JAN/2012

Introdução a Biologia

Molecular: DNA

Genética Humana

Prof. João Ronaldo Tavares de Vasconcellos Neto

HISTÓRICO

• Organização

Corpo

Células DNA

+

Proteínas

•Informação das proteínas e RNAs

que serão sintetizadas pelas células

do organismo ao longo da sua vida.

•Capacidade de se auto-duplicar

para originar outras células.

DNA

Controla:

1) homeostasia

2) reprodução

3) morfologia

4) função celular

A CÉLULA

TECIDOS

ÓRGÃOS

E SISTEMAS

CORPO

AMBIENTE

HISTÓRICO

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).

• 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;

HISTÓRICO

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

HISTÓRICO

• 1961 – BRENNER, JACOB e MESELSON

►mRNA 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 (codon) determinam a seqüência de

aminoácidos de uma proteína

HISTÓRICO

HISTÓRICO

• 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.

A Célula

Núcleo:

DNA

•DIFERENCIAÇÃO

•CRESCIMENTO

•FUNÇÃO CELULAR

•RESPOSTA AO AMBIENTE

A Célula

Cromossomo

DNA

Núcleo

DNA

DNA

• ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO

►Contém toda a informação genética de um

organismo

►Esta informação está arranjada em

unidades hoje conhecidas como genes

DNA

• ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS

►As moléculas de DNA e RNA são

compostas por quatro diferentes

nucleotídeos:

Adenina, Guanina e Citosina – comum para

DNA e RNA

Timina – encontrada somente no DNA

Uracila – encontrada somente no RNA

DNA

• ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS

DNA

NUCLEOTIDEOS

DNA

• Duas fitas de polinucleotídeos associadas formando uma

estrutura de dupla hélice onde as pentoses e os radicais

fosfato compõe a fita e as bases projetam-se para o interior da

mesma;

• As fitas mantêm-se unidas através da formação de pontes de

hidrogênio entre as bases o que contribui para a estabilidade

da dupla hélice;

► Adenina (A) pareia com Timina (T) através de 2 pontes de

hidrogênio;

► Guanina (G) pareia com Citosina (C) através de 3 pontes de

hidrogênio.

DNA

DNA

• O grupo hidroxil ligado ao

carbono 3 da pentose de um

nucleotídeo forma uma ligação

fosfodiéster com o fosfato do

outro nucleotídeo

5’ C-A-G 3’

DNA

5’ 3’

DNA

O

H H

H

H O

CH2

P O O-

O

O

H H

H H

CH2

H O

P O O-

O

Carbono

5’

Carbono

3’

Base

Nitrogenada Desoxirribose

Ligação

Fosfodieste

Grupo fosfato +

Grupo hidroxila

(OH) do Carbono 3’

Desoxirribose

Base

Nitrogenada

Como a ligação

entre uma desoxirribose

e outra desoxirribose

só pode ser feita

quando um grupo

fosfato liga-se no

Carbono 5’do

primeiro açúcar e

no Carbono 3’do

segundo açúcar

dizemos

que a molécula

de DNA “cresce em

direção 5’ 3’

5’

3’

ESTRUTURA QUÍMICA DA MOLÉCULA DO DNA

DNA

• Antiparalelismo

As fitas do DNA estão dispostas em direções opostas

DNA

COMPLEMENTARIEDADE

Cada base de uma fita é pareada com a base complementar da outra fita

DNA

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

Fita velha

DNA

• Duas fitas de polinucleotídeos associadas formando uma

estrutura de dupla hélice onde as pentoses e os radicais

fosfato compõe a fita e as bases projetam-se para o interior da

mesma;

• As fitas mantêm-se unidas através da formação de pontes de

hidrogênio entre as bases o que contribui para a estabilidade

da dupla hélice;

► Adenina (A) pareia com Timina (T) através de 2 pontes de

hidrogênio;

► Guanina (G) pareia com Citosina (C) através de 3 pontes de

hidrogênio.

DNA

DNA

• O grupo hidroxil ligado ao

carbono 3 da pentose de um

nucleotídeo forma uma ligação

fosfodiéster com o fosfato do

outro nucleotídeo

5’ C-A-G 3’

DNA

REPLICAÇÃO DO DNA

Replicação

• O DNA é um polímero de nucleotídeos unidos entre si por ligações

fosfodiéster. As fitas complementares estão ligadas por ligações de

hidrogênio. Nas células, cada cadeia está orientada em sentido

contrário ao da outra (anti-paralelismo). Os nucleotídeos são

compostos por açúcar (pentose), radicais fosfatos e bases

nitrogenadas.

Replicação

• As bases nitrogenadas são:

► Adenina

► Guanina

► Citosina

► Timina

Replicação

• Os nucleotídeos de uma cadeia da molécula de DNA podem

interagir com os da cadeia complementar através de ligações de

hidrogênio entre suas bases nitrogenadas, sendo que a Adenina se

liga por meio de duas ligações de hidrogênio à Timina, e a Citosina

se liga através de três ligações com a Guanina

Replicação

• Primeiro passo:

►Enzima DNA-Helicase abre a molécula de DNA.

Rompe as ligações ponte de hidrogênio.

►A enzima DNA-Topoisomerase matem a fita dupla

linear. A molécula de DNA deixa de ser helicoidal

com a ação desta enzima. Evita a formação de

super-hélices.

Replicação

• Segundo passo:

►Proteínas SSB de ligam ao DNA unifilamentar

evitando que de enrole novamente ou forme pontes

ou gaps.

