Introduo Gentica Molecular = Estrutura e funo do material
hereditrio no nvel molecular.
Mas qual a constituio do material hereditrio?
Caractersticas importantes: 1.Deve conter uma informao complexa
2.Deve replicar fielmente 3.Deve codificar o fentipo
1868 J. F. Miescher = nuclena 1887 Cromatina = protenas + DNA
Final 1800 = 4 bases nitrogenadas Adenina Timina Citosina
Guanina
Incio do sculo XX = P.A. Levene Tetranucleotdeos
Entre 1940-50: E. Chargaff propores entre nucleotdeos
Mas qual a constituio do material hereditrio? DNA? Protena?
1928 F. Griffith Princpio Transformante
1940-1950 O. Avery, C. MacLeod, M. MacCarty Natureza do princpio
transformante
O DNA o material gentico. Ser? Duvido muito!!!
1940-1950 A. Hershey, M. Chase Confirmao do princpio
transformante
1940-1950 A. Hershey, M. Chase
O DNA , realmente, a molcula da hereditariedade.
1953 J. Watson, F. Crick A estrutura da molcula de DNA.
Linha do Tempo 1956 H. Fraenkel-Conrat & Bea Singer RNA como
material gentico.
A NATUREZA QUMICA DO GENE Prof. Dr. Sandro J. Conde Cincias
Biolgicas
Estrutura do DNA 3 nveis Estrutura primria Nucleotdeos Estrutura
secundria Dupla hlice Estrutura terciria Arranjos de compactao
DNA um polmero (macromolcula)
Estrutura PrimriaUnidade: Nucleotdeos 1 Acar 2 Fosfato 3 Base
com Nitrognio
1 Acar Monossacardeo - Pentose (5 carbonos) Desoxirribose e
Ribose
Enzimas celulares reconhecem e so especficas para cada
nucleotdeo conforme o acar que possuem.
DNA menos reativo e mais estvel RNA mais reativo e muito
instvel
2 Grupo fosfato Apresentam carga negativa, que d caracterstica
cida ao nucleotdeo
3 Base Nitrogenada Purina ou Pirimidina Purina = Anel de 6 lados
ligados um anel de 5 lados
DNA e RNA possuem duas purinas: Adenina Guanina
Pirimidina = Apenas um anel de 6 lados
DNA possui Citosina e Timina RNA possui Citosina e Uracila
Nucleosdeos Juno do acar com a base nitrogenada
Nucleotdeos incorporados e no incorporados
Pontes de Hidrognio
Filamentos polinucleotdicos
Sentido: 5 para 3 (orientao da pentose)
Estrutura Secundria
Tridimensional, dupla hlice.
O esqueleto acar-fosfato
Fitas em orientao anti-paralelas
Os filamentos no so idnticos, mas complementares.
A estrutura tridimensional mantida por foras moleculares.
As condies do meio e a sequncia de bases contribuem para a
estrutura tridimensional
Implicaes As instrues genticas so codificadas pelas sequencias
de bases. Possui capacidade de se replicar fielmente. Capaz de
traduzir suas informaes no fentipo.
REPLICAO E RECOMBINAO DO DNA
A Replicao um processo complexo e fundamental. Necessita de um
grande conjunto de molculas e enzimas.
Exemplo: E. Coli = 4,6 milhes de pares de base. Divide-se a cada
20 minutos. Velocidade de replicao 1000 nucleotdeos por
segundo.
A replicao semi-conservativa: cada filamento conservado e serve
de molde para a produo do novo filamento.
