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