BIOLOGIA MOLECULAR
• estudo das células e
moléculas
• genoma dos
organismos
• conjunto de
informações genéticas
HISTÓRICO
1865 - GREGOR MENDEL
Estudou cruzamento entre
diferentes
tipos
de
ervilhas
demonstrando
que certas características
físicas
dessas
plantas
eram
transmitidas
de
geração
para
geração
através de “fatores”.
HISTÓRICO
1902 – SUTTON e BOVERI
Padrão de herança dos
“fatores” acompanhava a
segregação dos cromossomos
de células em divisão
1909 – JOHANNSEN
Nomeou as unidades
mendelianas da
hereditariedade “fatores” de
GENES
HISTÓRICO
1915 – THOMAS MORGAN
Concluiu que os genes estavam
organizados de maneira linear nos
cromossomos
Propôs, pela 1ª vez, uma correlação
entre um gene = genótipo e uma
característica física = fenótipo
HISTÓRICO
• 1941 – BEADLE e TATUM
• Demonstraram que os genes
agiam através da regulação de
diferentes eventos químicos
• HIPÓTESE:
UM GENE
→ UMA ENZIMA
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
HISTÓRICO
1955 – JOE HIN TJIO
Definiu como 46 o número exato
de cromossomos humanos
ARTHUR KORNBERG
Isolou a enzima DNA polimerase da bactéria
E. coli
HISTÓRICO
1957 – CRICK e
GAMOV
Dogma Central da
Biologia Molecular
DNA → RNA
→ PROTEÍNA
Dogma
Central
da
Biologia
Molecular
HISTÓRICO
• 1961 – BRENNER, JACOB e
MESELSON
• RNAm é a molécula que leva
informação do DNA no núcleo
para a maquinaria de produção
de proteínas no citoplasma
HISTÓRICO
1966 – NIRENBERG,
KHORANA e OCHOA
Seqüências sucessivas
de três nucleotídeos do
DNA = códon
determinam a seqüência
de aminoácidos de uma
proteína
O CÓDIGO GENÉTICO É
DESVENDADO!!!
Com o desenvolvimento da
tecnologia do DNA
recombinante (1972) e do
seqüenciamento do DNA
(1975-77) tornou-se possível
isolar e determinar a
seqüência de genes dos mais
diferentes organismos.
Desta forma, com a
disponibilidade de novos
recursos, vários
mecanismos biológicos,
como a replicação do DNA e
a divisão celular,
começaram a ser
intensamente estudados.
Núcleo
DNA
Cromossoma
Gene
Promotor
Exon
Intron
A célula é a unidade
fundamental da vida
– Todos os seres vivos, animais e
vegetais, são constituídos de
células
•Cada célula é envolvida por
membrana e preenchida por
uma solução aquosa
•É capaz de criar cópias de si
mesma pelo crescimento e
divisão celular
– Em resumo, célula é:
•“unidade que constitui os
seres vivos e, em geral,
definida como a menor
porção de matéria viva
dotada de autoduplicação
independente”
– Os vírus não podem ser
considerados células, pois
dependem do parasitismo
para se reproduzir,
utilizando-se da
maquinaria da célula
hospedeira = seres
acelulares
• Organização estrutural das
células
– Procarióticas
– Eucarióticas
• Dos vários tipos de moléculas
presentes na célula, as de nosso
interesse serão as macro-moléculas
conhecidas como
– Proteínas – cadeia de aminoácidos
– Ácidos nucléicos = DNA e RNA
– cadeia de nucleotídeos
• A forma e o funcionamento de qualquer
célula são decorrentes direto ou
indiretamente da presença de um
arsenal de proteínas
• As proteínas são macromoléculas
informacionais sintetizadas sob o
comandos de instruções específicas
presentes nos ácidos nucléicos =
genes
– Alterações nos genes podem
acarretar em mudanças na
conformação e na atuação das
nossas proteínas
– De maneira simplista, cada gene =
parte funcional do DNA, codifica uma
proteína
DNA
• Toda a informação que uma célula necessita
durante a sua vida e a de seus descendentes,
está organizada em forma de código nas fitas
dos ácidos nucléicos
– Constituem os armazenadores e
transmissores de informação nos seres
vivos
• Esta informação traduzida em proteínas
permite que a célula execute todo o trabalho
necessário à sobrevivência do organismo
CROMOSSOMOS
