Visualização da molécula de DNA
Modelo de DNA
sexta-feira, 18 de dezembro de 2009
quinta-feira, 17 de dezembro de 2009
DNA e Síntese Proteica
As células são unidades estruturais e funcionais dos organismos, na qual o seu programa genético (DNA), produzem moléculas específicas que permitem o crescimento e renovação celular.
Essas moléculas de DNA (desoxirribonucleicos), presentes no citoplasma em células procariótica, e essencialmente no núcleo em células eucariótica, são as responsáveis pela existência de diferenças e semelhanças entre os progenitores e os seus descendentes.
Contudo, existe diferenças nas características do DNA entre células procarióticas e eucarióticas, como por exemplo:
Características do DNA - Células Procarióticas - Células Eucarióticas
Localização - Citoplasma - Nucleo
Quantidade - Uma molécula - No mínimo duas moléculas
Configuração da molécula - Circular - Linear no sentido 3’ para 5’
Proteínas associadas - Não está associada a proteínas permanentes - Associados a proteínas permanentes
Qual a constituição e estrutura da molécula de DNA?
A molécula de DNA é diferente de ser para ser, o que faz com que cada individuo tenha a sua informação genética diferente de todos os outros seres.
O DNA é constituído por diferentes tipos de nucleótidos, onde cada nucleótido é constituído por três componentes, um grupo fosfato, uma pentose (desoxirribose) e por uma das quatro base azotada possiveis, que pode ser Timina, Citosina, Adenina e Guanina. Contudo as bases azotadas só estabelecem ligações entre si da seguinte forma, estabelecendo assim as bases complementares:
- a Adenina liga-se á timina por duas pontes de hidrogénio.
- a Citosina liga-se á Guanina por três pontes de hidrogénio.
A pentose é composta por 5 carbonos, na qual são numerados de 1’ até 5’ (por convenção), á qual se vão ligando os constituintes dos nucleótidos (grupo fosfatoe as bases azotadas). Assim vão se estabelecer ligações entre vários nucleótidos, onde cada novo nucleótido liga-se pelo grupo fosfato ao carbono 3’ da pentose do último núcleotido da cadeia, repetindo-se o processo sempre no sentido de 5’ para 3’. Formando assim uma cadeia polinucleótidica, ou seja, uma cadeia com vários nucleótidos ligados entre si.
(imagem sobre pentose numerada e ligação)
Essa cadeia é muito importante, pois é a responsável por suportar as características de cada indivíduo, estando esta informação codificada.
Enquanto alguns grupos se dedicavam à análise química do DNA, outros estudavam a estrutura da molécula por meio da difracção de raio-X, uma metodologia que tinha vindo a ser usada e que dava formidáveis conclusões sobre a estrutura das proteínas.
Os resultados mais importantes de difracção de raio-X sobre a molécula de DNA foram obtidos por Maurice Wilkins e Rosalind Franklin. Os resultados obtidos indicavam que o DNA tinha uma estrutura helicoidal.
Em Abril de 1953, James Watson e Francis Crick, sintetizaram num modelo único e coerente, tudo o que sabiam acerca da molécula de DNA.
A longa molécula, em forma de dupla hélice, assemelha-se a uma escada de corda enrolada helicoidalmente. As bandas laterais da hélice são formadas por grupos fosfatos, alternando com moléculas de açúcar, e por bases azotas ligadas entre si por pontes de hidrogénio.
A especificidade de ligações entre as bases, complementaridade de bases, permite que, a partir da sequência de nucleótidos de uma cadeia, se conheça a sequencia da outra cadeia. As cadeias complementares da molécula de DNA são cadeias anti-paralelas, ou seja, à extremidade 3’ livre de uma cadeia corresponde a extremidade 5’ livre da outra.
sexta-feira, 11 de dezembro de 2009
Replicação do DNA
Mesmo antes de se colocar a questão da estrutura do ADN, que hoje se sabe que é em dupla hélice, já se punha a questão da replicação do material genético.
O que é a replicação do material genético?
A replicação do material genético está relacionada com a capacidade que a célula possui de reproduzir a informação contida no ADN, formando outra molécula com informação genética igual à primeira.
Watson e Crick, dois “curiosos” na matéria propuseram não só o modelo da dupla hélice, mas também um modelo para a replicação do ADN. Os cientistas propuseram que um dos filamentos de cada molécula filha de ADN é recém sintetizado, enquanto o outro é passado inalterado vindo da molécula original de ADN. A esta distribuição de átomos parentais é chamada de replicação semiconservativa.
O nome de replicação semiconservativa baseia-se no facto de nas novas moléculas permanecer uma cadeia original.
Os cientistas na época com 23 e 35 anos, não descobriram o ADN em si, mas "apenas" sua estrutura. A simplicidade do ADN, ou ácido desoxirribonucleico torna-se assim a sua maior maravilha.
A chave do sucesso da dupla britânica foi determinar que as bases A só podem se unir com T; e C só pode se ligar com G. A partir daí, tudo se desenrolou. "Não escapou à nossa atenção que o pareamento específico que postulamos sugere imediatamente um possível mecanismo de cópia para o material genético", concluem Watson e Crick, ao final de seu artigo.
Como que num passo de magia, o mecanismo de duplicação genética - e, portanto, da hereditariedade - tornou-se óbvio:
* Cada cadeia serve de molde à formação de uma cadeia complementar a partir de nucleótidos livres no nucleoplasma da célula. As cadeias complementares desenvolvem-se em direcção antiparalela à que lhes serve de molde, no sentido 5’-->3’. No final do processo de replicação formam-se duas moléculas de ADN, idênticas entre si e à molécula original.
Mas, apesar das as conclusões de Watson e Crick, passados três anos o investigador Artur Kornberg demonstrou a possibilidade de replicar o ADN em laboratório.
Antes de se começar a replicar, o ADN separa-se das histonas, dando-se de seguida o desenrolamento da dupla hélice e o afastamento das suas cadeias polinucleotídicas. Tal ocorre por acção da ADN helicase que quebra as pontes de hidrogénio que ligam as bases complementares formando-se unidades de replicação designadas replicões.
Em seguida entra em acção outra enzima, uma ARN polimerase – a primase –, que sintetiza fragmentos de ARN iniciador (primers). Só então as cadeias polinucleotídicas de ADN originais são complementadas através da actividade das ADN polimerases.
Uma das cadeias é complementada através de fragmentos de ADN, designados por fragmentos de Okazaki, e a outra por adição sucessiva de nucleótidos. Os vários fragmentos de Okazaki são unidos por intermédio da ADN ligase. Assim, depois da incorporação dos nucleótidos, por complementaridade de bases, obtêm-se 2 novas cadeias.
Será que sempre e só se defendeu esta hipótese de replicação do ADN?
Não, esta não foi a única hipótese proposta. Outros investigadores da época defendiam que o ADN tinha dimensões demasiado elevadas para um desenrolamento eficaz da hélice. Assim surgiram outras 2 hipóteses que tendo por base a complementaridade das bases de ADN, procuraram a explicação do mecanismo de replicação. Daí surgiram 2 hipóteses:
Hipótese conservativa
Admitia que a molécula de ADN progenitora se mantinha íntegra, servindo de molde para a formação da molécula-filha, a qual seria formada por duas novas cadeias de nucleótidos.
Hipótese dispersiva
Admitia que cada molécula-filha seria formada por porções da molécula inicial e por regiões sintetizadas de novo, a partir dos nucleótidos existentes na célula.
Apesar de fácil de compreender, este mecanismo está longe de ser simples do ponto de vista bioquímico, envolvendo numerosas enzimas e mecanismos de segurança, embora bastante rápido.
Assim se conclui que:
*A molécula de ADN possui capacidade de se replicar, criando cópias de si mesma. Deste modo a informação pode ser transmitida de geração em geração.
*Ao longo do tempo surgiram várias hipóteses acerca do modo de replicação do ADN, mas actualmente a mais aceite é a hipótese da replicação semiconservativa.
*Ficou-se também a saber que este mecanismo de replicação é comum a todos os organismos, sejam eles eucariontes ou procariontes. No entanto, nos procariontes, a replicação inicia-se num único ponto da cadeia polinucleotídica e prossegue até terminar. Isto é possível pois nestes organismos apenas existe uma molécula de ADN e porque o seu comprimento é muito menor que o do DNA eucarionte.
O que é a replicação do material genético?
A replicação do material genético está relacionada com a capacidade que a célula possui de reproduzir a informação contida no ADN, formando outra molécula com informação genética igual à primeira.
Watson e Crick, dois “curiosos” na matéria propuseram não só o modelo da dupla hélice, mas também um modelo para a replicação do ADN. Os cientistas propuseram que um dos filamentos de cada molécula filha de ADN é recém sintetizado, enquanto o outro é passado inalterado vindo da molécula original de ADN. A esta distribuição de átomos parentais é chamada de replicação semiconservativa.
