Ácidos Nucleicos e suas propriedades

Transcrição

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTAMENTO DE FITOTECNIA E FITOSSANITARISMO AF 060- Biotecnologia Vegetal Ácidos Nucleicos e suas propriedades Professores: Bruno Portela Brasileiro e Renata Faier Calegario

2 Os genes Antes de se entender a composição dos genes, já se reconhecia que eles estavam localizados nos cromossomos (Morgan, 1910), estruturas descobertas no século XIX, formadas por proteínas e ácidos nucleicos. Thomas Hunt Morgan

3 Composição química: ÁCIDOS NUCLEICOS NUCLEOTÍDEO Base Nitrogenada Fosfato Açúcar

4 Material Genético DNA versus Proteínas Oswald Avery (1944) Frederick Griffith: princípio transformante

5 Os genes Conceito: Sequência ordenada de nucleotídeos - DNA, que contem as informações biológicas, que devem ser copiadas com precisão e transmitidas as próximas gerações. Expressão Codifica um produto funcional (proteína ou molécula de RNA)

6 Mecanismos da Hereditariedade Questões: Como as informações hereditárias são transmitidas? Como são copiadas com precisão? O conhecimento da estrutura do DNA permitiu responder essas questões.

7 1953 O início de uma era O fim da corrida para desvendar a estrutura do DNA James Watson Francis Crick Maurice Wilkins Rosalind Franklin

8 Francis Crick Um físico que buscava compreender as estruturas das proteínas e não tinha interesse pelo DNA. Laboratório Cavendish Publicado em 1944

9 Estrutura A Maurice Wilkins Um físico que buscava compreender a molécula de DNA usando a difração de raios X. Universidade de Londres Influenciou James Watson após um evento científico em 1951 na cidade de Nápoles. Ao final da sua palestra uma imagem chamou a atenção do jovem cientista.

10 Linus Pauling Determinou a estrutura parcial das proteínas em 1951 e esteve envolvido na corrida para desvendar a estrutura do DNA. Pela primeira vez alguém havia proposto algo solidamente correto sobre estruturas de macromoléculas. Linus Pauling (Nobel em 1954 e 1962) Caltech, Pasadena α hélice

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12 James Watson Era preciso aprender sobre cristalografia de raios X Imitar Linus Pauling e superá-lo em seu próprio jogo Universidade de Cambridge

13 Como seria a molécula de DNA? Uma molécula única de nucleotídeos ligados linearmente de modo regular? De acordo com Maurice, o diâmetro do DNA seria mais grosso caso houvesse apenas uma cadeia de nucleotídeos. A molécula era uma hélice? Composta de quantas cadeias? E que tipo de ligação uniria as cadeias? De acordo com Alex Stokes, a difração de raios X revelava que a molécula de DNA era uma hélice.

14 Como seria a molécula de DNA? Alexander Todd (1951)

15 FOSFATO RNA e DNA 5 Nucleotídeo

16 AÇÚCAR PENTOSES RNA: Ribose DNA: Desoxirribose

17 BASES NITROGENADAS Bases Púricas e Pirimídicas = Anéis Aromáticos Heterocíclicos PURINAS Bicíclicas Adenina Guanina PIRIMIDINAS Monocíclicas Citosina Uracila Timina

18 O DNA não é regular Erwin Chargaff Nos ensaios conduzidos na Universidade de Columbia, Chargaff e seus alunos perceberam que a quantidade de Adenina eram idênticas as de Timina e as de Guanina idênticas as de Citosina.

19 Rosalind Franklin Estrutura B No final de 1952, Rosy obtêm evidências de que o DNA de fato era uma molécula tridimensional, sugerindo uma estrutura helicoidal com torções a cada 34 A.

20 A CORRIDA ESTAVA NA RETA FINAL Watson e Crick estavam convencidos de que a hélice era formada por duas cadeias de nucleotídeos. Qual estrutura estaria no centro da molécula? Como as duas cadeias estariam ligadas?

21 UMA PRIMEIRA PROPOSTA DUAS CADEIAS IDÊNTICAS LIGADAS POR PONTES DE HIDROGÊNIO.

22 A TENTATIVA DE LINUS PAULING

23 Dois meses depois... Gostaríamos de sugerir uma estrutura para o sal do ácido desoxirribonucleico (Watson e Crick, 1953)

24 Watson e Crick vencem a corrida Estava elucidada a estrutura do DNA que explicava o processo de duplicação da informação genética.

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26 O Prêmio Nobel de 1962

27 DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA MOLECULAR A informação genética: Perpetuada através da replicação do DNA Expressa através de dois processos: Transcrição e Tradução

28 DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA MOLECULAR Replicação Transcrição DNA DNA Tradução RNA PROTEÍNA

29 BASES NITROGENADAS DNA RNA A C G T A C G U PAREAMENTOS _ A T C G A U

30 Ligação fosfodiéster DNA : POLÍMERO DE NUCLEOTÍDEOS NUCLEOTÍDEOS Filamento de nucleotídeos 5 HO 3 HO 3

31 DNA : ESTRUTURA Estrutura Plana 2 Filamentos de nucleotídeos 2 pontes H A = T G C 3 pontes H

32 Extremidade 5 = Fosfato (PO 4 ) DNA: estrutura tridimensional Duas fitas enroladas, complementares entre si e invertidas Cada fita: composta por uma sequência linear de nucleotídeos Estrutura Helicoidal em dupla hélice Leitura e Escrita 5 3 Extremidade 3 = Hidroxila (HO) (Watson & Crick, 1953)

