Aula 2 - Introdução à Genética e Replicação do DNA

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INTRODUÇÃO À 
GENÉTICA E 
REPLICAÇÃO DO DNA
NATHÁLIA DELVAUX
nathalia.ramos@ibmr.br
@nath_delvaux
@biomedicina.ibmr
@biomed.labs
PROCESSOS MOLECULARES E GENÉTICOS
mailto:nathalia.ramos@ibmr.br
ONDE ESTÃO AS INFORMAÇÕES?
HISTÓRICO – ERA DA VELHA BIOLOGIA
HISTÓRICO – ERA DAS ÔMICAS
GENÔMICA
DNA
TRANSCRIPTÔMICA
RNA
PROTEÔMICA
PTNs
METABOLÔMICA
METABÓLITOS
HISTÓRICO – ERA DAS ÔMICAS
GENÔMICA
DNA
TRANSCRIPTÔMICA
RNA
PROTEÔMICA
PTNs
METABOLÔMICA
METABÓLITOS
1990 – 2003
13 anos
~$3 bilhões
Mapear e descrever a 
sequência todos os genes do 
genoma humano
3,2 bilhões de ntds
25.000 genes
PROJETO GENOMA HUMANO
https://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&ved=0ahUKEwjVn7bWk9PNAhVKH5AKHQxaAKUQjRwIBw&url=http://ciencia.estadao.com.br/blogs/herton-escobar/genoma-10-anos/&bvm=bv.126130881,d.Y2I&psig=AFQjCNEb7Xi2IwE14mnRzC7EGbdlw-cNlw&ust=1467493025917583&cad=rjt
https://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwj1yPX6k9PNAhUIxpAKHWj-A7oQjRwIBw&url=http://scienceblogs.com.br/synbiobrasil/tag/gattaca/&bvm=bv.126130881,d.Y2I&psig=AFQjCNGsnwiVQTJbeCnGsciymQjnEQJIyg&ust=1467493053404902
G
E
N
O
M
A
 H
U
M
A
N
O
CARIÓTIPO HUMANO
2001
Paris 2004
EUA 2004/2005
Japão 2005
Austrália 2007
Mapear a cromatina e suas 
modificações na regulação 
epigenética
PROJETO EPIGENOMA HUMANO
O QUE É GENÉTICA?
Estudo de todos os aspectos do gene.
unidades 
fundamentais 
da informação 
biológica
Conjunto de informações hereditárias – genoma.
O
R
G
A
N
IZ
A
Ç
Ã
O
 
M
O
LE
C
U
LA
R
MACROMOLÉCULA PORTADORA DE INFORMAÇÃO GENÉTICA
MACROMOLÉCULA COM FUNÇÃO DE TRANSPORTE, 
EXPRESSÃO E REGULAÇÃO GÊNICA
SEQUÊNCIA DE DNA QUE CODIFICA UM POLINUCLEOTÍDEO
MOLÉCULA COMPLEXA DE DNA + RNA + PTNS QUE COMPÕEM 
O CROMOSSOMO
MOLÉCULA COMPLEXA QUE CONTÉM OS GENES DE UM 
ORGANISMO
CONJUNTO DE INFORMAÇÕES HEREDITÁRIAS CODIFICADO 
NO DNA DE UM ORGANISMO
O QUE É EPIGENÉTICA?
Alterações reversíveis e hereditárias na expressão gênica que não
envolvem alterações na sequência de DNA subjacente, ou seja,
uma alteração no fenótipo sem uma alteração no genótipo
Mecanismos → metilação do DNA, remodelação da cromatina,
modificação de histonas, mecanismos associados ao RNA de
interferência(iRNA)...
