Slide - O Núcleo e O Dna - 2023-2

Professor Diego Mattos Penedo diego_penedo@hotmail.com Genética Básica – IB450 Sobre a disciplina – 2023.2 • Professora Bruna Menezes assumirá a partir da próxima semana • Cronograma será disponibilizado posteriormente. • 4 provas (a primeira dia 20/09). Sobre a disciplina – 2023.2 Bibliografia básica: -GRIFFITHS, Anthony J. F. et al. Introdução à Genética. 11. ed. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Koogan, 2016. RAMALHO, Magno Antonio P. et al. Genética na Agropecuária. 5. ed. Lavras: Editora UFLA, 2012. SNUSTAD, D. Peter.; SIMMONS, Michael J. Fundamentos de Genética. 7. ed. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Koogan, 2017. - VIANNA, José M. S.; CRUZ, Cosme D.; BARROS, Everaldo G. de. Genética. volume I. 2. ed. Viçosa: Editora UFV, 2003 Programação da semana • Hoje: • Introdução ao estudo da genética; • O núcleo e o DNA. • Quarta: • Ciclo celular, mitose e meiose. Introdução à Genética • Raiz grega – gen = “tornar-se”, “vir a ser”, “desenvolver-se”. • A palavra foi usada pela primeira vez em 1905, por Willian Bateson para designar o estudo da hereditariedade e das variações dos seres vivos. Transmissão de características de uma geração a outra Diferentes formas que as características podem apresentar Termos importantes • Genótipo: composição genética de um indivíduo (genoma); combinação de genes em suas variadas formas. • Fenótipo: manifestação visível, detectável ou mensurável de um genótipo para determinada característica. Fatos históricos relevantes • 1665 – Robert Hook • Descoberta da célula • 1848 – Wilhelm Hofmeister • Observa pela primeira vez corpúsculos filamentosos no núcleo das células Imagens: Wikipedia https://ik.imagekit.io/smdxc0e2g3/userscontent2-endpoint/images/7f71c4e4-d19c-4a6a-b02b-d035c7fd9fc2/4da08a83fc2a984731ba1b4fa5e3ff0a.PNG?tr=w-400,rt-0 Fatos históricos relevantes • 1865 – Gregor Mendel • Monge austríaco e cientista; • primeiro a investigar a herança dos caracteres; • apresentou os resultados dos seus experimentos com ervilha-de-jardim (Pisum sativum) onde postulou a existência de determinantes hereditários discretos (que ele chamava de fatores), que hoje denominamos “genes”; • seus trabalhos só se tornaram conhecidos pela comunidade científica no século XX (1900). Imagens Griffiths et al. (2016) Fatos históricos relevantes • 1859 – Charles Darwin • sem ter conhecimento do trabalho de Mendel, publicou a Origem das Espécies onde postulou a teoria da evolução por meio da seleção natural • Intuía que: *deve haver uma base física da hereditariedade e que os fatores hereditários contidos nos gametas são a única ligação entre gerações, * a regeneração e a reprodução assexuada produz indivíduos idênticos mas a reprodução sexuada produz indivíduos com variações. Imagens: Wikipedia Fatos históricos relevantes Imagens: Wikipedia • 1882 – Walter Flemming • descreve os corpúsculos filamentosos e examina seu comportamento durante a divisão da célula (mitose). • 1888 - Heinrich Wilhelm Gottfried von Waldeyer-Hartz – • observando que os corpúsculos filamentosos nucleares se coravam, deu a eles o nome de cromossomos (cromo = cor; somo= corpo). Fatos históricos relevantes • 1900 – Redescoberta do trabalho de Mendel • Provocou grande avanço nos estudos da hereditariedade • 1902 – Sutton e Boveri • de forma independente, mas simultaneamente, publicaram a teoria cromossômica da herança, considerando que os “fatores” referidos por Mendel estão aos pares e localizados nos cromossomos Imagens: Wikipedia Fatos históricos relevantes • 1903 - Wilhelm Johannsen • Criou os termos: genótipo, fenótipo e gene • 1905 – William Bateson • Considerando a quantidade de conhecimentos acumulados a respeito da herança