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Resumo-SínteseBiologia

DNA e Síntese proteicaExperiências:

De Griffith:o Após a descoberta de Friedrich Miescher em 1869 da

existência do DNA, Griffith realizou uma série de experiências em 1928 que vieram a desenvolver a importância do DNA para a célula.A partir das bactérias que causam a pneumonia (Strepococcus Pneumoniae) que se podem dividir em duas estirpes, S (lisas, capsuladas e virulentas) e R (rugosas, não capsuladas e não patogénicas), Griffith procedeu da seguinte forma:Lote:1. O rato foi infetado com a estirpe virulenta e morreu;2. O rato foi infetado com a estirpe não virulenta e não

morreu;3. O rato foi infetado com a estirpe virulenta morta pelo calor

e sobreviveu;4. O rato foi infetado com a estirpe não virulenta juntamente

com a virulenta morta pelo calor e morreu. Surgiram bactérias tipo S vivas no rato.

o Griffith tirou conclusões acerca do sucedido no lote 4 (os outros lotes foram considerados lotes de “controlo”). A experiência sugeria que as bactérias do tipo S conseguiam transmitir a sua virulência às do tipo R. No entanto não se soube explicar o porquê.

Deste modo o cientista sugeriu a existência de um princípio transformante, que permitiria que as S transmitissem informações às R, de modo a que as de tipo R pudessem desenvolver cápsula. Este princípio fora, mais tarde, desenvolvido na experiência de Avery.

De Avery: o Avery suspeitava de que o princípio transformante era o DNA.

Assim, cultivou 5 colónias de bactérias tipo R em meio propício. Colónias:A. Colónia de “controlo”; B. Mistura de DNA das bactérias tipo S;C. DNA das bactérias tipo S juntamente com DNAase;D. DNA das bactérias tipo S juntamente com RNAase;E. DNA das bactérias tipo S juntamente com Protease.

o Nas colónias B, D e E surgiram colónias de bactérias tipo S. Assim, Avery chegou à conclusão que o princípio transformante era, de facto, o DNA.

De Hershey e Chase:

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o Hershey e Chase utilizaram, em 1953, bacteriófagos (vírus que infetam bactérias) para provar, definitivamente, que o suporte físico da informação genética é o DNA. Os bacteriófagos são seres exclusivamente constituídos por DNA (adenovírus) ou RNA (retrovírus) e uma cápsula de natureza proteica. Teve-se em consideração que:

Os vírus não penetram nas cápsulas das bactérias; As proteínas da cápsula dos vírus não têm fósforo, mas

enxofre; O DNA tem fósforo, não enxofre.

o Marcou-se dois lotes de bacteriófagos radioativos. No 1º lote marcou-se o enxofre das proteínas e no segundo o fósforo do DNA. O objetivo era tornar possível seguir os trajetos de cada uma das substâncias.

o Concluiu-se então que o DNA viral toma o comando da célula bacteriana, enquanto que as proteínas não chegam a penetrar na cápsula.

Ácidos NucleicosComposição química:

Nucleótido DNA Nucleótido RNAGrupo fosfato Grupo fosfato

Pentose (desoxirribose) Pentose (Ribose)Base azotada

Purina – Adenina, Guanina Pirimidina – Timina, Citosina

Base azotada Purina – Adenina, Guanina

Pirimidina – Uracilo, Citosina

Os nucleótidos formam ligações entre si, formando cadeias polinucleotídicas. Estas ligações estabelecem-se entre o grupo fosfato e o carbono 3´ da pentose do nucleótido seguinte. A estas ligações damos o nome de ligações fosfodiéster.

Regra de Chargaff:

O número de timinas presentes no DNA de uma das espécies era aproximadamente igual ao número de adeninas e que o número de guaninas era aproximadamente igual ao número de citosinas. E, consequentemente, a quantidade total de purinas era aproximadamente igual ao número total de pirimidinas.

A partir desta regra e da descoberta de Rosalind Franklin (bombardeou amostras de DNA cristalizado, tendo obtido padrões que permitiram concluir que a molécula deveria ter uma estrutura helicoidal), James Watson e Francis Crick apresentaram o Modelo de Dupla Hélice do DNA.

Estrutura do DNAModelo da Dupla Hélice do DNA:

Os nucleótidos que formam uma cadeia polinucleotídica ligam-se entre si através de ligações covalentes (do tipo fosfodiéster) que se estabelecem entre o grupo fosfato e os carbonos 3’ e 5’ das pentoses. As cadeias designam-se por antiparalelas uma vez que a

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extremidade 5’ de uma cadeia corresponde a extremidade 3’ da outra cadeia. Entre as bases azotadas verifica-se uma ligação por pontes de hidrogénio.

o Adenina emparelha com a timina (por duas pontes de hidrogénio); o Guanina emparelha com a citosina (por três pontes de hidrogénio).

