1 - Estrutura e Função do Material Genético

1ª Apresentação de aula

1. Estrutura e função
do Material Genético
Prof. Edgar Bione

2. Procurando o Material Genético
1.Fonte estável de informação
2.Capacidade de se replicar com exatidão
3.Capacidade de sofrer mudanças
Eventos na linha do tempo:
1890Weismann - substância no núcleo celular controla o desenvolvimento.
1900Cromossomos parecem conter a informação hereditária,
mais tarde se mostraram compostos por proteínas & ácidos nuclêicos.
1928Griffith e seu Experimento de transformação
1944Avery e seu experimento de transformação
1953Hershey-Chase: Experimento com Bacteriófagos
1953Watson & Crick propõem o modelo do DNA dupla hélice
1956Gierer & Schramm / Fraenkel-Conrat & Singer
Demonstram que o RNA é o material genético viral.

3. Frederick Griffith’s Transformation Experiment - 1928
“Princípio transformante” demonstrado com Streptococcus pneumoniae
Griffith conjeturou que o agente transformante era a proteína IIIS

4. Oswald T. Avery’s Transformation Experiment - 1944
Demonstrou que o DNA “IIIS” era o material genético
responsável pelos resultados de Griffith (não o RNA).

5. Hershey-Chase Bacteriophage Experiment - 1953
Bacteriófago:
Vírus que ataca bactérias usando
o maquinário molecular de uma
célula viva
Estrutura do fago T
2
DNA e proteína

6. Ciclo de vida do fago T
2

7. Hershey-Chase Bacteriophage Experiment - 1953
1.O bacteriófago T
2 é composto de
DNA e proteína
2.Ajuste em dois passos:
•DNA marcado com
32
P
•Proteína marcada com
35
S
3.Bactéria E. coli infectada com os
dois tipos de T
2 marcado
4.
32
P é encontrado dentro das
bactérias e na progênie do fago,
enquanto
35
S não é encontrado
dentro da bactéria mas com o
“fantasma” do fago liberado.
1969: Alfred Hershey

8. Gierer & Schramm Tobacco Mosaic Virus (TMV) Experiment - 1956
Fraenkel-Conrat & Singer - 1957
•Usaram duas linhagens virais para demonstrar que o RNA é
o material genético do TMV.

9. Conclusões sobre estes primeiros
experimentos:
Griffith 1928 & Avery 1944:
Hershey-Chase 1953:
Gierer & Schramm 1956/Fraenkel-Conrat & Singer 1957:
O DNA (não o RNA) é o agente transformante.
O DNA (não a proteína) é o material genético.
O RNA (não a proteína) é o material genético de alguns vírus.

10. Nucleotídeo Monômeros que compõem o DNA e RNA
Três componentes:
3.Açúcar (5 carbonos) pentose
•DNA = Desoxirribose
•RNA = Ribose
(compare os carbonos 2’)
5.Base nitrogenada
•Purinas
Adenina
Guanina
•Pirimidinas
Citosina
Timina (DNA)
Uracila (RNA)
7.Grupo fosfato ligado ao carbono 5’

11. Os nucleotídeos estão acoplados por ligações
fosfodiéster para formar polinucleotídeos
Ligação fosfodiéster
Esta ligação é muito forte e por esta razão o DNA é notavelmente estável.
O DNA pode ser fervido e até autoclavado sem degradar!
Extremidades 5’ e 3’
Ligação covalente entre o grupo fosfato
(acoplado ao carbono 5’) de um
nucleotídeo e o carbono 3’ do açúcar de
outro nucleotídeo
As extremidades das cadeias de DNA ou
RNA não são as mesmas. Uma extremidade
da cadeia possui um carbono 5’ e a outra um
carbono 3’.

12. Ext. 5’
Ext. 3’

13. Exemplos: %A %T %G %C %GC
Homo sapiens 31.0 31.5 19.1 18.4 37.5
Zea mays 25.6 25.3 24.5 24.6 49.1
Drosophila 27.3 27.6 22.5 22.5 45.0
Aythya americana 25.8 25.8 24.2 24.2 48.4
James D. Watson & Francis H. Crick - 1953
Modelo do DNA Dupla Hélice
Duas fontes de informação:
1.Composição de bases: estudos de Erwin Chargaff
•Indicaram que o DNA consistia de ~50% purinas (A,G) e ~50% pirimidinas
(T, C).
•Quantidade de A = quantidade de T e quantidade de G = quantidade de C
(regra de Chargraff)
•%GC varia de organismo para organismo

14. 1.X-ray diffraction studies - Rosalind Franklin & Maurice Wilkins
Conclusão – O DNA é uma estrutura helicoidal
regularidades distintas, 0.34 nm & 3.4 nm.