dos caracteres desde o redescobrimento das Leis de Mendel, deu o nome de Genética a esse novo ramo das Ciências Biológicas. Imagens: Wikipedia Fatos históricos relevantes • 1924 - Joachim Wilhelm Robert Feulgen • desenvolve um corante (corante de Feulgen) específico para o ácido desoxirribonucléico (DNA) que quando utilizado sobre as células cora apenas os cromossomos • 1928 - Frederick Griffith • Após desenvolver experimentos nos quais inoculava a bactéria Streptococcus pneumoniae em ratos, descreve o Fenômeno da Transformação Bacteriana. Google Imagens Fatos históricos relevantes Sobre a descoberta da Transformação Bacteriana • Algumas linhagens de Streptococcus pneumoniae são virulentas (causam pneumonia em certos vertebrados - camundongos e seres humanos) e outras não são virulentas (não causam a doença). • Virulentas possuem cápsula de polissacarídeo que as protege de serem fagocitadas / não virulentas, não possuem https://sites.google.com/site/averymacleodmccarty/griffith-s-experiment A análise do sangue dos animais revelou bactérias virulentas vivas! Alguma interação de bactérias virulentas mortas + bactérias não virulentas vivas havia ocorrido, ocasionando a transformação destas últimas. Fatos históricos relevantes Mas qual fator estaria transformando as bactérias não virulentas em virulentas? • 1944 – Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarthy • desenvolveram experimentos “in vitro” para identificar o que era o princípio transformante. https://www.emaze.com/@AOTRZILQ/History-of-DNA https://amm-dnaexperiment.weebly.com/ Comprovação de que o DNA é o material hereditário “S cell” = virulentas RETIRADOS “R cell” = não virulentas Ou seja... Identificaram transferência de DNA das bactérias virulentas para as não virulentas, que passavam a ter a capacidade de expressar (produzir) a cápsula protetora. Uma vez a transformação tenha ocorrido, ela passa a ser hereditária. Fatos históricos relevantes Google Imagens • 1953 – Rosalind Franklin e Maurice Wilkins • usaram a análise de Raio X para demonstrar que a molécula de DNA tem uma estrutura helicoidal regularmente repetida. Fatos históricos relevantes • 1953 – Jim Watson e Francis Crick • descrevem a estrutura da molécula de DNA. Google Imagens Fatos históricos relevantes Google Imagens ➢1977 – Frederick Sanger, Allan Maxam e Walter Gilbert desenvolvem métodos de sequenciamento do DNA ➢1983 – Kary Mullins desenvolve a PCR (reação em cadeia da polimerase) que amplifica o DNA in vitro ➢2003- Publicada a sequência completa do Genoma Humano Mas por que estudar genética? • Conhecer o processo genético é fundamental para compreensão da vida em toda sua diversidade. • A informação genética governa a função celular, determina a aparência externa dos organismos e serve de ligação entre as gerações de todas as espécies. • Conhecer como esses processos ocorrem é importante para que possamos compreender o mundo vivo em transformação. O núcleo e o DNA Célula eucariota • A presença de núcleo organizado, envolto por membranas (envoltório nuclear), além de outras organelas membranosas caracterizam uma célula eucariótica • Possuem entre 10 e 100 μm • O núcleo abriga o material genético – DNA, que está associado a diversas proteínas (= cromatina) e isolado do citoplasma • Várias moléculas de DNA por núcleo. Cromossomos são lineares Obs.: 1 μm = 10-6m (0,000001 m) Célula procariota • A falta de envelope nuclear e de organelas membranosas caracteriza a célula procariota • Tem em média 1 a 5 μm de diâmetro • A molécula de DNA é longa, circular e fica localizada em uma região denominada nucleoide • Em geral, uma molécula por célula. Algumas bactérias carreiam DNA extra nucleoide, nos plasmídeos • Não há presença de cromatina