Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Estrutura e Replicação do Material Genético Profa. Luciana Resende luresende@gmail.com Compreender como o genoma está organizado e como é Cada célula tem sua cópia do genoma (≈25.000 genes) O nº e a morfologia dos cromossomos varia entre sp. (cariótipo) Gene 1 ESTRUTURA DO DNA Células Somáticas (2n) X Germinativas (gametas - n) N° Cromossomos: 46 x 23 Cromossomos homólogos 22 pare de autossomos e 1 par de sexuais (XX;XY) ESTRUTURA DO DNA Genes estão arranjados linearmente → homólogos carregam informações equivalentes (não iguais!!!!) Homólogos (mesmos locus; mas podem ter diferentes alelos) Alelo “A” Alelo “B” Alelo “a” Alelo “b” Gene 1 Gene 1 ESTRUTURA DO DNA Gene 1 Genoma armazenado em Cromatina = DNA + proteínas O DNA no microscópio (?) ORGANIZAÇÃO DOS CROMOSSOMOS Cada um dos 46 cromossomos humanos contém uma única molécula de dupla hélice de DNA! (50 a 250 MM pb) Gene 1 Genoma armazenado em Cromatina = DNA + proteínas O DNA no microscópio (?) ORGANIZAÇÃO DOS CROMOSSOMOS Só é possível separar os cromossomos nas células em divisão!! Cromossomo= cromatina condensada durante a divisão Como a cromatina é condensada? Proteínas= Histonas (5 tipos: H2A, H2B, H3, H4 e H1) Pares de H2A + H2B + H3 + H4 = octâmero Duas voltas de DNA 140 pb Octâmero histonas + DNA nucleossomo ORGANIZAÇÃO DOS CROMOSSOMOS Solenóides Intérfase: Solenóides são a estrutura fundamental (alças) ORGANIZAÇÃO DOS CROMOSSOMOS Histórico O modelo de dupla hélice proposto do Watson e Crick em 1953 foi revolucionário e abriu caminho para a compreensão molecular dos genes e da hereditariedade O que se sabia sobre os genes e o DNA até essa data? Genes (“fatores hereditários”) descritos por Mendel: associados a características específicas, alterados por mutações Acreditava-se na teoria “um gene-uma proteína” Uma série de experimentos que iniciaram nos anos 1920 revelaram que o DNA era o material genético Como a estrutura foi proposta? ESTRUTURA DO DNA Na verdade, Watson e Crick reuniram várias informações já existentes e modelaram a estrutura da molécula de DNA. A replicação deve ser fiel → todas as células do organismo apresentam a mesma constituição genética Deve haver algum código, informação capaz de determinar a grande variedade de proteínas Embora estável, deve ser capaz de ser modificado em alguns casos, pois a seleção atua sobre a variação 3 propriedades principais do DNA eram conhecidas ESTRUTURA DO DNA Informações pré-existentes Composição do nucleotídeo → desoxirribose (açúcar 5C) + base nitrogenada + grupo fosfato ESTRUTURA DO DNA Informações pré-existentes Regras de Chargaff da composição de bases - quantidade total de purinas é igual à de pirimidinas - quantidade de T=A e de C=G - A+T ≠ G+C - proporção entre bases muda entre organismos mas é constante em células diferentes do indivíduo ESTRUTURA DO DNA Análise da difração de raios X do DNA → sugerem que o DNA é fino e longo, com 2 partes similares e paralelas formando uma molécula helicoidal ESTRUTURA DO DNA Slide retirado de: http://www.ufrgs.br/labvir/material/aulat27.pdf 2 fitas complementares antiparalelas torcidas na forma de uma dupla hélice Pontes de Hidrogênio entre pirimidinas e purinas Complementação dos dois filamentos = dedução das bases Modelo sugere um mecanismo de replicação ESTRUTURA DO DNA Ligação Fosfodiester Ligação entre os nucleotídeos = Fosfodiéster (observar 5´ e 3´) ESTRUTURA DO DNA Replicação do Material Genético REPLICAÇÃO A replicação é o processo no qual a célula sintetiza uma nova cópia do seu material genético Quando ocorre? Logo antes da divisão celular Embora o modelo dupla hélice sugira uma forma de replicação, outros