Estrutura e Função de Ácidos Nucléicos

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INTRODUÇÃO À GENÉTICA 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
Prof. Mateus Rodrigues Pereira 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
 O que é a Ciência Genética? 
 é o ramo das ciências biológicas que estuda os genes, 
a hereditariedade e a variação entre os organismos. Ramo 
da biologia que estuda a forma como se transmitem as características 
biológicas de geração para geração. 
 Quando a Ciência Genética começou a ser desvendada? 
 Teve início com trabalhos do monge austríaco Gregor Mendel, que 
publicou resultados de seus trabalhos realizados em 1865 com 
cruzamentos em ervilhas. 
 
 Com base em resultados matemáticos e estatísticos, ele deduziu que 
cada característica estudada na ervilha era determinada por fatores 
que, posteriormente, com o avanço da ciência vieram a ser chamados 
de genes. 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
UM POUCO DE HISTÓRIA CIENTÍFICA 
Desvendando o DNA 
-Mendel – 1865 
-Infelizmente o trabalho de Mendel só foi reconhecido em 1900, 
16 anos após sua morte (1884) 
-De Vries, Correns e Tschermak, mostraram que a teoria de 
Mendel estava correta. 
 
1900 é considerado o marco zero do nascimento da genética 
Como Ciência. 
 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
1900- 1903 
 O estudo do comportamento dos cromossomos durante as 
divisões celulares - mitose e meiose – (Cromossomos existiam aos 
pares nas células e Separavam-se durante a formação dos gametas) 
foi fundamental para o desenvolvimento da genética. Em 1903, os 
cientistas Walter Sutton (1877-1916) e Theodor Boveri (1862-
1915) confirmaram que os cromossomos são a base física da 
herança genética. 
. 
Walter Sutton (1877-1916) Theodor Boveri (1862-1915) 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
UM POUCO DE HISTÓRIA CIENTÍFICA 
Desvendando o DNA 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
UM POUCO DE HISTÓRIA CIENTÍFICA 
Desvendando o DNA 
Drosophila melanogaster 
1910-1920 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
UM POUCO DE HISTÓRIA CIENTÍFICA 
Desvendando o DNA 
Universidade de Columbia (EUA) 
Thomas Hunt Morgan 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
UM POUCO DE HISTÓRIA CIENTÍFICA 
Desvendando o DNA 
Com o avanço das análises bioquímicas, foi descoberto que os cromossomos 
eram constituídos de DNA + Proteínas. 
- 1928 até 1952 
Frederick Griffith (1928) 
Médico (microbiologista) 
britânico 
 
 
Princípio Transformante 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
 Griffith fez experimentos com a bactéria causadora da penumonia 
Streptococcus pneumoniae em humanos  letal em camundongos. 
 demonstrou que a virulência (patogenicidade) desta bactéria dependia da 
presença de uma cápsula composta de polissacarídeos que impede a 
fagocitose da bactéria por células de defesa. 
 As colônias destas bactérias exibem uma superfície lisa (designadas S) 
 
 Trabalhou também com bactérias não-virulentas (por serem fagocitadas) e 
que não apresentavam a cápsula de polissacarídeos. 
 As colônias destas bactérias exibem uma superfície rugosa (designadas R). 
 
 Observou que: 
 Injetando linhagem S mortas pelo calor OU a linhagem R viva – rato não 
morre. 
 Injetando linhagem S mortas pelo calor E linhagem R viva 
(simultaneamente) – rato morre. 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
UM POUCO DE HISTÓRIA CIENTÍFICA 
Desvendando o DNA 
–1928 – Frederick Griffith - Streptococcus 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
Elucidou o mecanismo da TRANSFORMAÇÃO 
 
 Algum componente nas bactérias S transformava as bactérias R em 
virulentas (patogênicas). Qual componente? Foi denominado inicialmente 
de princípio transformante 
 
 
 
