A13_MaterialGenetico (1)

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Material Genético 
Disciplina: Biologia Celular – 2015
Profa. Dra. Patrícia Medeiros
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Médico suíço
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A natureza química do gene 
Até cerca de 60 anos atrás a natureza química do gene era um mistério. 
As suspeitas recaíram sobre o DNA já nos tempos fundadores da Genética. De fato, em preparações coradas de células em divisão era possível visualizar cromossomos. Estes cromossomos repartiam-se precisamente entre as células filhas, o que fazia supor que eles teriam correlação com a informação genética. 
Ora, que os cromossomos tinham DNA em sua composição também já era sabido pois Johann Miescher em 1869 já havia definido a natureza química do ácido nucléico. 
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O DNA não era cotado para ser o material genético
Para o gosto científico prevalecente no mundo ocidental de então, o DNA era uma molécula relativamente "monótona": era composta apenas de adenina, guanina, timina e citosina, fosfato e um açúcar, a desoxirribose. 
Estes elementos se repetiam de uma forma aparentemente aleatória e, ao final, todos os DNAs estudados tinham a mesma porcentagem de adenina e timina, assim como a mesma porcentagem de citosina e guanina. 
Como uma molécula tão pouco "criativa" poderia ser o depósito de toda a informação genética capaz de produzir um novo indivíduo?
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Experiências de Griffith (1928)
 (Griffith, F., The significance of pneumococcal types. J. Hyg. (1928) vol: 27, pgs. 113-159).
A primeira evidência de que o DNA era o material hereditário foi obtida através de experimentos realizados com o pneumococo Streptococcus pneumoniae.
Os pneumococos podem se apresentar de duas formas:
1. Forma virulenta que causa a morte em camundongos por pneumonia: bactérias encapsuladas, crescem em meio de cultura sólido e formam colônias convexas lisas, brilhantes, e com bordos regulares, chamadas de colônias S (do inglês, smouth, liso).
2. Forma não virulenta, que não causa pneumonia em camundongos: bactérias não apresentam cápsula, crescem em meio sólido formando colônias achatadas, rugosas, opacas, e com bordos irregulares, chamadas de colônias R (do inglês, rough, rugoso).
A diferença entre os dois tipos de bactérias é a presença ou ausência da cápsula, que é composta de polissacarídeos. A variação na composição química dos polissacarídeos diferencia diversas linhagens de bactérias do tipo S, que chamamos de S-I, S-II, S-III, etc. 
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Efeito Griffith - Transformação
Griffith injetou em camundongos uma mistura de bactérias S mortas e bactérias R, e observou que os camundongos desenvolviam pneumonia. Além disso, foi observado também que células S apareciam vivas nos animais mortos.
As bactérias R haviam sido transformadas em bactérias S por algum tipo de substância liberada pelas bactérias mortas.
Essa substância foi chamada de "princípio transformante" e o fenômeno de “transformação bacteriana”.
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Princípio transformante? Quem?
Qual a natureza química deste material transformador? Deveria ser, necessariamente, uma molécula termoestável. 
O DNA é termoestável, mas muitas proteínas também são. Nesta época a maior parte dos pesquisadores acreditava que genes eram compostos de proteínas. Logo, a proteína deveria ser a macromolécula com capacidade transformante, e não o DNA. 
Não podia ser mutação? Mutação de liso a rugoso ocorrem espontaneamente com uma frequência de 1 célula em 100.000.000.
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16 anos depois....
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Avery, MacLeod e McCarty 1944
(Avery, 0. T., MacLeod, C. M., and McCarty, M., Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcel types. Induction of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus Type III. J. Exp. Med.  (1944), vol 79, pgs. 137-158). 
Foi com grande surpresa (e desconfiança) que o mundo científico recebeu, 16 anos depois do trabalho de Griffith, os resultados de Avery, MacLeod e McCarty, em 1944 
Os autores concluíram ser o DNA o princípio genético ativo através de experimentos semelhantes ao de Griffith, mas empregando placas de Petri para avaliar a transformação (pelo formato das colônias) e purificando previamente o "princípio transformante", por um procedimento que resultava numa preparação muito pura de DNA. 