33 COMO O DNA SE REPLICA? Replicação: capacidade do DNA de originar cópias idênticas (auto duplicação) O processo é dividido em 3 etapas: Etapa Enzima Função 1ª DNA Helicase Desenrola as duas hélices e rompe as pontes de hidrogênio entre os nucleotídeos => separa fitas 2ª DNA Polimerase Encaixa os nucleotídeos na fita molde 3ª DNA Ligase Realiza a ligação dos nucleotídeos (fragmentos de Okasaki) Primase (RNA polimerase) : confecção de primers para que a DNA polimerase inicie a síntese

34 DNA : DUPLICAÇÃO Origem de Replicação: regiões ricas em AT = início da replicação DNA polimerase: requer primers para iniciar a síntese (5-3 ) Cadeia líder = fita contínua Helicase Primers Cadeia atrasada DNA Ligase Forquilha de replicação DNA polimerase

35 DNA : DUPLICAÇÃO Semiconservativa

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37 TRANSCRIÇÃO: DNA => RNA RNA : POLÍMERO DE NUCLEOTÍDEOS 1. DNA se abre: RNA polimerase (bolha de transcrição ) 2. Pareamento de novos nucleotídeos (ribose e uracila) na fita molde de DNA 3. RNA pronto se solta e migra para o citoplasma 4. DNA se recompõe

38 TRANSCRIÇÃO Enzima responsável: RNA polimerase Início da Transcrição: Região Promotora pequena sequência de nucleotídeos reconhecida pela RNA polimerase como ponto onde deve se ligar ao DNA Exemplos promotores: Região TATA box => -10: 5 -TATAAT- 3 => -35: 5 -TTGACA- 3

39 Término da Transcrição: TRANSCRIÇÃO RNA polimerase encontra um Terminador Sequência nt que determina o desligamento da RNA polimerase Região com pares consecutivos de A/U Região rica em G+C (dependente de proteína) O complexo de transcrição se dissocia e há liberação da molécula de RNA

40 RNA : ESTRUTURA Bolha de Transcrição

41 TRANSCRIÇÃO

42 RNA : ESTRUTURA RNA: Uma fita simples de nucleotídeos

43 RNA : ESTRUTURA Fita simples, helicoidal Regiões complementares Formando grampos e alças

44 TIPOS DE RNA RNA mensageiro => informação genética para a sequência de aminoácidos das proteína RNA ribossômico => constituinte dos ribossomos RNA transportador => identifica e transporta os aminoácidos até os ribossomos

45 TRADUÇÃO Síntese de proteínas Converte trincas de nt RNA => Aminoácidos => Proteína Local: Ribossomos (citoplasma) Início da Tradução: Códon de iniciação => AUG (Metionina) Término da Tradução: Códon de terminação => Não codifica aminoácido Ex: UGA, UAG, UAA

46 George Gamow CÓDIGO GENÉTICO

47 A DESCOBERTA DO CÓDIGO

48 TRADUÇÃO

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50 BIOLOGIA MOLECULAR Possibilita a manipulação de moléculas => introdução de genes em um genoma receptor Depende: Tecnologia do DNA recombinante Enzimas replicar, cortar e ligar o DNA Bases nitrogenadas

51 DNA RECOMBINANTE Ferramenta permite: Clivar DNA com enzimas de restrição Inserir DNA eucariótico em bactérias Determinar a sequência de nt de um fragmento de DNA Amplificar e sintetizar DNA Recombinar fragmentos de DNA, etc.

52 Alguns objetivos que a tecnologia do DNA recombinante tornou possível Isolar um gene em particular, parte de um gene ou uma região do genoma; Produzir proteína de interesse em larga escala; Aumentar a eficiência da produção de enzimas e drogas para comercialização; Modificar organismos existentes para que expressem uma característica de interesse que não seja codificada pelo genoma

53 Plantas tolerantes à Doenças e a Pragas Feijão resistente ao vírus do mosaico dourado e Mamão papaya resistente ao vírus da mancha anelar Milho, algodão, batata, cana-de-açúcar (Bt) = resistentes ao ataque de insetos Plantas tolerantes à Herbicidas Soja e Milho (RR) = tolerante ao glifosato Soja = tolerante ao 2,4-D AGRICULTURA Plantas tolerantes ao estresse ambiental (Seca, frio, calor, salinidade e acidez) Cana-de açúcar tolerante à seca Plantas com melhorias nutricionais (vitaminas e aa) Arroz dourado (Golden rice), rico em betacaroteno, precursor da vitamina A - evitar a cegueira noturna e desnutrição

54 PROPRIEDADES DO DNA DESNATURAÇÃO rompimento das pontes de hidrogênio entre as cadeias complementares do DNA RENATURAÇÃO reanelamento das pontes de hidrogênio entre as cadeias complementares do DNA => Fenômenos físicos fundamentais para os processos de replicação e transcrição Esses processos podem ser realizados in vitro

55 BIBLIOGRAFIA