Por esta razão são bases complementares, o que justifica as proporções encontradas por Chargaff.

Estrutura do RNAA molécula de RNA é formada por uma cadeia simples de nucleótidos e é muito mais pequena que a molécula de DNA. Esta molécula (a molécula de RNA) é sintetizada a partir do DNA e pode apresentar três formas:

o RNA mensageiro (mRNA);o RNA de transferência (tRNA);o RNA ribossómico (rRNA).

Replicação do DNA:

Foram propostos três modelos para a replicação do DNA:

o Hipótese semiconservativa (a qual foi apoiada por Watson e Crick);o Hipótese conservativa;o Hipótese dispersiva.

Experiência de Meselson e Stahl:

Foi cultivado E.Coli num meio de cultura com 15N durante várias gerações de bactérias, transferindo posteriormente para um meio com azoto normal (14N). Extraiu-se DNA neste momento, 20 minutos depois e 40 minutos depois. Através da densidade do DNA recolhido foi possível chegase à conclusão de que o DNA se duplica de modo semiconservativo, sendo que se conserva sempre uma cadeia e se gera uma nova.

Síntese proteicaA molécula de DNA garante a preservação da informação genética, transmitindo-a

sempre a cada nova célula. A célula utiliza parte dessa informação para gerar proteínas.

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Para que a síntese proteica ocorra, são necessários dois processos: a transcrição e a tradução.

A transcrição é o processo que permite que a informação genética do DNA seja copiada para uma molécula de mRNA.

A tradução é o processo de utilização da informação contida, agora, na molécula de RNA para sintetizar proteínas.

O segmento de DNA que contem a informação necessária para sintetizar uma determinada proteína é o gene.

Código genéticoAntigamente, os biólogos moleculares acreditavam que o código genético resultava de

uma sequência de nucleótidos e que esta mesma sequência tinha correspondência com a sequência de aminoácido. A questão era: “Quantos nucleótidos seriam necessários para codificar um aminoácido? Como é que, existindo quatro nucleótidos diferentes, era possível que estas codificassem cerca de vinte aminoácidos distintos?”.

o Se a cada nucleótido corresponde-se um aminoácido, só seria possível codificar quatro aminoácidos;

o Se a cada 2 nucleótidos corresponde-se um aminoácido, só seria possível codificar dezasseis aminoácidos;

o Mas, admitindo que a cada 3 nucleótidos corresponde-se um aminoácido, obtinham-se sessenta e quatro combinações possíveis, mais do que as necessárias para os vinte aminoácidos que surgem habitualmente nas proteínas.

Parecia, portanto, muito provável que o código genético assentaria numa sequência de três nucleótidos consecutivos, os quais formam um tripleto. Após esta descoberta, realizaram-se duas experiências que a vieram desenvolver.

Experiências:

De Nirenberg:o Nirenberg chegou à conclusão de que quando utilizava mRNA

poli-U apenas obtinha um tipo de aminoácido (Fenilalanina), e a mesma coisa com poli-A (Lisina) e poli-C (Prolina).

De Khorana:o Khorana sintetizou moléculas com nucleótidos alternados

(ACACACA…), e como esta cadeia permitia duas combinações (ACA e CAC) formaram-se dois tipos de aminoácidos (Treonina e Histidina, respetivamente).

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Estas experiências permitiram concluir que diferentes combinações de tripletos codificam diferentes tipos de aminoácidos.

A cada tripleto do mRNA dá-se o nome de codão. Cada codão resulta, por complementaridade, de um tripleto do DNA, o codogene.

O código genético tem as seguintes características:o Cada aminoácido é codificado por um tripleto designado

codão;o O tripleto AUG tem uma dupla função – codifica o aminoácido

metionina e constitui o codão de iniciação para a síntese proteica;

o Os tripletos UAA, UGA e UAG são codões de finalização, isto é, terminam a síntese proteica;

o O código genético é redundante (ou também degenerescência do código genético), ou seja, existe mais de um codão para codificar um aminoácido;

o O terceiro nucleótido de cada codão é o menos específico (p.e. a Prolina pode ser codificada por qualquer um dos seguintes codões: CCU, CCC, CCA e CCG);

o Um determinado codão não codifica dois aminoácidos diferentes, ou seja, não é ambíguo;

o O código genético é universal (um determinado codão tem o mesmo significado para a maioria dos organismos).

Mecanismos envolvidos na síntese proteica Transcrição:

o Para que a transcrição ocorra é necessário que a RNA polimerase desenrole um segmento de DNA (chamado de gene). Assim, uma das cadeias de DNA serve de molde para o mRNA (que se constitui através dos nucleótidos existentes no nucleoplasma). A transcrição termina quando a RNA polimerase encontra um codão de

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finalização. Este processo é mediado pela RNA polimerase que promove a criação do RNA no sentido 5´→3´.

Processamento (somente nos seres eucariontes):o Nos seres eucariontes o mRNA utilizado durante a transcrição é

designado por RNA pré-mensageiro, uma vez que ainda irá sofrer uma maturação. Esta ocorre quando diversas secções do mRNA, os intrões, são removidas. Desta forma, os exões constituem o mRNA maturado, ou seja, a informação para a síntese proteica dispõe-se de forma fragmentada. No final deste processo, o mRNA migra do núcleo para o citoplasma, onde ocorrerá o processo de tradução.

Tradução: o Para o processo de tradução é necessária a presença do tRNA (RNA

de transferência) e do rRNA (RNA ribossómico).o Cada molécula de TRNA apresenta:

Uma região que lhe permite fixar um aminoácido específico, designado do local aminoacil. Esta região localiza-se na extremidade 3´ da molécula;

Uma sequência de três nucleótidos, complementar do codão, designado anticodão;

Locais para a ligação ao ribossoma; Locais para a ligação às enzimas intervenientes na

formação dos péptidos.o O processo de tradução encerra três etapas: a iniciação, o

alongamento e a finalização: Iniciação:

O processo inicia-se quando a subunidade menor do ribossoma se liga ao mRNA (na extremidade 5´), deslizando até encontrar o codão de iniciação (AUG). De seguida o tRNA, que transporta o aminoácido metionina, liga-se por complementaridade ao codão de iniciação. A subunidade maior do ribossoma liga-se à menor.

Alongamento: Um segundo tRNA transporta outro aminoácido

que se liga ao codão. O ribossoma avança três bases (sentido 5’ para 3’), enquanto o processo se repete ao longo da molécula de mRNA. Os tRNA vão se desprendendo.

Finalização: O ribossoma encontra um codão de finalização

(UAA, UAG ou UGA), o último tRNA abandona o ribossoma e as subunidades voltam a separar-se. Finalmente, a proteína (ou péptido) é libertada.

o Este processo anabólico exige consumo de energia, no entanto a cada molécula de mRNA podem ligar-se vários ribossomas, formando um polirribossoma.

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Alterações do material genético:As mutações genéticas resultam da substituição, do desaparecimento ou da adição de um

nucleótido à sequência que constitui o gene. Assim, constituem-se proteínas diferentes. Quando estas proteínas têm um papel importante no organismo podem originar doenças. (Anemia Falciforme, Albinismo, …).

São exemplos de agentes mutagénicos, os raios X, gama, cósmicos, UV e as partículas emitidas por substâncias radioativas ou químicas como o gás mostarda e as nitrosaminas.

MitoseQuando uma célula se divide é necessário que a molécula de DNA se replique, sendo que a

célula-filha herda toda a informação genética da célula-mãe. Nos seres procariontes:

Pelo facto de os seres procariontes serem unicelulares, cada vez que ocorre a divisão celular, verifica-se a produção de dois novos indivíduos que são idênticos entre si e idênticos à célula-mãe.

Nos seres eucariontes: O processo é bastante mais complexo, uma vez que o DNA está armazenado em várias moléculas, sendo que está associado a uma proteína, as histonas. Cada porção de DNA associada às histonas (nucleossoma) constitui um filamento de cromatina. Estes filamentos encontram-se dispersos na célula, exceto no processo de divisão, em que se condensam em cromossomas.Esta condensação resulta da associação entre as histonas e o DNA. Na fase de condensação cada cromossoma é constituído por dois cromatídeos unidos por uma estrutura resistente, o centrómero. Para que a célula se divida, ocorre um processo designado por fase mitótica que é constituído por um processo de mitose (duplicação de todos os cromossomas do núcleo original) e um de citocinese (divisão do citoplasma). Assim formam-se duas células-filhas idênticas entre si e à célula-mãe.

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Ciclo celularO ciclo celular é constituído pela fase mitótica e pela interfase.

Interfase: o Período G1: (Pós-Mitótico). São produzidas moléculas de RNA para

sintetizar proteínas, lípidos e glícidos. Ocorre crescimento celular. No caso de a célula não sofrer mais divisões entra na fase G0 durante longos períodos de tempo.

o Período S: (Síntese de DNA). Caracterizado pela replicação do DNA, por replicação semiconservativa. Ao DNA replicado associam-se histonas, formando-se cromossomas.

o Período G2: (Pré-Mitótico). Síntese de mais proteínas e estruturas membranares. Ocorre crescimento celular.

Fase mitótica: o Mitose:

Profase: A etapa mais longa da mitose. Os cromossomas enrolam-se tornando-se condensados, curtos e grossos. Os centrossomas (2 centríolos) afastam-se para pólos opostos, formando um fuso acromático, o qual é formada por fibrilas de microtúbulos proteicos (proteína – Tubulina). No final da profase o núcleo desagrega-se. Nas células vegetais as fibras do fuso acromático são formadas por centros organizadores de microtúbulos existentes nos pólos.

