Bases da Hereditariedade

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1 Bases da Hereditariedade

2 A escuridão do conhecimento! O conhecimento era rídiculo antes do surgimento do conceito mendeliano de fatores (genes) e do desenvolvimento da biologia celular impulsionada pelo uso dos micróscópios. Algumas teorias proliferavam: Telegonia geração a distância; características de um macho poderiam reaparecer na progênie da fêmea com outros machos; Pangênese cada parte do corpo era secretada comopequenas partículas para se unir e formar o embrião; Homúnculo miniaturas de seres pasados pelas células germinativas.

3 Os naturalistas propuseram teorias evolutivas demonstrando que as espécies são passíveis de mudanças ao longo das gerações. Naturalista francês Jean Lamarck características adquiridas são hereditárias Monge austro-húngaro Gregor Mendel ( ) trabalhando com experimentos de cruzamentos de ervilhas, postulou que fatores (genes) são responsáveis pela hereditariedadë 1.Os descendentes recebem uma igual contribuição de fatores de seus progenitores. 2. Durante a divisão das células germinativas, esses fatores (genes) segregam-se independentemente, reunindo-se novamente no embrião. Paper publicado na revista da Sociedade de Ciência Natural de Brno: Veruche uber Pflanzenhybriden Experimentos com plantas híbridas Charles Darwin Teoria da Evolução por Seleção Natural, trabalho histórico: A Origem das Espécies 1859 NO ENTANTO, A FORMA COMO AS CARACTERÍSTICAS HEREDITÁRIAS ERAM TRANSMITIDAS DE GERAÇÃO PARA GERAÇÃO AINDA CONTINUAVA UM MISTÉRIO

4 Com o progresso da Biologia Celular, surgiram evidências demonstrando que os eventos hereditários se davam a um nível celular Descoberta da Nucleína Friedrich Miescher descobriu nos núcleos de glóbulos brancos a presença de um composto de natureza ácida, rico em fósforo e em nitrogênio, desprovido de enxofre e resistente à ação da pepsina (enzima proteolítica). Esse composto, que aparentemente era constituído de moléculas grandes, foi denominado nucleína.

5 1882: Cromossomos: Quem são? O alemão Walter Flemming utilizou novos corantes récemdescobertos para descobrir corpos com formato de bastão dentro do núcleo das células, que denominou "cromossomos". (a partir do grego chroma, que significa cor) Walter Flemming também descreveu seu comportamento durante a divisão celular, associando estas estruturas com a herança de características. Durante a divisão das células germinativas, os grupos de cromossomos se dividem em duas metades iguais, processo o qual deu o nome de meiose, da palavra grega diminuição. Restaurando o número inicial de cromossomos após a fecundação. EVENTO QUE CORROBORA COM A TEORIA APRESENTADO ANTERIORMENTE POR MENDEL

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7 1909: Genótipo e Fenótipo: Afinal quem é quem? O dinamarquês Wilhelm Johannsen introduziu o termo "gene" para descrever a unidade mendeliana da hereditariedade. Ele também utilizou os termos "genótipo" e "fenótipo" para diferenciar as características genéticas de um indivíduo de sua aparência externa. o Fenótipo por exemplo, a diversidade humana Genótipo = Composição Gênica Fenótipo = Conjunto de características físicas (macroscópicas, microscópias, químicas,...) Genótipo + Ambiente = Fenótipo

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9 Em 1902, o norte-americano Walter Sutton e o alemão Theodor Boveri deram início à teoria cromossômica da hereditariedade As "partículas" da hereditariedade estariam localizadas nos cromossomos. Ao longo da primeira metade do século XX, experimentos foram realizados para investigar a natureza biológica dos fatores hereditários presentes nos cromossomos: Frederick Griffths (1928) Princípio Transformante Oswald T. Avery, Colin M. MacLeon, MacLyn McCarty (1944) Alfred Hershey e Martha Chase (1952) O DNA como o material genético

10 1928: Princípio Transformante Frederick Griffith (inglês) realiza experimentos com bactérias que causam pneumonia que forneceram evidências que a informação genética está contida em uma molécula específica. A natureza deste fator de hereditariedade, no entanto, ainda era desconhecida.

11 1944: DNA: Enfim... A famosa molécula da hereditariedade! Através de experimentos similares ao de Griffith, Oswald Theodore Avery, Colin M. MacLeod e Maclyn McCarty demonstraram que a molécula que continha as informações transmitidas de geração a geração era o ácido desoxirribonucléico (DNA). Oswald Theodore Avery 1907 Laboratório de Hoagland (Nova Iorque) 1913 Instituto Rockfeller 1944 comprova experimentalmente que DNA confere a capacidade transformante

12 1952: DNA e Hereditariedade Confirmação Esta confirmação veio por meio do experimento com um vírus bacteriófago (T2) por Alfred Hershey e Martha Chase. Este experimento confirmou que o príncipio transformante era o DNA e que a informação era transmitida às gerações seguintes (hereditariedade).

13 Bases da hereditariedade

14 Exemplo de hereditariedade: Albinismo

15 Exemplo de hereditariedade: Albinismo

16 Propriedades e Estrutura do DNA

17 : Das Bases Nitrogenadas ao Ácido Nucléico Em 1880, Albrecht Kossel (foto) demonstrou que a nucleína continha bases nitrogenadas em sua estrutura, explicando o fato da nucleína ser rica em nitrogênio. Nove anos depois, Richard Altmann, obteve a nucleína com alto grau de pureza, comprovando sua natureza ácida e dando-lhe, então, o nome de ácido nucleico.