 FOI IDENTIFICADO 16 anos depois em 1944 (Avery, MacLeod e McCarty) 
 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
1944 – Avery, MacLeod e McCarty 
- O enfoque ao problema foi destruir quimicamente todas as 
principais categorias de substâncias químicas do extrato de 
células S (virulentas) mortas uma de cada vez e descobrir se o 
extrato tinha perdido a habilidade da TRANSFORMAÇÃO. 
- Virulentas tem polissacarídeo (Cápsula lisa) 
- Não Virulentas não tem (Rugosas) 
- Polissacarídeo forte candidato para ser o princípio transformante. 
- Entretanto quando os polissacarídeos foram destruídos por enzimas, a 
mistura ainda podia transformar as bactérias R em S. 
- A mistura perdia sua habilidade transformante apenas quando era tratada 
com desoxirribonuclease (DNAase) que degrada DNA. 
- Estes resultados indicaram fortemente que o DNA é o material genético. 
 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
UM POUCO DE HISTÓRIA CIENTÍFICA 
Desvendando o DNA 
–1944 – Avery, MacLeod 
e McCarty 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
UM POUCO DE HISTÓRIA CIENTÍFICA 
Desvendando o DNA 
1952 - Hershey-Chase 
P32 
S35 
Radioisótopos 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
Watson e Crick reuniram informações de experimentos anteriores 
(as peças do quebra-cabeças) para formar o quebra-cabeças 
tridimensional (O MODELO DA DUPLA HÉLICE) 
 
 
Quais seriam estas peças deste quebra-cabeças? 
Precisamos conhecê-las. 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
UM POUCO DE HISTÓRIA CIENTÍFICA 
Desvendando o DNA 
Peças do quebra-cabeças de 
Watson e Crick 
 
 
 
Os Blocos estruturais do DNA 
 
Em 1920, o bioquímico Phoebus Aaron Theodore 
Levene revelou que o DNA era composto por: 
- Quatro tipos de bases nitrogenadas, classificadas 
Em dois grupos: Purinas (Adenina e Guanina – A e G) e 
Pirimidinas (Timina e Citosina – T e C) 
- Uma molécula de açúcar (glicídio) – Pentose 
(Desoxirribose) 
- Um grupamento fosfato. 
 
- Por meio desta descoberta, dos componentes do DNA, 
chegou-se à estrutura da unidade básica ou monômero do 
DNA denominado NUCLEOTÍDEO. 
 
monómero (do grego "mono", "um" e "meros", "parte"). 
 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
UM POUCO DE HISTÓRIA CIENTÍFICA 
Desvendando o DNA 
Peças do quebra-cabeças de 
Watson e Crick 
 
 
 
Os Blocos estruturais do DNA 
 
Nucleotídeo 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
UM POUCO DE HISTÓRIA CIENTÍFICA 
Desvendando o DNA 
Peças do quebra-cabeças de 
Watson e Crick 
 
 
 
Regras de Chargaff 
da composição de bases 
 
(T + C) = (A + G) 
 
T = A ----- C = G 
A contribuição de Chargaff foi a evidência de que a 
Quantidade de A é igual a de T e a quantidade de G 
é igual a C, independente da espécie. 
 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
UM POUCO DE HISTÓRIA CIENTÍFICA 
Desvendando o DNA 
Peças do quebra-cabeças de 
Watson e Crick 
 
 
 
Análise de difração de raios X 
(Rosalind Franklin) 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
UM POUCO DE HISTÓRIA CIENTÍFICA 
Desvendando o DNA 
Francis Crick James Watson 1953 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DO DNA 
Nature 1953 
(Watson & Crick). 
- Mesmo antes de a estrutura do DNA ser elucidada, os estudos genéticos 
indicariam que o material genético deve ter três propriedades principais 
para ser a responsável pelo armazenamento das informações: 
- A) DNA deve permitir uma replicação fiel 
- B) Deve conter o conteúdo INFORMACIONAL 
- C) Ser capaz de sofrer mutações. 
 
- Com base nas três peças do quebra-cabeças (quais são??) e atentando 
para as características de uma molécula responsável pela 
hereditariedade, em 1953 Watson e Crick propuseram um modelo para 
a estrutura do DNA. 
- 1953 – Publicaram no periódico da Natureo clássico e consagrado 
trabalho propondo e elucidando a estrutura do DNA com caractarísticas tais 
que o indicariam como sendo a molécula da hereditariedade. 
 
