Diversidade de organismos que habitam a Terra: biodiversidade.

Transcrição

1 Diversidade de organismos que habitam a Terra: biodiversidade.

2 SITUAÇÃO-PROBLEMA: Como explicar a grande diversidade dos seres vivos na natureza?

3 Tecido muscular.

4 Tecido nervoso.

5 O que permitirá explicar a diversidade de formas e funções de células de um mesmo organismo? Tecido sanguíneo.

6 Toda a informação para o desenvolvimento de um ser adulto encontra-se na sua primeira célula o ovo.

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8 Às vezes, a observação de uma determinada célula, durante um curto período de tempo, pode revelar grandes mudanças no seu interior. O que se estará a passar?

9 De que modo se relaciona a informação contida no DNA com o aspecto de um ser vivo?

10 Friedrich Miescher Friedrich Miescher descobre, em 1869, o DNA.

11 Como se chegou ao modelo do DNA e ao conhecimento Como se chegou ao modelo do DNA e ao conhecimento da sua importância?

12 Experiência de Griffith (1928) Frederick Griffith ( ) Interessado em conhecer o modo de actuação dos pneumococos, bactérias que provocam a pneumonia, e sabendo da existência de duas estirpes distintas da espécie Streptococcus pneumoniae, aforma R (com aspecto rugoso e não virulenta) e a forma S (de aspecto liso e altamente virulenta), Griffith idealizou a experiência seguinte:

13 Colónias rugosas de S. pneumoniae Colónias lisas de S. pneumoniae

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15 Experiência de Avery, MacLeod e McCarthy (1944) Oswald Avery ( ) Dando continuidade à experiência de Griffith, Avery e os seus colaboradores conceberam e aplicaram a experiência seguinte:

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18 Experiência de Hershey e Chase (1952) Martha Chase ( ) e Alfred Hershey ( )

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20 Bacteriófagos a infectar E. coli (imagem microscópica)

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23 DNA Ácido desoxirribonucleico. É o suporte da informação biológica, onde estão escritas as características de cada organismo.

24 Rosalind Franklin ( ) Qual a estrutura do DNA?

25 Padrão do DNA obtido por difracção de raios X. Quando um feixe de raios X incide sobre o material cristalizado, o radiograma da difracção reflecte a configuração das partículas no cristal. A configuração em cruz indica que o DNA apresentaaformade uma hélice.

26 Rosalind Franklin e Maurice Wilkins estudaram a difracção de raios X na molécula cristalizada de DNA e concluíram que a sua estrutura é helicoidal.

27 Configuração geral de um nucleótido.

28 Nucleótido Unidade básica dos ácidos nucleicos. Cada nucleótido é constituído por uma base azotada, uma pentose e um grupo fosfato.

29 Diversidade de desoxirribonucleótidos (A) e de ribonucleótidos (B).

30 Quando uma cadeia está em formação, cada novo nucleótido liga-se pelo grupo fosfato ao carbono 3 da pentose do último nucleótido da cadeia, repetindo-se o processo na direcção 5 3.

31 Cadeia polinucleótidica Os nucleótidos unem-se entre si por ligações entre o radical fosfato de um nucleótido e o carbono 3 da pentose do nucleótido seguinte. O processo repete-se no sentido 5 3. O número e a ordem dos nucleótidos, a sequência nucleotídica, define as características de cada indivíduo.

32 Aspecto de uma cadeia polinucleotídica.

33 Composição em nucleótidos de DNA de diferentes organismos (os valores são dados com uma pequena margem de erro, devido às técnicas de análise). Quantidade de bases no DNA de vários organismos Organismo Escherichia coli (bactéria) % de bases Adenina Timina Guanina Citosina 26,0 23,9 24,9 25,2 Streptococcus 29,8 31,6 Erwin 20,5Chargaff pneumoniae (bactéria) ( ) 18,1 Saccharomyces cerevisiae i (levedura) 31,7 32,6 18,3 17,4 Tartaruga 28,7 27,9 22,1 21,3 Salmão 29,7 29,1 20,8 20,4 Galinha 28,0 28,4 22,0 21,6 Homem 30,33 30,33 19,5 19,99

34 As bases azotadas do DNA.

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36 Das suas experiências pôde concluir aquilo que ficaria conhecido por Regras de Chargaff, e que, resumidamente, são: o DNA de indivíduos diferentes apresenta quantidades diferentes de cada uma das bases azotadas (adenina, timina, guanina e citosina); em todas as moléculas de DNA, a quantidade de bases púricas (bases de duplo anel, guanina e adenina) é igual à quantidade de bases pirimídicas (bases de anel simples, timina e citosina), sendo a quantidade de adenina igual à de timina, e a quantidade de citosina igual à de guanina.