https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/biologia/o-que-e-nucleoide.htm O núcleo interfásico (eucariontes) • A interfase é o intervalo entre divisões celulares (mitose ou meiose) • Neste momento, o DNA está associado a proteínas, mas de forma alongada e dispersa, o que chamamos de cromatina • Uma região específica é encontrada – o nucléolo - onde o RNA ribossomal é sintetizado. As regiões do DNA que codificam rRNA são denominadas regiões organizadoras de nucléolo Níveis de organização do DNA A = Molécula de DNA (estrutura básica da informação genética) B = Nucleossomos – determinada extensão do DNA envolto em um octâmero de proteínas (histonas) – forma um “colar de contas” – 1º nível de compactação do material genético C = Solenóide – empacotamento de diversos nucleossomos formando outro nível de compactação D = Fibra de cromatina (30nm) E = cromossomo em metáfase – nível máximo de compactação do material genético (durante a etapa de metáfase, na divisão celular) E Obs sobre nucleossomos As proteínas que envolvem o DNA são de 2 tipos: ➢Histonas: ➢H3 e H4 (mais conservadas entre as espécies) ➢H2A e H2B (variação espécie-específica) ➢H1 (variação entre tecidos e entre espécies) – junto com proteínas não-histonas estão envolvidas na estruturação e organização da cromatina. ➢Não Histonas – todas as outras proteínas da cromatina Mais variáveis entre tecidos e entre espécies. Presentes em menor quantidade. Possuem funções relacionadas com a expressão gênica. Formam o octâmero do nucleossomo (2 de cada) Obs. sobre cromossomos Nas células eucariotas, são estruturas filamentares presentes no núcleo - compostas por DNA + proteínas Importante entender que os cromossomos, na forma que vemos na imagem, só se formam durante uma fase específica da divisão celular (metáfase) Cromatina • O empacotamento da cromatina é dinâmico – durante a divisão celular se torna mais fortemente condensada, mas durante o intervalo fica mais “relaxada”, “descompactada”. • A cromatina apresenta duas regiões que, de acordo com o grau de compactação, são denominadas: • Eucromatina – menos condensada – pode ser transcrita • Heterocromatina – mais condensada – não transcreve • Esta pode ser de 2 tipos: constitutiva e facultativa Tipos de heterocromatina • Heterocromatina constitutiva: contém sequências de DNA que não são transcritas em RNA, ou seja, não expressam proteínas. • contém geralmente sequências repetitivas; • Está localizada principalmente ao redor de regiões específicas, denominadas centrômeros; • Em alguns casos é intersticial, como no cromossomos Y Regiões de heterocromatina constitutiva (escuras) nos pares de cromossomos 1, 9, 16 e Y. Cromossomos humanos em metáfase da mitose Tipos de heterocromatina • Heterocromatina facultativa: • parte da heterocromatina que, num organismo, pode estar condensada em algumas células e em outras não. • Ex.: O cromossomo X das fêmeas dos mamíferos – corpúsculos de Barr • Condensação ao acaso (inativação) de um dos dois cromossomos X que estão presentes nas células da fêmea. Mulher Homem Corpúsculo de Barr Estrutura do DNA e RNA https://www.sobiologia.com.br/conteudos/quimica_vida/quimica15.php Ácidos Nucléicos • São macromoléculas constituídas por nucleotídeos conectados entre si. • Existem dois tipos de ácidos nucléicos • Ácido desoxirribonucleico (DNA) • Ácido ribonucleico (RNA) Nucleotídeos • As moléculas de DNA e RNA são compostas por diferentes nucleotídeos (unidades básicas dos ácidos nucleicos) • São constituídos de: • Uma base nitrogenada (anel heterocíclico de átomos de carbono e nitrogênio). • Uma pentose (açúcar com cinco carbonos). • Um grupo fosfato (molécula com um átomo de fósforo cercado por 4 