Metafase: Os cromossomas dispõem-se no plano equatorial da célula, formanda a placa equatorial. Os centrómeros encontram-se nesta placa, enquanto que os braços dos cromossomas se voltam para fora deste plano.

Anafase: O centrómero rompe-se, separando os dois cromatídeos. Os cromossomas iniciam a ascensão polar ao longo do fuso acromático. No final da anafase, cada pólo contém um conjunto de cromossomas exatamente igual.

Telofase: Forma-se um invólucro nuclear em torno dos cromossomas, que iniciam um processo de descondensação. O

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fuso acromático desorganiza-se. A mitose termina e a célula possui dois núcleos.

Citocinese: A citocinese inicia-se durante a anafase ou a telofase. Nas células animais ocorre devido ao estrangulamento do citoplasma, devido a contração de um conjunto de filamentos proteicos (neste caso à actina). Nas células vegetais a existência da parede não permite o estrangulamento. Assim, vesículas resultantes do complexo de Golgi depositam-se na região equatorial, formando uma membrana celular que divide a célula em duas, ambas com parede celular completa.

Células estaminaisEm organismos multicelulares existem geralmente células diferenciadas. Para que a partir

de uma célula inicial se obtenha uma variedade tão grande de células têm que existir um processo de diferenciação. Após a fecundação, a partir da célula-ovo (célula totipotente) forma-se um conjunto de células indiferenciadas que, posteriormente, se dividem em células diferenciadas para as mais variadas funções. Fatores citoplasmáticos ou sinais de células vizinhas conduzem à diferenciação celular. Estes fatores ativam ou bloqueiam determinados genes que dão à célula informação para se diferenciar.

As células estaminais, responsáveis pela construção do corpo das plantas e dos animais, são:

o São células indiferenciadas (não especializadas);o São capazes de se dividirem e diferenciarem (têm capacidade de expansão);o Têm capacidade de autorrenovação e divisão assimétrica (criam uma célula-

filha diferenciada e outra indiferenciada);o São totipotentes até à formação do blastocisto. A partir desse momento são

pluripotentes.Nos tecidos adultos vegetais existe um outro tipo de células indiferenciadas, os

meristemas, que são capazes de renovar zonas lesadas e levar ao crescimento de órgãos.

Clonagem

Experiência de Steward:o Steward verificou que, quando colocava células diferenciadas, retiradas da

raiz da cenoura, num meio de cultura com todos os nutrientes necessários, era possível produzir uma planta adulta completa. Steward verificou, ainda, que este novo indivíduo era geneticamente idêntico à planta parental.

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A produção de um ou mais indivíduos geneticamente idênticos ao progenitor designa-se clonagem.

Experiência de Robert Briggs e Thomas King:o Estes cientistas removeram o núcleo de um ovo de rã. Seguidamente,

transplantaram, para esse ovo anucleado, um núcleo de uma célula de um embrião de rã. Verificaram ainda que, se o núcleo proviesse de células de embriões muito jovens, o desenvolvimento de um novo embrião era possível. Mas, quando usavam núcleos de células com uma certa diferenciação, nomeadamente de células intestinais, só cerca de 2% dessas células desenvolveriam um novo embrião. Deste modo, verificaram que a capacidade de o núcleo transplantado suportar um desenvolvimento normal esta diretamente relacionada com a idade do dador.

Experiência de Ian Wilmut:o O processo que conduziu à formação da ovelha Dolly exigiu uma

reprogramação do núcleo de uma célula diferenciada, tornando-a totipotente.

Para clonar um organismo é necessária a reprogramação do núcleo de uma célula diferenciada, tornando-a totipotente. Assim, funde-se uma célula diferenciada com um óvulo anucleado, que se tornará um embrião.

Diferenciação celular e cancroDurante os processos de diferenciação celular e divisão ocorrem por vezes erros que

conduzem à produção de células cancerosas. Uma das mais preocupantes alterações que ocorrem na célula é a perda dos mecanismos de regulação celular na expressão dos genes, assim as células podem tornar-se imortais, por diminuição da apoptose. O resultado desta divisão infinita leva à produção de tumores. As células de alguns tumores malignos podem formar metástases (resulta da migração de células cancerosas a partir de um foco inicial e consiste na formação de tumores em novos locais).

De uma forma genérica, podemos identificar as seguintes etapas no desenvolvimento de um cancro (neoplasia):

o Proliferação celular não controlada o Perda de diferenciação (Displasia)o Cancro in situ (localizado, não invasivo)o Cancro invasivo (resultante da acumulação de várias alterações genéticas

nas células).

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