37 Todas as espécies possuem DNA. Em cada espécie há uma grande semelhança entre as quantidades de timinaedeadenina, por um lado, e de citosina e guanina, por outro. O número de nucleótidos e a sua ordem variam nas diferentes moléculas de DNA. Todas as células somáticas de um organismo possuem, normalmente, DNA de igual composição.

38 Em 1953, James Watson e Francis Crick apresentaram uma proposta de um modelo de dupla hélice para a estrutura do DNA.

39 Watson e Crick, ao lado do modelo de DNA por eles idealizado

40 Segundo Watson e Crick, o DNA é uma longa molécula em forma de dupla hélice, assemelhando-se se a uma escada de corda enrolada helicoidalmente.

41 As bandas laterais da hélice são formadas por moléculas de fosfato (P), que alternam com moléculas de desoxirribose, e os degraus centrais são pares de bases ligados entre si por pontes de hidrogénio.

42 A especificidade de ligações hidrogénio entre as bases é chamada de complementaridade de bases: A adenina liga-se à timina (A-T) por duas ligações hidrogénio. A guanina liga-se à citosina (G-C) por três ligações hidrogénio.

43 Timina (T) e Citosina (C) bases pirimídicas (em anel simples) Adenina (A) e Guanina (G) bases púricas (em anel duplo)

44 Consideram-se 4 categorias de nucleótidos, designados pela base azotada que entra na sua constituição: nucleótido timina, nucleótido citosina, nucleótido adenina e nucleótido guanina.

45 As duas cadeias desenvolvem-se em sentidos opostos: à extremidade 3 de uma cadeia corresponde a extremidade 5 da outra são cadeias antiparalelas.

46 Aspecto da dupla cadeia do DNA.

47 Apresente uma justificação para: as regras de Chargaff; o diâmetro constante do DNA; o facto de no DNA, molécula viscosa, a viscosidade diminuir quando é sujeita a aquecimento, sabendo que este mesmo método destrói ligações por pontes de hidrogénio; f t d i tid d d i lé l d DNA o facto de amaior quantidade de guanina, numa molécula de DNA, corresponder uma maior quantidade de energia necessária para separar as duas cadeias.

48 Estrutura tridimensional do DNA, onde é visível o seu aspecto de hélice.

49 A estrutura t do DNA é amesmaemtodas as espécies e é universal no mundo vivo universalidade do DNA. Mas cada indivíduo é único, tendo o seu próprio DNA variabilidade do DNA.

50 O número de nucleótidos e a sua ordem variam nas diferentes moléculas de DNA. É nas sequências nucleotídicas que está codificada a informação genética que define as características de cada indivíduo.

51 Os genes são segmentos de DNA, com uma sequência nucleotídica própria, que contém determinada informação. O conjunto de genes que constitui a informação genética de um indivíduo tem o nome de genoma.

52 O genoma humano possui de 30 a 50 mil genes englobando milhões de pares de bases.

53 Modelo de dupla hélice A molécula l de DNA é composta por duas cadeias polinucleotídicas l dispostas em sentidos inversos cadeias antiparalelas enroladas em torno de um eixo imaginário. As cadeias polinucleotídicas estão unidas por pontes de hidrogénio entre pares de bases azotadas complementaridade de bases (a adenina liga-se à timina e a citosina liga-se à guanina).

54 Como é que o DNA se replica?

55 Arthur Kornberg ( ) Em 1956, demonstrou que era possível replicar o DNA in vitro (no laboratório, fora de um organismo vivo), sem a presença de células, recorrendo a: DNA, DNA polimerase (uma enzima que obteve a partir de uma bactéria) e a nucleótidos.

56 Segundo Watson e Crick, o DNA autoduplicaria de forma semiconservativa: cada uma das cadeias serviria de molde para uma nova cadeia e, consequentemente, cada uma das novas moléculas seria formada por uma cadeia antiga e uma cadeia nova.

57 A hipótese conservativa admitia que a molécula de DNA progenitora se mantinha na íntegra, servindo apenas de molde para a formação da molécula filha, a qual seria formada por duas novas cadeias de nucleótidos.

58 A hipótese dispersiva admitia que cada molécula-filha seria formada por porções da molécula inicial e por regiões sintetizadas de novo.

59 Na replicação semiconservativa uma das duas cadeias da molécula de DNA que se forma deriva da molécula original, e a outra é sintetizada de novo. Na replicação conservativa poderia preservar as duas cadeias da molécula original e gerar uma molécula de DNA composta por duas cadeias inteiramente novas. Na replicação dispersiva poderia produzir duas moléculas com DNA em que ambas as cadeias eram formadas por fragmentos originários da molécula inicial alternados por fragmentos sintetizados de novo.

