Material Genético
O que é o Material Hereditário?
"O sangue dos seus pais não se perde em ti"
Menelau, Odisseia
Pitágoras - espermismo
Pitágoras - espermismo
Aristóteles
"A transmissão da hereditariedade, como Aristóteles percebeu, era, em essência, uma transmissão de informações. Essas informações eram então usadas para construir um organismo a partir do zero: a mensagem tornava-se material. E quando um organismo amadurecia, gerava de novo o sêmen masculino ou feminino - transformando, assim, o material em mensagem de novo"
O grego que filosofou o DNA
Aristóteles
"A transmissão da hereditariedade, como Aristóteles percebeu, era, em essência, uma transmissão de informações. Essas informações eram então usadas para construir um organismo a partir do zero: a mensagem tornava-se material. E quando um organismo amadurecia, gerava de novo o sêmen masculino ou feminino - transformando, assim, o material em mensagem de novo"
"Aristóteles deveria ganhar um nobel póstumo pela descoberta do DNA"
Max Delbruck
O grego que filosofou o DNA
Transmissão de Informações
- Qual o código da hereditariedade?
- Quem criptografa esse código?
- Quem o traduz?
Pré-formação
"Caráter infinitamente recursivo: como um homúnculo precisa amadurecer e produzir seus próprios filhos, era preciso que possuísse dentro de si mini-homúnculos pré-formados"
Dois mil anos depois, biólogos, filósofos e teólogos ainda debatiam essas ideias
Como as coisas mudam
Como as coisas permanecem.
Até que...
Após a constatação da existência de fatores hereditários por Gregor Mendel, muito se pesquisou para tentar entender a natureza desses fatores.
Modelo da tripla hélice, proposto por Linus Pauling
Fevereiro de 1953
Abril de 1953
Gregor Mendel constata a existência de fatores hereditários
1865
Descobrimento do DNA por Johan Miescher
1869
Princípio transformante de Griffith
1928
Avery, MacLeod e McCarty confirmam o principio de Griffith
1944
1952
Captura da "Photo 51" por Rosalind Franklin e Raymond Gosling
1952
Experimento Hershey-Chase prova a hereditariedade do DNA
Modelo de Watson e Crick da dupla hélice
O que é a vida? Schrondiger
OBRIGADO!
Material Genético
Desvendando o DNA: os nucleotídeos
Imaginou uma substância química com múltiplas ligações químicas distribuídas ao longo da fibra cromossômica. Talvez a sequência contivesse as instruções codificadas. Talvez a ordem guardasse o código secreto da vida
Imaginou uma substância química com múltiplas ligações químicas distribuídas ao longo da fibra cromossômica. Talvez a sequência contivesse as instruções codificadas. Talvez a ordem guardasse o código secreto da vida
-
Capacidade de replicação
-
Capacidade de armazenar informação (código genético)
-
Capacidade de expressar a informação
-
Permitir variabilidade (mutação)
- DNA e RNA são ácidos nucleicos, ou seja, polímeros de nucleotídeos.
- Sendo assim, como é composto um nucleotídeo?
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Nucleosídeo
O-
-O
O-
P
O
R
Grupo Fosfato
Açúcar de cinco carbonos
Pode ser classificado em:
Ribose (compõe o RNA)
Desoxirribose (compõe o DNA)
Pentose
Ácido ribonucleico
Ácido desoxiribonucleico
Bases Nitrogenadas
Água é pura!
Região diferencial dos nucleotídeos.
OBRIGADO!
Material Genético
Desvendando o DNA: a dupla-hélice
Erwin Chargaff
- Proporção de T = Proporção de A
- Proporção de C = Proporção de G
- Purinas (A + G) = Pirimidinas (T + C)
- A + T = G + C
Bases Nitrogenadas
Regra de Chargaff
A molécula de DNA
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
O nucleotídeo é a unidade básica
Mas a estrutura fica mais complexa!
A molécula de DNA
- Elucidade por Watson e Crick
- Muito influenciados pelo livro "O que é a vida"
- Roubaram uma fotografia muito importante para chegarem a suas conclusões
- Dextrógira (gira em sentido horário)
- As fitas se enrolam em torno de um eixo central
- As bases nitrogenadas se voltam para dentro, enquanto as pentoses e os grupamentos fosfato formam um arcabouço de açúcar-fosfato
- Fitas se organizam de forma antiparalela
- Bases nitrogenadas interagem entre sim de forma especifica (A = T, C ≡ G)
- Capacidade de replicação
A molécula de DNA
Características
- Dextrógira (gira em sentido horário)
- As fitas se enrolam em torno de um eixo central
- As bases nitrogenadas se voltam para dentro, enquanto as pentoses e os grupamentos fosfato formam um arcabouço de açúcar-fosfato
- Fitas se organizam de forma antiparalela
- Bases nitrogenadas interagem entre sim de forma especifica (A = T, C ≡ G)
- Capacidade de replicação
A molécula de DNA
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
"Ponte" de hidrogênio
A dica foi dada pela regra de Chargaff
Características
A molécula de DNA
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Ligação fosfo-diéster
Imagem bem simplificada!!
