Fundamentos de Biologia Molecular

A biologia molecular é a área da biologia que estuda a função do material genético e das proteínas, sendo a interseção abrangente das áreas de bioquímica e genética.

HISTÓRICO

Gregor Mendel - em 1865

Foi o primeiro a estudar a hereditariedade e a, de fato, descobrir como os fatores hereditários eram transmitidos entre os descendentes.

Em suas pesquisas, entendeu a existência de características associadas entre gerações (fenótipos), mas desconhecia a natureza física dessa propriedade e, desde então, cientistas vinham em busca de encontrar o que de fato havia no núcleo dessas células.

Friedrich Miescher - 1868

Foi responsável por realizar um dos primeiros estudos bioquímicos do núcleo celular e, durante seus testes, encontrou finalmente o que procurava dentro de leucócitos de secreção purulenta, ou seja, os primeiros núcleos celulares foram encontrados no pus de uma ferida.

→ Porção ácida (DNA) e uma porção básica (proteína) = CROMATINA

TRANSFORMAÇÃO BACTERIANA

Frederick Griffith, foi um médico responsável pela realização de um experimento que nos permite distinguir bactérias patogênicas e não patogênicas por meio da experimentação em biomodelos roedores (ratos).

INDICARAM O DNA COMO O CARREADOR DA INFORMAÇÃO GENÉTICA

PRIMEIRA EVIDÊNCIA DIRETA DE QUE O DNA ERA O MATERIAL GENÉTICO (1944)

No início do século XX, sabia-se que o DNA era constituído, principalmente, por desoxinucleotídeos. O RNA também era conhecido e já se sabia da existência dos ribonucleotídeos. No entanto, a estrutura da molécula de DNA ainda não era conhecida.

Em 1949, Chargaff determinou as quantidades relativas dos quatro tipos de nucleotídeos do DNA e criou uma regra que nos acompanha até hoje, onde definiu que:

T = A

(C = G)³

Já em 1952, Alexander Todd demonstrou que os nucleotídeos estariam ligados no DNA através de ligações fosfodiéster 3’ - 5’ entre suas desoxirriboses, formando uma cadeia polinucleotídica. Associados a resultados da difração de Raio X da molécula de DNA, foram obtidos por M.H.F, Wilkins e Rosalind Franklin. Os dados desse estudo foram corretamente interpretados por James Watson e Francis Crick.

JAMES WATSON E FRANCIS CRICK, 1953

MECANISMOS DE PERPETUAÇÃO E INTERPRETAÇÃO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA

→ M.W.Niremberg e J.H.Matthaei (1961):

Foi em 1961 que M.W.Niremberg e J.H.Matthae observaram a formação do aminoácido fenilalanina a partir da junção de 3 uracilas (bases nitrogenadas presentes no RNA) e chegaram a conclusão que, uma determinada sequência de nucleotídeos estava diretamente ligada ao processo de formação dos aminoácidos.

Essa descoberta foi primordial para o entendimento do código genético e já em 1966, foi visto que dentre as 64 possibilidades de trípletos da sequência de nucleotídeos (códons), 61 dessas sequências formavam aminoácidos que seriam traduzidos em proteínas. As outras três combinações não listadas, acabaram recebendo o nome de CÓDONS DE PARADA, ou STOP CÓDON, já que eram responsáveis por indicar o final dessa sÍntese.

UAA

UAG -> CÓDONS DE PARADA

UGA (NON SENSE)

Todos os peptídeos são iniciados com a METIONINA (AUG) (códon iniciador)!

O código genético é também carinhosamente conhecido como degenerado, pois nem sempre um aminoácido é formado apenas por uma sequência de códons, às vezes 3 ou 4 sequências vão gerar o mesmo aminoácido.

DÉCADA DE 70 FOI MARCADA POR UMA GRANDE ASCENSÃO TECNOLÓGICA

A descoberta de várias tecnologias foi um passo importante para a evolução da ciência e, principalmente, da biologia molecular.

→ Enzimas de restrição;

→ Eletroforese em gel de agarose;

→ Hibridização molecular DNA-DNA (técnica de Southern blotting);

→ Técnicas de sequenciamento de DNA pelo método de Sanger (enzimático) e pelo método de Maxam e Gilbert (químico);

→ Descoberta da transcriptase reversa presentes em vírus de RNA.