Modelos propostos:
Histrico Experimento de Meselson e Stahl (1958): Istopos de
Nitrognio = 14N e 15N Centrifugao
O processo de Replicao O incio da replicao ocorre na Origem de
Replicao ou ORI. Procariontes = nica ORI Eucariontes = vrias
ORI
Bolha de replicao e forquilha de replicao
A replicao bidirecional
Em eucariontes, a replicao mais lenta. Procariontes = 1000
nuc./seg Eucariontes = 500 a 5000 nuc./minuto
Requisitos da Replicao - Molde de DNA unifilamentar -
Matrias-primas (dNTP) -Enzimas de leitura do molde e colocao dos
novos nucleotdeos
-Trifosfato de desoxirribonucleosdeo
Sentido da replicao -Enzima DNA polimerase -Sentido 5 para 3
Como a sntese pode ocorrer, simultaneamente, em ambos os
filamentos na forquilha?
Filamento contnuo (leading) Filamento descontnuo (lagging)
Os Fragmentos de Okazaki
A replicao requer um grande nmero de enzimas Etapas da replicao:
-Iniciao -Deselicoidizao -Alongamento -Trmino
Replicao do DNA bacteriano Iniciao: A origem de replicao (oriC)
uma sequncia de nucleotdeos. Protena Iniciadora (DnaA) desenrola
essa sequencia.
Deselicoidizao: DNA-helicase se liga na fita descontnua e move a
forquilha de replicao Protenas de ligao unifilamentar (SSB) impedem
que as fitas voltem a se unir DNA girase reduz a fora de toro na
forquilha
A enzima que faz a nova fita: DNA-polimerase Enzima de alta
fidelidade Necessita de iniciadores (primers) para comear a sntese
de uma nova fita
Necessita de iniciadores (primers) para comear a sntese de uma
nova fita
Ento como comea a sntese?
Primase: primers de RNA (10 a 12 nucleotdeos)
Fornece um grupo 3-OH para a DNA-polimerase Depois esses primers
so removidos
Alongamento: E. coli possui cerca de 5 DNA-polimerases.
DNA-polimerase I e III fazem a sntese do DNA Outras so responsveis
pelo reparo.
DNA-polimerase III tem duas atividades: Sntese 5 3 Exonuclease 3
5
DNA-ligase
Na forquilha de replicao deve ocorrer a sntese das duas fitas ao
mesmo tempo.
Componentes da forquilha de replicao: - Helicase - Protenas de
ligao a um s filamento - A topoisomerase DNA-girase - Primase -
DNA-polimerase
Termino: Dado pelo encontro de duas forquilhas ou por sequncias
no DNA
Reviso de erros: Seleo dos nucleotdeos Reviso Reparo de
pareamento errado 1 erro a cada 10 milhes de nucleotdeos
A replicao na clula eucaritica: Vrias origens de replicao Maior
nmero de DNA-polimerases: DNA-polimerase = Primase Diferentes
polimerases para cada filamento Montagem dos nucleossomos Replicao
coordenada com o ciclo celular O problema da ponta do
cromossomo
O problema da ponta do cromossomo
ESTRUTURA DO RNA E TRANSCRIO
Introduo Qual a molcula da vida mais primitiva? Obs.: -
Capacidade de estocar e transmitir a informao gentica - Catalisar
transformaes qumicas DNA ou Protenas???
1981 Tomas Cech RNAs de Tetrahymena thermophila As Ribozimas:
RNAs com atividade cataltica.
Transcrio: Sntese de uma molcula de RNA, usando o DNA como
molde. Etapa importante na transmisso da informao do gentipo para a
expresso no fentipo.
A Estrutura do RNA RNA ou cido Ribonucleico Ribonucleotdeos
mantidos por ligaes fosfodiester
Comparao com o DNA
O RNA pode assumir diversas estruturas secundrias,
possibilitando executar um nmero maior de funes.
RNA e suas diversas funes: RNA ribossmico (rRNA) RNA mensageiro
(mRNA) RNA imaturo ou RNA pr-mensageiro (pr-mRNA) RNA transportador
(tRNA) Pequenos RNAs nucleares (snRNA) RNA de interferncia (RNAi)
microRNA (miRNA) Pequenos RNAs de interferncia (siRNA)
Todos os RNAs so criados a partir de uma molcula de DNA por um
processo chamado transcrio. um processo altamente seletivo.
