empilhadas 
Sulco maior 
Sulco menor 
Esqueleto de Açúcar-Fosfato 
Núcleo de bases empilhadas 
ESTABILIDADE DA DUPLA HÉLICE 
Ligações Fosfodiéster 
Ligações Glicosídicas 
Pontes de Hidrogênio 
Ligações Hidrofóbicas 
Ligações 
Covalentes 
FORMAS ALTERNATIVAS DE DNA 
Forma B → descrita por Watson & Crick, 
e encontrada em condições fisiológicas 
normais 
Sulco 
Sulco 
menor 
Sulco 
maior 
Forma Direção da 
Hélice 
Pares de base/
volta 
Diâmetro da 
Hélice 
A Direita 11 2,3 nm 
B Direita 10 1,9 nm 
Z Esquerda 12 1,8 nm 
FORMAS ALTERNATIVAS DE DNA 
TRIPLA HÉLICE 
Revista FAPESP (Maio/2013) 
5 
É possível a existência moléculas de DNA 
contendo outros componentes químicos? 
Wolfe-Simon et al. (2011). 
A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus 
Science 3 June 2011: vol. 332, n. 6034, p. 1163-1166 
É possível a existência moléculas de DNA 
contendo outros componentes químicos? 
F Wolfe-Simon et al. Science 2011;332:1163-1166 
Ÿ  1,5 mM PO43- 
n  40 mM AsO43- 
Δ Sem PO43- ou AsO43- 
É possível a existência moléculas de DNA 
contendo outros componentes químicos? 
Artigos publicados no início de 2012 apontam erros e contestam o artigo de 
Wolfe-Simon et al. (2011), descartando a presença de arsênio como parte 
integrante do DNA de bactérias. 
Wolfe-Simon et al. (2011). 
A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus 
Science 3 June 2011: vol. 332, n. 6034, p. 1163-1166 
Para saber mais…. 
Ÿ  Fundamentos de Genética (Snustad & Simmons 2008) 
Capítulo 9, p. 212 – 226. 
Ÿ  Introdução à Genética (Griffiths et al. 2009) 
Capítulo 7, p. 225 – 234.