Introdução a Biologia Molecular: DNA Genética Humana

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1 Introdução a Biologia Molecular: DNA Genética Humana Prof. João Ronaldo Tavares de Vasconcellos Neto JAN/2012

2 HISTÓRICO Organização Células DNA + Proteínas 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. Corpo

3 A CÉLULA DNA Controla: 1) homeostasia 2) reprodução 3) morfologia 4) função celular TECIDOS ÓRGÃOS E SISTEMAS CORPO AMBIENTE

4 HISTÓRICO

5 HISTÓRICO GREGOR MENDEL Estudou cruzamento entre diferentes tipos de ervilhas demonstrando que certas características físicas dessas plantas eram transmitidas de geração para geração através de fatores.

6 HISTÓRICO 1902 SUTTON e BOVERI Padrão de herança dos fatores acompanhava a segregação dos cromossomos de células em divisão 1909 JOHANNSEN Nomeou as unidades mendelianas da hereditariedade ( fatores ) de GENES

7 HISTÓRICO 1915 THOMAS MORGAN Concluiu que os genes estavam organizados de maneira linear nos cromossomos; Propôs, pela 1ª vez, uma correlação entre um gene (genótipo) e uma característica física (fenótipo) BEADLE e TATUM Demonstraram que os genes agiam através da regulação de diferentes eventos químicos; HIPÓTESE: UM GENE UMA ENZIMA

8 HISTÓRICO 1953 JAMES WATSON e FRANCIS CRICK Descrição da estrutura física do DNA baseando-se nos estudos de difração de raio X de Rosalind Franklin e Maurice Wilkins e em estudos químicos da molécula; Modelo da dupla fita proposto foi fundamental para a compreensão do mecanismo de transmissão e execução da informação genética;

9 HISTÓRICO

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11 HISTÓRICO 1955 JOE HIN TJIO Definiu como 46 o número exato de cromossomos humanos ARTHUR KORNBERG Isolou a enzima DNA polimerase da bactéria E.coli

12 HISTÓRICO 1957 CRICK e GAMOV Dogma Central da Biologia Molecular

13

14 HISTÓRICO 1961 BRENNER, JACOB e MESELSON mrna é a molécula que leva informação do DNA no núcleo para a maquinaria de produção de proteínas no citoplasma;

15 HISTÓRICO 1966 NIRENBERG, KHORANA e OCHOA Seqüências sucessivas de três nucleotídeos do DNA (codon) determinam a seqüência de aminoácidos de uma proteína

16 HISTÓRICO

17 HISTÓRICO Com o desenvolvimento da tecnologia do DNA recombinante (1972) e do seqüenciamento do DNA ( ) tornou-se possível isolar e determinar a seqüência de genes dos mais diferentes organismos; Desta forma, com a disponibilidade de novos recursos, vários mecanismos biológicos, como a replicação do DNA e a divisão celular, começaram a ser intensamente estudados.

18 A Célula DIFERENCIAÇÃO CRESCIMENTO Núcleo: DNA FUNÇÃO CELULAR RESPOSTA AO AMBIENTE

19 A Célula Núcleo Cromossomo DNA

20 DNA

21 DNA ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO Contém toda a informação genética de um organismo Esta informação está arranjada em unidades hoje conhecidas como genes

22 DNA ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS As moléculas de DNA e RNA são compostas por quatro diferentes nucleotídeos: Adenina, Guanina e Citosina comum para DNA e RNA Timina encontrada somente no DNA Uracila encontrada somente no RNA

23 DNA ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS

24 NUCLEOTIDEOS DNA

25 DNA Duas fitas de polinucleotídeos associadas formando uma estrutura de dupla hélice onde as pentoses e os radicais fosfato compõe a fita e as bases projetam-se para o interior da mesma; As fitas mantêm-se unidas através da formação de pontes de hidrogênio entre as bases o que contribui para a estabilidade da dupla hélice; Adenina (A) pareia com Timina (T) através de 2 pontes de hidrogênio; Guanina (G) pareia com Citosina (C) através de 3 pontes de hidrogênio.

