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Estrutura dos Ácidos Nucléicos

Estrutura dos Ácidos Nucléicos. Aspectos Moleculares & Enfoques Conceituais. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR. 1866: Gregor Mendel. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR. 1869 → Johann Friedrich Miescher # Buscava determinar os componentes químicos do núcleo celular.

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Estrutura dos Ácidos Nucléicos

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Presentation Transcript

  1. Estrutura dos Ácidos Nucléicos Aspectos Moleculares & Enfoques Conceituais

  2. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR • 1866: Gregor Mendel

  3. 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

  4. 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.

  5. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR • 1900: Hugo de Vries, Erich von Tschermak e Carl Correns Redescoberta de Mendel Leis da Hereditariedade Leis de Mendel

  6. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR • 1928: Frederick Griffith:Transformação

  7. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR

  8. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR • 1944: Avery, MacLeod e MacCarty: Princípio transformante

  9. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR • 1953: Alfred Hershey e Martha Chase DNA  32P Proteína  35S

  10. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR • 1953: James Watson e Francis Crick Maurice Wilkins e Rosalind Franklin

  11. 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

  12. DNA → INTRODUÇÃO

  13. DNA → INTRODUÇÃO

  14. Autossomos x Sexuais GENOMA HUMANO 99% 1%

  15. Nucleotídeo DNA Cromossomo Genoma GENOMA HUMANO

  16. rRNA Ribossomos AA tRNA RNP snRNA mRNA Proteína DEFINIÇÃO DE GENE

  17. - R OH H 2’-Desoxirribose -D-2-desoxirribofuranose Ribose -D-Ribofuranose ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA Pentose (Açúcar)

  18. ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA Bases Nitrogenadas = Anéis Aromáticos Heterocíclicos PURINAS Bicíclicas Purina Adenina Guanina PIRIMIDINAS Monocíclicas Pirimidina Citosina Uracil Timina Adenina = Timina Guanina  Citosina Uracil

  19. 5-Metiluracil ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA Curiosidade sobre as Bases Nitrogenadas PIRIMIDINAS Timina Uracil

  20. ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA Posições dos Átomos Grupamento Fosfato Bases Nitrogenadas Pentose

  21.      (2’-) Desoxirribonucleotídeo Nucleosídeo Nucleosídeo Ribonucleotídeo ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA Nucleotídeo

  22. Monofosfato - 5’-Monofosfato de Adenosina - AMP 5’-Monofosfato de Desoxiadenosina - dAMP Difosfato - 5’-Difosfato de Adenosina - ADP 5’-Difosfato de Desoxiadenosina - dADP Trifosfato - 5’-Trifosfato de Adenosina - ATP 5’-Trifosfato de Desoxiadenosina - dATP ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA Grupamento Fosfato = Ésteres de Fosfato

  23. ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA Grupamento Fosfato = Ésteres de Fosfato

  24. ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA Bases Nitrogenadas

  25. ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA Sentido da Fita de DNA Base Base Base 5’  3’ 5’AACGTTGCTATCGT3’

  26. ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA

  27. A C = 1,0 = 1,0 T G ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA Bases Nitrogenadas Grupo Ceto (C=O) e Amino (C-NH2) Relação Molar (1949) (A+G) = (T+C) AT = CG (?) Chargaff

  28. ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA Ligações Importantes Ligações Fosfodiéster Ligação (-) Glicosídica (Glicosílica)

  29. DUPLA-HÉLICE DO DNA Estabilidade do DNA: Integridade e Flexibilidade Ligações Covalentes Forças de Van der Walls Interações Iônicas (Mg+2) Sítios Hidrofóbicos Sítios Hidrofílicos Pontes de Hidrogênio

  30. 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

  31. 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).

  32. DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO A desnaturação do DNA pode ser acompanhada pela medida em espectrofotômetro de absorbância de luz ultravioleta (UV). Efeito Hipercrômico

  33. 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)

  34. DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO Rompimento das Pontes de Hidrogênio Tm (oC) = 69,3 + 0,41(GC%) T (anelamento) (oC) = Tm – 25oC

  35. 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.

  36. DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO

  37. 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.

  38. DUPLA-HÉLICE DO DNA Antiparalelas

  39. DUPLA-HÉLICE DO DNA Cavidades Maior e Menor Cavidade Menor Volta Cavidade Maior 0.34 nm

  40. DUPLA-HÉLICE DO DNA Cavidades Maior e Menor

  41. DUPLA-HÉLICE DO DNA Cavidades Maior e Menor

  42. 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.

  43. 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.

  44. TIPOS DE DNA

  45. TIPOS DE DNA DNA B DNA A DNA Z

  46. TIPOS DE DNA DNA B DNA A DNA Z

  47. DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO Conformação anti e syn  Umidade Relativa (92%) C2’-endo Dupla RNA Etanol 75% DNA B DNA A  [Sal] C3’-endo Metilação ou Bromação DNA Z

  48. DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO Principais características dos DNAs A, B e Z

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