Principais tipos de memória
TIPOS DE MEMÓRIA
1)Estados transcricionais 
mitoticamente
herdáveis estabelecidos 
durante o desenvolvimento 
(memória celular)
TIPOS DE MEMÓRIA
1)Estados transcricionais 
mitoticamente
herdáveis estabelecidos 
durante o desenvolvimento 
(memória celular)
2)Alterações mitoticamente
herdáveis na responsividade 
dos organismos a estímulos 
ambientais devido a 
experiências anteriores
TIPOS DE MEMÓRIA
1)Estados transcricionais 
mitoticamente
herdáveis estabelecidos 
durante o desenvolvimento 
(memória celular)
2)Alterações mitoticamente
herdáveis na responsividade 
dos organismos a estímulos 
ambientais devido a 
experiências anteriores
3)Alterações meioticamente
hereditárias na expressão 
gênica e na fisiologia dos 
organismos em resposta a 
experiências nas gerações
O QUE É BIOLOGIA MOLECULAR?
Área da Biologia que estuda a estrutura e a função do material
genético e os produtos de sua expressão
BIOQUÍMICA
BIOLOGIA GENÉTICA
DOGMA DA BIOLOGIA MOLECULAR
APÓS A REPLICAÇÃO DO 
DNA, O RNA É PRODUZIDO 
(TRANSCRIÇÃO) E AS 
PROTEÍNAS SÃO SINTETIZADAS 
(TRADUÇÃO)
DOGMA DA BIOLOGIA MOLECULAR
APÓS A REPLICAÇÃO DO 
DNA, O RNA É PRODUZIDO 
(TRANSCRIÇÃO) E AS 
PROTEÍNAS SÃO SINTETIZADAS 
(TRADUÇÃO)
NÚCLEO
DOGMA DA BIOLOGIA MOLECULAR
APÓS A REPLICAÇÃO DO 
DNA, O RNA É PRODUZIDO 
(TRANSCRIÇÃO) E AS 
PROTEÍNAS SÃO SINTETIZADAS 
(TRADUÇÃO)
NÚCLEO
CITOPLASMA
ESTRUTURA QUÍMICA DOS ÀCIDOS NUCLEICOS
DNA (Ácido Desoxirribonucleico) e RNA (Ácido Ribonucleico) → Armazenam e 
transmitem as informações nos seres vivos.
DNA
Nucleotídeo
ESTRUTURA QUÍMICA DOS ÀCIDOS NUCLEICOS
DNA (Ácido Desoxirribonucleico) e RNA (Ácido Ribonucleico) → Armazenam e 
transmitem as informações nos seres vivos.
DNA
Nucleotídeo
Grupo fosfato:
molécula com 1 átomo 
de fósforo cercado por 
4 oxigênios (carga 
negativa)
Base nitrogenada: 
anel com átomos de 
carbono e nitrogênio 
Pentose: molécula de 
açúcar com 5 
carbonos (ribose)
ESTRUTURA DOS ÀCIDOS NUCLEICOS
DNA
Nucleotídeo
Ligações 
fosfodiéster
ESTRUTURA DOS ÀCIDOS NUCLEICOS
DNA
Nucleotídeo
Ligações fosfodiéster
FOSFATO DO PRIMEIRO 
NUCLEOTÍDEO VAI SE LIGAR AO 
CARBONO 5’ DA PENTOSE, QUE 
POR SUA VEZ, VAI SER LIGAR AO 
PRÓXIMO FOSFATO PELO 
CARBONO 3’
QUAL O SENTIDO DA VIDA?
QUAL O SENTIDO DA VIDA?
