Aula 8 SERES HUMANOS. Estrutura 3D do DNA. Histórico: a nucleína. Histórico. Introdução a Bioquímica: Biomoléculas.

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1 Introdução a Bioquímica: Biomoléculas SERES HUMANOS Ignez Caracelli BioMat DF UNESP/Bauru Aula 8 Estrutura 3D do DNA Julio Zukerman Schpector LaCrEMM DQ UFSCar ORGANISMO CÉLULA NÚCLEO CROMOSSOMOS (DNA+PROTEÍNAS) DNA - 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. Bauru, 08 de outubro de Ignez Caracelli 2 Histórico 1869 Johann Friedrich Miescher: descobre o DNA Ernst Felix Immanuel Hoppe-Seyler trabalhando com Johann Friedrich Miescher: Os dois trabalhavam com bandagens de feridos durante a guerra da Criméia, quando, a partir de células de pus, Miescher isola, graças a uma enzima digestiva do estômago (a pepsina), uma substância até então desconhecida que ele batiza de nucleína. Ignez Caracelli 3 Histórico: a nucleína na Hoppe-Seyler e Miescher observam a existência: -- de fósforo (inesperado na época) -- presença de um açúcar na nucleína (a desoxirribose) -- caráter ácido os bioquímicos renomeam a nucleína de ácido desoxirribonucléico. Entretanto, seu papel genético e sua estrutura permanecerão desconhecidos por muito tempo. Ignez Caracelli 4

2 Histórico: a nucleína na 1915 Thomas Morgan: correlação entre um gene (genótipo) e uma característica física (fenótipo) solução A estrutura 3D do DNA 1953 Rosalind Franklin,, James Watson, Francis Crick,, Maurice Wilkins: Estrutura 3D Ignez Caracelli 5 Ignez Caracelli 6 Cristalografia Difração de Raios X Resultado de experimentos de difração para proteínas cristal processamento de dados Estrutura: solução e refinamento fonte de RX difração melhora do feixe RX detecção Ignez Caracelli 7 Ignez Caracelli 8

3 Histórico: Defendendo o Legado de Franklin Dr. Lynne Osman Elkin, professor de ciências biológicas em California State University, Hayward Histórico: Defendendo o Legado de Franklin Os geneticistas consideram hoje que Rosalind Franklin fez mais do que preparar o terreno para Watson e Crick; ; ela deveria ter partilhado com eles o prêmio Nobel se estivesse viva na ocasião pbs.org/wgbh/nova /photo51/elkin.html html Rosalind Franklin With all she did to make Watson and Crick's discovery possible, Rosalind Franklin was essentially "a de facto collaborator. (Lynne Osman Elkin) Ignez Caracelli 10 Ignez Caracelli 9 Pascal Acot. Ciência e Ambiente, v 26, A DUPLA REVOLUÇÃO DA DUPLA HÉLICE Rosalind Franklin Histórico: Defendendo o Legado de Franklin A obtenção da estrutura 3D do DNA Wilkins,, que trabalhava no mesmo grupo que Rosalind,, mostrou a imagem obida por Rosalind Franklin a Watson,sem que ela soubesse. Rosalind Franklin foto de difração de raios X do DNA Ignez Caracelli 11 Watson e Francis Crick determinaram a partir dessa foto a estrutura do DNA. Ignez Caracelli 12

4 Estrutura 3D do DNA o X Estrutura 3D do DNA os diamantes hélice grupos açúcar-fosfato Ignez Caracelli 13 Ignez Caracelli 14 Estrutura 3D do DNA as camadas Estrutura 3D do DNA as camadas pares de bases pares de bases Ignez Caracelli 15 Ignez Caracelli 16

5 Estrutura 3D do DNA as camadas 4 sulco maior dupla hélice: sulcos sulco menor Ignez Caracelli 17 A estrutura 3-D D do DNA A maneira e forma particular como se enovela foi sugerida pela primeira vez em 1953, quando os experimentos de Rosalind Franklin e Maurice Wilkins que fizeram fotografias de raios X de fibras de DNA, foram analisadas por James Watson e Francis Crick, permitindo deduzir a estrutura do DNA e seu mecanismo de replicação. Ignez Caracelli DNA Estrutura 3D do DNA Ignez Caracelli 19 Ignez Caracelli 20

6 DNA DNA Ignez Caracelli 21 Ignez Caracelli 22 DNA Grupo fosfato DNA Grupo glicosídico ribose Ignez Caracelli 23 desoxirribose Ignez Caracelli 24

7 DNA Bases Bases pirimidinas purina purinas pirimidina Ignez Caracelli 25 Ignez Caracelli 26 Bases - Pirimidina Bases - Purina Timina (T) Uracila (U) Timina (T) 5-metil Citosina (C) citosina Adenina (A) Guanina (G) Xantina Ignez Caracelli 27 Ignez Caracelli 28

8 Estrutura Geral de um Ácido Nucleico Estrutura química parcial do ácido desoxirribonucleico Adenina (A) Citosina (C) Guanina (G) Timina (T) Ignez Caracelli 29 Ignez Caracelli 30 Nucleosídeos = base + açúcar Aumento da complexidade Adenosina Guanosina Ignez Caracelli 31 Citidina Ignez Caracelli 32 Timidina