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Ligação fosfo-diéster
"Corrimão"
Arcabouço de açúcar-fosfato
Imagem bem simplificada!!
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Grupo Fosfato
Pentose
Base Nitrogenada
Base Nitrogenada
Pentose
Grupo Fosfato
Ligação fosfo-diéster
Degraus (bases nitrogenadas)
Imagem bem simplificada!!
OBRIGADO!
Material Genético
0 Dogma Central da Biologia Molecular
Desoxirribose
Ácido desoxirribonucleico
Ácido ribonucleico
Normalmente Dupla fita
Normalmente Simples fita
Replicação
Replicação: processo de duplicação da molécula de DNA a partir de uma fita molde.
Transcrição: processo de produção de uma fita de RNA a partir do DNA.
Tradução: processo de síntese proteica a partir de uma fita informacional de RNA, o RNAm (mensageiro).
Obs.: posteriormente, o dogma recebeu algumas modificações
OBRIGADO!
Material Genético
A Replicação do DNA
Processo a partir do qual o DNA consegue se duplicar
- Semiconservativa (cada molécula de DNA produzida possui uma fita molécula "antiga")
- Baseia-se no principio da complementaridade das bases
- Bidirecional (com exceção de algumas bactérias e vírus)
Considerações gerais:
Procarionte
Eucarionte
Origem de Replicação
Alongamento ocorre no sentido 5' → 3'
Síntese contínua (fita líder ou "leading strand") e descontínua (fita tardia ou "lagging strand").
Origem da replicação
Fita contínua
Fita contínua
Fita descontínua
Fita descontínua
- Contínua: a síntese tá na mesma direção do movimento da forquilha
- Descontínua: síntese na direção oposta do movimento da forquilha
Movimento da Forquilha de Replicação
Movimento da Forquilha de Replicação
Helicase: Enzima responsável por desenrolar a fita dupla de DNA.
Proteínas SSB: "Single-strand binding"; protege a fita simples e mantem o DNA desenrolado.
DNA pol: adiciona nucleotídeos na extremidade 3'
Primase: A DNA polimerase depende de uma extremidade 3' para cumprir sua função. A primase sintetiza um "primer" de RNA para suprir essa necessidade.
DNA ligase: Une as extremidades dos fragmentos de Okazaki ao fim do processo.
Enzimas na Replicação
OBRIGADO!
Material Genético
A Transcrição do DNA
Conceitos Gerais
- Gene: sequência específica de DNA que codifica um produto funcional
Proteína ou RNA já funcional
- Transcrição: processo pelo qual um gene terá sua informação transcrita em uma molécula de RNA
- Baseia-se na complementariedade de bases
- Reconhecimento de sequência específicas de bases nitrogenadas feito por proteínas
Açúcar → ribose
Bases nitrogenadas → Adenina, Guanina, Citosina e Uracila
Tipicamente encontrados em cadeia simples, mas podem formar cadeias duplas
Podem cumprir diversas funções:
- RNA mensageiro: informacional
- RNA ribossômico: estrutural e catalítica
- MicroRNA: regulação da expressão genica
- RNA transportador: transportadora
Iniciação: reconhecimento de uma região especifica (promoter) do DNA pela enzima RNA polimerase.
Alongamento: incorporação sucessiva de ribonucleotídeos a cadeia de RNA em crescimento.
Terminação: reconhecimento de uma região especifica do DNA que indica o termino da transcrição
Etapas da Transcrição
Apenas uma fita do DNA é usada como molde para a transcrição de um gene (5' → 3')
- Região promotora (promoter): indica onde a RNA polimerase deve ligar-se para iniciar a transcrição
- Regiões codificadoras (exons)
- Regiões não-codificadoras (introns)
Um gene
RNA polimerase reconhece a sequência promotora daquele gene
Inicia o processo de transcrição, produzindo a fita de RNA
Éxon (expressed)
Éxon (expressed)
Éxon
Íntron
Íntron
Íntron
RNA pré-processado
Não vai ser expresso
RNA processado (pós splicing)
Não vai ser expresso
RNA processado (pós splicing)
Vai ser traduzido pra formar a proteína
Splicing: remoção dos introns e junção dos exons. Ocorre somente em eucariotos, uma vez que procariotos não possuem introns em seus genes.
Splicing alternativo: combinações diferentes de exons de modo a possibilitar a produção de varias proteínas a partir de um único gene.
Processamento do transcrito primário
Éxon (expressed)
Éxon (expressed)
Éxon
Íntron
Íntron
Íntron
RNA pré-processado
Rna Poli
Rna Poli
Não vai ser expresso
Rna Poli
Não vai ser expresso
Rna Poli
Não vai ser expresso
Rna Poli
Qual a importância do Splicing Alternativo?
