203600-Tópico 1 - Estrutura e função - DNA

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Aula 1 – DNA- Estrutura e Função 
- Os ácidos nucléicos são moléculas muito mais 
simples que as proteínas. 
 
- Os ácidos nucléicos são formados de apenas 4 
tipos de monômeros (alfabeto de 4 letras) 
 
Proteínas - alfabeto de 20 letras 
- O DNA é uma molécula quase “unidimensional” 
– Largura: 20 Angstrons 
– Comprimento: 1,7 a 8,5 cm 
 
 -Uma Estrutura linear que dá origem a outra 
estrutura linear (o RNA). 
 -O RNA, por sua vez, dá origem a outra estrutura 
linear (sem ramificações): 
A Cadeia Polipeptídica 
ESTRUTURA DO DNA 
 
A identificação de 
moléculas de ácidos 
nucléicos tornou-se 
a maneira mais fácil 
de se chegar a uma 
dada proteína. 
DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA 
DNA RNA PROTEÍNA 
 
DNA: forma o gene, responsável pela síntese de uma 
determinada proteína. Tal proteína tem como 
resultado uma característica hereditária, como o tipo 
sanguíneo. 
 
RNA: constroem a proteína sob o comando do DNA. 
DNA & RNA 
• Desoxirribose 
• A - T 
 C - G 
• Fita dupla (dupla hélice) 
 
• Ribose 
• A, U, C, G 
• Fita simples 
AS UNIDADES DO POLÍMERO - DNA 
• Bases Purínicas (A ou G) e 
Bases Pirimidínicas (C ou T) 
 
• Açúcar: desoxiribose 
 
• Grupamento Fosfato 
Nucleotídeo 
1) FOSFATO 
2) AÇÚCAR (PENTOSE): Desoxirribose (DNA) ou Ribose (RNA) 
3) BASE NITROGENADA: Adenina, Timina, Citosina, Guanina e 
 Uracila 
RNA 
Bases Nitrogenadas 
Açúcares (Pentose) 
• Nucleosídeo: Base ligada a um Açúcar 
• Nucleotídeo: Nucleosídeo com grupamento fosfato 
livre. 
• Exemplo: Deoxiadenosina 5’ - trifosfato (dATP) 
dATP = deoxiadenosina trifosfato 
dCTP = deoxicitidina trifosfato 
dGTP = deoxiguanosina trifosfato 
dTTP = deoxitimidina triofosfato 
O DNA sempre tem duas fitas de ácidos 
nucléicos enroladas em hélice 
• As duas fitas de ácidos nucleicos se mantêm juntas 
por PONTES DE HIDROGÊNIO 
• Para que o pareamento ocorra, a DUAS FITAS têm 
que ser ANTIPARALELAS. 
• O pareamento G-C tem 3 pontes de hidrogênio 
• O pareamento A-T tem 2 pontes de hidrogênio 
 
O DNA é uma molécula com polaridade: 
 uma extremidade 5’- P e 
uma extremidade 3’-OH 
 
• A SEQÜÊNCIA DE BASES É 
SEMPRE LIDA NA DIREÇÃO 
 5’  3’ 
(a) 10 bases por 
volta completa 
(b) RNA/DNA 
ou RNA/RNA 
11 bases/volta 
(c) Zig-Zag 
purina/pirimidina 
alternadas (GC) 
(d) C e T em uma 
fita; A e G na outra 
“targeted by 
poly(C+T)” 
Os cromossomas são formados de duas longas 
moléculas de DNA que permanecem juntas devido 
a interações eletrostáticas de curta distância. 
 
 
Interações entre moléculas diferentes sempre 
ocorrem por ligações de fraca intensidade entre as 
moléculas que se aproximam. 
- Interações de curta distância, individualmente, são de fraca 
intensidade. 
- Numerosos pontos de interação entre moléculas complementares, 
no entanto, resultam na especificidade dos sistemas biológicos. 
Mesmo as interações entre moléculas complementares 
não são estáveis. 
Interações fracas entre macromoléculas 
(interações de curta distância) 
• Ligações de van der Waals 
 
• Ligações eletrostáticas 
 
• Ligações (pontes) de Hidrogênio 
 
• Interações Hidrofóbicas 
Ligações (pontes) de Hidrogênio: 
• Ligações de Hidrogênio se formam entre moléculas com 
carga ou sem carga. 
 
• Ligações de Hidrogênio é uma forma intermediária de 
doação e recepção de próton (similar a um par ácido-
base conjugado). 
 
