Onde se encontra armazenada a informação genética?

O que são genes?

Que relação existe entre os genes e as proteínas?

Como é que a informação genética è traduzida de forma a

originar uma determinada característica?

Que processos são responsáveis pela unidade e variabilidade

celular?

Como é possível a partir de uma célula inicial originar diferentes

tecidos?

Como explicar o crescimento dos seres vivos?

Que relação entre o cancro e a divisão celular?

Diversidade de organismos que habitam a Terra: Biodiversidade

O nosso planeta apresenta uma grande diversidade de

seres vivos distribuídos pelos ambientes diversos

Há uma unidade estrutural e funcional comum a todos os

seres vivos - a célula.

A célula é considerada a unidade básica da vida. Esta

semelhança também se revela a nível molecular, pois os

organismos apresentam os mesmos constituintes

bioquímicos.

As células são unidades estruturais e funcionais dos organismos. A informação genética nelas contida, permite a produção de moléculas específicas, que o crescimento e a renovação celular.

Um ser humano adulto é formado por cerca

de 100 biliões de células. No entanto a

totalidade de todas estas células resultou de

uma célula inicial – o ovo ou zigoto.

Esta célula contém toda a informação

necessária ao nosso desenvolvimento.

1869- Miescher, após ter trabalhado com glóbulos branco

identificou uma molécula exclusiva do núcleo, constituída por C, H,

0, N e P, que designou por NUCLEÍNA e que não é mais do que o

actualmente conhecido DNA, só muitos anos mais tarde vieram a ser

atribuídos a esta molécula os papéis que hoje lhe conhecemos.

O suporte físico da informação necessária para o desenvolvimento de um ser vivo permaneceu desconhecido, até meados do séc. XX.

Durante as primeiras décadas do século passado, considerava-se que a informação necessária para formar um ser vivo estaria contida nas proteínas, uma vez que eram consideradas estruturas muito complexas e que determinadas doenças hereditárias estavam associadas à falta de determinadas enzimas.

Contudo, as investigações que se realizaram vieram demonstrar a importância dos ácidos nucleicos como responsáveis pelo armazenamento da informação genética.

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Experiência de Frederick Griffith (1928)

– importância DNA

Utilizou pneumococos, bactéria que causa a pneumonia.

Existem dois tipos de bactérias:

-Tipo S (patogénica), com cápsula que lhe confere um aspecto

liso (smooth) e resistência à fagocitose.

- Tipo R (não patogénica), sem cápsula, com um aspecto

rugoso (rough) e por isso, destruídas por fagocitose.

1. Com base nos dados da figura, justifique as

designações:

a) virulenta, atribuída à forma S;

b) não virulenta, atribuída à forma R;

2. Explique a sobrevivência dos ratos do lote C.

3. Procure explicar o surgimento de bactérias vivas do

tipo S, no sangue dos ratos do quarto lote.

4. Os lotes _____ e _____ podem ser considerados

como controlo da experiência.

(A) A … B (C) B … D

(B) A … C (D) A,B … C

Discussão

Na célula existe uma substância quimica que permanece intacta após

morte celular, sendo responsável pela determinação das

características da mesma.

Essa susbtância ficou conhecida por princípio transformante (pelo

facto de induzir a transformação de uma tipo de bactérias noutro)

Mas então, que substância constitui o “ princípio transformador”

das bactérias R em bactérias virulentas ?

Na sequência dos trabalhos de Griffith, a equipa de Avery

questionando-se sobre qual seria a substância (princípio

transformante) que era transferida das bactérias tipo S mortas para as

bactérias tipo R vivas, tornando-as virulentas.

Para isso realizaram a seguinte experiência, tendo verificado que a

partir de bactérias do tipo R, surgiram bactérias do tipo S nas placas

B, D e E.

1. Qual era o problema que a equipa de Avery

pretendia estudar?

2. Em qual das placas o principio transformante se

mantem ativo?

3. Qual das placas funciona como control?

4. Em que medida os resultados desta experiência

permitem apoiar a ideia de que o DNA é o

“princípio transformante”?

Discussão

O DNA constitui o princípio transformante, passando das

bactérias do tipo S mortas para as bactérias do tipo R,

transmitindo a informação que necessitam para produzir a

cápsula que lhes confere virulência.

Experiência de Hershey e Chase (1952)

– importância DNA

Utilizaram bacteriófagos (vírus que infectam bactérias).

Os vírus são constituídos pela cabeça (invólucro proteico que

contém no seu interior o DNA) e pela cauda que permite a sua

fixação à bactéria.

As suas experiências têm como base os seguintes pressupostos:

- as proteínas da cápsula possuem enxofre e não têm fósforo.