►A Enzima DNA-Polimerase III de acopla a fita de

DNA unifilamentar para o inicio da replicação.

Síntese continua;

Síntese descontinua.

Replicação

• Terceiro passo:

►A Síntese continua ocorre normalmente com a adição

de nucleotídeos complementares a fita de DNA

unifilamentar pela ação da enzima DNA-polimerase

III.

►A medida que a nova fita é sintetizada as proteínas

SSB se desligam permitindo o enovelamento do

DNA.

Replicação

• Quarto passo:

►Síntese descontinua forma fragmentos de Okazaki.

►A DNA polimerase III apenas sintetiza fitas de DNA na direção 5’

a 3’. Sendo assim a segunda fita de DNA unifilamentar precisa

ser duplicada em fragmentos para respeitar essa necessidade.

►Um fragmento de RNA chamado primer se liga a fita de DNA

unifilamentar permitindo que a enzima DNA-polimerase III possa

fazer a sintese do fragmento.

Replicação

• Quinto passo:

►A fita descontinua possui diversos fragmentos de

DNA não ligados. Este fragmentos são conectados

pela enzima DNA-ligase.

►Os primers são substituídos por nucleotídeos de DNA

pela mesma enzima DNA-polimerase I.

►No final do processo duas duplas fitas de DNA são

formadas tendo como molde as fitas unifilamentares.

REPLICAÇÃO

JAN/2012

Ciclo Celular

Genética Humana

Prof. João Ronaldo Tavares de Vasconcellos Neto

Papéis da divisão celular

A capacidade única de procriar (gerar vida

da vida) é a característica que melhor

diferencia os seres vivos da matéria não

vivente.

Papéis da divisão celular

“Omnis cellula e cellula”

Papéis da divisão celular

• Importância ►Apenas uma etapa do ciclo celular;

►Gera um organismo inteiro (unicelulares);

►Em alguns organismos multicelulares pode gerar um progênie

(enxerto em plantas);

►Capacita organismos de reprodução sexuada a se

desenvolverem a partir de uma única célula;

►Após o organismo alcançar pleno desenvolvimento atua na

renovação, manutenção do organismo.

Divisão Celular

• A divisão celular resulta em células-filhas

geneticamente idênticas

►O DNA celular da forma que esta organizado

dentro do núcleo possui informação genética

que se chama genoma;

Comprimento do DNA eucariótico pode chegar a 2

metros (célula humana);

Possui comprimento cercar de 250.000 vezes

maior que o diâmetro da célula.

Divisão Celular

• Como esse DNA cabe dentro da célula?

►Este material esta extremamente

condensado (cromatina) na forma de

cromossomos (corpo que absorve

colorações);

►Toda espécie eucariótica possui número

característico de cromossomos:

46 humanos

18 repolho

148 espécie de alga

Divisão Celular

• Fases do Ciclo Celular

►A mitose ou divisão celular é apenas uma

fase do ciclo celular (fase mitótica (M));

Fase mais curta

►A interfase é a maior fase do ciclo celular;

Fase G1

Fase G2

Fase S

Divisão Celular

Divisão Celular

• A mitose é dividida em cinco estágios.

Contudo este número pode variar de autor

para autor.

►Prófase

►Prometáfase

►Metáfase

►Anáfase

►Telófase

Divisão Celular

• Prófase

►Formação do fuso mitótico

Estrutura que consiste em fibras compostas de

microtúbulos e proteínas associadas;

►A montagem dos microtúbulos do fuso inicia

no centrossomo (centro organizador de

microtúbulos)

Áster: arranjo radial de pequenos microtúbulos

Divisão Celular

Cinetocoro: Estrutura protéica responsável pela

movimentação das cromátides irmãos durante a

segregação do material genético

Placa metafásica: Plano imaginário que surge do

alinhamento dos centrômeros dos cromossomos

duplicados.

Mitose

• G2 da Interfase

►Dois centrossomos são formados;

►Cada centrossomo se caracteriza por dois

centríolos;

►Cromossomos duplicados na fase S não

podem ser vistos pois não estão

condensados;

Mitose

• Prófase

►As fibras de cromatina se tornam mais firmemente

enroladas (cromossomos separados);

►Cada cromossomo aparece com duas cromátides-

irmãs, idênticas e unidas pelo centrômero;

►Inicio da formação do fuso mitótico;

►Os centrossomos se afastam uns dos outros.

Mitose

• Prometáfase

►O envelope nuclear se fragmenta

►Os cromossomos se tornam mais condensados;

►Cada cromatina de cada cromossomo possui um

cinetocoro;

►Ligação dos microtúbulos com o cinetocoro;

Mitose

• Metáfase

►Estágio mais longo da mitose;

►Os centrossomos estão em pólos opostos;

►Os cromossomos se reúnem na placa

metafásica.

Mitose

• Anáfase

►Estágio mais curto;

►Separação das cromátides-irmãs;

►Cada cromossomo formado por cada

cromátide separada migra para lados opostos

da célula;

Mitose

• Telófase

►Dois núcleos filhos se formam na célula;

►Envelopes nucleares surgem a partir de

fragmentos do antigo envelope nuclear da

célula parental;

►Os cromossomos se tornam menos

condensados;

Mitose

• Citocinese

►Ocorre a divisão do citoplasma;

►Formação do sulco de clivagem;

Ciclo Celular

Mitose

ESTUDEM!!