• Em sistemas biológicos, tanto o doador como o aceptor 
de H é sempre Oxigênio ou Nitrogênio (o doador tem 
um H ligado covalentemente). 
 
• Ligações de H têm direcionalidade. 
Pontes de 
Hidrogênio 
entre as 
bases do 
DNA 
As proteínas que 
interagem com DNA, o 
fazem pelos mesmos tipos 
de interações: 
 
- Ligações eletrostáticas 
- Ligações de H 
- Lig. tipo Van der Waals 
O DNA no núcleo: 
• Genoma: o conjunto de cromossomos de uma 
dada espécie. 
• Genoma Humano: 46 cromossomas 
• 22 CROMOSSOMAS AUTOSSÔMICOS (x2) 
• 2 CROMOSSOMAS SEXUAIS 
• Total: 6 x 109 pares de nucleotídeos 
- Cada célula tem aproximadamente 2 metros de DNA, se 
esse fosse desenrolado. O núcleo tem apenas 6 mm. 
 Comparação do conteúdo genético entre alguns genomas representativos 
 
 E.coli S. cerevisae Drosophila C. elegans A. thaliana H. sapiens 
 
Tamanho do 4,6 12 120+ 97 115+ 3.000+ 
genoma (Mb) 
 
Número de 4.300 6.250 13.600 18.425 25.500 23.000 
genes 
 
Densidade 
média de 1,1 1,9 8,8 5,3 4,5 60 
genes (kb) 
 
Número de 
famílias 2.500 4.500 8.000 9.500 11.000 10.000 
gênicas 
As histonas são proteínas altamente conservadas. 
Há apenas duas diferenças entre H4 (102 aa) de uma pêra e de uma vaca! 
 
O DNA é compactado pela interação com histonas e outras 
proteínas do núcleo 
- DNA de eucariotas está associado 
com uma massa equivalente de 
proteínas num complexo altamente 
compactado que é a cromatina. 
 
- As proteínas mais abundantes 
associadas ao DNA são as histonas: 
H1, H2A, H2B, H3 e H4 
 
 
H1, H2A, H2B, H3 e H4 em interação com o DNA 
 
20 a 40 resíduos amino-terminais 
flexíveis, com muitas cargas positivas 
dadas pelo aminoácido lisina. Essas 
lisinas podem sofrer acetilação e 
desacetilação reversíveis pela ação de 
enzimas específicas. 
142 pontes de H são formadas entre 
DNA e o cerne das histonas, em cada 
nucleossomo. A maioria entre o 
“esqueleto” de aminoácidos das 
histonas e o “esqueleto” fosfodiéster do 
DNA 
Modificações nas histonas 
que auxiliam a mudar a 
estrutura da cromatina e a 
facilitar ou dificultar a 
ligação de fatores de 
transcrição. 
Praticamente qualquer sequência de DNA pode se ligar a 
histonas. 
 
A restrição mais importante é a interação com outras 
proteínas, o que pode favorecer ou impossibilitar a ligação a 
histonas. 
Os segmentos mais importantes nos 
cromossomos são os segmentos que 
correspondem aos genes. As porções 
codificantes, no entanto, correspondem a menos 
de 2% do total do genoma humano. 
 
 
O QUE EXISTE NOS CROMOSSOMOS 
ALÉM DOS GENES? 
CROMOSSOMO: 
• Centrômero (1) 
• Telômeros (2) 
• Origem de replicação (várias num mesmo cromossoma) 
 Estes são os 3 elementos imprescindíveis para a 
duplicação e segregação igualitária das cromátides irmãs 
na mitose. 
 
• GENES: porções do DNA que são transcritas em RNA 
 
• SEQUÊNCIAS REPETIDAS (REITERADAS) (cerca de 50% 
do genoma) 
• SEQÜÊNCIAS ESPAÇADORAS ÚNICAS. 
 
 
Definição de gene: 
 
 
Um gene é uma unidade de transcrição que 
consiste de um segmento de DNA que se estende 
do sítio de início de transcrição ao sítio de 
término de transcrição. 
 
Nem todos os genes codificam proteínas. Em 
levedura, 10% dos genes produzem RNA como 
produto final. 
Genes: 
• Os genes têm organização complexa, com 
EXONS E INTRONS. 
 
• EXONS: Sequências de nucleotídeos que persistem 
no RNA maduro, podendo ser ou não traduzidas em 
aminoácidos. 
• INTRONS: Sequências que são transcritas e depois 
removidas durante o processamento do RNA.