A transmissão da informação genética é universal para todos os seres vivos

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  AULAS

  As apresentações de todas as aulas serão inseridas nesse tópico.

• Capítulos de livros auxiliares ao estudo

  Capítulos de livros auxiliares ao estudo

• Tópico 3

  Tópico 3

  HISTÓRICO E ESTRUTURA DO DNA

  Após a redescoberta das leis de Mendel, no início do século XX, o grande desafio no meio científico era a identificação da composição química dos genes. De forma que a caracterização do DNA como material genético, e a elucidação de sua estrutura molecular proporcionam uma nova compreensão do processo biológico.

  
  
  

  Reconstrução do modelo da dupla hélice do DNA feito por Francis Crick e James Watson em 1953, usando algumas das peças originais. (Science Museum, Inglaterra).
  

  As características peculiares da estrutura molecular da molécula de DNA, como a regularidade de sua estrutura, a seqüência linear de bases e o pareamento de bases entre as duas fitas componentes da molécula, estão associadas à sua função biológica. Visualize a estrutura da molécula de DNA em diversos ângulos.

  É importante considerarmos que as metodologias utilizadas por diversos pesquisadores para obtenção de informações a respeito do DNA, eram metodologias de ponta restritas a poucos laboratórios. No entanto a concatenação final foi realizada de forma simples, utilizando modelos de latão.
  

  Podemos nos aprofundar nas questões científicas e filosóficas com DNA uma sinopse histórica e a dupla revolução da dupla hélice.

  
  A similaridade estrutural entre o DNA de todos os seres vivos e a possibilidade de variabilidade no conteúdo e na seqüência de nucleotídeos é um conceito unificador na Biologia, tornando-se a caracterização e a análise das seqüências uma ferramenta indispensável para estudos filogenéticos e funcionais e possibilitando também a manipulação do DNA e a construção de moléculas híbridas com DNA proveniente de diferentes organismos.

  
  
  

• Tópico 4

  Tópico 4

  
  
  "Butterfly Landscape, 1957-1958" Salvador Dali

  O século XX caracterizou-se por uma nova visão da biologia, construida a partir da compreensão dos eventos moleculares intracelulares, registrando-se estruturas celulares em dimensões submicroscópicas. Impulsionada por um novo aparato instrumental, foi possível caracterizar as moléculas biológicas com uma precisão sem precedentes.
  Esta nova compreensão da Biologia foi fundamental para elucidar diversos aspectos do funcionamento celular e principalmente da hereditariedade.
  A compreensão da diversidade biológica como um conjunto de variações sobre o mesmo tema, leva naturalmente à busca de atributos compartilhados pelos seres vivos. A pesquisa biológica revelou, de fato uma unidade biológica na universalidade do DNA como memória genética, na quase universalidade do código genético.
  As tecnologias disponíveis tem aplicações em diversas áreas da atividade humana como a identificação de indivíduos, a detecção de mutações associadas a doenças hereditárias.
  

• Tópico 5

  Tópico 5

  É SER VIVO ENTÃO TEM DNA

  
  
  
  
  

  Após ser esclarecida a estrutura do DNA, foi possível começar a compreender logicamente o fenômeno da hereditariedade, e diversos processos biológicos. Como o DNA é o material genético de todos os seres vivos, como a informação do DNA é processada em características visíveis? em outras palavras, como o DNA funciona? Estas questões podem ser esclarecidas desde o nível bioquímico e celular, até do ponto de vista ecológico e evolutivo.

  A caracterização da seqüência de nucleotídeos do DNA é fundamental. Foi criado um banco de dados, o genbank

  No genoma dos eucariotos são identificadas seqüências únicas e seqüências repetitivas. Enquanto o DNA de seqüências únicas contém informações para a construção de proteínas, a função do DNA de seqüências repetitivas ainda não é conhecida, recebendo a denominação de DNA lixo.

  Há grande similaridade no DNA de organismos próximos filogenéticamente, enquanto cada organismo possui peculiaridades em seu DNA. Atualmente o DNA é uma ferramenta indispensável para identificação de pessoas, contribuindo para elucidação de crimes e denúncias.

  Você pode se atualizar ainda mais sobre este assunto clicando aqui.

