2) Natureza química e replicação do DNA

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NATUREZA QUÍMICA E 
REPLICAÇÃO DO DNA 
 A análise genética da expressão fenotípica e dos 
padrões de herança dos genes não revela a estrutura dos 
genes, como são copiados e nem como determinam as 
características celulares. 
 
 
 Como as características da estrutura do DNA facilita a 
transmissão da informação genética de geração para 
geração? 
 
Detalhamento da composição química 
 DNA e/ou RNA 
 polímeros lineares 
 monômeros: nucleotídeos 
 
 nucleotídeo 
 base nitrogenada 
 açúcar (pentose) 
 desoxirribose 
 ribose 
 ácido fosfórico 
Detalhamento da composição química 
 ácido 
fosfórico 
 
 H3PO4 
Detalhamento da composição química 
 açúcares (pentoses) 
 
 desoxirribose 
 
 ribose 
 
Detalhamento da composição química 
 bases nitrogenadas 
 púricas 
 adenina e guanina 
 pirimídicas 
 citosina, timina e 
uracila (RNA) 
 
NUCLEOTÍDEOS DE PURINA E DE PIRIMIDINAS 
Polimerização do DNA 
nucleotídeo 1 
nucleotídeo 2 
nucleotídeo 3 
nucleotídeo 4 
ligação fosfodiéster 3’-5’ 
Crescimento da cadeia: 5’ 3’ 
ligação N-
glicosídica 
Primeiras informações: Erwin Chargaff (1950) 
Estudos de difração de raios X 
Rosalind Franklin & 
Maurice Wilkins 
(início da década de 50) 
Difração de raios X 
Estrutura da molécula do DNA 
 Watson & Crick (1953) 
 
 
 baseado em dados de: 
 
 composição em bases 
 difração de raios X 
 
 Um ângstron corresponde 
a 1 metro dividido em 100 
milhões de partes. 
Compatibilidade de 
pareamento e 
diâmetro da 
molécula de DNA 
Pontes de H entre as 
bases nitrogenadas 
A com T : 2 pontes de H 
C com G: 3 pontes de H 
Detalhamento da estrutura duplex 
 Fitas antiparalelas 
 Pareamento 
 A com T 
 C com G 
 o plano dos pares é 
perpendicular ao eixo 
Prêmio 
Nobel 1962 
Falecimento: 29/07/2004 
Falecimento: 05/10/2004 
A replicação do DNA 
 Idéias iniciais 
 Modelos propostos 
 Meselson & Stahl (1958) 
 Descrição da DNA pol I 
 Mecanismo de replicação 
 Replicação “in vitro”: PCR 
(Reação da Polimerase em 
Cadeia) 
 Seqüenciamento 
A proposta de Watson & Crick (1953) 
Modelos de replicação 
• Conservativa 
• Semi-conservativa 
• Dispersiva 
Experimento de Meselson & Stahl 
 material biológico: E. coli 
 centrifugação em gradiente de densidade 
 uso do isótopo N15 
 crescimento por 14 gerações 
 bandeamento em gradiente 
 
Comprovação 
 do modelo 
 semi-
conservativo 
Crescimento da cadeia de DNA 5’ 3’ 
Atividade 
exonucleásica da 
DNA Polimerase I 
Modelos de replicação bidirecional e unidirecional 
ponto de início 
bidirecionalidade 
cópia 
forquilha de 
replicação 
Replicação em 
procariotos 
 
Fragmentos de Okazaki na fita descontínua 5’ - 3’ 
COMPLEXO ENZIMÁTICO DA REPLICAÇÃO DO DNA 
Replicação em eucariotos 
As origens de replicação no cromosomo III da levedura S. cerevisiae 
Esse cromosomo , um dos menores cromosomos 
de eucariotos conhecido, possui um total de 180 
genes. Contém 9 origens de replicação 
Nos eucariotos a replicação do DNA acontece na fase S 
 
 A replicação do DNA na maioria das células eucarióticas somente ocorre 
durante uma fase específica do ciclo de divisão celular, chamada FASE DE SÍNTESE DE 
DNA OU FASE S. 
 Numa típica célula de mamífero a Fase S dura aproximadamente 8 horas, em 
uma célula eucariótica simples como a de levedura, a FASE S pode durar menos de 40 
minutos. 
 No final da FASE S, cada cromosomo foi duplicado para produzir duas cópias 
idênticas, que permanecem unidas pelo seu centrômero até a Fase M ( M de Mitose). 
 
Telomerase duplica os finais dos cromossomos 
 As seqüências de DNA nos TELÔMEROS são similares em diversos 
organismos como PROTOZOÁRIOS, FUNGOS, PLANTAS E MAMÍFEROS. Os 
telômeros consistem de muitas repetições de seqüências curtas que contém um 
bloco de nucleotídeos G. Nos humanos essa seqüência é GGGTTA, que se estende 
por aproximadamente 10.000 nucleotídeos. 
Telomerase replica os finais dos cromossomos 
 TELOMERASE reconhece a extremidade da fita rica de repetições de 
nucleotídeos G no telômero e alonga essa estrutura na direção 5’-3’. 
 A TELOMERASE sintetiza uma nova cópia de repetições de nucleotídeos, 
usando um molde de RNA que é componente da própria enzima TELOMERASE. 
 Importância da enzima telomerase: As extremidades de um cromosomo 
normal , tem uma estrutura única, essa estrutura protege as extremidades da ação de 
enzimas degradativas. Essas enzimas degradativas poderiam reconhecer as 
extremidades incompletas como “danificadas” . 
AÇÃO DA TELOMERASE 
Replicação “in vitro” 
 
Seqüenciamento de DNA 
 Métodos desenvolvidos por: 
 
 Maxam & Gilbert (1970) 
 degradação de cadeias 
 
 Sanger et al. (1970) 
 síntese de cadeias 
Maxam & Gilbert, 1970 
Degradação de cadeias 
Sanger et al. (1970) 
Síntese das cadeias 
análogos dos 
desoxirribonucleotídeos 
didesoxirribonucleotídeo 
Seqüenciamento automático 
Replicação “in vitro” 
Ciclos da PCR 
• desnaturação 
• anelamento dos “primers” 
• extensão 
Etapas da PCR 
Após vários ciclos 
Aplicações da PCR 
Exemplo 1 
Exemplo 2 
Exemplo 3 
RFLP 
Eletroforograma dos produtos amplificados pela 
técnica de RAPD