DNA Estrutura e Replicação

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DNA: Estrutura e 
replicação 
MODELO HELICOIDAL DOS CROMOSSOMOS 
A Estrutura do DNA 
A estrutura tinha de atender aos principais 
requisitos de uma molécula hereditária: 
 
 1. Capacidade de estocar informação; 
 
 2. Capacidade de replicar-se; 
 
 3. Capacidade de sofrer mutação. 
ADN ou DNA 
 Ácido DesoxirriboNucléico 
• A molécula de DNA é uma dupla-hélice, constituída por 
duas cadeias nucleotídicas, que se unem através de 
pontes de hidrogênio, pelo pareamento de A com T e G 
com C. 
 
Em 1953, o norte americano James Watson e o britânico Francis Crick, 
propuseram o modelo da dupla hélice antiparalela para a estrutura do DNA. 
• O DNA é composto de monômeros de nucleotídios. 
 
Os Elementos Estruturais do DNA 
 Composição dos nucleotídeos: 
 
1. Um açúcar (pentose) chamado de DESOXIRRIBOSE; 
 
2. Ácido fosfórico (fosfato); 
 
3. Uma das quatro bases nitrogenadas: 
 - Purinas: Adenina (A) e Guanina (G), 
 - Pirimidinas: Timina (T) e Citosina (C). 
 
PURINAS 
PIRIMIDINAS 
Adenina Guanina 
Citosina Timina 
Base 
Nitrogenada 
Fosfato 
Desoxirribose 
Os Elementos Estruturais do DNA 
Estrutura Tridimensional do DNA 
 
1) Dois filamentos paralelos (lado a lado) de nucleotídeos, enrolados 
para a direita, formando a chamada DUPLA HÉLICE. 
 
 
 
 
 
Timina 
Adenina 
Citosina Guanina 
2) Os dois filamentos de nucleotídios são mantidos juntos por pontes de 
hidrogênio entre as bases de cada filamento, formando uma estrutura como 
uma escada em espiral. 
 
O pareamento complementar ocorre entre A com T, através de duas pontes de 
hidrogênio e G com C, através de três pontes de hidrogênio. 
Estrutura Tridimensional do DNA 
1. A quantidade total de nucleotídios pirimidínicos (T + 
C) é sempre igual à de nucleotídios purínicos (A + G); 
 
2. A quantidade de T é sempre igual à de A e a de C é 
sempre igual à de G; 
 
3. Mas a quantidade de A + T não é necessariamente 
igual à de G + C. Essa proporção varia entre 
organismos diferentes, mas é praticamente a mesma 
em tecidos diferentes do mesmo organismo. 
 
 
As regras de Chargaff 
3) Os nucleotídeos de cada filamento são ligados uns aos outros por meio 
de LIGAÇÕES FOSFODIÉSTER. 
Estrutura Tridimensional do DNA 
Nucleosídeo monofosfato 
ligação 
fosfodiéster 
4) A síntese do filamento de DNA ocorre 
sempre do sentido 5’ para 3’. 
 
• Os carbonos do açúcar (desoxirribose) 
são numerados de 1’ a 5’; 
 
• Uma ligação fosfodiéster conecta o 
átomo de carbono 5' de uma 
desoxirribose ao átomo de carbono 3' da 
desoxirribose adjacente. 
Estrutura Tridimensional do DNA 
Como se formam as 
ligações fosfodiéster? 
Fita molde 
de DNA 
Fita de DNA 
em síntese 
Deoxinucleosídio 
5´-trifosfato 
5) Os dois filamentos de DNA ocorrem em direções opostas (antiparalelas); 
5’ 
5’ 3’ 
3’ 
Estrutura Tridimensional do DNA 
Estrutura do DNA 
20Å 
34Å 
3,4Å 
Espaço ocupado por uma volta 
da molécula, ou 10 nucleotídeos 
Diâmetro da molécula 
Distância entre 
nucleotídeos 
Exercício 
• Qual a sequência complementar do DNA? 
 
• ATC GTA CTG ATA 
TAG CAT GAC TAT 
Ex.: 
O conteúdo GC de uma molécula de DNA é de 56%, 
quais são as porcentagens das quatro bases 
 (A, T, G, C)? 
Resposta: 
Se o conteúdo de GC é de 56%, então, como G=C, o 
conteúdo de G é de 28%, e o conteúdo de C também é de 
28%. 
 
O conteúdo de AT é 100 – 56 = 44%. 
 
Como A=T, o conteúdo de T e A é de 22% cada. 
Ex.: 
O conteúdo AT de uma molécula de DNA é de 84%, 
quais são as porcentagens das quatro bases 
 (A, T, G, C)? 
Resposta: 
Se o conteúdo de AT é de 84%, então, como A=T, o 
conteúdo de A é de 42%, e o conteúdo de T também é de 
42%. 
 
O conteúdo de CG é 100 – 84 = 16%. 
 
