AULA1- Estrutura da Molécula de DNA_2015

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Introdução à Biologia 
Molecular 
Disciplina: Biologia Molecular 
Curso: Ciências Biológicas 
Profa. Dra. Nedenia Stafuzza 
 
 2015 
 Biologia Molecular disciplina híbrida 
termo que abrange: 
 
-estudo da codificação e fluxo da informação genética 
através do DNA, RNA e proteínas 
-estudo das interações entre as moléculas em nível intra 
e inter-celular. 
-técnicas para a manipulação do material genético em 
laboratório; 
 
Tecnologias moleculares aplicadas em quase todos os campos 
da biologia: 
-Botânica; 
-Zoologia; 
-Parasitologia; 
-Neurofisiologia; 
-Imunologia; 
-Genética; 
-Biologia Forense; etc. 
biologia molecular = genética molecular 
 Biologia Molecular disciplina híbrida 
O que é um genoma? 
 Constituição genética total de uma espécie 
 Informação genética total presente nas células de um indivíduo 
 
 
 3 pg de DNA (10-12g) por genoma haplóide (n) 
 genoma de mamíferos: ~3x109 pares de bases 
 ~25.000 genes 
 
Eucariotos 
Animais Plantas 
Tamanho de genomas 
120.000 pág 
200 pág 
2 pág 
500 pág 
4.500 pág 
7.500 pág 
Genoma de eucariotos está organizado em cromossomos 
-Número (exceto gametas), tamanho e forma são 
constantes para a espécie. Mamíferos: 2n 
 Muntjac → 2n = 6 
 suíno → 2n = 38 
 camundongo → 2n = 40 
 humano → 2n = 46 
 búfalo → 2n = 50 
 ovelha → 2n = 54 
 cabra → 2n = 58 
 bovino → 2n = 60 
 cavalo → 2n = 64 
 cachorro → 2n = 78 
 Tympanoctomys barrerea → 2n=102 
 
Muntjac → 2n = 6 T. barrerea → 2n=102 
Cromossomos são formados por molécula de DNA 
-metáfase (máxima condensação) apresentam centrômero 
(constrição primária) 
-alguns cromossomos apresentam constrição secundária 
-telômeros nas extremidades 
-braços: p (curto) e q (longo) 
-cromátides irmãs: 2 filamentos unidos pelo centrômero 
(observados na metáfase) 
Cromossomos 
Metacêntrico Submetacêntrico Acrocêntrico Telocêntrico 
Classificação quanto à posição do centrômero 
Par de cromossomos homólogos: 
1 de origem materna e 1 paterna 
Locus: localização de um gene no 
cromossomo 
Um par de alelos nos cromossomos 
homólogos: formas alternativas de 
um gene em um locus 
Três pares de genes: três diferentes 
loci nos cromossomos homólogos 
Erros comuns: “presença do gene” // “frequência do gene” 
Homozigoto 
Heterozigoto 
A Ciência do DNA: antes de 1953 
1865 
Gregor Mendel 
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS 
DA HERANÇA 
Células pares de FATORES 
Cada par característica específica 
fatorA 
fatorB 
fatorA 
fatorB 
meiose 
(genes) 
1900 
1910 
 genes localizados nos cromossomos; 
 introduziram o conceito de herança ligada ao sexo; 
 introduziram e elaboraram o conceito de ligação genética; 
 origem de mapeamento de genes; 
 construíram o 1º mapa gênico de um cromossomo; 
 demonstraram recombinação entre cromossomos homólogos; 
mosca da fruta 
(D. melanogaster) 
Thomas Morgan 
Calvin Bridges Alfred Sturtevant Herman Muller 
1920’s 
Phoebus Levene 
hereditariedade DNA  material genético 
sem evidências 
Componentes da molécula de DNA: 
4 bases nitrogenadas 
Grupo fosfato 
Açúcar desoxirribose 
A T C G 
nucleotídeo 
1928 
Frederick Griffith 
TRANSFORMAÇÃO BACTERIANA 
• Estudos de vacinas apontaram o DNA como material 
genético 
linhagens virulentas X linhagens não virulentas 
(LISAS - S) (RUGOSAS - R) 
com cápsulas sem cápsulas 
bactéria 
Streptococcus pneumoniae 
Bactérias mortas podem transformar geneticamente bactérias vivas? 
EXPERIMENTO 
Linhagem 
“S” viva 
Linhagem 
“R” viva 
Metodologia 
Resultados 
Sem células 
bacterianas no sangue 
Linhagem “S” viva 
no sangue 
Linhagem “S” viva 
no sangue 
Sem células 
bacterianas no sangue 
Conclusão: Um componente químico de uma célula é capaz de 
transformar geneticamente outra célula 
Princípio Transformante 
1944 
Oswald Avery Colin MacLeod Maclyn MacCarty 
Natureza do Fator Transformante 
polissacarídeos lipídeos RNA proteínas 
DNA 
CÉLULAS “R” VIVAS 
Princípio Transformante 
Regras sobre a quantidade das bases 
nitrogenadas na molécula de DNA 
1949 
Erwin Chargaff 
Composição do DNA  organismos 
[ T ] = [ A ] 
[ C ] = [ G ] 
[total pirimidinas] = [total purinas] 
 [ T+A ]  [ C+G ] 
Pirimidina + Pirimidina: DNA muito fino 
Purina + Purina: DNA muito grosso 
Purina + Pirimidina: espessura compatível 
com os dados do raio-X 
1952 
Martha Chase e Alfred Hershey 
evidência adicional 
Experimento de Hershey-Chase 
 com Fago T2 (vírus de bactéria) 
+ 
isótopos enxofre e fósforo 
Material 
Hereditário 
Bacteriófago T2: 50% DNA 50% proteínas 
DNA  P Proteínas  S 
E. coli 
32P 35S 
 