  
  

• Tópico 6

  Tópico 6

  REPLICAÇÃO DO DNA

  
  
  
  
  

  A

  é um dos processos biológicos mais fascinantes, completando o ciclo celular. Os eventos citológicos e moleculares que atuam neste processo ainda não são totalmente compreendidos. Na fase S (síntese) do ciclo celular ocorre a replicação do DNA.
  Considerando-se a importância da continuidade da seqüência, a replicação do DNA é central para toda a Biologia. A célula deve ter capacidade de replicar o material genético e transmitir a informação fielmente, de célula para célula, dos pais para os descendentes, geração após geração.

  A estrutura de duas cadeias do DNA, com as bases complementares pareadas constitui um mecanismo lógico de replicação. Compreender a dinâmica e os componentes da maquinaria celular envolvidos nessa atividade requer a elucidação de diversas minúcias. A replicação do DNA ocorre de forma semiconservativa (Veja animação do tópico 20).

  Veja animação do DNA polimerase, é a principal enzima utilizada para a replicação e atua na direção 5’-3’, utilizando como substrato a molécula de DNA molde e os nucleotídeos trifosfatados, possuindo alta processividade e acurácia. A replicação ocorre bidirecionalmente e simultaneamente nas duas fitas, em uma das fitas a replicação é descontínua.

  
  

  O sistema de replicação completo é complexo com enzimas que realizam atividades distintas, como DNA helicases, primase, SSBP, DNA ligase e topoisomerases. Nos cromossomos de eucariotos que possuem grande quantidade de DNA a estratégia é utilizar diversas origens de replicação.

  As extremidades dos cromossomos, os telômeros, apresentam uma dificuldade intrínseca de replicação, a cada ciclo de replicação há um encurtamento de uma das duas moléculas-filhas de DNA, fenômeno que está associado á senescência celular.

  Em algumas células a possibilita a recomposição desse encurtamento. Aprofunde este assunto no texto: a vida na ponta dos cromossomos.

  A compreensão do processo de replicação do DNA possibilitou o desenvolvimento de metodologias laboratoriais. A reção em cadeia de polimerase é uma das metodologias mais popularizadas, que impulsionou avanços importantes. Você pode fazer uma simulação da PCR . Saiba mais sobre os princípios teóricos desta metodologia.

  São conhecidos diversos inibidores da replicação do DNA, que são utilizados como antivirais, antibióticos e para o tratamento do câncer.

  
  

• Tópico 7

  Tópico 7

  É o processo pelo qual uma molécula de RNA é sintetizada a partir da informação contida na sequência de nucleotídeos de uma molécula de DNA de fita dupla.
  

• Tópico 8

  Tópico 8

  FLUXO DA INFORMAÇÃO E CÓDIGO GENETICO

  
  
  

  A elucidação do processo de síntese protéica pelas células é um dos maiores desafios da Biologia, é indiscutível a importância das proteínas para os sistemas biológicos.As características fenotípicas são decorrentes das suas proteínas

  As condições hereditárias com herança Mendeliana, resultam da corrupção da informação para uma proteína, são conhecidas mais de 5000 condições diferentes em humanos.

  A relação entre a seqüência de nucleotídeos dos ácidos nucléicos e a seqüência de aminoácidos das proteínas parece óbvia, mas a caracterização do processo funcional é um desafio persistente. A partir dos anos 1950 e 60 estabeleceu-se intensa colaboração entre bioquímicos e biólogos moleculares que resultou em descobertas importantes sobre o processo de síntese protéica.

  O RNA é o intermediário, veja animação na atividade 21.Visualize a estrutura da molécula de RNA. Você sabe quais as principais diferenças entre DNA e RNA?

  O RNA é uma molécula com muitas atividades, e na célula existem várias classes de moléculas de RNA. O RNA é formado por uma única cadeia de nucleotídeos, mas pode ocorrer pareamento intra-molecular, resultando numa estrutura tridimensional. Alguns tipos de RNA possuem bases modificadas, diferentes das bases usuais. Assim admite-se que o RNA pode ter sido a primeira molécula genética (veja animação na atividade 26).
  

  
  
  

  A relação entre nucleotídeos e aminoácidos é denominada código genético, veja a animação na atividade 22. Cada 3 nucleotídeos codifica 1 aminoácido, assim podemos ter 64 combinações diferentes, denominadas códons, alguns aminoácidos são codificados por diversos códons. Existem 3 códons que não codificam aminoácidos, são os códons de terminação. O código genético é universal, veja a animação na atividade 23, ou seja todos os organismos lêem a informação da mesma maneira. Assim a seqüência de aminoácidos da proteína está codificada na seqüência de nucleotídeos do DNA.

  Na atividade podemos exercitar nossos conhecimentos!

