Biologia Molecular 210807

Biologia Molecular Ana Helena F. Ferreira 21/08/2007

Descoberta do DNA 

A descoberta do DNA ocorreu em 1869 e foi feita pelo bioquímico alemão Johann Friedrich Miescher (1844 - 1895). Miescher buscava determinar os componentes químicos do núcleo celular e usava os glóbulos brancos contidos no pus para suas pesquisas. Os glóbulos brancos eram um bom material pois são células que apresentam núcleos grandes e fáceis de serem isolados do citoplasma. Além disso, o pús era muito fácil de se conseguir na época em ataduras usadas em ferimentos.

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Analisando os núcleos, Miescher descobriu a presença de um composto de natureza ácida que era desconhecido até o momento. Esse composto era rico em fósforo e em nitrogênio, era desprovido de enxofre e resistente à ação da pepsina (enzima proteolítica). Esse composto, que aparentemente era constituído de moléculas grandes, foi enominado, por Miescher, nucleína. Essa substância foi isolada também da cicatrícula da gema do ovo de galinha e de espermatozóides de salmão.

 Em

1880, um outro pesquisador alemão, Albrecht Kossel (1883 - 1927), demonstrou que a nucleína continha bases nitrogenadas em sua estrutura, explicando o fato da nucleína ser rica em nitrogênio. Nove anos depois, Richard Altmann (1852 - 1900), que era aluno de Miescher, obteve a nucleína com alto grau de pureza, comprovando sua natureza ácida e dando-lhe, então, o nome de ácido nucléico.

A

partir daí, o material mais utilizado para estudo e obtenção do ácido nucléico passou a ser o timo de bezerro, cujo tecido apresenta células com núcleos grandes. Foi descoberto que a degradação do ácido nucléico do timo, chamado de ácido timonucléico, liberava quatro tipos de bases nitrogenadas:

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dois tipos de bases púricas: adenina e guanina dois tipos de bases pirimídicas: citosina e timina Foi demonstrado também que um outro produto da degradação do ácido nucléico era um glicídio com 5 átomos de carbono, uma pentose, no caso uma desoxirribose. O fósforo estava presente na forma de um derivado do ácido fosfórico, fosfato. Tinha-se até o momento que o ácido nucléico era composto de bases nitrogenadas (púricas e pirimídicas), de um glicídio (pentose) e de fosfato.

 Em

1890, foi descoberto em levedura (fermento) um outro tipo de ácido nucléico, que possuía uracila ao invés de timina e ribose ao invés da desoxirribose. Dessa maneira, foram caracterizados dois tipos de ácidos nucléicos, de acordo com o glicídio que possuíam:  - ácido ribonucléico (RNA)  - ácido desoxirribonucléico (DNA)

 Em

1912, Phoebus Levine (1869 - 1940) e Walter Jacobs (1883 - 1967) concluíram que o componente básico dos ácidos nucléicos era uma estrutura composta por uma unidade que se constituía numa base nitrogenada ligada a uma pentose, e esta por sua vez, ligada a um fosfato. Esta unidade foi denominada de nucleotídeo.

 Um

ácido nucléico seria então uma molécula composta por vários nucleotídeos unidos entre si, ou seja, um polinucleotídeo.  Os estudos dos ácidos nucléicos continuaram por muitos anos sem que os cientistas soubessem de sua importância como material hereditário, descoberta que só foi realizada muitos anos depois.

DNA como material hereditário 

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A hipótese de que o DNA era a molécula que continha as instruções hereditárias foi levantada anos após a descoberta de sua existência no núcleo das células. Dois clássicos experimentos contribuiram para isso. O primeiro deles foi a identicação do material hereditário em bactérias, que levou à conclusão, em 1944, de que o princípio transformante das bactérias era o DNA. O outro experimento foi o da identificação do material hereditário de fagos, que, em 1952, revelou que apenas o DNA do fago penetrava e se multiplicava nas bactérias gerando novos fagos.

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Após a descoberta de que o DNA era o material hereditário, iniciou-se uma série de pesquisas que buscavam elucidar sua estrutura, e entender quais características permitiam ao DNA ser o banco de memória da informação hereditária.

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Foram realizados experimentos que levaram a proposta do modelo da dupla hélice do DNA (1953), experimentos que evidenciaram a replição semiconservativa (1958) e um experimento que permitiu a visualição da replicação do cromossomo bacteriano (1960).