- Aumenta o número de proteína possíveis
- Amo muito tudo isso
- Isso tudo amo muito
- Muito isso amo tudo
- muito tudo amo isso
- tudo muito amo isso
- ...
OBRIGADO!
Material Genético
A Tradução do RNA mensageiro
Tradução: decodificação de uma molécula de RNAm para especificar a síntese de polipeptídeos.
Proteína: polímero de aminoácidos.
Código genético: código que relaciona aminoácidos específicos a códons.
Conceitos Gerais
Desvendando o código genético
Tradução: indo da linguagem das bases nitrogenadas no material genético para a linguagem dos aminoácidos nas proteínas
- Existem 4 bases no RNA mensageiro: A, U, G, C
- Existem 20 aminoácidos
Portanto, não há uma correlação direta em que uma base específica codifica um aminoácido específico
Desvendando o código genético
Tradução: indo da linguagem das bases nitrogenadas no material genético para a linguagem dos aminoácidos nas proteínas
- Existem 4 bases no RNA mensageiro: A, U, G, C
- Existem 20 aminoácidos
Portanto, não há uma correlação direta em que uma base específica codifica um aminoácido específico
E se a combinação de duas bases específicas codificar um aminoácido específico?
- Por exemplo:
- AU = metionina
- UA = arginina
- AA = tirosina
Desvendando o código genético
E se a combinação de duas bases específicas codificar um aminoácido específico?
- Por exemplo:
- AU = metionina
- UA = arginina
- AA = tirosina
1ª Base nitrogenada
2ª Base nitrogenada
4 possibilidades
4 possibilidades
4 x 4 = 16 possibilidades
Desvendando o código genético
E se a sequência específica de 3 bases nitrogenadas codificar um aminoácido?
1ª Base Nitrogenada
3ª Base Nitrogenada
2ª Base Nitrogenada
4 possibilidades
4 possibilidades
4 possibilidades
4 x 4 x 4 = 64
64 > 20
O Códon, unidade informacional do código genético, é formado por uma trinca de bases nitrogendas
Regra importante: a ordem importa!
U
A
C
Esse códon codifica serina
Regra importante: a ordem importa!
U
A
C
Esse códon codifica serina
U
A
C
Esse códon codifica leucina
Como organizar essas ideias?
A famosa tabela do código genético
- Constituído por trincas de nucleotídeos (Códons)
O Código Genético
Não precisa decorar! Essa tabela é informada quando necessário
- Constituído por trincas de nucleotídeos (Códons).
- Degenerado: diferentes códons podem codificar um mesmo aminoácido.
O Código Genético
Não precisa decorar! Essa tabela é informada quando necessário
Diferentes formas de informar o mesmo aminoácido
- Constituído por trincas de nucleotídeos (Códons).
- Degenerado: diferentes códons podem codificar um mesmo aminoácido.
O Código Genético
Não precisa decorar! Essa tabela é informada quando necessário
- Constituído por trincas de nucleotídeos (Códons).
- Degenerado: diferentes códons podem codificar um mesmo aminoácido.
- Universal: válido para todos os seres vivos (pouquíssimas exceções)
O Código Genético
Não precisa decorar! Essa tabela é informada quando necessário
Obrigado e até a próxima aula!
Material Genético
Curiosidade: a hipótese de oscilação
Como podemos perceber, o terceiro nucleotídeo raramente é um fator determinante na codificação de um aminoácido
Curiosidade: wooble
- ACU
- ACC
- ACA
- ACG
Tirosina
Mutações na última base não causam mudanças no significado
Obrigado e até a próxima aula!
Material Genético
Compreendendo a Tradução
RNAm (mensageiro)
- Produto da transcrição
- Codifica a sequencia de aminoácidos a ser traduzida
RNAt (transportador)
- Faz o transporte dos aminoácidos
- Realiza interações códon/anticódon
RNAr (ribossômico)
- Cumpre função estrutural e catalítica no ribossomo
- Na imagem, o RNA seria a parte bege
O maquinário da tradução
O maquinário da tradução
O Ribossomo
Estrutura do ribossomo
- Composição: proteínas e RNAr;
- Subunidade maior: liga os aminoácidos;
- Subunidade menor: onde ocorre o pareamento dos códons e anticódons;
- Sitio A (Aminoacil): entrada dos RNAt;
- Sitio P (Polipeptídeo): juncão dos aminoácidos a cadeia de polipeptido sendo formada;
- Sitio E (exit): saída dos RNAt desacetilados, ou seja, sem aminoácido;
- Iniciação: acoplamento das duas subunidades do ribossomo no start codon (AUG)
- Alongamento: adição sequencial de aminoácidos a cadeia polipeptídica
- Término: identificação do stop codon e desmembramento do aparato de tradução
Etapas da Síntese Proteica
Obrigado e até a próxima aula!
Copy of O Material Genético - definitivo
By guiadabiologia