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61 Experiências de Meselson e Stahl Matthew Meselson (n. 1930) Franklin Stahl (n. 1929) Em 1958, dois investigadores, Meselson e Stahl, realizaram uma série de experiências na tentativaa de descobrir o processo da replicação.

62 1) Cultivaram bactérias (Escherichia coli) em meios de cultura diferentes: um contendo um isótopo pesado de azoto ( 15 N) e outro contendo azoto normal ( 14 N). 2) Extraíram o DNA das bactérias presentes em cada um dos meios e procederam à sua centrifugação. 3) V ifi d i d DNA d b é i li d 15 N 3) Verificaram que as cadeias de DNA das bactérias cultivadas com 15 N eram mais densas do que as cadeias das que cresceram no meio com 14 N.

63 4) Após várias gerações de bactérias se terem desenvolvido no meio com azoto pesado, foram transferidas para um meio de cultura com azoto normal. 5) Ao fim de 20 minutos (tempo necessário para que estas bactérias se dividam e originem uma nova geração), foi retirada uma amostra G 1, extraído o DNA ecentrifugado, verificando-se que cada molécula l de DNA apresenta uma densidade intermédia entre o DNA só com 14 Neo DNA só com 15 N. Qual das 3 hipóteses iniciais para a replicação do DNA pode já eliminar-se?

64 A hipótese conservativa, pois todas as moléculas de DNA tinham densidade intermédia.

65 6) Ao fim de 40 minutos foi retirada uma nova amostra (G 2 ), que foi, também, sujeita ao procedimento anterior, tendo-se obtido 50% de moléculas l de DNA com 14 N e 15 N e50% de moléculas l só com 14 N. Qual a hipótese que é confirmada?

66 Os resultados obtidos por Meselson e Stahl apoiam a hipótese semiconservativa que, das duas que restam, é a única que explica as proporções anteriores. Que resultados serão de esperar numa 3.ª geração?

67 Duas bandas P-L +L-L L Uma banda P-L Uma banda P-P

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69 Numa 3ª geração, serádeesperar 75% do DNA com o nível de densidade correspondente ao DNA com 14 N e 25% de DNA com densidade intermédia. Nas gerações seguintes surgirá uma proporção crescente de moléculas de DNA com densidades correspondentes ao DNA com 14 N.

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71 Interpretação dos resultados: As bactérias cultivadas com 15 N incorporam esse azoto nos seus nucleótidos, formando um DNA com maior densidade, que se deposita mais próximo do fundo do tubo sujeito a centrifugação. Quando as bactérias são transferidas para um meio de cultura com 14 N, utilizam esse azoto para produzirem novas cadeias de DNA. Assim, na 1ª geração, cada molécula de DNA apresenta uma cadeia de nucleótidos com 15 N (que provinha da geração parental) e outra com 14 N (formada com nucleótidos que incorporaram o azoto presente no meio). Desta forma, as moléculas l de DNA apresentam uma densidade intermédia entre DNA com 15 N e DNA com 14 N.

72 Como ocorre a replicação do DNA?

73 Replicação do DNA Sendo suporte da informação genética, o DNA necessita de se autoreproduzir, fazendo cópias dessa informação, de modo a transmiti-la de geração em geração.

74 Replicação semiconservativa 1) As duas cadeias da dupla hélice (na presença de enzimas específicas DNA-polimerases polimerases), separam-se por ruptura das ligações hidrogénio.

75 2) Cada uma das cadeias serve de molde à formação de uma cadeia complementar, sendo utilizados nucleótidos que existem livres na célula.

76 3) Formam-se, simultaneamente, duas cadeias novas de desoxirribonucleótidos, de acordo com a regra de complementaridade de bases, que são complementares das duas cadeias originais, sendo cada uma antiparalela em relação à que lhe serviu de molde.

77 Replicação do DNA.

78 O mecanismo de replicação envolve: desenrolamento do DNA rompimento, por acção enzimática (DNA-polimerases), de pontes de hidrogénio entre bases complementares incorporação de nucleótidos do meio, por complementaridade, com formação de duas novas cadeias

79 Replicação semiconservativa A replicação é semiconservativa a cada cópia da molécula de DNA contém uma das cadeias da molécula de DNA original e uma cadeia que se formou de novo segundo a regra da complementaridade de bases. Meselson e Stahl confirmaram experimentalmente a replicação semiconservativa em A replicação semiconservativa permite explicar a transmissão do programa genético e a relativa estabilidade da composição do DNA no decurso das divisões celulares.