• Os cromossomos contêm os genes que
por sua vez são formados por DNA
• Estes genes permitem a transmissão
das informações genéticas de geração
a geração
• Nas células procarióticas, o
cromossomo é uma única molécula de
DNA
– Os cromossomos encontram-se
imersos no próprio citoplasma
formando uma estrutura denominada
nucleóide
CROMOSSOMOS
• nas células eucarióticas, o
cromossomo é formado por DNA
associado a moléculas de histona, que
são proteínas básicas
– encontram-se separados dos
citoplasma pela membrana nuclear
ou carioteca, em uma estrutura
denominada núcleo
TIPOS DE ÁCIDOS
NUCLÉICOS
– Ácido desoxirribonucléico ou DNA
e ácido ribonucléico ou RNA
– Ambos são polímeros lineares de
nucleotídios conectados entre si
via ligações covalentes
denominadas ligações fosfodiéster
DNA e RNA
DNA: contém informação das
características do indivíduo
 Gens = pedaços de DNA
 DNA e RNA : formados pôr
sequências de nucleotídeos
ESTRUTURA DO DNA
1) Estrutura primária
NUCLEOTÍDEO
- É um polímero não ramificado
- Formado por monômeros chamados de
nucleotídeos
- Cada nucleotídeo contém:
1 Base orgânica nitrogenada
(Por que contém nitrogênio na sua formação)
1 Açúcar chamado
5C
DESOXIRRIBOSE
1C
4C
3C
Possui 5 Carbonos na
sua molécula
2C
1 grupo fosfato (PO4-)
As Bases Nitrogenadas podem ser de dois tipos:
PÚRICAS
H
C
N
PIRIMÍDICAS
H
C
N
C
N
CH
HC
CH
CH
HC
C
N
N
H
N
NUCLEOTÍDIOS
• São unidades básicas
dos ácidos nucléicos,
e constituídos de:
– Uma base nitrogenada
= anel heterocíclico de
átomos de carbono e
nitrogênio
– Uma pentose = açúcar
com cinco carbonos
– Um grupo fosfato =
molécula com um
átomo de fósforo
cercado por 4
oxigênios
Fosfato
TIPOS DE PENTOSES
RIBOSE
e
DESOXIRRIBOSE
Diferem uma da outra pela presença
ou ausência do grupo hidroxila no C
2' da pentose.
É baseado nesta característica que os
ácidos nucléicos recebem o nome
RNA = ribose ou DNA = desoxirribose
A pentose é o elo de ligação entre a
base e o grupo fosfato
PENTOSES
TIPOS DE BASES
NITROGENADAS
Púricas:
Adenina (A) – Guanina (G)
Pirimídicas: Timina (T) – Citosina (C) –
Uracil (U)
as purinas são constituídas de dois anéis
fundidos de 5 e 6 átomos
as pirimidinas de um único anel de 6
átomos
• Apenas quatro tipos diferentes de
bases são encontrados em um dado
polímero de ácido nucléico
– no DNA as bases são A, G, C, e T
– no RNA são A, G, C, e U
• Uracila e Timina são moléculas
bastante relacionadas, diferindo
apenas
pelo
grupo
metila
encontrado no átomo C5 do anel
pirimídico da Timina
DIFERENÇAS ENTRE
DNA E RNA
• DNA
• RNA
• dupla cadeia de
nucleotídeos
enroladas em
hélice e ligadas
pelas bases
nitrogenadas;
• pentose:
desoxirribose;
• bases: adenina,
timina, guanina e
citosina;
• fita única de
nucleotídeos;
• pentose: ribose;
• bases: adenina,
uracila, guanina e
citosina
Antiparalelismo
As fitas do
DNA estão
dispostas em
direções
opostas
A Dupla Hélice
A forma predominante de torção da
espiral do DNA é para a direita ou sentido horário
A Dupla Hélice
O B-DNA é o predominante em condições fisiológicas
MOLÉCULA DE DNA
• Chargaff: % de A = % de T
e % de G = % de C
• Watson e Crick : Dupla Hélice
A
T
C
G
T
A
DNA
PAPÉIS BIOLÓGICOS DO DNA
• A duplicação do DNA permite que a
PROGRAMAÇÃO hereditária da célula seja
transmitida às células-filhas;
• O DNA controla a atividade celular através
da produção de RNA. Este, no citoplasma,
comanda a produção de PROTEÌNAS,
essenciais ao metabolismo celular;
• Existem diferentes tipos de DNA, que
VARIAM quanto ao número, tipo e
disposição dos nucleotídeos na molécula.
Complementariedade
Fita velha
Durante a
replicação do
DNA as duas fitas
velhas ou mães
servem de molde
para cada fita
nova ou filha
complementar,
que está sendo
sintetizada.
