acidos nucleicos - bioquimica - ciencias biologicas
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HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR
1869 → Johann Friedrich Miescher
# Buscava determinar os componentes químicos do núcleo celular.
# Usava os glóbulos brancos contidos no pus para suas pesquisas (células que apresentam núcleos grandes e fáceis de serem isolados do citoplasma).
# Descobriu a presença de um composto de natureza ácida desconhecido até o momento (rico em fósforo e em nitrogênio, desprovido de enxofre e resistente à ação da pepsina - enzima proteolítica)) → nucleína
HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR
1880 → Albrecht Kossel
# Demonstrou que a nucleína continha bases nitrogenadas em sua estrutura.
1889 → Richard Altmann
# Obteve nucleína com alto grau de pureza, comprovando sua natureza ácida e dando-lhe o nome de ácido nucléico.
HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR
1900: Hugo de Vries, Erich von Tschermak e Carl Correns
Redescoberta de Mendel
Leis da HereditariedadeLeis de Mendel
HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR
1953: James Watson e Francis Crick
Maurice Wilkins e Rosalind Franklin
DNA → INTRODUÇÃO
• Entre todas as propriedades dos organismos vivos, a capacidade de auto-replicação é fundamental.
• Conter a informação genética significa armazená-la, transmiti-la ao longo das gerações, e expressá-la na forma de proteínas.
• Avanços significativos tem sido alcançados na área da Biologia Molecular a partir do isolamento, análise e síntese de seqüências de DNA.
• DNA recombinante → estudos de função e dos mecanismos que controlam a expressão gênica
ÁCIDO NUCLÉICO → PROTEÍNA
Pentose (Açúcar)
Ribose-D-Ribofuranose
OH
-
R
2’-Desoxirribose-D-2-desoxirribofuranose
H
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA
PURINASBicíclicas
PIRIMIDINASMonocíclicas
Adenina = Timina Guanina Citosina Uracil
Purina Adenina Guanina
Pirimidina Citosina Uracil Timina
Bases Nitrogenadas = Anéis Aromáticos Heterocíclicos
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA
PIRIMIDINAS
Curiosidade sobre as Bases Nitrogenadas
Uracil Timina
5-Metiluracil
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA
Nucleosídeo
Nucleosídeo
(2’-) Desoxirribonucleotídeo
Ribonucleotídeo
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA
Nucleotídeo
Grupamento Fosfato = Ésteres de Fosfato
-
Monofosfato
-
Difosfato
-
Trifosfato
5’-Difosfato de Adenosina - ADP
5’-Difosfato de Desoxiadenosina - dADP
5’-Trifosfato de Adenosina - ATP
5’-Trifosfato de Desoxiadenosina - dATP
5’-Monofosfato de Adenosina - AMP
5’-Monofosfato de Desoxiadenosina - dAMP
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA
Grupo Ceto (C=O) e Amino (C-NH2)
Chargaff
Relação Molar (1949)
AT
= 1,0CG
= 1,0 AT = CG (?)
(A+G) = (T+C)
Bases Nitrogenadas
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA
Ligações Fosfodiéster
Ligação (-) Glicosídica (Glicosílica)
Ligações Importantes
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA
Ligações Covalentes
Sítios Hidrofóbicos
Sítios Hidrofílicos
Forças de Van der Walls
Pontes de Hidrogênio
Interações Iônicas (Mg+2)
Estabilidade do DNA: Integridade e Flexibilidade
DUPLA-HÉLICE DO DNA
DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO
• Fenômenos físicos que ocorrem com o DNA dupla-hélice fundamentais para os processos de replicação, transcrição e recombinação.
• DESNATURAÇÃO → rompimento das pontes de hidrogênio entre as cadeias complementares do DNA.
• RENATURAÇÃO → ligamento das pontes de hidrogênio entre as cadeias complementares do DNA.
• Esses processos podem ser observados in vitro
DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO
A desnaturação da estrutura secundária do DNA pode ser obtida através dos seguintes mecanismos:
→ aumento de temperatura
→ titulação com ácidos ou álcalis (protonizam ou desprotonizam os anéis aromáticos)
→ agentes desnaturantes (formamida)
# Tais tratamentos geram grupos carregados no interior da dupla-hélice (levando ao rompimento das pontes de hidrogênio entre as bases complementares).
Efeito Hipercrômico
DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO
A desnaturação do DNA pode ser acompanhada pela medida em espectrofotômetro de absorbância de luz ultravioleta (UV).
DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO
A temperatura necessária para a desnaturação de um dado DNA está diretamente relacionada com sua seqüências de pares de bases.
Adenina = Timina Guanina Citosina Uracil
Tm (oC) = 69,3 + 0,41(GC%)
• Em condições fisiológicas, a dupla-hélice é muito estável.
• Para que estes processos ocorram há a necessidade da participação de enzimas especializadas (DNA-helicases e SSBs)
Rompimento das Pontes de Hidrogênio
Tm (oC) = 69,3 + 0,41(GC%)
T (anelamento) (oC) = Tm – 25oC
DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO
DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO
• Mesmo quando as duas fitas do DNA estão completamente separadas, o processo pode ser revertido.
