Bases Moleculares da Hereditariedade

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS PROG. DE PÓS GRAD. EM GENET. E MELHORAMENTO NÚCLEO DE ESTUDOS EM GENET. E MELHORAMENTO Bases Moleculares da Hereditariedade Ministrante: João Paulo Gomes Viana

2 Introdução Genética Hereditariedade Variação Hereditariedade é o fenômeno que corresponde a transmissão de características dos ascendentes para os descendentes. Variação é um fenômeno, as vezes considerado antagônico à hereditariedade, que consiste nas diferenças entre indivíduos de uma mesma espécie.

3 Hereditariedade Mas o que leva os indivíduos de uma dada espécie, ao se reproduzirem, gerarem indivíduos desta mesma espécie?

4 Hereditariedade Por que existem indivíduos diferentes dentro de uma mesma espécie? A que se deve este fenômeno? Como se explica esta variação?

5 Hereditariedade Hipócrates: a.c - Teoria da Pangênese

6 Hereditariedade Aristóteles: a.c - Base Física da Hereditariedade

7 Hereditariedade Gregor Mendel: - Final do Sec. XIX - Partículas Hereditárias

8 Hereditariedade O estudo da herança dos caracteres permitiu a formulação das leis mendelianas que conhecemos.

9 Natureza do Material Genético O primeiro passo para identificar o material genético foi descobrir em que local da célula ele ocorre:

10 Natureza do Material Genético Partindo da premissa de que o material genético está localizado nos cromossomos, o segundo passo foi descobrir qual a sua constituição química; Este deve ser suficientemente complexo para codificar um grande número de informações; Portanto, será o material genético: Proteína? RNA? DNA?

11 Natureza do Material Genético Por volta de 1912, foi constatado que o DNA é o que ocorre em quantidades mais constantes nas células, seguido das proteínas e do RNA; No entanto, a complexidade das proteínas sugeriam que estas poderiam funcionar como material genético; Por volta de 1928, com os experimentos de Griffith, começou-se a elucidar a natureza química do material genético.

12 Natureza do Material Genético Representação esquemática do experimento de Griffith, 1928.

13 Natureza do Material Genético Exceções: Alguns vírus, como o TMV, apresentam o material genético constituído de RNA.

14 Composição Química dos Ácidos Nucléicos 1 DNA 1.1 Composição do DNA O DNA é composto de monômeros, chamados nucleotídeos:

15 Composição Química dos Ácidos Nucléicos

16 Composição Química dos Ácidos Nucléicos 1.2 Regra de Chargaff Adenina = Timina Citosina = Guanina Adenina/Timina Citosina/Guanina Purinas = Pirimidinas

17 Composição Química dos Ácidos Nucléicos

18 Composição Química dos Ácidos Nucléicos 1.3 Análise de Difração de Raio X no DNA

19 Composição Química dos Ácidos Nucléicos 1.4 Estrutura do DNA

20 Composição Química dos Ácidos Nucléicos

21 Composição Química dos Ácidos Nucléicos 2 RNA O RNA é semelhante ao DNA, porém, difere em alguns aspectos: O açúcar é uma ribose; Em vez de timina, têm-se uracila; Geralmente se apresenta em fita única.

22 Composição Química dos Ácidos Nucléicos 2 RNA O RNA é semelhante ao DNA, porém, difere em alguns aspectos: O açúcar é uma ribose; Em vez de timina, têm-se uracila; Geralmente se apresenta em fita única.

23 Composição Química dos Ácidos Nucléicos 2.1 RNA mensageiro É responsável pelo transporte da informação genética contida no núcleo até o citoplasma no qual ocorre a síntese protéica. 2.2 RNA ribossômico O RNA ribossômico se associa com proteínas ribossômicas que são transportadas para o citoplasma com a função de síntese protéica.

24 Composição Química dos Ácidos Nucléicos 2.3 RNA transportador São moléculas de RNA que servem como receptores e transportadores de aminoácidos, tendo papel fundamental na síntese protéica.

25 Composição Química dos Ácidos Nucléicos

26 Funções do Material Genético Replicação do DNA A estrutura do DNA proposta por Watson e Crick oferece a vantagem de explicar como novas moléculas de DNA são criadas; A molécula não é replicada como um todo (replicação conservativa), ao contrário, as pontes de hidrogênio se rompem, permitindo que haja replicação.

27 Funções do Material Genético A replicação do DNA ocorre de forma semiconservativa; Na literatura são encontrados vários experimentos que demonstram que a replicação é semiconservativa, um dos mais clássicos foi realizado por Meselson e Stahl, 1958.