ESTRUTURA E FUNÇÃO DOS GENES Genoma - DNA 

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1865, GREGOR MENDEL – Monge austríaco, pai da genética. Estudou ervilhas e formulou os princípios fundamentais da hereditariedade 1909, Johannsen – GENE 1953, WATSON e CRICK - determinaram a estrutura tridimensional do DNA

DESCOBRINDO A BIOLOGIA MOLECULAR  1957,

Francois e Jaques Monod do instituto Pasteur/Paris conseguiram isolar o RNA mensageiro  1964, Robert Holley conseguiu as primeiras seqüências de DNA  1975, Walter Fiers conseguiu a seqüência completa de um cromossomo do fago MS 2

GENOMA HUMANO    

Cerca de 6 bilhões de pb. 23 pares de cromossomos Aproximadamente 30.000 genes Controlam a embriogênese, desenvolvimento, crescimento, reprodução e metabolismo do ser humano

A influência dos genes no estado de saúde e doença é ampla 

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A caracterização, organização e o conhecimento do funcionamento dos genes ainda está sendo pesquisada. Compreensão dos processos fisiológicos do organismo saudável e doente.

CONSTITUIÇÃO DA MOLÉCULA DO DNA / RNA Seqüências de BASES NITROGENADAS DNA

RNA

Adenina - Timina

Adenina - Uracila

Guanina - Citosina

Guanina - Citosina

NUCLEOTÍDEOS  Grupo

fosfato

 Ose  Ribose

(RNA)  Desoxirribose (DNA)  Base

nitrogenada

 Purina:

Adenina e Guanina (DNA/RNA)  Pirimidina: Citosina e Timina (DNA) Uracila (RNA)

Açucar Base Nitrogenada Estrutura Secundária

Funções

DNA

RNA

Desoxirribose

Ribose

A, C, G, T

A, C, G, U

dupla hélice (exceção: na replicação), espiralizada e com pontes de hidrogênio

fita única, não espiralizada e sem pontes hidrogênio

autoduplicação e síntese protéica

síntese protéica (RNAm; RNAt e RNAr)

Replicação  Uma

característica essencial à continuidade da vida em nosso planeta é a capacidade que os organismos tem de fazerem cópias de si mesmos.  Essa capacidade de copiar está associada ao material hereditário, o DNA.  Agora, de que maneira os organismos fazem as cópias?

 Essas

cópias são feitas através da duplicação do material hereditário, ou seja, do DNA.  Esse processo de duplicação do DNA, chamamos de replicação.  Em 1953, Watson e Crick propuseram um modelo para o DNA, e também sugeriram um mecanismo para sua replicação.

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A compreensão desse processo vem aumentando e hoje em dia a ciência tem uma boa idéia de como se dá o processo de replicação do DNA. Descobriu-se que ocorrem erros no processo de replicação e que, se esses erros não forem corrigidos pelas polimerases (A enzima que catalisa a formação de um novo DNA e RNA a partir de uma molécula existente de DNA ou RNA.), eles se perpetuam na forma de mutações.

 Além

disso, o DNA sofre continuamente danos causados por agentes externos físicos e químicos. As células tem um mecanismo sofisticado para reparar esses danos, mas, entretanto, alguns permanecem e se perpetuam também na forma de mutação.  Essa baixa taxa de mutação, é, no entanto, fundamental para a evolução, pois é através dessas falhas que novos alelos se formam.

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O processo de replicação do DNA envolve a participação de diversas enzimas, entre elas, as polimerases. Elas atuam no processo da síntese da nova molécula de DNA. Mas, como a síntese ocorre? A síntese semi-conservativa do DNA precisa que desoxirribonucleotídeos livres, sejam posicionados sobre uma cadeia polinucleotídica molde, e estejam unidos entre si, formando uma nova cadeia complementar à cadeia mãe que serve como molde. A enzima que atua nesse processo é a polimerase.

Desoxirribonucleotídeo 

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Um desoxirribonucleotídeo é um nucleotídeo composto por uma desoxirribose, uma base nitrogenada e um ou mais grupos fosfato. O desoxirribonucleotídeo trifosfatado é composto por 3 grupos fosfato. Um nucleotídeo consiste de uma base nitrogenada, um açúcar com cinco átomos de carbono e um ou mais grupos fosfato. Dependendo do açúcar que compõe o nucleotídeo, podemos ter um ribonucleotídeo, se o açúcar for a ribose, ou um desoxirribonucleotídio, se o açúcar for a desoxirribose.

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Como as polimerases foram identificadas e classificadas?

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Em 1957, a primeira enzima capaz de polimerizar desoxirribonucleotídeos trifosfatados (dNTPs) à medida em que eles se ordenam sobre a cadeia polinucleotídica (molécula molde), foi extraída da bactéria Escherichia coli.

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Mais tarde descobriu-se mais duas enzimas também capazes de catalisar a síntese do DNA. Elas foram denominadas polimerases do DNA e identificadas por números romanos de acordo com a ordem de sua descoberta.

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As polimerases e outras enzimas foram identificadas e caracterizadas em mutantes bacterianos deficientes em replicação.