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Transformação - Avery, MacLeod e McCarty
O princípio transformante podia ser purificado de bactérias mortas pelo calor ou por bactérias lisadas (nesta última forma, o rendimento era superior). Por vários critérios bioquímicos e físico-químicos distintos este material era DNA. 
As bactérias avirulentas podiam ser transformadas a partir de uma quantidade muito pequena de DNA (cerca de 1 ng/ml). Se o princípio transformante fosse tratado com RNAse ou proteases (tripsina ou quimiotripsina), ele continuava ativo, mas era totalmente inativado com diminutas concentrações de DNAse. 
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Transformação - Avery, MacLeod e McCarty 
Figura 3.2.Transformação de células R em S com moléculas de DNA isoladas de extrato de células S demonstrando que o DNA é o material genético. Os outros componentes celulares testados não transformaram células R em células S. 
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Hershey e Chase - 1952 experimentos com bacteriófagos
Estes autores mostraram que a marcação radiativa do DNA (32P) de um bacteriófago acompanhava a "mensagem genética", entrando no citoplasma da bactéria infectada, enquanto que a marcação radioativa específica para proteínas (35S) permanecia no exterior ou aderida à face externa da membrana bacteriana. 
A base deste experimento é que o DNA contém fósforo, mas não enxofre, enquanto as proteínas contêm enxofre, mas não fósforo.
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Apesar de ter sido recebido com bastante entusiasmo, e de ser citado em todos os livros-texto de genética, este experimento está bastante distante de ser tão conclusivo como os de Avery e cols., pois houve uma porcentagem significativa de marcação de proteína no citosol bacteriano e, da mesma forma, um pouco de DNA no exterior das bactérias. A aclamação destes resultados foi grande porque, publicados em 1952, já encontraram madura a comunidade científica para a aceitação do DNA como veículo da informação gênica. 
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Watson e Crick 
estrutura do DNA, 1953
Modelo de DNA em hélice. Nesta hélice as duas cadeias de DNA estão ligadas entre si por pontes de hidrogênio, não covalentes, formadas entre bases opostas nas duas cadeias (ou fitas). 
O pareamento é muito específico: a base purínica Adenina pareia somente com a base pirimidínica Timina, enquanto que a outra base purínica, Guanina, pareia com a base pirimidínica Citosina. Por isso, o número de bases A=T, enquanto o número de bases C =G. 
O pareamento AT e GC (regra de Chargaff) se faz por duas e três pontes de hidrogênio, respectivamente. Assim, a sequência de bases de uma fita não é igual à da outra, porém complementar.
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DNA e prêmio nobel
Pela descoberta da estrutura do DNA James Watson, Francis Crick e também Maurice Wilkins (no laboratório do qual trabalhou Rosalind Franklin, com as análises cristalográficas de raios X), receberam o Prêmio Nobel em 1962. 
Ao tempo da premiação, a Dra. Rosalind Franklin já havia falecido (O Nobel não é concedido senão a cientistas vivos). 
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Referências
BURNS, George W. Genética – uma introdução à hereditariedade. 5 ed. Guanabara.1986.
http://paginas.terra.com.br/educacao/biolmol/aula2_DNAestrutrep.htm
http://www.biomol.org/historia/identifbact.shtml
http://www.fag.edu.br/professores/karinasg/ci%EAncias%20biol%F3gicas%20%20matutino/gen%E9tica%20molecular/Experimentos%20que%20levaram%20%E1%20determina%E7%E3o%20do%20DNA%20-%20material%20gen%E9tico.doc
http://www.ibb.unesp.br/departamentos/Morfologia/material_didatico/Prof_Cesar_Martins/Curso_SGB_2007/SBG2007_CMartins_Aula_1.pdf
http://www.dbbm.fiocruz.br/helpdesk/mbiology/historico2004.pdf