oxigênios). http://www.universiaenem.com.br/sistema/faces/pagina/publica/conteudo/texto-html.xhtml?redirect=66980628214604075746859092192 Nucleotídeos • Nucleotídeos do DNA: • Adenina (A), Timina (T), Guanina (G) e Citosina (C) http://www.universiaenem.com.br/sistema/faces/pagina/publica/conteudo/texto-html.xhtml?redirect=66980628214604075746859092192 • Nucleotídeos do RNA: • Adenina (A), Uracila (U), Guanina (G) e Citosina (C) O OH H CH² 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ Base Nitrogenada O P O- O- O Grupo Fosfato Ligação fosfoéster Ligação glicosídica Açúcar Nucleotídeo OH (desoxirribose) ou (ribose) Desoxirribose x Ribose https://geneticavirtual.webnode.com.br/genetica-virtual-home/prefacio/estrutura%20e%20replica%C3%A7%C3%A3o%20do%20dna/composi%C3%A7%C3%A3o%20dos%20nucleotideos/ Estrutura dos Ácidos Nucléicos • O grupo hidroxil ligado ao carbono 3 da pentose de um nucleotídeo forma uma ligação fosfodiéster com o fosfato do outro nucleotídeo. 38 5’ 3’ https://zh-min-nan.wikipedia.org/wiki/RNA Ligações fosfodiéster unem os nucleotídeos nas cadeias poliméricas do DNA e RNA Estrutura do DNA • A molécula de DNA é uma dupla hélice cujas cadeias estão unidas por pontes de hidrogênio estabelecidas entre purinas e pirimidinas complementares: 39 http://aprendendobiologia.com.br/?page_id=45 https://biophilic.blogspot.com/2017/05/hanging-on-for-dear-life.html Estrutura do DNA 40 Watson et al. 2015 1 Angstron = 10-10 metros Estrutura helicoidal do DNA “irregular”, com dois tamanhos de fendas Duas fitas de polinucleotídeos estão associadas formando uma estrutura de dupla hélice onde as pentoses e os radicais fosfato compõe a fita e as bases projetam-se para o interior da mesma. https://biophilic.blogspot.com/2017/05/hanging-on-for-dear-life.html As fitas do DNA estão dispostas em direções opostas. Inicia em 5’ e termina em 3’ – “sentido da vida” https://biophilic.blogspot.com/2017/05/hanging-on-for-dear-life.html Antiparalelismo Cada base de uma fita é pareada com a base da outra fita, ligando uma purina a uma pirimidina de forma complementar. https://biophilic.blogspot.com/2017/05/hanging-on-for-dear-life.html Complementaridade Fita nova Fita velha Material Didático Profa. A.K.F.M. Costa Replicação é semi-conservativa Durante a replicação do DNA as duas fitas velhas ou mãe servem de molde para cada fita nova ou filha complementar, que está sendo sintetizada. http://www.manchester.ac.uk/discover/news/libraries-of-the-future/ Ácido Desoxirribonucleico (DNA) Contém toda a informação genética de um organismo... que está arranjada em unidades hoje conhecidas como genes. 45 Mas o que é um Gene? • Região do DNA que controla a hereditariedade da característica. • Correspondem a sequências que codificam: • os polipeptídeos, rRNA, tRNA e mRNA (por ex.), além de sequências não transcritas ou não traduzidas. Regiões Codificadoras e Não-Codificadoras do DNA • O DNA é formado por 2 regiões: • Região Gênica: É a porção que codifica para um produto final, que pode ser uma cadeia polipeptídica ou um RNA. • Região Intergênica: É a porção regulatória, que sinaliza o início ou o final de um gene, que influencia a transcrição gênica, ou que é o ponto de início para a replicação do DNA. http://www.pgpstudy.org/geneexpress/proteins/protein6.htm Gene: Intron e Éxon • Éxon (expressed region): são sequências gênicas específicas que irão codificar uma parte do RNA final maduro produzido por esse gene. • Intron (intragenic region): são sequências de bases de DNA dentro de genes eucarióticos que são removidos durante o processo de maturação do RNA. 48 Saberkari et al., 2013 O que é um Gene? 49 • Em eucariotos: • individualmente. • Em procariotos: • Unidades genéticas: OPERONS (os genes de um operon são transcritos em grupo e possuem um promotor único)