ESTUDO DIRIGIDO ESTRUTURA DO DNA E CROMOSSOMOS

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ESTUDO DIRIGIDO: Estrutura do DNA e cromossomos
1. Quais são as funções do material genético? Explique cada uma delas.
Função genotípica, a replicação: O material genético deve estocar a informação genética e transmitir com precisão essa informação dos genitores para a prole, geração após geração;
Função fenotípica, a expressão gênica: O material genético deve controlar o desenvolvimento do fenótipo do organismo. Ou seja, o material genético deve ditar o crescimento do organismo desde o zigoto unicelular até o adulto.
Função evolutiva, as mutações: O material genético deve sofrer mudanças para produzir variações que permitem aos organismos adaptar- se a modificações no ambiente de modo que possa ocorrer evolução.
0. Explique os experimentos que comprovaram que o DNA é o material genético.
Frederick Griffith: transformação bacteriana
Em 1928, o bacteriologista britânico Frederick Griffith conduziu uma série de experimentos usando a bactéria Streptococcus pneumoniae e ratos. Griffith não estava tentando identificar o material genético, mas, sim, criar uma vacina contra a pneumonia. Em seus experimentos, Griffith usou duas cepas relacionadas de bactéria, conhecidas como R e S. Como parte de seus experimentos, Griffith tentou injetar ratos com bactérias S mortas por calor (isso é, bactérias que haviam sido aquecidas a altas temperaturas, causando a morte das células). Sem surpresas, a bactéria S morta pelo calor não causou doença nos ratos. Quando bactérias R inofensivas foram combinadas com bactérias S mortas por calor e injetadas em um rato. Não só o rato contraiu pneumonia e morreu, mas quando Griffith retirou uma amostra de sangue do rato morto, ele encontrou bactérias S vivas. Griffith concluiu que as bactérias da cepa R teriam adquirido o que ele chamou de "princípio transformante" da bactéria S morta por calor, permitindo que elas se "transformassem" em bactérias S, tornando-se virulentas.
Os Experimentos de Hershey-Chase
Em seus agora lendários experimentos, Hershey e Chase estudaram bacteriófagos, ou vírus que atacam bactérias. Os fagos que usaram era simples partículas compostas de proteína e DNA, com as estruturas externas feitas de proteína e o núcleo interno consistindo de DNA.
Hershey e Chase sabiam que os fagos prendiam-se à superfície de uma célula bacteriana hospedeira e injetavam alguma substância (DNA ou proteína) no hospedeiro. Esta substância dava "instruções" que faziam a bactéria hospedeira iniciar a produção de muitos e muitos fagos - em outras palavras, era o material genético do fago. Antes do experimento, Hershey pensou que o material genético se provaria ser proteína. Para estabelecer se o fago injetava DNA ou proteína no interior da bactéria hospedeira, Hershey e Chase prepararam dois diferentes lotes de fagos. Em cada lote, os fagos eram produzidos na presença de elemento radiativo específico, que era incorporado nas macromoléculas (DNA e proteínas) sintetizadas pelos fagos. Cada lote de fagos era usado para infectar uma cultura diferente de bactérias. Após a infecção, cada cultura era turbilhonada em um liquidificador, removendo qualquer fago remanescente e partes de fagos externas às células bacterianas. Finalmente, as culturas eram centrifugadas a alta velocidade, para separar as bactérias dos resíduos de fagos.
Avery, MacLeod e McCarty: Identificando o princípio transformante
Em 1944, três pesquisadores, canadenses e americanos, Oswald Avery, Maclyn McCarty, e Colin MacLeod, dispuseram-se a identificar o "princípio transformante" de Griffith. Para tanto, eles começaram com grandes culturas de células S inativadas por calor e, através de uma longa série de etapas bioquímicas (determinadas por experimentação cuidadosa), purificaram progressivamente o princípio transformante através de lavagens, separação, ou destruição enzimática dos outros componentes celulares. Por este método, eles foram capazes de obter pequenas quantidades de princípio transformante altamente purificado, que eles puderam então analisar através de outros testes para determinar sua identidade.
Várias linhas de evidência sugeriram a Avery e seus colegas que o princípio transformante poderia ser DNA:
· A substância purificada apresentou resultados negativos em testes químicos conhecidos para detectar proteínas, mas um resultado fortemente positivo em um teste químico conhecido para detectar DNA.
· A composição dos elementos do princípio transformante purificado assemelhava-se muito a DNA em suas proporções de nitrogênio e fósforo.
· Enzimas que degradam proteínas e RNA tinha pouco efeito sobre o princípio transformante, mas enzimas capazes de degradar DNA eliminavam a atividade transformante.
Todos estes resultados apontavam para DNA como o provável princípio transformante. Contudo, Avery foi cauteloso na interpretação de seus resultados. Ele percebeu que era possível que alguma substância contaminante presente em pequenas quantidades, não DNA, fosse o verdadeiro princípio transformante.
Por causa desta possibilidade, o debate acerca da função do DNA continuou até 1952, quando Alfred Hershey e Martha Chase usaram uma abordagem diferente para conclusivamente identificar o DNA como o material genético.
 
 
0. Descreva a estrutura da molécula do DNA.
Os principais componentes dos ácidos nucleicos são macromoléculas compostas de subunidades repetidas chamadas de nucleotídeos. O DNA tem um nível de organização adicional e muito importante: geralmente é uma molécula bifilamentar. James Watson e Francis Crick deduziram a estrutura correta do DNA: o modelo de dupla hélice com giro para a direita em que duas cadeias polinucleotídicas são helicoizadas uma ao redor da outra. Cada cadeia polinucleotídica consiste em uma sequência de nucleotídeos ligados por uniões fosfodiéster, ligando desoxirriboses adjacentes. Os dois filamentos polinucleotídicos são mantidos juntos em sua configuração helicoidal por pontes de hidrogênio entre as bases em filamentos opostos. Os pares de bases resultantes são empilhados entre duas cadeias perpendiculares ao eixo da molécula. O pareamento de bases é específico: adenina sempre está pareada com timina e guanina sempre faz par com citosina. Assim, todos os pares de bases consistem em uma purina e uma pirimidina. Em suas configurações estruturais comuns, adenina e timina formam duas pontes de hidrogênio, e guanina e citosina formam três pontes de hidrogênio.