9 Adenosina monofosfato (ácido adenílico) Adenosina difosfato Adenosina trifosfato Nucleotídeos Guanosina monofosfato (ácido guanílico) Guanosina difosfato Guanosina trifosfato AMP ADP ATP GMP GDP GTP nucleotídeos: DNA e RNA DNA purinas: adenina (A) e guanina (G) pirimidina: citosina (C) e (timina) (T) Citidina monofosfato (ácido citidílico) Citidina difosfato Citidina trifosfato Uridina monofosfato (ácido uridílico) Uridina difosfato Uridina trifosfato Timidina monofosfato (ácido timidílico) Timidina difosfato Timidina trifosfato CMP CDP CTP UMP UDP UTP TMP TDP RNA purinas: adenina (A) e guanina (G) pirimidina: citosina (C) e uracila (U) Ignez Caracelli TTP 33 Ignez Caracelli 34 DNA e RNA DNA e RNA O número de unidades de bases existentes em ácidos nucleicos pode ser alto como 10 7 ou 10 8 nas fitas de DNA cromossômico ou baixo como 80 no RNA transportador Embora existam irregularidades: A/T = 1 e G/C = 1 Uma relação tão simples não existe para as bases do RNA, exceto para alguns RNA de vírus. Ignez Caracelli 35 Ignez Caracelli 36

10 A estrutura 3-D D do DNA Duas cadeias helicoidais de polinucleotídeos que estão enroladas ao longo de um eixo comum. As cadeias correm em direções opostas. Ignez Caracelli 37 A estrutura 3-D D do DNA As bases de purina e pirimidina estão no interior da hélice, enquanto que as unidades de fosfato e desoxirribose estão no exterior. Os planos que contém as bases são perpendiculares ao eixo da hélice. Os planos que contém os açúcares estão formando ângulos quase retos com as bases. Ignez Caracelli 38 A estrutura 3-D D do DNA Os planos que contém as bases são perpendiculares ao eixo da hélice. Os planos que contém os açúcares estão formando ângulos quase retos com as bases. Ignez Caracelli 39 A estrutura 3-D D do DNA O diâmetro da hélice é de 20 Å. As bases adjacentes estão separadas por 3,4 Å ao longo do eixo da hélice e relacionadas por uma rotação de 36. Portanto, a estrutura helicoidal se repete em cada cadeia depois de dez resíduos; isto é, a intervalos de 34 Å. Ignez Caracelli 40

11 A estrutura 3-D D do DNA As duas cadeias permanecem unidas por ligações de hidrogênio entre os pares de bases. Adenina Pareamento de Bases do DNA Adenina (A) pareia com Timina (T) através de 2 ligações de hidrogênio Timina para a cadeia do ácido nucléico para a cadeia do ácido nucléico Ignez Caracelli 41 Ignez Caracelli 42 Pareamento de Bases do DNA Pareamento de Bases do DNA Guanina (G) pareia com Citosina (C) através de 3 ligações de hidrogênio citosina guanina adenina timina Ignez Caracelli 43 Ignez Caracelli 44

12 A estrutura 3-D D do DNA A estrutura 3-D D do DNA A adenina está emparelhada com a timina. A guanina está emparelhada com a citosina. Ignez Caracelli 45 Ignez Caracelli 46 A-DNA; B-DNAB As fotografias de raios X mostraram dois tipos de estruturas de DNA: A-DNA e B- DNA. O B-DNA foi obtido quando o DNA estava totalmente hidratado como se estivesse in vivo. O A-DNA foi obtido sob condições nãofisiológicas de hidratação (estava desidratado). A-DNA; B-DNA; B Z-DNAZ Estudos posteriores mostraram mais um tipo, o Z- DNA. A diferença entre A e B-DNA está no número médio de pares de bases por volta da hélice: 10,9 no A-DNA e 10 no B-DNA. Já o Z-DNA tem uma estrutura um pouco diferente, com uma hélice de mão esquerda o esqueleto de açúcares e fosfato fazem um caminho em zig-zag. O B-DNA é a conformação mais importante in vivo. Ignez Caracelli 47 Ignez Caracelli 48

13 Projeções Axiais dos tipos de DNA Os tipos de DNA B-DNA Ignez Caracelli 49 A-DNA Ignez Caracelli 50 O B-DNA é o predominante em condições fisiológicas Os tipos de DNA Os tipos de DNA Rosalind Franklin duas descobertas maiores: a da possível cristalização do DNA sob duas formas: a forma B B-DNA A-DNA e a forma A. A Z-DNA Ignez Caracelli 51 O B-DNA é o predominante em condições fisiológicas Z-DNA B-DNA A-DNA a forma B, com 10 pares de nucleotídeos para cada volta de hélice, e que corresponde às condições fisiológicas mais correntes; e a forma A, A com 11 pares de nucleotídeos por volta, encontrados às vezes quando o grau de hidratação é mais baixo Z-DNA (< 65%). Ignez Caracelli 52 O B-DNA é o predominante em condições fisiológicas

14 O Dogma Central replicação transcrição translação proteína Ignez Caracelli 53