• Se uma solução contendo DNA desnaturado por calor for lentamente resfriada, as fitas complementares reassociam-se.
T (anelamento) (oC) = Tm – 25oC
• No início, a renaturação ocorre lentamente. Porém, à medida que as bases complementares se associam, a velocidade do processo aumenta.
• Resfriamentos abruptos colapsam a renaturação
# Quanto maior a complexidade do genoma, maior será o tempo de sua renaturação.
DUPLA-HÉLICE DO DNA
As ligações glicosídicas no DNA, por não estarem diretamente opostas na dupla-hélice, geram duas cavidades desiguais em seu contorno:
→ cavidade maior
→ cavidade menor
# Nestas regiões, as bases estão expostas ao meio solvente.
# Moléculas que agem com seqüências específicas de bases (proteínas) podem identificar estas seqüências sem romper a estrutura da dupla-hélice.
TIPOS DE DNA
O DNA pode assumir diferentes conformações, dependendo da sua composição de bases e do meio em que se encontra
→ DNA A
→ DNA B
→ DNA Z
Tipo A → forma mais abundante encontrada na célula (forma de dupla-hélice clássica)
Tipo B → formado a partir da desidratação ou diminuição do teor de sal no meio em que se encontra o Tipo A.
TIPOS DE DNA
Tipo Z → encontrado, aparentemente, em apenas algumas regiões do DNA Tipo B ou Tipo A.
# Fatores que estabilizam sua formação:
→ metilação ou bromação de bases
→ estresse torcional
→ ligação de proteínas específicas ao DNA
• Alterações nas conformações podem facilitar ou dificultar a interação do DNA com proteínas.
Conformação anti e syn
C2’-endo
C3’-endo
DNA B DNA A
DNA Z
Etanol 75%
[Sal]
Dupla RNA
Metilação ou Bromação
Umidade Relativa (92%)
DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO
Principais características dos DNAs A, B e Z
CARACTERÍSTICAS FORMA A FORMA B FORMA Z
Sentido helicoidal (Giro)
Direita Direita Esquerda
Diâmetro (nm) ~2,6 ~2,0 ~1,8
Pb por giro (n) 11 10 12
Espaço entre as bases (nm)
0,26 0,34 0,37
Inclinação da base 20o 6o 7o
Sulco maior Estreito/Profundo Largo/Profundo Achatado
Sulco menor Largo/Raso Estreito/Profundo Estreito/Profundo
Ligação glicosídica anti anti anti(pir) sin(pur)
DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO
• Além da estrutura secundária da dupla-hélice, o DNA assume uma conformação tridimensional supertorcida.
# A dupla-hélice enrola-se sob si mesma (extremamente importante nos processos de replicação, transcrição, recombinação e expressão gênica).
FORMAS DE DNA E SUPERTORÇÃO
Estrutura Supertorcida, Suprerenrolada ou Super-hélice
AB
C
Grau de superenrolamento crescente
A: Relaxada B: Superenrolamentos parciais C: Totalmente Superenrolado
Top
ois
ôm
ero
s
FORMAS DE DNA E SUPERTORÇÃO
Topoisômeros → moléculas com seqüências e tamanhos idênticos, que diferem apenas na sua topologia.
Topoisômerases → enzimas que, quando presentes, promovem a quebra transitória nas pontes fosfodiéster adicionando ou removendo superenrolamentos.
• A enzima permanece ligada covalentemente ao DNA e permite que as fitas passem umas sobre as outras.
• Estas enzimas mostram-se presentes tanto em células procarióticas como eucarióticas.
TOPOISOMERASES
CONSIDERAÇÕES GERAIS
Ácidos Nucléicos maiores representantes do genótipo (DNA)
Proteínas maiores representantes do fenótipo
DNA Envolvido com todo metabolismo do organismo
Molécula da Hereditariedade: Seqüências de bases nitrogenadas Informações
DNA Moléculas principais
RNA Moléculas intermediárias
Proteína Resultado final da informação
DESOXIRRIBONUCLEOTÍDEOS
RIBONUCLEOTÍDEOS
AMINOÁCIDOS
Expressão Gênica
fita molde
transcrição
Tradução
RNAm
códon
Proteína(cadeia de
aminoácidos)
DNA
metionina
prolina leucina alanina
arginina
FLUXO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA
RNA mensageiro (mRNA)
Fim da mensagem
Sinal de ligação ao Ribossomo
Códon de Iniciação (Start Códon)
Início da Transcrição
Hairpin
AAAAA
CAUAGGAGGU
AUG
RNA RIBOSSÔMICO PROCARIOTO x EUCARIOTO
RNA RIBOSSÔMICO PROCARIOTO RNA RIBOSSÔMICO EUCARIOTO
Associado a proteínas eles formam o ribossomo que serve como organelas para a síntese de proteínas.