Como C=G, o conteúdo de C é 8% e de G é 8%. 
REPLICAÇÃO DO DNA 
ORIGEM DE REPLICAÇÃO 
Replicação em eucariontes 
Origem de replicação 
Síntese do DNA Síntese do DNA 
DNA 
cromossômico 
Três origens de replicação 
Duas cromátides irmãs 
O modelo semiconservativo da replicação 
do DNA proposto por Watson e Crick 
baseia-se na especificidade de pontes 
de hidrogênio dos pares de bases. Os 
filamentos parentais, mostrados em azul, 
servem como moldes para a 
polimerização. Os filamentos recém-
polimerizados, mostrados em amarelo, têm 
sequências de bases que são 
complementares a seus respectivos 
moldes. 
Modelo semiconservativo da replicação do DNA 
Representação da forquilha de replicação, onde estão mostradas as principais enzimas e cofatores que formam o 
complexo de replicação (figura disponível no site www.ncbi.nlm.nhi.gov livro The Cell: A molecular Approach, de 
J. Cooper, Sinauer Assoc. Co.). 
Garfo de replicação 
5. DNA polimerase III: adiciona desoxirribonucleotídios à 
ponta 3' de uma cadeia de nucleotídios em crescimento, 
usando como molde um único filamento de DNA que foi 
exposto pela deselicoidização localizada da dupla hélice. 
6. Substratos da DNA pol III: trifosfato dos 
desoxirribonucleosídios, dATP, dGTP, dCTP e dTTP. 
4. Primase: é um tipo de RNA polimerase que sintetiza os 
primers de RNA (8 a 12 nucleotídeos) complementar a 
regiões específicas dos cromossomos. 
2. Helicase: são enzimas que rompem as pontes de 
hidrogênio que mantêm os dois filamentos da dupla hélice 
juntos. 
1. Topoisomerase: relaxam o DNA super-helicoidizado 
quebrando um único filamento de DNA ou ambos os 
filamentos, o que permite que o DNA gire, tornando-se uma 
molécula relaxada. 
3. Proteínas de ligação à fita simples (SSB): se ligam ao 
DNA unifilamentar e impedem a reestruturação da dupla 
hélice. 
7. DNA polimerase I: remove os primers de RNA com sua 
atividade de exonuclease de 5' para 3' e preenche os 
espaços com sua atividade de polimerase de 5‘ para 3'.. 
8. DNA Ligase: une a ponta 3' do DNA que preencheu o 
espaço à ponta 5‘ do fragmento de Okazaki posterior. 
Ler: 
 pg. 230 a 233 
VÍDEO 
https://www.youtube.com/watch?v=tBkhK3t6Aw0 
A telomerase leva uma 
pequena molécula de RNA 
(letras vermelhas), que 
atua como molde para a 
adição de uma sequencia 
complementar de DNA, que 
é adicionada ao 
prolongamento em 3’ pela 
enzima telomerase. 
 
Para adicionar outra 
repetição, a telomerase 
transloca-se para a ponta 
da repetição que foi 
adicionada. 
REPLICAÇÃO DO TELÔMERO 
O prolongamento de 3’ 
pode servir então como 
molde para a replicação 
convencional do DNA. 
REPLICAÇÃO DO TELÔMERO 
https://www.youtube.com/watch?v=vf9tSkgDTpE 
REPLICAÇÃO DO TELÔMERO 
REVESTIMENTO PROTEICO DOS 
TELÔMEROS 
- embora a maioria das células germinativas tenha bastante 
telomerase, as células somáticas produzem muito pouca ou 
nenhuma telomerase; 
- os cromossomos das células somáticas proliferativas ficam 
progressivamente mais curtos a cada divisão celular, até que a 
célula cessa todas as divisões e entra em fase de senescência; 
- Essa observação levou muitos pesquisadores a suspeitar que há 
uma ligação entre o encurtamento do telômero e o envelhecimento; 
As pessoas com síndrome de Werner têm 
telômeros mais curtos que as pessoas normais, 
em decorrência de uma mutação em um gene 
chamado WRN, que codifica uma proteína 
(uma helicase) que faz parte da estrutura de 
revestimento do telômero. 
TELÔMEROS E ENVELHECIMENTO 
TELÔMEROS E CÂNCER 
- Ao contrário das células somáticas normais, a maioria 
das célulascancerosas tem atividade de telomerase; 
 
- as células cancerosas, mas não as normais, podem 
crescer em culturas de células por décadas, e são 
consideradas imortais; 
 
- indústria farmacêutica está tentando capitalizar essa 
diferença entre as células normais e as cancerosas 
desenvolvendo fármacos que tenham como alvo seletivo 
as células cancerosas, inibindo a atividade da 
telomerase. 
O Ciclo Celular 
Fase G2 (gap2): 
Nova fase de crescimento. 
Ocorre a síntese de RNA e 
proteínas. 
Fase G1 (gap1): 
A célula aumenta de tamanho e há 
uma intensa síntese protéica e de 
ácido ribonucléico. 
Fase S (síntese): 
É a fase de síntese, no qual ocorre a replicação do cromossomo. 
Cada cromossomo é duplicado e passa a ter 2 cromátides irmãs que 
partilham de um centrômero comum. 
 Técnica usada para amplificar in vitro uma região específica de 
DNA, visando produzir grandes quantidades de DNA 
PCR: Reação em Cadeia da Polimerase 
94OC 
50-60OC 
72OC 
1 min. 
1 min. 
2 min. 
Desnaturação 
Anelamento 
Extensão 
PROGRAMA DE TEMPERATURA 
TERMOCICLADOR 
VIDEO PCR 
DNA dobra a cada ciclo 
0 
Ciclos 
Número de moléculas 
3 
8 
2 
4 
1 
2 
4 
16 
5 
32 
6 
64 
O que determina a especificidade da reação? 
PRIMER 
TTATGGGAGCGAAGAGTTCCAGTGCGACGGTT GCAAGACCCCCGGGAATGGCCTCCGA 
 
AATACCC TCGCT TCTCAAGGTCACGCT GCCAACGTT CTGGGGGCCCTTACCGGAGGCT 
5` 
3` 5` 
3` 
TTATGGGAGCGAAGAGTTCC 
GGGGGCCCTTACCGGAGGCT 
P: (1/4)20 = 9,1x10-13 
Genoma da videira: ~475 Mb (4,75x108) 
ROTEIRO PARA ESTUDO: 
 
Livro: Introdução à Genética 
Capítulo 7; pg. 231-247