 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
Começam o trabalho com as seguintes frases: 
- “Nós queremos sugerir uma estrutura para o ácido desoxirribonucléico 
(D.N.A.).” 
- “Esta estrutura tem novas características que são de considerável 
interesse biológico.” 
- Segundo o modelo formulado por Watson e Crick, a molécula de DNA é 
constituída por duas cadeias enroladas para a direita, formando a 
chamada Hélice Dupla ou Dupla Hélice. 
- Analogamente, a estrutura do DNA pode ser comparada a uma escada 
circular com dois corrimãos. Neste caso, os corrimãos correspondem 
às ligações repetitivas de açúcar-fosfato ao longo de todo o 
comprimento da molécula. 
- Como já mencionado, os átomos de carbono da desoxirribose (açúcar) 
são numerados de 1’ a 5’ e uma ligação fosfodiéster conecta o átomo 
de carbono 5’ de uma desoxirribose ao átomo de carbono 3’ da 
desoxirribose adjacente. 
 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
- As duas cadeias ocorrem em direções opostas, isto é, enquanto uma é 
5’3’ a outra é 3’5’. Por esta razão as duas fitas da molécula são 
ditas antiparalelas. 
- Os dois filamentos (fitas) são mantidos juntos por pontes de hidrogênio 
entre as bases nitrogenadas de cada filamento, formando uma 
estrutura como uma escada em espiral. A parte variável da molécula é 
constituída por pares de bases nitrogenadas que formam os degraus da 
escada. 
- Cada fita de uma molécula de DNA contém uma sequencia de 
nucleotídeos que é exatamente complementar à sequencia de 
nucleotídeos da outra fita. 
Ligações fosfodiéster 
Ligações de hidrogênio 
(T + C) = (A + G) 
 
T = A ----- C = G 
 Regras de Chargaff 
C - T 
A - G 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
A molécula de DNA consiste em duas cadeias 
 de nucleotídeos complementares 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DO 
DNA 
Nature 1953 
(Watson & Crick). 
 
Armazenar informação. 
Replicar-se com alta 
fidelidade. 
Sofrer mutações 
(TRÊS requisitos da 
Molécula da hereditariedade 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
DNA NAS CÉLULAS EUCARIOTA E PROCARIOTA 
 B Procarioto – Bactérias 
 , 
 
 
 
 
 
 Eucarioto 
DNA NAS CÉLULAS EUCARIOTA E PROCARIOTA 
 Procarioto – Bactérias 
O DNA é CIRCULAR 
Não está associado a 
proteínas (histonas) 
 Chamado de Nucleóide 
Disperso no citoplasma 
 Células bacterianas não 
são compartimentlizadas. 
Não possuem núcleo 
individualizado. 
 
 
 
 
 
DNA NAS CÉLULAS EUCARIOTA E PROCARIOTA 
- Eucariotos 
- DNA genômico nos eucariotos 
está contido em um núcleo – 
compartimento delimitado pelo 
envelope nuclear. 
- O DNA é dividido em uma série de 
diferentes cromossomos. 
- Cada cromossomo consiste em 
uma única e enorme molécula de 
DNA LINEAR com proteínas 
associadas que dobram e 
empacotam a molécula de DNA em 
uma estrutura mais compacta. 
- O complexo DNA + proteínas 
(Histonas) é chamado de 
CROMATINA 
 
DNA NAS CÉLULAS EUCARIOTA E PROCARIOTA 
- Eucariotos 
- Os Cromossomos maternos 
e paternos de um par são 
chamados de cromossomos 
homólogos. 
 
 
Desempenham a mesma 
função 
Cariótipo Humano 
DNA NAS CÉLULAS EUCARIOTA E PROCARIOTA 
- Eucariotos 
As histonas são responsáveis pelo 
primeiro e mais básico nível de 
organização cromossômica - o 
nucleossomo – que consiste em 
147 pares de bases do DNA, 
enrolados 1,7 vez em um complexo 
octâmero formado por dois pares 
de histonas heterodímeras. - 
H2A/H2B e H3/H4 
DNA NAS CÉLULAS EUCARIOTA E PROCARIOTA 
- Eucariotos 
– Níveis de compactação da 
Cromatina 
 
Na divisão celular - metáfase 
No núcleo interfásico 
DNA NAS CÉLULAS EUCARIOTA E PROCARIOTA 
 Eucariotos 
 Ciclo Celular (Intérfase – G1, S e G2; Fase M – 
Divisão Celular) 
 
DNA NAS CÉLULAS EUCARIOTA E PROCARIOTA 
 Eucariotos 
 Ciclo Celular (Intérfase – G1, S e G2; Fase M – 
Divisão Celular) 
G1, S G2 
Fibra de cromatina de 30 nm 
DNA NAS CÉLULAS EUCARIOTA E PROCARIOTA 
 Eucariotos 
 Núcleo Interfásico – Cromatina (DNA + Histonas) é 
encontrada como fibra de 30 nm. 
 