- o DNA possui fósforo mas não tem enxofre

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Bacteriófago

1. Antes de iniciarem as suas experiências, estes investigadores

tiveram em consideração que:

- As proteínas da cápsula contém enxofre (S);

- O DNA apresenta na sua constituição fosforo (P).

2. Isolaram dois lotes de bacteriófagos, que marcaram

radioactivamente.

3. Num dos lotes, marcaram só o enxofre das proteínas e no outro

somente o fósforo do DNA .

1. Por que razão estes investigadores marcaram

radiactivamente as proteínas e o DNA dos vírus?

2. Como explicar que os novos vírus não apresentem

proteínas marcadas radiactivamente nas suas

cápsulas?

3. Comente a afirmação: “ Os trabalhos de Hershey e

Chase reforçam a hipótese de que o DNA é o

material genético, e não as proteínas.

Uma vez no interior da bactéria, o DNA viral toma o comando da célula bacteriana, que passa a produzir cópias do DNA viral, bem como proteínas, que irão constituir as capsulas dos novos vírus.

Assim pode concluir-se que o DNA é a molécula que contém a informação genética.

Existem dois tipos de ácidos nucleicos nas células: ► DNA ou ADN = Ácido Desoxirribonucleico; ► RNA ou ARN = Ácido Ribonucleico

Monómeros = Nucleótidos

Pentoses

DNA: Desoxirribose RNA: Ribose

Bases Pirimídicas

Anel Simples Bases Púricas

Anel Duplo

DNA: Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) e Guanina(G)

RNA: Adenina (A), Uracilo (U), Citosina (C) e Guanina (G)

Os nucleótidos unem-se entre si por ligações entre o grupo fosfato de um nucleótido e o carbono 3´da pentose do nucleótido seguinte.

O processo repete-se no sentido 5´- 3´.

O número e a ordem dos nucleótidos, a

sequência nucleotídica, define as

características de cada indivíduo.

A+G T+C

= 1

REGRA DE CHARGAFF

As conclusões de Chargaff ficaram

conhecidas por Regras de Chargaff, e

que, resumidamente, são:

1. O DNA de indivíduos diferentes

apresenta quantidades diferentes de

cada uma das bases azotadas

(adenina, timina, guanina e citosina);

2. Em todas as moléculas de DNA, a

quantidade de bases púricas é igual à

quantidade de bases pirimídicas,

sendo a quantidade de adenina igual

à de timina, e a quantidade de

citosina igual à de guanina.

1950-Chargaff conseguiu isolar e quantificar as bases azotadas de amostras de DNA de organismos diferentes.

Estudaram a difracção de raios X na molécula cristalizada de DNA e concluíram que a sua estrutura é helicoidal

Em 1953, James Watson e

Francis Crick propuseram

um modelo tridimensional

para a estrutura da

molécula de DNA

Em 1953, Watson e Crick propuseram um modelo tridimensional

para a estrutura da molécula de DNA.

A molécula de DNA é composta

por duas cadeias polinucleótidicas

dispostas em sentidos inversos -

cadeias antiparalelas – enroladas em

torno de um eixo imaginário.

As cadeias polinucleotídicas estão

unidas por pontes de hidrogénio

entre pares de bases azotadas -

complementaridade de bases (a

adenina liga-se à timina e a citosina à

guanina.

1. O DNA tem uma estrutura tridimensional, como as

fotografias de Franklin demonstraram.

2. O ângulo de ligações entre as bases azotadas obriga a

molécula a «torcer-se», adquirindo, assim, a forma de uma

hélice.

3. As moléculas de DNA são únicas na sua composição geral

e na estrutura.

4. Nas várias células somáticas de um mesmo indivíduo,

elas são, em condições normais, exactamente iguais.

5. Em diferentes indivíduos, o DNA pode variar no número

de nucleótidos, na percentagem relativa das quatro bases

e na sequência com que estas se apresentam

A molécula de RNA é composta por uma cadeia polinucleotídica que, em certas formas e zonas, pode dobrar-se sobre si devido à formação de pontes de hidrogénio entre bases complementares

//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/37/Difference_DNA_RNA-EN.svg

As dimensões do RNA são inferiores às do DNA;

A pentose presente na constituição de cada nucleótido é a ribose;

O Uracilo entra na sequência de bases, no lugar da timina ( A = U; C = G );

Sob o ponto de vista estrutural e funcional existem 3 tipos de RNA distintos:

● RNA mensageiro ( mRNA )

● RNA de transferência ( tRNA ) ● RNA ribossómico ( rRNA )

TIPODE CADEIA

PENTOSE BASES AZOTADAS

LOCALIZAÇÃO QUANTIDADE

DNA Dupla Dexosiribose

Adenina(A) Timina(T)

