Before Molecular Biology

Transcrição

1 Before Molecular Biology DeVries, Correns and Tsechemark 3 Genetic material in the nucleus 6

2 Sutton suggests that genetic information is on chromosomes 1905 Baetson introduces the term genetics to describe the study of heredity 1909 Johannsen proposes that Mendel s factors are called Genes

3 Genética Clássica- Morfológica Genética Moderna- Função do material genético Genética Biologia Molecular Bioquímica tentativa para entender os fenómenos biológicos em termos moleculares como a célula se desenvolve, funciona, comunica, como controla as suas actividades, como erra e corrige estudo dos genes e das suas actividades ao nível molecular Estrutura Expressão Controlo da expressão

4 Dogma Central e Moléculas da Biologia Molecular

5 Central Dogma 5 3 Transcrição RNA polymerase Tradução What? When? Where? How?

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7 Três moléculas de RNA envolvidas na tradução

8 Descodificação do mrna 5 3

9 Informação genética e expressão génica em células procariotas Transcrição e tradução no mesmo compartimento celular

10 Informação genética e expressão génica em células eucariotas Transcrição e tradução espacialmente separadas

11 O que é um gene? Gene é uma sequência de nucleótidos no DNA 5 3 CCTAGTTACGG 3 5 A informação biológica está contida em ambas as cadeias, mas apenas uma das cadeias contém a informação para cada gene individualmente 5 3 C A B 3 5 Na molécula de DNA de cadeia dupla, os genes podem ser transcritos em direcções diferentes, mas sempre no sentido 5-3

12 MESSAGE The transactions of DNA and RNA take place through the matching of complementary bases and the binding of various proteins to specific sites on the DNA or RNA

13 Cadeia codificante e não codificante ou molde Cadeia molde ou não codificante ou nonsense para o gene C e B Cadeia codificante ou sense para o gene A 5 3 C A B 3 5 Cadeia codificante ou sense para o gene C e B Cadeia molde ou não codificante ou nonsense para o gene A

14 Sequences of DNA and transcribed RNA The mrna sequence is complementary to the DNA template strand from which it is transcribed and therefore matches the sequence of the nontemplate strand (except that the RNA has U where the DNA has T) When DNA base sequences are cited in scientific literature, the sequence of the nontemplate strand is conventionally given, because this sequence is the same as that found in mrna.

15 Replicação do DNA O DNA copia-se a si mesmo DNA polimerase RNA polimerase

16 J. D. Watson and F. H. C. Crick (1953) Molecular structure of nucleic acids: a tructure for deoxyribose nucleic acid. Nature, 171: We wish to suggest a stucture for the salt of deoxyribose nucleic acid (D.N.A.).This structure has novel features which are of considerable biological interest It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material

17 Dogma Central da Biologia Molecular (actualizado) Transcrição Reversa Replicação Transcrição DNA RNA Tradução Proteína Replicação Expressão

18 Transcrição Reversa Transcritase reversa RNA replicase

19 O material genético, geralmente o DNA, de um organismo contém o plano de construção desse organismo A informação contida no DNA é transmitida à descendência A informação contida no DNA é EXPRESSA no seu fenótipo Nalguns vírus o material genético é RNA O RNA pode ser copiado em DNA numa fase do ciclo de vida- transcrição reversa O RNA é copiado em RNA- replicação do RNA

20 Forbidden arrows Proteínas não auto-replicam Síntese de RNA a partir de proteínas Síntese de DNA a partir de proteínas

21 Estrutura dos ácidos nucleicos DNA e RNA

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23 Monomeric unit of nucleic acids Nucleótido- unidade repetitiva do polímero de DNA

24 Sugar molecules in nucleic acids

25 Nitrogen bases in nucleic acids

26 Nucleoside vs Nucleotide 2 -desoxiadenosina 2 -desoxicitidina 2 -desoxiguanosina 2 -desoxitimidina 2 -desoxiadenosina 5 -monofosfato (damp) 2 -desoxicitidina 5 -monofosfato (dcmp) 2 -desoxiguanosina 5 -monofosfato (dgmp) 2 -desoxitimidina 5 -monofosfato (dtmp)

27 Formation of a nucleotide (Ribonucleotide) Grupo OH no C2 da ribose, participa em acontecimentos enzimáticos mediados por RNA.