ORIENTAÇÃO
5’ → 3’
ESTABILIDADE 
ESTRUTURA DOS ÀCIDOS NUCLEICOS
DNA
Bases nitrogenadas
PURINA 
(2 anéis - grande)
• Adenina
• Guanina
PIRIMIDINA 
(1 anel - pequena)
• Citosina
• Timina
• Uracila
ESTRUTURA DOS ÀCIDOS NUCLEICOS
DNA
Bases nitrogenadas
Complementariedade de bases
ESTRUTURA DOS ÀCIDOS NUCLEICOS
DNA
Fitas
2 cadeias 
polinucleotídicas que 
envolvem o eixo central 
constituindo a dupla-
hélice com orientação 
para direita
Antiparalelas: direções 
opostas (5’→3’ e 3’→5’)
FITA 
SIMPLES
FITA DUPLA 
(DUPLA-
HÉLICE)
ESTRUTURA DOS ÀCIDOS NUCLEICOS
DNA
Fitas
Bases nitrogenadas →
hidrofóbicas (sem afinidade com
a água): interior da molécula,
protegida contra o ambiente
aquoso – degrau
ESTRUTURA DOS ÀCIDOS NUCLEICOS
DNA
Fitas
Bases nitrogenadas →
hidrofóbicas (sem afinidade com
a água): interior da molécula,
protegida contra o ambiente
aquoso – degrau
ESTRUTURA DOS ÀCIDOS NUCLEICOS
DNA
Fitas
Bases nitrogenadas →
hidrofóbicas (sem afinidade com
a água): interior da molécula,
protegida contra o ambiente
aquoso – degrau
Estruturas de açúcar–fosfato →
hidrofílicas (afinidade com a
água): exterior da molécula
interagindo com o ambiente –
corrimão
ESTRUTURA DOS ÀCIDOS NUCLEICOS
DNA
Fitas
Bases nitrogenadas →
hidrofóbicas (sem afinidade com
a água): interior da molécula,
protegida contra o ambiente
aquoso – degrau
Estruturas de açúcar–fosfato →
hidrofílicas (afinidade com a
água): exterior da molécula
interagindo com o ambiente –
corrimão
VANTAGENS DA ESTRUTURA DO DNA
Armazenamento e a codificação de uma quantidade grande de 
informação
Funciona como molde para a síntese de uma nova cadeia
Empacotamento é um mecanismo de defesa contra a perda de 
informação genética
Complementaridade das cadeias de DNA permite que ambas se 
identifiquem e se reúnam, em uma estrutura complexa de moléculas
Estabilidade da molécula
DNA X RNA
BASE NITROGENADA
Timina (DNA) X Uracila (RNA)
Diferem por meio de um grupo metila no carbono
DNA X RNA
BASE NITROGENADA
Timina (DNA) X Uracila (RNA)
Diferem por meio de um grupo metila no carbono.
AÇÚCAR
Desoxirribose (DNA) X Ribose (RNA)
Diferem por meio de um grupamento hidroxila no
carbono.
EMPACOTAMENTO
DO DNA
HISTONAS
Ptns responsáveis pela condensação do 
DNA.
(a)DNA + histonas = nucleossomo
(H2A, H2B, H3 e H4).
(b)Nucleossomos se enrolam = solenóide
fibra helicoidal (H1).
(c)Fibra de 30 nm é dobrada em alças = 
fibra de cromatina.
(d)Cromossomo metafásico = formado por 
duas subunidades paralelas (cromátides), 
cada uma constituída por um único fio de 
DNA, associados a proteínas (histonas)
CROMATINA
Eucromatina
ativa → menor compactação
genes ativos
Heterocromatina
Inativa → maior compactação
genes inativos
Célula Humana
2 metros de DNA empacotados em 
46 cromossomos dentro de um 
núcleo com 0,006 mm de diâmetro
EMPACOTAMENTO
DO DNA
EMPACOTAMENTO
DO DNA
REPLICAÇÃO DO DNA
Eficácia e fidelidade
Semiconservativa
Fitas antigas de DNA servem como molde para a síntese de novas fitas de DNA.
R
E
P
LI
C
A
Ç
Ã
O
 
D
O
 D
N
A
SABENDO QUE O SENTIDO DA SÍNTESE DE DNA É DE 
5’→ 3’, COMO OCORRE A SÍNTESE DA FITA 
COMPLEMENTAR? 
SABENDO QUE O SENTIDO DA SÍNTESE DE DNA É DE 
5’→ 3’, COMO OCORRE ASÍNTESE DA FITA 
COMPLEMENTAR? 