0. Descreva a estrutura física e composição química dos nucleotídeos.
São subunidades que compõem as macromoléculas formadoras dos ácidos nucleicos. Cada nucleotídeo é composto um grupo fosfato, uma pentose e um composto nitrogenado chamado base. No DNA, o açúcar é o ácido desoxirribonucleico. No RNA, o açúcar é a ribose (ácido ribonucleico). Quatro bases diferentes são comumente encontradas no DNA: Adenina (A), guanina (G), timina (T) e citosina (C). O RNA também contém adenina, citosina e guanina, mas tem uma base diferente, uracila (U), em lugar de timina. Adenina e guanina são bases com dois anéis chamadas purinas; citosina, timina e uracila são bases com um anel, chamadas pirimidinas.
0. Descreva as formas alternativas da dupla hélice.
DNA B: Conformação adotada pelo DNA sob condições fisiológicas normais (em soluções aquosas contendo baixas concentrações de sal).
DNA A: É uma hélice com giro para a direita como o DNA B, mas com 11 pares de nucleotídeos por giro. O DNA é uma dupla hélice mais espessa e mais curta com diâmetro de 2,3 nm.
DNA Z: Sequência de DNA com giro para a esquerda, que ocorre em hélices duplas que são ricas em G-C e contêm purinas e pirimidinas alternantes. Além disso, contém 12 pares de base por giro, diâmetro de 1,8 nm e um único sulco profundo.
0. O que são e quais as funções das superélices?
As super-hélices são introduzidas em uma molécula de DNA quando um filamento ou ambos são cortados e quando os filamentos complementares de uma ponta são girados ou torcidos ao redor um do outro com a outra ponta fixa no espaço, e, portanto, não podendo girar. Essa super- hélice faz com que a moléculade DNA colapse em uma estrutura muito helicoidizada similar a um fio de telefone ou elástico torcido. As super- hélices são introduzidas e removidas das moléculas de DNA por enzimas que têm papéis essenciais na replicação do DNA. A super-hélice só ocorre em moléculas de DNA com pontas fixas, pontas que não estão livres para girar.
0. Quais são as diferenças entre DNA e RNA?
· O DNA geralmente existe como uma dupla-hélice,sendo os dois filamentos mantidos juntos por pontes de hidrogênio entre bases completares: A-T E C-G;
· O RNA geralmente existe como uma molécula unifilamentar;
· O RNA possui Uracila no lugar de timina;
· RNA contém ribose e o DNA desoxirribose;
· DNA pode ser encontrado no núcleo da célula enquanto o RNA, por sua vez, é encontrado no citosol da célula.
0. Diferencie a estrutura e composição química entre cromossomos procariotos e eucariotos.
· Cromossomos Procariontes: São monoplóides; eles têm apenas um conjunto de genes. Na maioria dos vírus e procariontes, o conjunto único de genes é estocado em um só cromossomo, que por sua vez contém uma única molécula de ácido nucleico. As moléculas de DNA nos cromossomos procarióticos e virais são organizadas em domínio de super-hélice negativa.
· Cromossomos eucariontes: Os genomas eucarióticos contêm níveis de complexidade que não são encontrados em procariontes. A maioria é diploide, tendo dois conjuntos completos de genes, um de cada genitor. Embora Eucariontes tenham apenas 2 a 15 vezes mais genes que a E. coli, eles têm ordens de grandeza maior que a do DNA. Além disso, grande parte desse DNA não contém genes, pelo menos não genes que codificam proteínas ou moléculas de RNA.
0. Quantas moléculas de DNA existem por cromossomo eucariótico? E de que maneira elas são compactadas até seu nível máximo de condensação?
Um cromossomo eucariótico típico de 1 a 20 cm (104 a 2 x 105μm) de DNA. O DNA é acondicionado em contas com aproximadamente 10 nm chamadas nucleossomos. Cada nucleossomo contém 166 pares de nucleotídeo de DNA enrolados em duas voltas de um octâmero de moléculas de histonas.
0. O que são centrômero e telômero? Cite suas principais funções.
· Centrômeros: Uma região responsável pela ligação dos microtúbulos durante o movimento anafásico. Em geral, pode ser reconhecido como uma região conservada de constrição onde o cromossomo parece não ter se duplicado.
· Telômeros:  São as extremidades dos cromossomos eucarióticos. São responsáveis por: prevenir que as nucleases degradem as extremidades das moléculas de DNA, prevenir a fusão de duas extremidades de DNA quebrado, facilitar a replicação das extremidades das moléculas de DNA. A sequência de nucleotídeos presente no telômero segue o padrão 5’ T1–4 A0–1 G1–8-3’,  células humanas normais contêm de 500 à 3000 repetições da sequência TTAGGG.
0. O que é telômero e qual sua principal função?
Telômeros:  São as extremidades dos cromossomos eucarióticos. São responsáveis por: prevenir que as nucleases degradem as extremidades das moléculas de DNA, prevenir a fusão de duas extremidades de DNA quebrado, facilitar a replicação das extremidades das moléculas de DNA. A sequência de nucleotídeos presente no telômero segue o padrão 5’ T1–4 A0–1 G1–8-3’,  células humanas normais contêm de 500 à 3000 repetições