28 Química da adição de um nucleótido à cadeia de DNA nascente 2 -desoxicitosina 5 -trifosfato A energia para a polimerização vem da hidrólise dos dntps

29 Formation of a polynucleotide strand (C-O)

30 Base pairing and hydrogen bonds between nitrogen bases in DNA Complementaridade de bases A-T G-C 2 pontes de H 3 pontes de H

31 Extremities of DNA nucleotide strands 5 -P (phosphate) and 3 -OH (hydroxil) Molar concentrations: -total purines = total pyrimidines -A = T and G=C -G/C%

32 DNA and RNA polynucleotide strands (antiparalell orientation of complementary strands in DNA molecule) Bases planares, hidrofóbicas

33 Estrutura tridimensional da dupla hélice O enrolamento da dupla-cadeia é feito no sentido dos ponteiros do relógio (right-handed), no sentido da progressão das cadeias

34 Major and minor groove of DNA molecule

35 Important features in DNA structure and B conformation of DNA molecule A conformação mais comum 10 pb/volta

36 DNA secondary structures Different conformations of double-helix Algumas regiões ricas em G/C, têm conformação Z - Existem mais de 20 diferentes variantes - Dependem de condições fisiológicas e da sequência de bases

37 Characteristics of DNA secondary structures

38 Molécula de RNA

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40 Estrutura primária e secundária da molécula de RNA

41 Designações das estruturas secundárias da molécula de RNA

42 Estrutura terciária da molécula de RNA

43 Diferentes moléculas de RNA

44 Localização genética Síntese Processamento Função das moléculas de RNA (mrna, trna, rrna, snrnas e snornas) A ser leccionado mais adiante

45 Proteins Structure Synthesis Folding

46 Structure of aminoacids Each aminoacid consists of a central carbon atom (the α carbon) bonded to a hydrogen atom, a carboxyl group, an amino group, and a specific side chain (designated R). At physiological ph, both carboxyl and amino groups are ionized.

47 * * * Negatively charged R groups: Glu (E) and Asp(D)

48 Formation of a peptide bond

49 Nucleotide sequence dictates the primary structure of a peptide Colinearity- parallel between the sequence of nucleotides in a gene And the order of aminoacids in a polypeptide

50 Secondary structures of proteins β sheet α helix

51 Tertiary structure Quaternary structure

52 How a protein folds into a compact conformation The aminoacid sequence contains all the information needed to fold the polypeptide into its correct tertiary structure Cell 3.6

53 Effect of protein denaturation agents

54 Denaturation and spontaneous renaturation of a small protein Genomes 11.24

55 Protein domains A PROTEIN DOMAIN is a compact structural region of a protein that folds independently to form a defined structure. Different domains usually are associated with a particular function of the protein. Ex. - Dimerization domain - Transcription activating domain - DNA-binding domain - Binding for effector molecules domain (ex. Steroid hormones) - Lim domain - POU domain etc. For instances: Each DNA binding domain has a DNA binding MOTIF which is part of the domain that has a characteristic shape specialized for specific DNA binding: - zinc containg modules (ex zinc fingers) - homeodomains (HD) - bzip and bhlh motifs

56 Structure of transcriptional activators Transcriptional activators consist of two independent domains: -the DNA-binding domain recognizes a specific DNA sequence -the activation domain interacts with other components of the transcriptional machinery

57 Zinc finger motif β sheet Zinc finger motifs consist of loops in which an α helix and a β sheet coordinately bind a zinc ion

58 DNA-binding motifs Basic aa E-box- CACGTG

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60 Domains and architectures of transcription factors

61 LIM domains Protein structural domains, comprised of two contiguous zinc fingers motifs, separated by a two aminoacid residue hydrophobic linker. LIM-domain containing proteins have been shown to play roles in: - cytoskeletal organisation, - organ development - oncogenesis LIM-domains mediate protein:protein interactions that are critical to cellular processes. LIM domains have highly divergent sequences, apart from certain key residues. The conserved residues are those involved in zinc binding or the hydrophobic core of the protein. The sequence signature of LIM domains are as follows: [C]-[X]2-4-[C]-[X]13-19-[W]-[H]-[X]2-4-[C]-[F]-[LVI]-[C]-[X]2-4-[C]-[X]13-20-C-[X]2-4-[C] Structure of the 4th LIM of PINCH. Zinc atoms are shown in grey. Lim domain organsiation

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