modelos também eram possíveis e deveriam ser testados Replicação Semiconservativa: Cada uma das duas dupla- hélices sintetizadas possuiria um filamento parental e um filamento novo REPLICAÇÃO Replicação Conservativa: Uma nova dupla-hélice seria sintetizada, fazendo com que co-existissem por certo momento a dupla-hélice parental e a dupla-hélice nova Replicação Dispersiva: Cada uma das duas novas fitas produzidas conteria tanto parte da molécula parental quanto parte da molécula recém-sintetizada REPLICAÇÃO 1958: Experimento de Meselson-Stahl Moléculas de DNA que possuíam nucleotídeos de uma maior densidade foram colocadas para serem replicadas em um ambiente com nucleotídeos de menor densidade Moléculas com maior densidade podem ser separadas das de menor densidade por centrifugação em gradiente de cloreto de césio N15 N14 N14 N14 N14 N14 N 14 N14 Mas como descobrir qual modelo estava correto? REPLICAÇÃO 1958: Experimento de Meselson-Stahl Resultados esperados para cada modelo REPLICAÇÃO 1958: Experimento de Meselson-Stahl Resultados esperados para cada modelo densidade REPLICAÇÃO 1958: Experimento de Meselson-Stahl Resultados esperados para cada modelo densidade REPLICAÇÃO RESULTADO OBTIDO! Fita molde Fita nova Por este experimento comprovou-se que a replicação do DNA é semiconservativa REPLICAÇÃO Fita molde Fita nova Mas faltava ainda comprovar uma outra previsão do modelo de Watson e Crick: a Forquilha ou Zíper de replicação Forquilha REPLICAÇÃO Em 1963, John Cairns comprovou essa previsão John colocou bactérias para replicar em um ambiente com nucleotídeo (timina) radioativo e expôs as moléculas de DNA em um filme fotográfico 1 rodada de replicação Autoradiografia Interpretação REPLICAÇÃO Forquilhas de Replicação Interpretação Autoradiografia 2 rodadas de replicação DNA Polimerases Mas como os nucleotídeos que estão “soltos” no citoplasma são unidos para formar a nova fita? Em 1959, Arthur Kornberg isolou a enzima DNA polimerase I Adição de desoxirribonucleotídeos ao carbono 3’ de outro, de acordo com a correspondência da fita molde A polimerase que mais contribui para a síntese da nova fita de DNA é a DNA polimerase III dCTP dATP, dGTP, dTTP REPLICAÇÃO A DNA pol. acrescenta dNTP, liberando fosfatos para obter a energia necessária desoxirribonucleotídeo Fita nova Fita molde REPLICAÇÃO DNA Polimerases VIDEO 1 ESQUEMA GERAL DA REPLICAÇÃO DO DNA A DNA pol III atua na forquilha de replicação A medida que a enzima adiciona nucleotídeos de acordo com a fita molde, a dupla hélice vai se desenrolando, expondo outros trechos das fitas para servirem como molde Mas a DNA pol. III só adiciona nucleotídeos ao carbono 3’ (5’→3’)! 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ Filamentos molde Filamento recém sintetizado Forquilha de replicação ESQUEMA GERAL DA REPLICAÇÃO DO DNA Em uma das fitas molde a síntese da fita nova ocorre continuamente, crescendo na ponta 3´ Na outra fita molde isso não é possível, pois não há como crescer na ponta 5´! 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ Filamentos molde Filamento recém sintetizado Forquilha de replicação 5’ 3’ ESQUEMA GERAL DA REPLICAÇÃO DO DNA 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ Filamentos molde Filamentorecém sintetizado Forquilha de replicação 5’ 3’ ESQUEMA GERAL DA REPLICAÇÃO DO DNA 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ Filamentos molde Filamento recém sintetizado Forquilha de replicação 5’ 3’ ESQUEMA GERAL DA REPLICAÇÃO DO DNA 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ Filamentos molde Filamento recém sintetizado Forquilha de replicação 5’ 3’ ? ESQUEMA GERAL DA REPLICAÇÃO DO DNA 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ Filamentos molde Filamento recém sintetizado Forquilha de replicação 5’ 3’ ESQUEMA GERAL DA REPLICAÇÃO DO DNA 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ Filamentos molde Filamento recém sintetizado Forquilha de replicação 5’ 3’ ESQUEMA GERAL DA REPLICAÇÃO DO DNA Como a DNA pol. III sintetiza a nova fita no molde contrário? O crescimento da fita nova, na replicação descontínua, ocorre em fragmentos À medida que a forquilha de replicação se move, há o início da síntese de um novo fragmento na fita DESCONTÍNUA Fragmentos de Okasaki ESQUEMA GERAL DA REPLICAÇÃO DO DNA Mas a DNA pol. só adiciona nucleotídeos, não inicia uma cadeia de nucleotídeos! Para a DNA pol. adicionar um nucleotídeo é preciso que antes exista ao menos alguns nucleotídeos já colocados A síntese das fitas novas só se inicia se antes houver um “primer” já presente. Primer: pequeno n° de nucleotídeos já unidos e colocados junto à fita molde. Primer do fragmento de Okasaki ESQUEMA GERAL DA REPLICAÇÃO DO DNA Mas como surgem esses “primers”? A enzima primase (RNA polimerase) sintetiza um trecho curto (de 8 a 12 ribonucleotídeos), complementar à fita molde. ESQUEMA GERAL DA REPLICAÇÃO DO DNA A DNA pol. I remove os primers de RNA e preenche o espaço com DNA A DNA ligase é a enzima que liga o DNA produzido pela DNA pol. I ao fragmento de Okasaki Mas esses “primers” de RNA ficam adicionados ao DNA novo? Primer de RNA removido pela DNA pol. I Ligação feita pela DNA ligase O REPLISSOMO Além de todas essas enzimas, há outros componentes importantes! O replissomo é uma “máquina molecular”, um complexo de proteínas que estão envolvidas na replicação do DNA Fazem parte também do Replissomo: Helicase: Rompem as pontes de hidrogênio da dupla-hélice abrindo-a Topoisomerase (Girase) : Mantém a estabilidade do DNA enquanto a helicase vai abrindo-o O replissomo é capaz de unir 1000 nucleotídeos por segundo usando uma fita molde! O REPLISSOMO Proteína de ligação unifilamentar VIDEO 2 ESQUEMA GERAL DA REPLICAÇÃO DO DNA Freqüência de erro : 1 a cada 10 bilhões de nucleotídeos inseridos!! Tanto a DNA pol I quanto a DNA pol III são enzimas de alta precisão e possuem função de revisão removem as bases erroneamente adicionadas O padrão de metilação da fita molde permite identificar qual é a base correta A precisão da replicação O REPLISSOMO EUCARIÓTICO Maior complexidade do DNA (cromatina, nucleossomos, etc.) Procariotos: 13 componentes do replissomo Eucariotos: 27 componentes do replissomo Não é preciso apenas sintetizar novas fitas de DNA, mas também desmontar todo o complexo de nucleossomos e remontá-lo depois O REPLISSOMO EUCARIÓTICO Histonas DNA sendo replicado Montagem do nucleossomo INÍCIO DA REPLICAÇÃO Origens procarióticas da replicação O início da replicação no DNA circular bacteriano ocorre em uma posição específica. Duas helicases são recrutadas para se ligar ao DNA, uma em cada ponta, e começam a separar a dupla-hélice nas forquilhas dos dois sentidos. INÍCIO DA REPLICAÇÃO Origens eucarióticas da replicação O início da replicação no DNA de eucariotos ocorre em vários locais de cada um dos cromossomos, em posições ricas em AT. Há cerca de 400 origens de replicação nos 16 cromossomos de leveduras e milhares espalhadas nos 23 cromossomos humanos INÍCIO DA REPLICAÇÃO EXEMPLO DE PATOLOGIA Síndrome de Bloom Patologia autossômica recessiva rara, vinculada a problemas na replicação do DNA Alterações no gene da enzima helicase, no cromossomo 15 (a replicação normal é interrompida, levando a quebras cromossomicas e várias mutações) Os indivíduos são de baixa estatura, cabeça pequena e estreitada, com alta pré-disposição a vários tipos de câncer
Compartilhar