DNA NAS CÉLULAS EUCARIOTA E PROCARIOTA 
 Eucariotos 
 Célula se dividindo 
(Fase M). Cromatina no 
nível mais elevado de 
condensação – 
Cromossomos. 
DNA NAS CÉLULAS EUCARIOTA E PROCARIOTA 
 Eucariotos 
 Por que o DNA de eucariotos encontra-se tão compactado? 
 O núcleo de uma célula eucariótica mede, em média, de 20 a 50 μm de 
diâmetro. 
 Em uma célula humana, se o DNA de cada um dos cromossomos fosse 
estendido (1,7 a 8 cm de comprimento), totalizaria quase 2 metros de DNA 
dentro de um único núcleo. 
 Para que ele caiba em um núcleo de dimensões tão reduzidas, o DNA é 
compactado por proteínas (histonas) – cerca de 500 vezes (intérfase – 
fibra de cromatina de 30 nm) e cerca de 10 mil vezes quando se trata dos 
cromossomos no momento da divisão celular. 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
 Genes e Genomas 
 A molécula de DNA, quando organizada em uma 
sequencia específica de nucleotídeos contendo a 
informação genética capaz de ser transformada 
em uma cadeia polipeptídica ou proteína, é 
denominada gene. 
 A série completa de informações do DNA de um 
organismo é chamada de genoma, e contém a 
informação para todas as proteínas e moléculas 
de RNA que o organismo irá sintetizar. 
 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
 Capacidade do DNA em codificar informações: 
 Informática: computadores trabalham nos sistemas binários, ou seja, 
de bits (impulso elétrico – ligado ou desligado) 
 O número de informações que conseguem processar é 2n onde n= 
número de bits que possuem. 
 Sistemas biológicos (DNA – sequencia de nucleotídeos) são mais 
eficientes. 
 Nos organismos vivos, as informações são codificadas por intermédio 
de um sistema quartenário, isto é, as quatro bases nitrogenadas que 
compõem o DNA (A,G,T,C) 
 Número de informações capazes de serem armazenadas e 
processadas é 4n. Neste caso n representa o número de pares de 
nucleotídeos contidos no genoma da espécie. 
 
 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
 Capacidade do DNA em codificar informações: 
 Se um organismo qualquer possui um número de pares de 
nucleotídeos igual ao número de bits de um computador, esse 
organismo será capaz de armazenar o quadrado das informações do 
computador 4n = (2n)2. 
 Exercício – computador de 4 bits.... Qual o número de informações que 
ele armazena 
 E o DNA de 4 pares de nucleotídeos? 
 
 Espécie Humana – o DNA armazena 42,9 bilhões de informações. Ou 
ainda: Existem 42,9 bilhões de DNAs potencialmente diferentes. Genoma 
de Humanos = 2,9 bilhões de pares de nucleotídeos. 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
RNA (Ácido Ribonucléico) 
- É bastante similar ao DNA 
- Difere em três pontos principais: 
- O açúcar é a ribose 
- Ao invés de Timina é a Uracila (Pirimidina) 
- Caracteriza-se por apresentar uma única cadeia 
(não é dupla fita) – Procariontes e Eucariontes 
(exceção: Vírus – pode ter RNA fita dupla) 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
RNA (Ácido Ribonucléico) 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DEÁCIDOS NUCLÉICOS 
RNA (Ácido Ribonucléico) 
- Existem três tipos principais 
- RNA mensageiro: Responsável por pelo transporte 
da informação genética contida no núcleo até o 
citoplasma. 
- RNA ribossômico: Associam-se a proteínas 
ribossomais para fazer parte da constituição dos 
ribossomos. 
- RNA transportador: receptores e transportadores 
de aminoácidos tendo papel fundamental na 
síntese protéica. 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 
FUNÇÕES DO MATERIAL GENÉTICO 
- As principais funções do material genético podem ser 
visualizadas no seguinte diagrama, correspondendo às funções 
fundamentais para os sistemas biológicos e para a vida: