Gentica Molecular 1

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Genética Molecular
Profª Elizângela Emídio Cunha
2019
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Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Centro de Biociências
Departamento de Biologia Celular e Genética
DBG0051 – Genética para Ecologia
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Introdução
• Ramo da genética que mais evolui dentro da própria
genética e de toda a biologia.
• Wikipédia: “A Biologia Molecular é o estudo da Biologia em nível
molecular, com foco especial no estudo da estrutura e função do
material genético e seus produtos de expressão, as proteínas. Mais
concretamente, a Biologia Molecular investiga as interações entre
os diversos sistemas celulares, incluindo a relação entre DNA, RNA
e síntese protéica. É um campo de estudo alargado, que abrange
outras áreas da Biologia e da Química, em especial Genética e
Bioquímica.”
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Introdução
• Atualmente, o volume de trabalhos científicos publicados nesta
área é enorme, basta ver a quantidade de jornais (revistas)
indexados no portal de periódicos da CAPES que tratam do tema ou
de assuntos correlacionados.
• Chama a atenção o fato de que apesar de ser uma área muito
associada ao desenvolvimento tecnológico (metodologias e
ferramentas), em pouco tempo as informações se tornam
ultrapassadas.
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Objetivo
• Objetiva-se aqui fornecer as bases teóricas para a
compreensão dos princípios fundamentais, que
alicerçam tanto as informações e técnicas já
existentes como as novas descobertas em curso.
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Introdução
• 1º LEMA: “Estrutura e função estão intimamente
relacionados.”
– Caracteres estão sob o controle genético e os genes são
hereditários, logo:
• 2º LEMA: “Composição química, estrutura e função
estão intimamente relacionados.”
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Introdução
• Para conhecermos a base molecular da herança,
precisamos responder às seguintes perguntas:
1) Qual a constituição química e estrutura do gene –
material genético?
2) Como o gene funciona para produzir os fenótipos
que nós observamos?
3) Por que existem tantas diferenças entre os
indivíduos?
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Introdução
• Sobretudo os vírus e bactérias foram empregados para obter a
maioria dos conhecimentos que temos hoje sobre o material
genético, dado uma série de características que os tornam atraentes
para os estudos genéticos:
a) ciclo reprodutivo muito curto;
b) fácil manuseio em laboratório de um grande número de
descendentes;
c) menor complexidade no arranjo do material genético.
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Sumário
• Natureza química do material genético.
• Composição química e estrutura dos ácidos nucléicos.
• Funções do material genético.
• Propriedades do código genético.
• Manifestação fenotípica.
• Mutações do material genético.
• DNA, genes e alelos.
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Natureza química do material genético
• Após o trabalho de Mendel, no século XIX, cresceu o interesse
em se conhecer a constituição química, a estrutura física e o
funcionamento da unidade de herança, o gene, pois isto
possibilitaria entender melhor o controle genético dos
caracteres.
– 1ª pergunta: descobrir de que substância era
constituído o material genético;
• 1º passo: descobrir o local desta substância na célula.
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Natureza química do material genético
• Requisitos para ser material genético:
1. Capacidade de armazenar a informação genética de
forma estável e de transferir esta informação a todas as
partes da célula.
2. Capacidade de duplicar com precisão esta informação e
de transferi-la às outras células durante a divisão celular.
3. Capacidade de sofrer variações, sob a forma de
mutações.
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Natureza química do material genético
• Observação dos cromossomos durante as divisões celulares
(mitose e meiose).
• A partir da comprovação de que os genes estão nos
cromossomos (Teoria Cromossômica da Herança), partiu-se
para elucidar sua natureza química.
• Substâncias complexas, capazes de codificar um grande
número de informações: DNA (ácido desoxirribonucléico),
RNA (ácido ribonucléico) e as proteínas.
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Natureza química do material genético
• 1912: foi constatado que o DNA é a substância que ocorre em
quantidade mais constante entre as células do corpo de um
indivíduo, seguido das proteínas e finalmente do RNA, que é
relativamente mais variável.
• Como o número de informações deve ser mantido constante nos
indivíduos da mesma espécie, deduziram então que o material
genético poderia ser o DNA.
• Entretanto, a maior complexidade das proteínas contribuiu para
que muitos cientistas acreditassem que elas deveriam ser o
material genético.
• Contudo, a dúvida entre DNA ou proteínas persistiu até o início da
década de 1950.
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Natureza química do material genético
Elucidação da Natureza Química do DNA:
1928: Experimento de Griffith:
Frederick Griffith foi um médico militar britânico,
especialista em microbiologia. Nasceu em 1881, em
Hale e faleceu em 1941. É conhecido pelo
Experimento de Griffith, através do qual ele
descobriu o Princípio Genético da Transformação,
que posteriormente ficou conhecido como DNA.
Fonte: Wikipédia.