Proteína 
radioativa 
35S 
Bactéria 
Fago 
DNA 
Mistura de fagos 
com bactérias 
Bacteria 
Fagos infectam 
as bactérias 
Centrifugar Calcular a 
radioatividade: 
pellet e líquido 
Capa protéica 
vazia Radioatividade 
no líquido 
Radioatividade 
no pellet 
Centrífuga 
Teste para 
radioatividade 
DNA radioativo 
32P 
Grandes perguntas: 
-Como todas as informações de um organismo são estocadas 
em uma molécula tão simples? 
-Como essas informações são passadas de geração à geração? 
-Qual a estrutura da molécula de DNA? 
função dependia da estrutura 
já era conhecida sua composição (1930) 
Rosalind Franklin 
•Feixes de raios X em cristais de moléculas purificadas 
•Raios defletados pelos átomos das moléculas em padrões 
específicos (padrões de difração) 
DIFRAÇÃO DE RAIOS X 
•Padrões registrados em filmes sensíveis a raios X e fornecem 
informações sobre organização dos componentes das moléculas 
 
1953 
 DNA é longo e fino; 
 2 partes similares paralelas no comprimento da molécula; 
forma de espiral (hélice) 
DNA  estrutura bifilamentar 
altamente ordenada com subestruturas 
repetidas espaçadas em 0,34nm (1nm 
= 10-9) ao longo do eixo da molécula 
Nature, 1953 
A Ciência do DNA 
James Watson Francis Crick 
1953 
“Queremos sugerir uma estrutura 
para o ácido desoxirribonucleico 
(DNA). Essa estrutura tem 
novas características que são de 
considerável interesse biológico” 
A Estrutura da molécula de DNA 
base nitrogenada 
pentose 
grupamento 
fosfato 
Os componentes dos ácidos nucléicos 
Bases nitrogenadas 
Purinas Pirimidinas 
Açúcar desoxiribose 
nucleosídeo 
nucleotídeo Ligação fosfodiéster (grupo 
fosfato + OH do carbono 3’ 
do nucleotídeo adjacente) 
Ligação glicosídica 
(C1 da pentose + base 
nitrogenada) 
A estabilidade da dupla fita: Pontes de Hidrogênio 
C G 
Desoxicitidina 5’fosfato (dCMP) 
Desoxiguanosina 5’fosfato (dGMP) 
A=T Desoxiadenosina 
5’fosfato (dAMP) 
Desoxitimidina 
5’fosfato (dTMP) 
A estabilidade da dupla fita: Pontes de Hidrogênio 
Propriedades da molécula de DNA definidas pelo 
modelo de Watson e Crick: 
- As fitas são antiparalelas; 
- As fitas são complementares; pareamento específico das 
bases nitrogenadas: A/T e G/C 
ATGTC // GACAT 
1953 
James Watson Francis Crick 
-Dupla-hélice dextrógira 
-Cadeias em espiral 
-Cada cadeia polinucleotídica = sequência de 
nucleotídeosligados por ligações fosfodiéster 
-Filamentos são mantidos juntos por pontes de H entre as 