DNA

O DNA tem um formato de dupla hélice e oferece estabilidade para essa molécula. Existem características importantes que devem estar presentes em uma molécula de DNA, como principalmente:

→ Ser capaz de guardar grande quantidade de informações;

→ Replicar-se fielmente. Caso isso não aconteça, não seria possível a perpetuação das espécies, um continuamento;

→ Deve codificar o fenótipo, ou seja, tem que ser capaz de determinar características.

NUCLEOTÍDEOS

Os nucleotídeos são compostos por: bases nitrogenadas, pentoses e grupamentos fosfato.

As Bases Nitrogenadas são compostas de carbono e nitrogênio e estão interligadas por pontes de hidrogênio. A Pentose ou desoxirribose, no caso do DNA, é um açúcar composto por 5 carbonos. Enquanto o grupamento fosfato é uma molécula formada por 1 átomo de fósforo cercada por 4 oxigênios (carga negativa).

OBS: Importante para a eletroforese, que será a separação através das cargas. Então, quem vai oferecer a carga negativa ao DNA, será o grupo fosfato.

PENTOSE DO DNA

→ A desoxirribose, é a pentose que encontramos no DNA e, como característica principal, apresenta a ausência de uma molécula de oxigênio no carbono 2’. Essa característica que difere a desoxirribose da ribose (açúcar encontrado no RNA).

ESTRUTURA PRIMÁRIA DE DNA

Refere-se aos nucleotídeos (como se ligam):

1 cromossomo (DNA + proteína) humano → 1 Molécula de DNA.

BASES NITROGENADAS

Temos 5 bases nitrogenadas que estão divididas entre purinas e pirimidinas, sendo elas a: adenina, citosina, guanina, timina (no caso do DNA) e uracila (presente no RNA). Também podemos nos referir a essas bases pelas letras que iniciam seus respectivos nomes: A-C-G-T-U.

É PRECISO SABER!

OBS: É possível diferenciar as purinas das pirimidinas. Enquanto as purinas têm duplo anel aromático, as pirimidinas têm somente um anel.

NA MOLÉCULA DE RNA

A grande diferença entre o DNA e o RNA, é a presença da Uracila ao invés da Timina, além da presença da hidroxila no carbono 2 da pentose que transforma uma desoxirribose em ribose.

PARTICULARIDADES DO DNA

- A Adenina e Timina fazem 2 ligações, enquanto a Citosina e a Guanina fazem 3 ligações. E no que isso afeta a célula? Isso vai interferir na dificuldade ao quebrar as ligações. As duplas são mais fáceis de quebrar.

- A extremidade 5’ sempre terá o fosfato, enquanto a 3’, terá uma hidroxila.

Isso é importante porque a ligação que a DNA polimerase vai fazer estará intimamente ligada a essas extremidades, aonde a molécula da enzima vai poder ser ligada/reconhecida.

- São reações química, então precisam de um atrativo para se ligarem.

Ligação Vertical - Ponte de Hidrogênio

Ligação Horizontal - Fosfodiéster

REVISÃO

→ Para formar um cromossomo funcional, uma molécula de DNA deve fazer mais do que simplesmente transportar os genes;

→ Ela deve ser capaz de replicar, e as cópias replicadas devem ser separadas e fielmente divididas entre as duas células-filhas a cada divisão celular;

→ Esse processo ocorre por meio de uma série de estágios ordenados conhecidos coletivamente como ciclo celular, que fornece uma separação temporal entre a duplicação dos cromossomos e sua separação entre as duas células-filhas.

Durante a interfase, a célula está transcrevendo ativamente seus genes e sintetizando proteínas. O DNA está replicado e cada cromossomo foi duplicado.

Na fase M, quando ocorre a mitose e o núcleo é dividido em dois núcleos-filhos, os cromossomos se condensam, o envelope nuclear se fragmenta, e o fuso mitótico é formado a partir de microtúbulos e outras proteínas. Os cromossomos mitóticos condensados são capturados pelo fuso mitótico, e um conjunto completo de cromossomos é então puxado para cada extremidade da célula, separando os membros de cada par de cromátides-irmãs. Um envelope nuclear se forma em volta de cada conjunto de cromossomos e, na etapa final da fase M, a célula se divide para produzir duas células-filhas.

ESTRUTURA SECUNDÁRIA DO DNA

Configuração tridimensional e final de um DNA como conhecemos (estrutura helicoidal fundamental).