  Agora fica mais fácil a gente compreender o que é um gene
  

• Tópico 9

  Tópico 9

  Síntese de proteínas

  
  
  

  A correlação dos processos citológicos e moleculares é um desafio persistente.

  A síntese de proteínas ocorre no citoplasma, numa organela chamada ribossomo. Você sabe quais as diferenças entre os ribossomos de procariotos e eucariotos?

  O fluxo da informação ocorre em duas etapas distintas. Na primeira etapa denominada transcrição, o RNA é sintetizado a partir de um molde de DNA. Este processo é realizado pela RNA polimerase. Apenas uma das fitas é transcrita e a molécula de DNA permanece intacta após a transcrição. Os procariotos possuem uma única RNA polimerase, enquanto os eucariotos possuem RNA polimerases especializadas para as diferentes classes de RNA.

  O perfil proteico da célula é determinado principalmente pela transcrição, de forma que este processo é controlado. Apenas uma parte da informação genômica é utilizada pela célula simultaneamente, assim temos uma relação entre a DIFERENCIAÇÃO CELULAR e a TRANSCRIÇÃO.

  
  
  

  Nos eucariotos, o padrão de transcrição é influenciado por moléculas denominadas fatores de transcrição, que são decisivos para a ligação da RNA polimerase ao promotor. Você saberia algum exemplo de fator de transcrição?

  Nos eucariotos, após a transcrição o RNA é processado antes de ser traduzido. A descoberta deste processo surpreendeu os cientistas ,(veja animação da atividade 24).

  Assim a informação pode ser interpretada de diferentes maneiras

  Após a transcrição e o processamento do RNA, ocorre a TRADUÇÃO. Nos procariotos este processo ocorre simultaneamente à transcrição. Nos eucariotos a transcrição ocorre no núcleo e a tradução no citoplasma

  No processo de tradução os aminoácidos serão alinhados na ordem correta, de acordo com o código genético,e realizada a ligação peptídicaentre eles . Você sabe o que siginifica extremidade amino e extremidade carboxil do polipeptídeo?

  
  
  

  Veja a dinâmica da tradução do qual participam o RNA mensageiro, o RNA transportador e o RNA ribossômico, e moléculas proteicas. O conjunto de RNA transportadores dos organismos é variável, mas não compromete a acurácia da transcrição. Você sabe porque?

  A sintese de proteinas acarreta um grande consumo energético, sendo que algumas células produzem grande quantidade de determinadas proteínas.

  Podemos ver uma encenação da síntese de proteínas

  Assim a metodologia do DNA recombinante ,possibilita que a informação inserida possa ser utilizada pela célula, procedimento que tem importantes desdobramentos(veja animação da atividade 34).

  Com o auxilio das enzimas de restrição é possível manipular o DNA e também detectar diferenças entre as moléculas de DNA. Veja as características das enzimas de restrição , e podemos fazer também a atividade webcuter no genbank

  
  
  

• Tópico 10

  Tópico 10

  VARIABILIDADE GENÉTICA- MUTAÇÃO E REPARO DE DNA

  
  
  

  A variabilidade genética é o substrato da evolução, pois proporciona a espécie plasticidade para adaptação. Existem diversos tipos de variabilidade possível na seqüência de DNA.

  Os diferentes grupos sanguíneos são um exemplo de variabilidade genética. Muitas destas variações não produzem um impacto fenotípico conhecido, sendo utilizadas para identificação de indivíduos.

  Na genbank podemos comparar uma seqüência de DNA humana com a sequência do cachorro.

  Diversos estudos são conduzidos visando identificar a participação destes polimorfismos na susceptibilidade a diversas doenças, e na caracterização de populações.

  Alguns destes polimorfismos estão associados com o metabolismo diferencial de medicamentos (farmacogenética).

  Outros polimorfismos estão asociados a características indivíduais como a sensibilidade ao PTC. Podemos ver estas diferenças no genbank

  As enzimas de restrição possibilitam a detecção destas alterações pontuais, a metodologia mais utilizada para a detecção de polimorfismos é o PCR-RFLP e o PCR-VNTR.

  
  
  

  O impacto da mutação no fenótipo está relacionado ao tipo de seqüência envolvida, as mutações nas seqüências codificantes tem potencialmente maior impacto, assim como as mutações nos promotores, ou mesmo mutação no RNAt.

  Umamutação subseqüente pode neutralizar a mutação anterior.