Requerimentos: 1.DNA molde (uma das fitas) 2.Matria prima
(ribonucleosdeos tri-fosfatos ou rNTPs) 3.Aparato de transcrio
(enzimas)
O Molde de DNA 1970 - Oscar Miller Jr., Barbara Hamkalo, e
Charles Thomas.
1963 Julius Marmur, et al.. Normalmente apenas uma das fitas
transcrita.
A unidade de transcrio:
Trecho no DNA que guia a transcrio e que possui a sequncia a ser
transcrita.
Promotor (Promoter) Regio codificadora do RNA (RNA-coding
region) Sequncia de trmino (Terminator) Acima ou a montante
(Upstream) - Negativo Abaixo ou a jusante (Downstream) Positivo
A matria prima para construir o RNA: Nucleosdeos tri-fosfato
Adicionados aos terminal 3 da molcula em formao
A sntese do RNA no requer um iniciador (primer) A cadeia em
crescimento construda no sentido de 5 para 3
O Aparato de Transcrio: RNA-Polimerase Outras protenas
- Procariontes Possuem apenas um tipo de RNA-polimerase, com
vrias subunidades.
- Eucariontes H 3 tipos diferentes. Todas so formadas por vrias
unidades polipeptdicas.
Transcrio em Bactrias Pode ser dividida em trs etapas: 1.Iniciao
2.Alongamento 3.Finalizao
Etapa 1 Iniciao - Reconhecimento do promotor - Formao da bolha
de transcrio - Ligao entre os primeiros rNTPs - Liberao do aparato
de transcrio do promotor
O Promotor (regio promotora) Apresenta uma sequncia consenso
(comum entre os vrios organismos)
Essa sequncia est localizada em -10 upstream (acima). conhecida
como sequncia consenso -10.
Outra sequncia consenso se localiza em -35 acima (upstream),
conhecida como sequncia consenso -35 TTGACA
Etapa 1 Iniciao No h uma sequncia consenso no ponto de incio da
transcrio (+1), mas frequente o incio com CAT, sendo o nucleotdeo A
a posio +1. O Fator-sigma se desprende do complexo ao iniciar a
sntese do RNA. A RNA-polimerase no necessita de um iniciador
(primer) para iniciar a sntese O primeiro nucleotdeo incorporado
mantm a estrutura tri-fosfato.
Etapa 2 Alongamento A RNA-polimerase move-se para baixo
(downstream) Em 37oC, aproximadamente 40 nucleotdeos/segundo
incorporados Provavelmente, Topoisomerases diminuem a tenso de
enrolamento das hlices (superhelicoidizao)
Etapa 3 - Finalizao A RNA-polimerase para de adicionar
nucleotdeos A fita de RNA liberada da RNA-polimerase O RNA se
dissocia do DNA A RNA-polimerase se desprende do DNA
-Independente da protena Rho -Dependente da protena Rho
Transcrio em Eucariontes Muito semelhante aos procariontes,
mas... No h uma nica sequncia consenso de promotor Cada
RNA-polimerase reconhece um promotor especfico H muitas protenas
envolvidas na iniciao do processo necessrio liberar o DNA dos
nucleossomos (estgio de compactao do DNA)
Etapa 1 Iniciao Estimulada pelas regies promotoras e
estimuladoras
O promotor eucarionte possui vrias sequncias consenso, sendo a
mais importante conhecida como TATA-box.
preciso formar um aparato de transcrio, do qual faz parte a
RNA-polimerase II e os fatores gerais de transcrio, conhecidos como
TFII (A, B, D, E, F e H)
Estimuladores so sequncias de DNA (muitas vezes distantes do
gene que controlam) capazes de aumentar a frequncia de transcrio de
um dado gene. O oposto reconhecido como sequencia silenciadora.
Etapa 2 Alongamento Etapa 3 Finalizao