O nome de replicação semiconservativa baseia-se no facto de nas novas moléculas permanecer uma cadeia original.
Os cientistas na época com 23 e 35 anos, não descobriram o ADN em si, mas "apenas" sua estrutura. A simplicidade do ADN, ou ácido desoxirribonucleico torna-se assim a sua maior maravilha.
A chave do sucesso da dupla britânica foi determinar que as bases A só podem se unir com T; e C só pode se ligar com G. A partir daí, tudo se desenrolou. "Não escapou à nossa atenção que o pareamento específico que postulamos sugere imediatamente um possível mecanismo de cópia para o material genético", concluem Watson e Crick, ao final de seu artigo.
Como que num passo de magia, o mecanismo de duplicação genética - e, portanto, da hereditariedade - tornou-se óbvio:
* Cada cadeia serve de molde à formação de uma cadeia complementar a partir de nucleótidos livres no nucleoplasma da célula. As cadeias complementares desenvolvem-se em direcção antiparalela à que lhes serve de molde, no sentido 5’-->3’. No final do processo de replicação formam-se duas moléculas de ADN, idênticas entre si e à molécula original.
Mas, apesar das as conclusões de Watson e Crick, passados três anos o investigador Artur Kornberg demonstrou a possibilidade de replicar o ADN em laboratório.
Antes de se começar a replicar, o ADN separa-se das histonas, dando-se de seguida o desenrolamento da dupla hélice e o afastamento das suas cadeias polinucleotídicas. Tal ocorre por acção da ADN helicase que quebra as pontes de hidrogénio que ligam as bases complementares formando-se unidades de replicação designadas replicões.
Em seguida entra em acção outra enzima, uma ARN polimerase – a primase –, que sintetiza fragmentos de ARN iniciador (primers). Só então as cadeias polinucleotídicas de ADN originais são complementadas através da actividade das ADN polimerases.
Uma das cadeias é complementada através de fragmentos de ADN, designados por fragmentos de Okazaki, e a outra por adição sucessiva de nucleótidos. Os vários fragmentos de Okazaki são unidos por intermédio da ADN ligase. Assim, depois da incorporação dos nucleótidos, por complementaridade de bases, obtêm-se 2 novas cadeias.
Será que sempre e só se defendeu esta hipótese de replicação do ADN?
Não, esta não foi a única hipótese proposta. Outros investigadores da época defendiam que o ADN tinha dimensões demasiado elevadas para um desenrolamento eficaz da hélice. Assim surgiram outras 2 hipóteses que tendo por base a complementaridade das bases de ADN, procuraram a explicação do mecanismo de replicação. Daí surgiram 2 hipóteses:
Hipótese conservativa
Admitia que a molécula de ADN progenitora se mantinha íntegra, servindo de molde para a formação da molécula-filha, a qual seria formada por duas novas cadeias de nucleótidos.
Hipótese dispersiva
Admitia que cada molécula-filha seria formada por porções da molécula inicial e por regiões sintetizadas de novo, a partir dos nucleótidos existentes na célula.
Apesar de fácil de compreender, este mecanismo está longe de ser simples do ponto de vista bioquímico, envolvendo numerosas enzimas e mecanismos de segurança, embora bastante rápido.
Assim se conclui que:
*A molécula de ADN possui capacidade de se replicar, criando cópias de si mesma. Deste modo a informação pode ser transmitida de geração em geração.
*Ao longo do tempo surgiram várias hipóteses acerca do modo de replicação do ADN, mas actualmente a mais aceite é a hipótese da replicação semiconservativa.
*Ficou-se também a saber que este mecanismo de replicação é comum a todos os organismos, sejam eles eucariontes ou procariontes. No entanto, nos procariontes, a replicação inicia-se num único ponto da cadeia polinucleotídica e prossegue até terminar. Isto é possível pois nestes organismos apenas existe uma molécula de ADN e porque o seu comprimento é muito menor que o do DNA eucarionte.
quarta-feira, 25 de novembro de 2009
terça-feira, 24 de novembro de 2009
Experiências que determinaram a localização da informação genética
No século XIX, a partir de 1868, começou-se a estudar e pesquisar acerca da natureza química da informação hereditária, à qual foram encontradas substâncias constituintes do núcleo, nucleínas, à qual mais tarde, Altmann lhes chamaria de ácidos nucleicos, na qual pouco se sabia acerca das suas funções.