  As mutações podem produzir diferenças nas habilidades da célula, podendo ser vantajosas ou desvantajosas. Esta conotação é influenciada por diversos aspectos ambientais, adquirindo um caráter adaptativo ou não adaptativo, contribuindo para a evolução.

  

  Existe uma nomenclatura internacional para mutações, que é amplamente utilizada.

  As mutações nas células germinativas têm continuidade nas gerações subseqüentes. São consideradas como um relógio evolutivo. Já mutações nas células somáticas estão associadas ao desenvolvimento de neoplasias.

  As mutações podem acontecer expontaneamente, decorrente de erros na replicação, ou pelo efeito de produtos genotóxicos gerados pelo metabolismo celular.

  Parte da variabilidade é decorrente da ação de agentes mutagênicos que interagem com a molécula de DNA provocando lesões na molécula (Veja animação do tópico 27).

  A alteração química produzida é decorrente da interação do agente mutagênico com a molécula de DNA. O impacto das lesões no funcionamento do DNA é drástico, interferindo na replicação e transcrição.

  As células têm capacidade de detectar e efetuar reparo de diversas lesões do DNA.Os sistemas de reparo de DNA corrigem o DNA danificado. A replicação do DNA lesado pode resultar em alterações na seqüência do DNA.

  A presença de lesões no DNA também pode disparar o mecanismo de apoptose, impedindo a replicação que resultaria numa célula com alteração na seqüência de DNA.

  Um dos exemplos melhor compreendidos de agente mutagênico é a luz UV (veja animação do tópico 28), que provoca a formação dos dímeros de pirimidina. Existem vários processos para o reparo desta lesão.
  Há grande preocupação na identificação dos agentes com potencial mutagênico e em minimizar a exposição da população e a contaminação ambiental. A OMS organiza uma relação destes agentes. Podemos destacar substâncias utilizadas em cosméticos e produtos de limpeza, conservantes alimentares e agrotóxicos.

  Existem diferenças individuais na susceptibilidade aos agentes mutagênicos, de forma que estes não exercem um efeito homogêneo. Em diversas formas hereditárias de câncer o gene herdado atua num dos processos de reparo do DNA.

• Tópico 11

  Tópico 11

  Recombinação e Transposição

  
  
  

  Existem mecanismos naturais de se produzir variabilidade. Um destes processos é o crossing-over(atividade 11), fenômeno que ocorre em células germinativas e resulta na troca de partes de cadeias de DNA de cromossomos diferentes. Não há informações detalhadas acerca dos eventos moleculares envolvidos neste processoCitológicamente é claramente evidenciado este fenômeno.

  
  
  

  Existem evidências que este processo também é utilizado para o reparo de lesões mais graves do DNA. O é utilizado para corrigir as quebras de cadeia, que podem ocorrer em uma fita (quebra de cadeia simples) ou nas duas fitas (quebra de cadeia dupla).

  Outro processo que ocorre de forma similar é a recombinação sítio específica, que envolve segmentos de DNA com pequenas regiões de homologia. Esse processo é utilizado para a integração de genomas virais ao cromossomo bacteriano e também para a transposição.

  A transposição é um fenômeno que foi, postulado inicialmente por Barbara McClintock (biografia tópico 32) a partir de evidências fenotípicas e citológicas Este processo envolve a mobilização intracelular de seqüências de DNA, denominadas transposons, também conhecidos como genes saltadores, e utilizam uma variada gama mecanismos de mobilização.

  Na década de 60 foram associados aos mecanismos de resistência a antibióticos em bactérias patogênicas. Suspeita-se que também possam ter influencia no desenvolvimento do câncer e funcionamento do sistema nervoso central.

  A transposição (atividade 32) está associada a efeitos fenotípicos diversos, desvios das proporções mendelianas e aparecimento de resistência a múltiplos antibióticos em bactérias.
  Estima-se que os eventos de transposição sejam propulsores importantes da variabilidade genética e associados ao aumento do conteúdo do DNA. Podemos ver a contribuição destes elementos na composição das seqüências de DNA, denominadas DNA lixo.

  
  
  

  Estes elementos têm bastante similaridade com a integração do genoma viral (animação 25) nas células, tendo uma estrutura genética relacionada.
  Os aspectos moleculares do mecanismo de transposição demonstram uma plasticidade do genoma que contribui para o aumento da variabilidade genética e diversidade.

• Tópico 12

  Tópico 12

• Tópico 13

  Tópico 13

• Tópico 14

  Tópico 14