18 Principais bases presentes nos ácidos nucleicos

19 1931: DNA e RNA: Ácidos Nucléicos recebem sua denominação definitivo! Phoebus Aaron Theodor Levene Rockfeller Institute New York - USA Levene identifica a desoxirribose e ribose como sendo as pentoses constituintes dos ácidos nucleicos. Os termos "ácido desoxirribonucléico" (DNA) e "ácido ribonucléico" (RNA) se tornam de uso comum.

20 Comparação entre um ribonucleotídio e um desoxiribonucleotídio

21 Os ácidos nucleicos são constituídos de nucleotídios Funções: Moeda corrente de energia nas células (ATP) Segundo mensageiro da ação hormonal (AMPc) Como parte da estrutura molecular das coenzimas Como constituintes do DNA e do RNA

22 1931: Dos Ácidos Nucléicos aos Nucleotídeos Phoebus Aaron Theodor Levene Conclui que o componente básico dos ácidos nucléicos era uma unidade constituída por uma base nitrogenada ligada a uma pentose, e esta por sua vez, ligada a um fosfato. Esta unidade foi denominada de nucleotídeo. Conclui também que o ácido nucléico seria um polímero, uma molécula composta por vários nucleotídeos unidos entre si, ou seja, um polinucleotídeo. Açúcar Açúcar Açúcar

23 1950: Nucleotídeos são unidos por ligações fosfodiéster. Alexander Robertus Todd Demostrou que os nucleoídeos estão unidos a grupos fosfatos nas posições 3 e 5 das moléculas de desoxirribose, ligações chamadas de fosfodiéster

24 DNA e RNA : -Ligação fosfodiéster

25 DNA e RNA: -Estrutura covalente -Hidrólise e resistência

26 1949: Regras de Chargaff Erwin Chargaff Universidade de Columbia New York USA Dosou as quantidades de cada base nitrogenada no DNA, e definiu algumas regras: 1. A quantidade de A é sempre igual a de T, a quantidade de C é sempre igual a de G. Mas a quantidade de A + T não é necessariamente igual a de G + C. 2. A quantidade total de nucleotídeos pirimidina (T + C) é sempre igual a quantidade total de nucleotídeos purina (A + G). 3. Essa proporção: A + T e G + C varia entre diferentes organismos, mas é igual entre diferentes tecidos de um mesmo organismo.

27 JAMES WATSON & FRANCIS CRICK Crick Watson

28 A difração de raio X dá impulso para para estudo de biomoléculas como DNA Rosalind Elsie Franklin, Abordando inicialmente a forma A do DNA (fracamente hidratada) produz as melhores imagens de difração de raio X de DNA já obtidas até então. Imagem de difração de raio X do DNA Rosalind Franklin ( )

29 Para formular o modelo definitivo, Watson & Crick se aproveitaram: Informações químicas definidas por Chargaff; Ligação fosfodiéster descrita por Alexander Todd; Fórmulas químicas das bases nitrogenadas passadas por David Donohue (um ex-aluno de Linus Pauling); As difrações de raio X de Rosalind Franklin definindo o arranjo tridimensional atômico da espiral de DNA; o relatório de R. Franklin vazou e as informações sobre o diâmetro da espiral (20A), a distância entre as bases (3,4A), valor da altura de um giro da espiral (34A) chegaram a Watson & Crick; Modelos representativos da molécula feitos de arame.

30 1953: O modelo da dupla hélice para o DNA... Um marco histórico! Prêmio Nobel Medicina 1962: F. Crick, J. Watson e D. Wilkins

31 Formas do DNA Forma B forma mais encontrada do DNA, em condições normais(descrita por Watson e Crick). Forma A - Quando há pouca água disponível para interagir com a dupla hélice, o DNA pode assumir a conformação A-DNA. Forma Z - O DNA, em solução com altas concentrações de cátions, assume a conformação Z-DNA. Em eucariotos o DNA tende a assumir a conformação de Z-DNA em regiões metiláveis (que podem ser silenciadas).

32 Tautomerização de bases nitrogenadas Guanine and thymine can have alternate molecular structures based on different locations of a particular hydrogen atom. A keto structure occurs when the hydrogen atom bonds to a nitrogen atom within the ring. An enol structure occurs when the hydrogen atom bonds to an nearby oxygen atom that sticks out from the ring. These two types of structures are known as tautomers. Both guanine and thymine can switch easily from one tautomer to another. The change in shape affects the three-dimensional shape of the molecule. Cytosine and adenine also form tautomers called imino and amino forms. R representa grupo fosfato e açucar As bases púricas e pirimídicas dos ácidos nucléicos podem assumir diferentes formas tautoméricas (isômeros de conversão fácil, diferindo nas posições dos hidrogênios)

33 Formação de pontes de hidrogênio entre bases Bases nitrogenadas na forma cetônica prevalecem no DNA e permitem a interação por pontes de hidrogênio entre CG e AT

34 Formação de pontes de hidrogênio na fita dupla do DNA

35 Esquema da forma B do DNA