15. Modelo Dupla Hélice do DNA : Seis características principais
3.Duas cadieas polynucleotídicas arranjadas em dupla-hélice no sentido
horário.
5.As cadeias nucleotídicas são anti-paralelas:
7.As “espinhas dorsais” Ose-fosfato estão por for a da dupla hélice, e as
bases orientadas para dentro do eixo central.
9.Os pares de base complementares das fitas opostas são mantidas
unidas por pontes de hidrogênio.
A pareia com T (2 pontes-H), e G pareia com C (3 pontes-H).
ex., 5’-TATTCCGA-3’
3’-ATAAGGCT-3’
16.Os pares de base distam 0.34 nm. Uma volta completa da hélice
requer 3.4 nm (10 bases/volta).
18.As “espinhas dorsais” Ose-fosfato não estão igualmente espaçadas,
resultando em maior e menor sulcos.
5’  3’
3’  5’

17. B DNA

18. 1962: Prêmio Nobel em Fisiologia e Medicina
James D.
Watson
Francis H.
Crick
Maurice H. F.
Wilkins
E quanto a?
Rosalind Franklin

19. Organização do DNA/RNA nos cromossomos
Genoma = cromossomo ou set cromossômico que contém todo o
DNA que um organismo (ou organela) possui
Cromossomos Virais 1. única ou dupla fita de DNA ou RNA
2. circular ou linear
3. cercado por proteínas
TMV T2 bacteriophage  bacteriophage
Cromossomos Procarióticos
1. A maioria contém um cromossomo de DNA
dupla fita circular
2. outros consistem de um ou mais cromossomos que
podem ser circulares ou lineares
3. tipicamente arranjado em uma região condensada
chamada nucleóide.

20. Problema:
O genoma de E. coli (4.6 Mb), medido linearmente, pode
chegar a 1.000 vezes maior que a célula de E. coli.
O genoma humano (3.4 Gb) pode chegar a 2.3 m se
esticado linearmente
Soluções:
1. Super-helicoidização
2. Domínio das alças
A dupla hélice de DNA enrola-se sobre o seu
próprio eixo, num processo controlado por
enzimas (Topoisomerases)
(ocorre em moléculas de DNA Circular e linear)

21. Mais sobre o tamanho do Genoma:
C = Quantidade total de DNA em um genoma haploide (1n)
É amplamente variável de espécie para espécie e não mostra
relação com a complexidade estrutural ou organizacional.
3,311,000,000Equus caballus
3,355,500,000Canis familiaris
3,454,200,000Mus musculus
180,000,000Drosophila melanogaster
290,000,000,00
0
Amoeba proteus
5,000,000,000Zea mays
36,000,000,000Lilium formosanum
4,639,221E. Coli
9,750HIV-1
3,400,000,000Homo sapiens
168,900T4
48,502
C (pb)Exemplos

22. Estrutura do cromossomo eucariótico
Cromatina complexo de DNA e proteínas cromossômicas
~ duas vezes mais proteínas que DNA
Dois principais tipos de proteínas:
8.Histonas abundante, proteínas básicas com carga positiva
que se ligam ao DNA
5 tipos: H1, H2A, H2B, H3, H4
massa ~ igual ao DNA
evolutivamente conservadas
10.Não-histonas todas as outras proteínas associadas com o DNA
difere amplamente em tipo e estrutura
quantidade varia muito
>> 100% da massa de DNA
<< 50% da massa do DNA

23. Empacotamento do DNA dentro dos cromossomos:
Nível 1
Voltas de DNA ao redor das
histonas para criar a estrutura do
nucleossomo.
Formação das
alças de DNA.
Nível 4
Nível 2
Nucleossomos
conectados por fio
de DNA como colar
de contas (beads on
a string).
Nível 3
Empacotamento dos
nucleossomos numa fibra
cromatínica de 30-nm.

25. Diferentes tipos de DNA:
•DNA centromérico (CEN) região centromérica, specialized
sequences function with the
microtubles and spindle apparatus
during mitosis/meiosis.
•DNA Telomérico At extreme ends of the chromosome,
maintain stability, and consist of
tandem repeats. Play a role in DNA
replication and stability of DNA.
•Unique-sequence DNA Often referred to as single-copy and
usually code for genes.
•Repetitive-sequence DNA May be interspersed or clustered
and vary in size.
SINEsshort interspersed repeated sequences (100-500 bp)
LINEslong interspersed repeated sequences (>5,000 bp)
Microsatellites short tandem repeats (e.g., TTA|TTA|TTA)