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Natureza química do material genético
– Em seu experimento, Griffith pesquisava uma vacina contra a
pneumonia, doença comum após a 1ª Guerra Mundial.
– Pesquisava a bactéria causadora da pneumonia em humanos,
Streptococcus pneumoniae, que é letal para os ratos.
– Ele demonstrou que a virulência dessa bactéria, em ratos,
depende da presença de uma cápsula composta de
polissacarídeos, a qual impede que a bactéria seja fagocitada.
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Natureza química do material genético
• As colônias das bactérias virulentas, dotadas de uma cápsula
de polissacarídeo que lhes confere a aparência de lisa,
receberam a denominação de S (lisa = “smooth”).
• As colônias das bactérias não-virulentas, que por não terem
a cápsula de polissacarídeo formam colônias de aparência
rugosa, receberam a denominação de R (rugosa = “rough”).
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Natureza química do material genético
• 1928: Experimento de Griffith:
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Natureza química do material genético
1928: Experimento de Griffith:
– CONCLUSÃO: existiria algum componente nas bactérias S
(virulentas, capsuladas e lisas) capaz de transformar as bactérias
R (não virulentas e rugosas) em bactérias virulentas. Tal
mudança genética era permanente e hereditária.
Princípio da Transformação 
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Natureza química do material genético
• Stadler & Uber (1942) forneceram evidências de que o DNA é
o material genético dos eucariotos e que qualquer
transformação nessa molécula é repassada aos descendentes.
– Induziram mutações gênicas no pólen (célula gamética) de milho
usando raios ultravioletas de diferentes comprimentos de onda;
– Plantas-filhas mutantes foram obtidas a partir de sementes produzidas
por plantas polinizadas com o pólen irradiado: mutações no DNA são
hereditárias.
• Constatações:
– Raios ultravioletas de comprimento de onda entre 2.500 e 2.800
angstrons ( ) eram mais mutagênicos, pois eram absorvidos pelo
DNA.
– Raios de comprimento igual ou superior a 3.100 angstrons eram não
mutagênicos, pois eram absorvidos pelas proteínas.
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A
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Natureza química do material genético
• Avery, MacLeod e McCarty (1944) identificaram o PRINCÍPIO
TRANSFORMANTE (16 anos mais tarde!).
– Isolaram diferentes classes de moléculas encontradas nos restos de
bactérias S (virulentas) mortas pelo calor e testaram cada classe
separadamente para verificar sua capacidade transformante.
– Os testes de moléculas purificadas de polissacarídeos, DNA, RNA e
frações protéicas revelaram que somente o DNA podia transformar
células R (não-virulentas) no tipo S (virulentas).
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Natureza química do material genético
• Avery, MacLeod e McCarty (1944) fizeram também outro
experimento, que confirmou que as informações genéticas estão
armazenadas no DNA.
• Eles usaram enzimas que degradam moléculas específicas: DNAse
(desoxirribonuclease: degrada apenas DNA); RNAse (ribonuclease:
degrada apenas RNA) eprotease (degrada apenas proteínas).
• A transformação de bactérias R no tipo virulento S só não ocorreu
na presença de DNAse, demonstrando que essa enzima havia
destruído a informação genética contida no DNA.
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Natureza química do material genético
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Natureza química do material genético 
• Hershey & Chase (1952) forneceram evidências conclusivas
de que o DNA é o material genético e não as proteínas.
• Experimentos de radioatividade com bacteriófagos (partículas
virais que se reproduzem às custas de bactérias).
– Fagos são organismos bastante simples, constituídos apenas de uma
capa protéica, no interior da qual se aloja uma molécula de DNA.
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Bacteriófago (Fago) 
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Fonte: Pierce (2012).
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Natureza química do material genético 
• Hershey & Chase (1952) utilizaram duas populações de fago: uma
com a capa protéica marcada com enxofre radioativo (35S) e outra
com o DNA marcado com fósforo radioativo (32P).
• Posteriormente essas duas populações de fago foram usadas para
infectar duas colônias bacterianas, em separado, e os novos
descendentes dos fagos foram avaliados quanto à radioatividade.
• Eles concluíram, pelos resultados obtidos, que o DNA também é o
material genético desse bacteriófago.
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Fonte: Pierce (2012).
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Fonte: Ramalho et al. (2004).
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Atualmente
• Não existe dúvida de que o DNA constitui o material
genético de todos os seres vivos.
– Exceções: alguns vírus. Ex: vírus do mosaico do tabaco (TMV –
Tobacco Mosaic Virus) que possui uma molécula de RNA envolta
por uma capa protéica, evitando a degradação do RNA por
ribonucleases.
• O TMV causa descoloração das folhas da planta de fumo.
• Além de armazenar a informação genética, moléculas diferentes de
RNA podem exercer variadas funções. A principal delas está associada
à sua participação no “fluxo da informação genética” (à semelhança
do DNA).
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Experimento de Fraenkel-Conrat & Singer (1957) 
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