26 DNA

27 DNA O grupo hidroxil ligado ao carbono 3 da pentose de um nucleotídeo forma uma ligação fosfodiéster com o fosfato do outro nucleotídeo 5 C-A-G 3

28 DNA 5 3

29 DNA ESTRUTURA QUÍMICA DA MOLÉCULA DO DNA Desoxirribose Ligação Fosfodieste Grupo fosfato + Grupo hidroxila (OH) do Carbono 3 Desoxirribose Carbono 5 Carbono 3 CH 2 O H H O H O P O - O CH 2 O H H H O H O P O - H H Base Nitrogenada Base Nitrogenada 5 3 Como a ligação entre uma desoxirribose e outra desoxirribose só pode ser feita quando um grupo fosfato liga-se no Carbono 5 do primeiro açúcar e no Carbono 3 do segundo açúcar dizemos que a molécula de DNA cresce em direção 5 3 O

30 DNA Antiparalelismo As fitas do DNA estão dispostas em direções opostas

31 DNA COMPLEMENTARIEDADE Cada base de uma fita é pareada com a base complementar da outra fita

32 DNA Fita velha Durante a replicação do DNA as duas fitas velhas ou mães servem de molde para cada fita nova ou filha complementar, que está sendo sintetizada. Fita nova

33 DNA Duas fitas de polinucleotídeos associadas formando uma estrutura de dupla hélice onde as pentoses e os radicais fosfato compõe a fita e as bases projetam-se para o interior da mesma; As fitas mantêm-se unidas através da formação de pontes de hidrogênio entre as bases o que contribui para a estabilidade da dupla hélice; Adenina (A) pareia com Timina (T) através de 2 pontes de hidrogênio; Guanina (G) pareia com Citosina (C) através de 3 pontes de hidrogênio.

34 DNA

35 DNA O grupo hidroxil ligado ao carbono 3 da pentose de um nucleotídeo forma uma ligação fosfodiéster com o fosfato do outro nucleotídeo 5 C-A-G 3

36 DNA

37 REPLICAÇÃO DO DNA

38 Replicação O DNA é um polímero de nucleotídeos unidos entre si por ligações fosfodiéster. As fitas complementares estão ligadas por ligações de hidrogênio. Nas células, cada cadeia está orientada em sentido contrário ao da outra (anti-paralelismo). Os nucleotídeos são compostos por açúcar (pentose), radicais fosfatos e bases nitrogenadas.

39 Replicação As bases nitrogenadas são: Adenina Guanina Citosina Timina

40 Replicação Os nucleotídeos de uma cadeia da molécula de DNA podem interagir com os da cadeia complementar através de ligações de hidrogênio entre suas bases nitrogenadas, sendo que a Adenina se liga por meio de duas ligações de hidrogênio à Timina, e a Citosina se liga através de três ligações com a Guanina

41 Replicação Primeiro passo: Enzima DNA-Helicase abre a molécula de DNA. Rompe as ligações ponte de hidrogênio. A enzima DNA-Topoisomerase matem a fita dupla linear. A molécula de DNA deixa de ser helicoidal com a ação desta enzima. Evita a formação de super-hélices.

42 Replicação Segundo passo: Proteínas SSB de ligam ao DNA unifilamentar evitando que de enrole novamente ou forme pontes ou gaps. A Enzima DNA-Polimerase III de acopla a fita de DNA unifilamentar para o inicio da replicação. Síntese continua; Síntese descontinua.

43 Replicação Terceiro passo: A Síntese continua ocorre normalmente com a adição de nucleotídeos complementares a fita de DNA unifilamentar pela ação da enzima DNA-polimerase III. A medida que a nova fita é sintetizada as proteínas SSB se desligam permitindo o enovelamento do DNA.

44 Replicação Quarto passo: Síntese descontinua forma fragmentos de Okazaki. A DNA polimerase III apenas sintetiza fitas de DNA na direção 5 a 3. Sendo assim a segunda fita de DNA unifilamentar precisa ser duplicada em fragmentos para respeitar essa necessidade. Um fragmento de RNA chamado primer se liga a fita de DNA unifilamentar permitindo que a enzima DNA-polimerase III possa fazer a sintese do fragmento.