Para descobrirem mais acerca do papel biológico e estrutura molecular dos ácidos nucleicos, foi fundamental a experiencia realizada por Griffith, em 1928, que serviu de base para Avery, Mac Leod e McCarty identificarem o ADN (acido desoxirribonucleico) como sendo o responsável pela transformação e transmissão do material genético, e à qual em 1952, as experiencias de Hershey e Chase, reforçaram a hipótese de que o ADN é o material genético, e não as proteínas.
Em 1928, numa das suas experiências sobre a virulência de bactérias pneumococos, realizada em ratos, Frederick Griffth, descobriu que existia uma molécula capaz de transmitir informação genética, à qual deu o nome de Princípio Transformante. Griffith, através de dois tipos de bactérias Diplococcus Pneumoniae, bactéria tipo S (virulentas em mamíferos e possuem cápsulas) e tipo R (não virulentas e não capsuladas), na qual ele também sabia que ambas formavam colónias, por isso, administrou-as, separadamente, à qual o resultado foi:
Com as bactérias tipo S vivas, o rato morreu;
Com as bactérias tipo R, o rato continuou vivo;
Com as bactérias tipo S mortas pelo calor, o rato continuou vivo;
Com a junção das bactérias tipo R vivas e com as do tipo S mortas, o rato morreu;
Com esta experiencia, foi possível Griffith determinar que existiam moléculas responsáveis por conter a informação genética e que permitiam a passagem dessa informação genética de umas bactérias para as outras, à qual lhes chamou de Principio Transformante. Pois ao fazer a junção das bactérias tipo R vivas e as do tipo S mortas, seria de esperar que o rato não morresse, mas, contudo verificou-se o contrario, e o rato morreu, o que explica a passagem da informação genética das bactérias do tipo S para as do tipo R, de tal forma que estas passaram a ser capaz de formar cápsulas, tornando-se virulentas e transmitindo essa capacidade aos seus descendentes.
Por volta de 1944, Avery, Mac Leod e McCarty, continuaram com as investigações sobre os constituintes do ácido nucleico, para assim poderem saber qual das moléculas do ácido nucleico é que era responsável por conterem a informação genética. Para isso, separaram os diferentes constituintes de bactérias do tipo S mortas pelo calor, como os Glícidos, Lípidos, Proteínas e ADN (acido desoxirribonucleico), à qual em seguida as juntaram separadamente com as bactérias do tipo R vivas.
Assim, podiam saber qual dos constituintes do ácido nucleico transmitia a informação genética das bactérias do tipo S morta para as bactérias do tipo R, para que estas se transformassem em bactérias do tipo S virulentas. Por isso verificaram que:
Quando adicionaram os Glícidos às bactérias do tipo R vivas, estas não sofreram alterações, mantendo-se iguais, não se tornando virulentas. O mesmo aconteceu com os Lípidos. Assim sendo, não podiam ser os Glícidos nem os Lípidos as moléculas responsáveis por conterem a informação genética.
Quando adicionaram as Proteínas às bactérias do tipo R vivas, estas sofreram algumas alterações, mas, contudo não se tornaram virulentas. Assim sendo, não podiam ser as Proteínas as moléculas responsáveis por conter a informação genética.
Quando adicionaram o ADN às bactérias do tipo R vivas, estas sofreram alterações, na qual também se tornaram virulentas e formaram cápsula. Assim sendo, concluíram que a molécula responsável por conter a informação genética seria o ADN, na qual era responsável pela transformação bacteriana e pela sua transmissão às bactérias descendentes.
Em 1952, Hershey e Chase voltaram a efectuar as experiencias de Avery, Mac Leod e McCarty, na qual na realização da experiência Hershey e Chase marcaram radioactivamente as moléculas de ADN (32 P) e as moléculas de Proteínas ( (35 S), à qual através da utilização do raio-X poderiam verificar qual a constituição das novas bactérias do tipo S. Assim sendo, puderam concluir que era o ADN o responsável pela transformação e transmissão da informação genética para as outras bactérias, devido ao facto de as novas bactérias regeneradas (bactérias do tipo S) possuírem o isótopo (32 P), que pertencia à molécula de ADN.
Foi assim como descobriram que era a molécula de ADN, dos ácidos nucleicos, a responsável por passar a informação genética das células progenitoras para as células descendentes.
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