Instituto Federal da Bahia IFBA Campus Camaari Biologia

Instituto Federal da Bahia (IFBA) Campus Camaçari Biologia Geral Biologia Molecular Profa. Ana Paula Miranda Guimarães

Histórico • Em 1953, na Inglaterra, Watson e Crick “desvendaram a estrutura do DNA, publicando um artigo; • Símbolo da Biologia Molecular; • Rosalind Franklin.

Estrutura do DNA • Ácido desoxirribonucleico (DNA); • DNA é uma molécula em forma de dupla-hélice;

ESTRUTURA DO DNA • DNA = união de vários nucleotídeos; Desoxirribose PURINAS ADENINA (A) GUANINA (G) TIMINA (T) CITOSINA (C) PIRIMIDINAS

ESTRUTURA DO DNA As bases nitrogenadas: Adenina Timina PURINAS Guanina PIRIMIDINAS Citosina

ESTRUTURA DO DNA Ligação fosfodiéster: ligação entre os grupos fosfatos.

ESTRUTURA DO DNA Fita Dupla

ESTRUTURA DO DNA Cadeias Anti-paralelas: • Analisando o conteúdo de uma das fitas, é possível conhecer o conteúdo da outra. Ligação ponte de Hidrogênio (PH) 2 PH 3 PH

ESTRUTURA DO DNA

Dogma da Biologia Molecular

Replicação

REPLICAÇÃO • As fitas parentais irão servir de molde para fazer duas novas fitas idênticas; Modelo semiconservativo

Etapas da Replicação: q Todas as etapas são executadas por uma proteína. REPLICAÇÃO 1 - Desenrolamento da molécula e separação das fitas = Helicases; 2 - Ligação na fita simples = proteínas de ligação; 3 - Síntese de novos nucleotídeos = DNA-polimerases; 4 - Religação das fitas e giro = topoisomerases. HELICASE DNA POL Proteína de Ligação

REPLICAÇÃO • Existem 6 bilhões de pares de base em uma célula humana; • A replicação do DNA é extremamente eficiente tanto em velocidade quanto em precisão: há poucos erros, um a cada 10 bilhões de nucleotídeos.

Mutação • A molécula de DNA pode sofrer danos = mutação; • Alterações no DNA; • Podem ocorrer no DNA das células Tipos: - Gaméticas; - Somáticas. § Mutações espontâneas: maioria; § Mutações induzidas: causadas por agentes externos ou mutagênicos; - Agentes físicos: radiações; - Agentes químicos: certos fármacos; - Agentes biológicos: vírus (HPV).

MUTAÇÃO • As mutações podem ser: - Neutras = não afeta as proteínas; - Favoráveis = aumenta chances de sobrevivência, diversidade na populaçõa; - Desfavorável = dificulta a sobrevivência, erro em proteína(s). Ex: doenças genéticas. Segundo a Agência Internacional de Pesquisas sobre o Câncer, cerca de 80% dos casos de câncer são causados por agentes químicos ou físicos ambientais que alteram a composição das moléculas de DNA.

Reparação do DNA • A DNA-polimerase faz uma revisão o seu trabalho; • Compara a fita molde com a nova; • Ela corrige = tecla delete e digita a letra correta; • Mas além disso, há a maquinaria de reparação (segunda revisão) = revisor “externo”.

Responda 1 - Algumas bactérias respondem ao estresse ambiental com aumento da taxa de ocorrência de mutações durante a divisão celular. Por que ocorre isso? Pode existir alguma vantagem evolutiva nesta habilidade? Explique.

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Toda informação do indivíduo está no DNA. Mas como essa informação determina uma característica de um organismo? Como essa mensagem é traduzida pela célula em características específicas? DNA PROTEÍNAS Dois estágios: Ø Transcrição; Ø Tradução.

RNA PROTEÍNA

RNA Ø Molécula fita simples; Ø Mais instável; Ø Constituída por nucleotídeos; Ø Há diferenças do DNA.