45 Replicação Quinto passo: A fita descontinua possui diversos fragmentos de DNA não ligados. Este fragmentos são conectados pela enzima DNA-ligase. Os primers são substituídos por nucleotídeos de DNA pela mesma enzima DNA-polimerase I. No final do processo duas duplas fitas de DNA são formadas tendo como molde as fitas unifilamentares.

46 REPLICAÇÃO

47 Ciclo Celular Genética Humana Prof. João Ronaldo Tavares de Vasconcellos Neto JAN/2012

48 Papéis da divisão celular A capacidade única de procriar (gerar vida da vida) é a característica que melhor diferencia os seres vivos da matéria não vivente.

49 Papéis da divisão celular Omnis cellula e cellula

50 Papéis da divisão celular Importância Apenas uma etapa do ciclo celular; Gera um organismo inteiro (unicelulares); Em alguns organismos multicelulares pode gerar um progênie (enxerto em plantas); Capacita organismos de reprodução sexuada a se desenvolverem a partir de uma única célula; Após o organismo alcançar pleno desenvolvimento atua na renovação, manutenção do organismo.

51 Divisão Celular A divisão celular resulta em células-filhas geneticamente idênticas O DNA celular da forma que esta organizado dentro do núcleo possui informação genética que se chama genoma; Comprimento do DNA eucariótico pode chegar a 2 metros (célula humana); Possui comprimento cercar de vezes maior que o diâmetro da célula.

52 Divisão Celular Como esse DNA cabe dentro da célula? Este material esta extremamente condensado (cromatina) na forma de cromossomos (corpo que absorve colorações); Toda espécie eucariótica possui número característico de cromossomos: 46 humanos 18 repolho 148 espécie de alga

53 Divisão Celular Fases do Ciclo Celular A mitose ou divisão celular é apenas uma fase do ciclo celular (fase mitótica (M)); Fase mais curta A interfase é a maior fase do ciclo celular; Fase G 1 Fase G 2 Fase S

54 Divisão Celular

55 Divisão Celular A mitose é dividida em cinco estágios. Contudo este número pode variar de autor para autor. Prófase Prometáfase Metáfase Anáfase Telófase

56 Divisão Celular Prófase Formação do fuso mitótico Estrutura que consiste em fibras compostas de microtúbulos e proteínas associadas; A montagem dos microtúbulos do fuso inicia no centrossomo (centro organizador de microtúbulos) Áster: arranjo radial de pequenos microtúbulos

57 Divisão Celular Cinetocoro: Estrutura protéica responsável pela movimentação das cromátides irmãos durante a segregação do material genético Placa metafásica: Plano imaginário que surge do alinhamento dos centrômeros dos cromossomos duplicados.

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59

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61 Mitose G 2 da Interfase Dois centrossomos são formados; Cada centrossomo se caracteriza por dois centríolos; Cromossomos duplicados na fase S não podem ser vistos pois não estão condensados;

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63 Mitose Prófase As fibras de cromatina se tornam mais firmemente enroladas (cromossomos separados); Cada cromossomo aparece com duas cromátidesirmãs, idênticas e unidas pelo centrômero; Inicio da formação do fuso mitótico; Os centrossomos se afastam uns dos outros.

64 Mitose Prometáfase O envelope nuclear se fragmenta Os cromossomos se tornam mais condensados; Cada cromatina de cada cromossomo possui um cinetocoro; Ligação dos microtúbulos com o cinetocoro;

65 Mitose Metáfase Estágio mais longo da mitose; Os centrossomos estão em pólos opostos; Os cromossomos se reúnem na placa metafásica.

66 Mitose Anáfase Estágio mais curto; Separação das cromátides-irmãs; Cada cromossomo formado por cada cromátide separada migra para lados opostos da célula;

67 Mitose Telófase Dois núcleos filhos se formam na célula; Envelopes nucleares surgem a partir de fragmentos do antigo envelope nuclear da célula parental; Os cromossomos se tornam menos condensados;

68 Mitose Citocinese Ocorre a divisão do citoplasma; Formação do sulco de clivagem;

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70

71 Ciclo Celular

72 Mitose

73 ESTUDEM!!

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