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Introdução ao Genoma Humano, Histórico do DNA Prof. Dra. Charlotte Cesty Borda de Saenz • É dividida em: - Genética Clássica Mendel (1856 – 1865). - Genética Moderna Watson e Crick (1953). Gene: Unidade fundamental da hereditariedade. Gene: Pedaço de DNA que codifica uma proteína (polipeptídico). A Biologia Molecular nasceu da Genética + Bioquímica HISTÓRICO 1953 – JAMES WATSON e FRANCIS CRICK Descrição da estrutura física do DNA baseando-se nos estudos de difração de raio X de Rosalind Franklin e Maurice Wilkins e em estudos químicos da molécula Modelo da dupla fita proposto foi fundamental para a compreensão do mecanismo de transmissão e execução da informação genética •1953: Watson and Crick Estrutura do DNA Rosalind Franklin e Maurice Wilkins 1957 – CRICK e GAMOV Dogma Central da Biologia Molecular DNA RNA PROTEÍNA Estrutura do DNA Estrutura Primária do DNA •A estrutura primária do DNA é definida pela união entre nucleotídeos. • São moléculas formadas pela união de um açúcar ou pentose, uma base nitrogenada (purina ou pirimidina) e um grupo fosfato. -Nucleotídeo: açúcar pentose + base nitrogenada + grupo fosfato Desoxirribose (DNA) Ribosa (RNA). -Nucleosídio : Base nitrogenada + açúcar DNA 2 3 1 4 5 Hidroxila- a mais RNA 2 3 1 4 5 Açúcar Pentose desoxirribose As bases Nitrogenadas (nucleotídicas) (citosina, guanina, adenina, timina ou uracilo) •As fitas (cadeias) de DNA e RNA são formadas por ligações fosfodiésteres. •Ligações covalentes •O grupo fosfato liga o C3 ao C5 de dois açucares. •Direção 5 – 3. •A Estrutura Primária do DNA é definida pela união entre nucleotídeos. •O DNA é composta por cadeias duplas com orientações opostos: antiparalelas. •As bases das fitas antiparalelas se complementam: A-T e G-C. A T A C A T G G G C T A G A A T T T T T T G G C C C C A A A •Pontes de hidrogênio (Watson &Crick) Fita 1 Fita 2 •Uma atração eletrostática fraca entre um átomo eletronegativo (oxigênio ou nitrogênio) e um átomo de hidrogênio covalentemente ligado a um segundo átomo eletronegativo. Pontes de hidrogênio OBSERVE A COMPLEMENTAÇÃO DE BASES DO DNA ADENINA TIMINA Se liga a Timina por duas pontes de hidrogênio. A = T GUANINA CITOSINA Se liga a citosina por três pontes de hidrogênio. G C •As cadeias em espiral em torno de um mesmo eixo, formando uma estrutura de dupla hélice. •O modelo de Watson e Crick propunha 10 pb por volta de helice (34 Å). 10,5 pb por volta de 36 Å. •O pareamento das fitas cria um sulco principal (maior) e um sulco secundário (menor). Sulco menor Sulco maior Sulcos aos quais se ligam as proteínas da cromatina A Dupla Hélice A forma predominante de torção da espiral do DNA é para a direita ou sentido horário A Dupla Hélice •Formas A, B e Z do DNA : O B-DNA é o predominante em condições fisiológicas Em solução, o DNA assume a conformação B. Quando há pouca água disponível para interagir com a dupla hélice, o DNA assume a conformação A-DNA. Fatores que estabilizam a dupla hélice: • pontes de hidrogênio • interações hidrofóbicas • forças de van der Walls • interações iônicas Entre as bases nitrogenadas Entre os grupos fosfato do DNA e os cátions (Mg2+) presentes na solução fisiológica A Dupla Hélice Propriedades Químicas e Físicas do DNA O Empacotamento do DNA: DNA em procariontes: DNA circular nas formas não-super- helicoidal (esquerda) e super-helicoidal (direita) DNA superespiralado •O elevado grau de compactação do material genético (DNA) em cromossomos sugere que deve haver níveis hierárquicos de organização. •O material cromossômico que não esta se dividendo é chamado de cromatina. A associação do DNA duplex a proteínas básicas (histonas) dá ao material genético da célula uma maior condensação. Estrutura Secundária (Dupla Hélice) •A cromatina esta associada a proteínas (Histonas) que empacotam o DNA em unidades estruturais: Nucleossomo. •Num arranjo regularmente espaçadas denominada “Colar de contas”. Nucleossomo •Primeiro nível de organização da cromatina. •DNA de 200pb com 146 ligadas as histonas. •H1 liga se ao elo de DNA. Nucleossomo Histonas •Proteínas básicas •Ricas em lisina e arginina •Massa molecular ~10 000 – 20 000 •5 tipos de histonas (60 milhões cópias/célula) •Os núcleos de histonas não se ligam ao acaso ao DNA. •No sulco secundário com 2 ou 3 pares de A=T. Proteínas não Histonas •Todas as outras proteínas da cromatina. •Variam entre tecido e entre estirpes. •Menor massa molecular que as histonas. •Aniônicas (acídicas). •Responsáveis pela organização estrutural da cromatina e do cromossomo. Fibra de 30nm •Segundo nível de organização da cromatina. •Forma-se por interação cooperativa das moléculas H1 ligadas ao DNA ligante. •Histonas H1 interagem na junção de 2 nucleossomas e são responsáveis pela estabilidade de fibra de 30 nm. •Os nucleossomas organizam-se numa estrutura helicoidal, originando um arranjo designado por solenóide. •6 nucleossomas por volta da hélice. •As fibras de 30nm se empacotam em alças. •Genes de múltiplas copias (Histonas). •6 Alças de DNA ligadas a um andaime nuclear forma a roseta. •30 roseta forma uma espira. Níveis de organização do Cromossomo Eucariótico O estado de condensação dos ácidos nucléicos resulta na formação dos cromossomos. espira roseta alças fibras de 30nm nucleossomo cromatina Eucariótico Mitocôndria
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