DE FORMA DESCONTÍNUA
SABENDO QUE O SENTIDO DA SÍNTESE DE DNA É DE 
5’→ 3’, COMO OCORRE A SÍNTESE DA FITA 
COMPLEMENTAR? 
Uma fita é produzida de forma contínua e a outra de forma descontínua
DE FORMA DESCONTÍNUA
SENSO ANTI-SENSO
SABENDO QUE O SENTIDO DA SÍNTESE DE DNA É DE 
5’→ 3’, COMO OCORRE A SÍNTESE DA FITA 
COMPLEMENTAR? 
Uma fita é produzida de forma contínua e a outra de forma descontínua
Forquilha de Replicação →
local de separação das duas
fitas parentais
SABENDO QUE O SENTIDO DA SÍNTESE DE DNA É DE 
5’→ 3’, COMO OCORRE A SÍNTESE DA FITA 
COMPLEMENTAR? 
Uma fita é produzida de forma contínua e a outra de forma descontínua
Forquilha de Replicação →
local de separação das duas
fitas parentais
Fragmentos de Okazaki →
polimerizados na direção
5’→3’
REPLICAÇÃO DO DNA - ENZIMAS
HELICASE
Rompe as 
pontes de 
hidrogênio 
entre as bases 
nitrogenadas, 
separando as 
fitas de DNA
DNA 
TOPOISOMERASE
Relaxamento da 
torção da dupla 
hélice
1ª FASE: DESENROLAMENTO
REPLICAÇÃO DO DNA - ENZIMAS
HELICASE
Rompe as 
pontes de 
hidrogênio 
entre as bases 
nitrogenadas, 
separando as 
fitas de DNA
DNA 
TOPOISOMERASE
Relaxamento da 
torção da dupla 
hélice
DNA 
POLIMERASE
Adiciona 
nucleotídeos no 
sentido 5’→3’
Sintetiza uma 
sequência de 
DNA no lugar do 
iniciador (primer)
RNA 
PRIMASE
Sintetiza um 
iniciador de 
RNA
Inicia a síntese 
de cada 
fragmento de 
Okazaki
1ª FASE: DESENROLAMENTO 2ª FASE: CONTÍNUA
REPLICAÇÃO DO DNA - ENZIMAS
HELICASE
Rompe as 
pontes de 
hidrogênio 
entre as bases 
nitrogenadas, 
separando as 
fitas de DNA
DNA 
TOPOISOMERASE
Relaxamento da 
torção da dupla 
hélice
DNA 
POLIMERASE
Adiciona 
nucleotídeos no 
sentido 5’→3’
Sintetiza uma 
sequência de 
DNA no lugar do 
iniciador (primer)
RNA 
PRIMASE
Sintetiza um 
iniciador de 
RNA
Inicia a síntese 
de cada 
fragmento de 
Okazaki
DNA 
LIGASE
Une os 
fragmentos 
de Okazaki
1ª FASE: DESENROLAMENTO 2ª FASE: CONTÍNUA
3ª FASE: 
DESCONTÍNUA
REPLICAÇÃO DO DNA
https://www.youtube.com/watch?v=TNKWgcFPHqw
https://www.youtube.com/watch?v=gG7uCskUOrA
REFERÊNCIAS
ALBERTS B. Biologia molecular da célula. 6ª ed. Porto Alegre: Artes Médicas, 2017.
JUNQUEIRA LC, CARNEIRO J. Biologia celular e molecular. 9ª ed. Rio de Janeiro:
Guanabara Koogan, 2012.
LODISH H, et al. Biologia celular e molecular. 7ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.
NELSON DL, COX MM. Princípios da bioquímica. 6ª ed. Porto Alegre: Artmed. 2014.
Robinson TR. Genética para Leigos. 2ª ed, Alta Books, 2016.
WATSON JD, et al. Biologia molecular do gene. 5ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2006.
Wang KC, Chang HY. Epigenomics: Technologies and Applications. Circ Res.
2018;122(9):1191–1199.
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