Fita nova
DUPLICAÇÃO DO DNA
Só ocorre na presença de DNA
POLIMERASE;
Considerada SEMI-CONSERVATIVA;
A
T
C
G
G
C
A
T
G
A
T
C
DUAS NOVAS MOLÉCULAS DE DNA
DUPLICAÇÃO SEMI-CONSERVATIVA
A
T
A
T
C
G
C
G
G
C
A
T
G
A
T
A replicação é semi-conservativa
•The Meselson-Stahl experiment
TRANSCRIÇÃO
SÍNTESE DE RNA
• O DNA sempre serve de molde para
fabricar o RNA;
• Presença de RNA polimerase;
• As duas fitas de DNA se afastam;
• Entram nucleotídeos livres de RNA e se
encaixam em uma das fitas;
• O RNA se destaca do molde de DNA e vai
para o citoplasma;
• As duas fitas de DNA pareiam e se ligam
novamente.
TRANSCRIÇÃO
SÍNTESE DE RNA
C
A
G
G
A
T
G
C
TIPOS DE RNA
• RNAmensageiro: intermediário entre a
receita (DNA) e a execução da receita
(produção de proteínas);
- a sequência dos aa da proteína depende da
sequência de nucleotídeos do RNAm;
- a sequência de 3 bases nitrogenadas no
RNAm é chamada de CÓDON : codifica um
aminoácido específico.
• RNAtransportador: carrega os aa para o
local da síntese de proteínas;
- há um tipo de RNAt para cada tipo de
aa;
- a sequência de 3 bases nitrogenadas
no RNAm, complementar ao códon,
chama-se ANTICÓDON.
• RNAribossômico: faz parte da estrutura do
ribossomo.
TRANSCRIÇÃO E TRADUÇÃO
DO CÓDIGO GENÉTICO
• O código de bases nitrogenadas do
DNA é “transcrito” para um RNAm .
• O RNAm passa para o citoplasma e
recebe os RNAt que vêm
transportando aminoácidos.
• O encaixe dos RNAt no RNAm é feito
pela correspondência de códon x
anticódon.
• Os ribossomos atuam como
pontes de apoio na junção
RNAm x RNAt.
• A sucessão de aminoácidos que
se encadeiam representa a
“tradução” do código genético,
implícito inicialmente no DNA e,
depois, transcrito para o RNAm.
POLIRRIBOSSOMOS
CÓDIGO GENÉTICO
• Cada gene - uma característica;
• Cada característica depende das
proteínas ou enzimas produzidas pela
célula,
• exemplo: cor dos olhos - pigmento na
íris; cor da pele - produção de
melanina;
• Gene - segmento de DNA que contém
as informações para a síntese de uma
proteína.
INFORMAÇÕES:
• * o nº de códons indica o nº de
aminoácidos;
* os tipos de códons indicam os
tipos de aminoácidos;
* a sequência de códons indica
a sequência de aminoácidos.
• Existem 64 códons e 20 aa,
portanto 2 ou mais códons podem
codificar para o mesmo aa CÓDIGO DEGENERADO.
CÓDIGO GENÉTICO
• Código Genético  mapeamento
dos códons nos aminoácidos
– 64 códons
– 20 aminoácidos
– 3 códons de parada
U
C
A
G
U
Phe
Phe
Leu
Leu
Ser
Ser
Ser
Ser
Tyr
Tyr
Parada
Parada
Cys
Cys
Parada
Trp
U
C
A
G
C
Leu
Leu
Leu
Leu
Pro
Pro
Pro
Pro
His
His
Gln
Gln
Arg
Arg
Arg
Arg
U
C
A
G
A
Ile
Ile
Ile
Met
Thr
Thr
Thr
Thr
Asn
Asn
Lys
Lys
Ser
Ser
Arg
Arg
U
C
A
G
G
Val
Val
Val
Val
Ala
Ala
Ala
Ala
Asp
Asp
Glu
Glu
Gly
Gly
Gly
Gly
U
C
A
G
3ª base no códon
1ª base no códon
2ª base no códon
RESUMINDO...
aa
A
T
T
G
A
C
G
C
C
G
A
T
T
A
A
T
RNAt
A U G anticódon
U
A
C
C
G
U
A
U
RNAm
CÓDON
1 CÓDON = 1 AMINOÁCIDO
1 AMINOÁCIDO = 1 OU +
CÓDONS
REGULAÇÃO GÊNICA
por indução enzimática
REGULAÇÃO GÊNICA
por repressão enzimática
Núcleo
RNA polimerase
Gene
Transcrição
hnRNA
Processamento
mRNA
Tradução
Citoplasma
proteína
Fim???