bases nitrogenadas 
-Pareamento de bases específico  A-T / C-G 
-Complementaridade 
-Pares base empilhados distando ~0,34nm com 10pb por 
volta de 360º 
-Sequências de açúcar-fosfato dos 2 filamentos 
complementares  polaridade inversa (5’→3’) 
-Lados planares não polares  hidrofóbicos 
Conformações da Molécula de DNA: 
DNA-A: 
-forma menos hidratada; 
-dupla-hélice torcida para a direita (dextrógiro); 
-dupla hélice mais curta e com maior diâmetro; 
-11bp por torção; 
-altura entre bp: 0,23nm. 
DNA-B: 
-forma mais hidratada; 
-dupla-hélice torcida para a direita (dextrógiro); 
-dupla hélice mais longa e com menor diâmetro; 
-10,5 bp por torção; 
-altura entre bp: 0,34nm. 
DNA-Z: 
-forma encontrada em cristais de DNA sintéticos contendo 
alternância de G e C na mesma fita; 
-dupla hélice torcida para a esquerda; 
-dupla hélice mais alongada e estreita que o B-DNA; 
-12 bp por torção; 
-altura entre bp: 0,38nm; 
-aparência da fita: zig-zag. 
 
Sulco 
menor 
Sulco 
maior 
Modelo Tridimensional da Molécula de DNA 
Forças que atuam na molécula de DNA 
Várias forças atuam em conjunto estabilizando a dupla hélice que 
deve ser forte e ao mesmo tempo flexível... 
-ligações covalentes: unem átomos em moléculas 
-efeitos hidrofóbicos: estabilizam o pareamento – anéis aromáticos 
das bases nitrogenadas são forçados para o interior da dupla hélice 
por coesão interna de moléculas de água e os sítios hidrofílicos ficam 
expostos na cavidade; 
-força de Van der Walls: entre os anéis aromáticos de bases 
adjacentes no empilhamento das bases no interior da dupla hélice. 
-interação com cátions: cadeias de açúcar-fosfato (-) interagem com 
cátions (Mg+2) em solução, neutralizando a repulsão entre as duas 
cadeias e estabilizando a dupla hélice; 
-pontes de hidrogênio: pareamento das bases entre as duas fitas da 
molécula de DNA 
Dogma Central da Biologia 
Descreve o processo de tradução da informação 1957 
Francis Crick 
Proteína DNA RNA 
Replicação 
Transcrição Tradução 
proteína 
Revisando o Dogma Central da Biologia 
-fluxo de informação DNA-RNA não se dá apenas em um sentido; 
-nem todo DNA é traduzido 
 éxons X íntrons 
 
-sequências repetitivas; 
-elementos transponíveis; 
DNA RNA Proteína 
Replicação 
Transcrição 
Replicação 
Tradução 
Transcrição 
Reversa 
Estrutura do DNA 
http://www.johnkyrk.com/DNAanatomy.html 
http://www.hhmi.org/biointeractive/chemical-structure-dna 
 
 
Timeline 
http://www.dnai.org/