As RNAs são constituídos por 4 bases distintas. . . . As proteínas são constituídas por 20 aminoácidos diferentes. . . Como se resolve esse problema de “escala”? Combinações de + de 1 nucleotídeos: ü 1 nucleotídeo 41= 4 insuficiente ü 2 nucleotídeos 42 = 16 insuficiente ü 3 nucleotídeos 43 = 64 suficiente CODON Cada aminoácido codificado por, pelo menos, 3 nucleotídeos

VANTAGEM? ? Códon Parada Códon Início Código Genético = Universal e degenerado

Transcrição de RNA Ø Usa uma das fitas de DNA como molde; Ø Transfere a informação para o RNA. 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’

Processamento de RNA Ø Estima-se 20 mil a 25 mil genes que codificam polipeptídios; Ø Corresponde a 5% do genoma;

Responda 1 - Um professor perguntou a um estudante: “ como se explica o fato de uma célula adiposa de uma pessoa ser tão diferente de uma célula nervosa da mesma pessoa? O estudante respondeu que isso se dá, pelo fato, que em cada célula existir uma coleção diferente de genes. Você concorda? Por quê? 2 - A fita de DNA 5’ TTCAGTCGT 3’ corresponde à uma futura proteína. Qual seria o RNA desta para depois traduzir em uma proteína?

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Tradução de Proteínas

TRADUÇÃO DE PROTEÍNAS Replicação Transcrição Reversa Tradução Proteína - Processo para síntese das proteínas da célula; - Processo que ocorre nos ribossomos no citoplasma.

TRADUÇÃO DE PROTEÍNAS Quem são os Atores do processo? RNA Transportador RNA mensageiro RNA Ribossômico Local AA liga-se Braço do Anticodon

TRADUÇÃO DE PROTEÍNAS Pareamento oscilante da terceira base do códon

TRADUÇÃO DE PROTEÍNAS Etapas da síntese de proteínas 1. Ativação do aminoácido 2. Iniciação 3. Alongamento 4. Terminação 5. Dobramento/processamento pós-tradução

TRADUÇÃO DE PROTEÍNAS E

INICIAÇÃO DA TRADUÇÃO

ALONGAMENTO TRADUÇÃO

TERMINAÇÃO TRADUÇÃO

BIOTECNOLOGIA

BIOTECNOLOGIA Manipulação de organismos e seus componentes para produzir produtos úteis. Hoje envolve a engenharia genética, sendo manipulação direta dos genes para propósitos práticos.

DNA e Resoluções de empasses ü O exame em DNA: determinação de identidade genética; ü Ferramenta indispensável em investigação criminal (20 anos); ü Determinar paternidade com confiabilidade; ü Resolver casos criminais envolvendo estupro, homicídio, rapto, troca ou abandono de crianças; ü Identificar corpos e restos humanos em desastres ou campos de batalha.

Ataques às Torres Gêmeas do World Trade Center em NY 2001 Acidente Aéreo com avião da TAM - 2007 Análise genética identificou a maioria das pessoas através da análise de DNA

IDENTIFICAÇÕES ü ü Sangue; Saliva; Células da pele; Cabelos/Pelos.

TESTE DE PATERNIDADE DNA fingerprinting Cada indivíduo possui “partes” do DNA específicas e exclusivas As STRs (short tandem repeats) são repetições de três a sete bases de DNA que se constituem em marcadores muito polimórficos, amplamente distribuídos em todo o genoma.

CONFIABILIDADE? ? Quanto maior o número de marcadores genéticas examinados maior a probabilidade de que o perfil seja único para um indivíduo.

Projeto Polêmico ü Para desenvolvimento de plantas que brilham, “construindo” plantas que substituiriam postes de luz ou utilizadas como lanterna; ü Em apenas duas semanas, projeto arrecadou US$ 250 mil na internet.

Cabra transgênica recebe DNA de aranha ü Proteína da teia será produzida no leite e processada para fornecer a fibra mais leve e resistente do mundo, no Québec, Canadá; ü O material é a mais resistente fibra conhecida; ü As fibras da teia pode servir a várias aplicações: medicina, defesa pessoal e à indústria aeroespacial; ü Por que esteve longe do mercado? é inviável criar aranhas para produzir a quantidade de fibra necessária; ü As duas cabras são transgênicas: carregam consigo os genes que codificam a proteína de um tipo de teia de aranha.

Produção de insulina - Diabetes ü Em 1922, no Canadá, Dr. Frederick Banting, descobriu como extrair insulina do pâncreas de um cachorro; ü Por muitos anos, o hormônio do pâncreas (insulina) que vinham primariamente de currais, tirados de bois e porcos abatidos, que não precisavam mais dos órgãos; ü A insulina animal tem salvado milhões de vidas, mas tem um problema: causa reações alérgicas em alguns usuários; ü Em 1978, uma empresa principiante de biotecnologia chamada Genentech produziu a primeira insulina, usando bactérias; ü O gene para insulina humana foi inserido em um DNA bacterial. O resultado foi a insulina humana, chamada insulina de DNA recombinante, que não causa os problemas da insulina animal.