28 Funções do Material Genético

29 Funções do Material Genético

30 Funções do Material Genético A replicação tem início nas Origens de Replicação, que são sequências muito ricas em A T: Em E. coli tem-se 1 Origem de Replicação; Em Eucariotos tem-se várias Origens de Replicação. Replicon É a unidade de replicação, porção individual do DNA que está sofrendo o processo de replicação.

31 Funções do Material Genético

32 Funções do Material Genético A replicação ocorre de forma bidirecional:

33 Funções do Material Genético A DNA Polimerase apresenta algumas características importantes para o processo de replicação: A adição de novos nucleotídeos deve ocorrer na extremidade 3 -OH livre; É necessário um molde para que ocorra a polimerização de uma nova cadeia; A DNA Polimerase consegue apenas alongar uma cadeia, mas não iniciar uma nova cadeia, para isto, ela requer a presença de um primer; A atividade de exonuclease permite que esta realize reparo na cadeia de DNA em formação; A DNA polimerase possui alta processividade.

34 Funções do Material Genético A DNA Polimerase é a enzima que adiciona novos nucleotídeos na cadeia, esta adição ocorre no sentido 5 3 e deve ser na presença de um primer iniciador no filamento contínuo e um primer a cada segmento do filamento descontínuo; A síntese do primer no segmento crescente da cadeia é sintetizado pela DNA Primase.

35 Funções do Material Genético

36 Funções do Material Genético

37 Funções do Material Genético

38 Funções do Material Genético

39 Funções do Material Genético A medida que as pontes de hidrogênio da forquilha se abrem, uma nova região de DNA de fita simples é exposta; Neste momento as proteínas SSB se ligam a esta região da molécula alinhando-a polimerização da nova cadeia.

40 Funções do Material Genético

41 Funções do Material Genético A deselicoidização do DNA é realizada pela enzima DNA helicase e a superelicoidização é controlada pela topoisomerase; A DNA ligase repara as ligações fosfodiéster que foram clivadas durante o processo de reparo, deselicoidização e une os fragmentos de Okazaki.

42 Funções do Material Genético

43 Funções do Material Genético Replicação do DNA em Procariotos 1 Início Reconhecimento da Origem de Replicação por um Complexo Protéico; Abertura localizada da dupla hélice de DNA pela DNA helicase; Síntese do Primer.

44 Funções do Material Genético Replicação do DNA em Procariotos 2 Elongação Síntese da Cadeia Contínua; Síntese da Cadeia Descontínua. 3 Término Reconhecimento das sequências sobre as quais se fixam proteínas que bloqueiam o avanço da forquilha de replicação.

45 Funções do Material Genético Replicação do DNA em Procariotos DNA Polimerases Procarióticas DNA Pol. I Funciona como uma exonuclease 3 5 corretora de erros e tem baixa capacidade de polimerização; DNA Pol. II Participa do reparo do DNA, mas não é necessária na formação das cadeias polinucleotídicas devida sua baixa capacidade de polimerização; DNA Pol. III É a principal enzima envolvida na formação das fitas de DNA devida sua alta capacidade de polimerização, processividade e fidelidade.

46 Funções do Material Genético Replicação do DNA em Eucariotos A replicação é um acontecimento menos comum em Eucariotos do que em Procariotos. A etapa de iniciação é altamente regulada. O DNA se encontra na forma de cromatina, ou seja, associado a proteínas responsáveis pela compactação do DNA.

47 Funções do Material Genético Replicação do DNA em Eucariotos A síntese do DNA tem início em muitas origens diferentes durante a fase S do Ciclo Celular; A replicação produz uma única cópia de cada molécula, para isto, esta etapa é altamente regulada afim de evitar aberrações cromossômicas.

48 Funções do Material Genético Replicação do DNA em Eucariotos A replicação dos cromossomos deve estar concluída antes da passagem para fase G2 do Ciclo Celular; Em todas as fases do Ciclo Celular existem pontos de checagem que garantem a correta replicação do DNA, reparo de erros na molécula, segregação dos cromossomos e conteúdo celular suficiente para formação de novas células.

49 Funções do Material Genético Replicação do DNA em Eucariotos DNA Polimerases Eucarióticas DNA Pol. α possui subunidades com atividades poliméricas, outras com baixa processividade e outras sem atividade exonucleásica 3 5 ; DNA Pol. δ possui uma subunidade com atividade polimerásica e exonucleásica 3 5 e outra subunidade com processividade moderada; DNA Pol. ε é uma enzima multimérica com atividade polimerásica e exonucleásica 3 5. DNA Pol. γ atividade polimerásica e exonucleásica 3 5, responsável pela replicação do DNA mitocondrial; DNA Pol. β função desconhecida na replicação.

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