Guanina(G) Citosina(C)

Principalmente no núcleo

Em regra constante

mesma espécie

RNA Simples, Por vezes dobrada

Ribose

Citosina(C) Guanina(G) Adenina(A) Uracilo(U)

Principalmente no citoloplasma

Variávelde Célula para

célula

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1. A molécula de ADN é

constituída por… A. uma cadeia de polipéptidos unidos por pontes de hidrogénio. B. duas cadeias de polipéptidos formando uma dupla hélice. C. uma cadeia de nucleótidos que tem a capacidade de se replicar. D. duas cadeias de nucleótidos unidas por pontes de hidrogénio. E. duas cadeias de bases azotadas unidas por polipéptidos. Assinala a opção correcta

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2. Numa molécula de ADN, a

quantidade de … A. adenina mais timina é igual à de citosina mais guanina. B. citosina mais uracilo é igual à de timina mais adenina. C. uracilo mais adenina é igual à de citosina mais guanina. D. guanina mais timina é igual à de citosina mais uracilo. E. adenina mais citosina é igual à de guanina mais timina. Assinala a opção correcta

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3. O esquema seguinte é referente à estrutura do ADN. Os algarismos 1, 2 e 3 representam, respectivamente... A. base azotada, desoxirribose e fosfato. B. base azotada, fosfato e desoxirribose. C. fosfato, desoxirribose e base azotada. D. fosfato, base azotada e desoxirribose. E. desoxirribose, fosfato e base azotada.

Assinala a opção correcta

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4. Observa a imagem… A. Identifica a molécula. B. Quantos nucleótidos estão representados? C. Quais as semelhanças entre os nucleótidos representados? D. Quais as diferenças entre os nucleótidos representados? E. Porque se chamam às cadeias antiparalelas?

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Concluindo…

O DNA é o suporte universal da informação genética organizado numa molécula

com duas cadeias de nucleótidos. Cada uma das cadeias tem uma sequência de nucleótidos de apenas 4 tipos

diferentes: A, T, C e G. Cada base tem complementaridade com outra base através de pontes de

hidrogénio: adenina (A) com timina (t) e citosina (C) com guanina (G). As duas cadeias polinucleotídicas são antiparalelas. A mensagem informativa está codificada pela sequência de nucleótidos em cada

gene. A variabilidade da molécula de DNA está na diversidade que pode apresentar em

termos de sequência e número de nucleótidos.

Célula Eucariótica

Célula procariótica

O DNA das células procarióticas é mais pequeno, mais simples e, normalmente, restringe-se a uma única molécula circular, não associada a histonas.

Nas células eucarióticas, além do DNA nuclear, é possível encontrar ainda DNA no interior das mitocôndrias e dos cloroplastos, designando-se respetivamente por DNA mitocondrial e DNA plastidial.

Estas moléculas, apesar de se encontrarem no interior de células eucarióticas, são em tudo semelhantes ao DNA dos procariontes.

Dentro do núcleo é possível observar ainda uma estrutura típica, o nucléolo que está implicado na formação dos ribossomas, e um fluido rico em substâncias variadas, o nucleoplasma.

Nas células eucarióticas, o DNA encontra-se no núcleo.

Este organito celular é envolvido por uma dupla membrana

- membrana nuclear.

A dupla membrana nuclear é atravessada por poros – poros

nucleares, que facilitam a circulação de algumas moléculas

entre o núcleo e o citoplasma. A membrana nuclear, estável

na maior parte da vida celular, desintegra-se, contudo,

quando a célula se prepara para se dividir, reconstituindo-

se no final da divisão celular.

O DNA é uma molécula muito grande e encontra-se dentro do

núcleo, que é relativamente pequeno (por exemplo, estima-se

que o DNA humano meça cerca de 2 m, enquanto o núcleo

das respetivas células mede 0,5 μm de diâmetro).

Cromatina – agregados filamentosos

de DNA e proteínas, presentes nos

núcleos das células eucarióticas.

Este facto só pode ser explicado se o DNA se encontrar

densamente compactado/condensado.

No núcleo, esta molécula está associada a proteínas

específicas, as histonas, formando a cromatina.

As histonas desempenham um papel fundamental,

oferecendo uma estrutura que, por um lado, assegura o

compactamento do DNA e, por outro lado, estabiliza as suas

cargas negativas, conferidas pelos ácidos fosfóricos, dado que

estas proteínas apresentam cargas positivas.

Em determinados momentos da vida das células,

relacionados com o processo de divisão celular, a cromatina

sofre uma forte condensação, altura em que é possível

observar os cromossomas

Aspecto de um cromossoma humano fotografado ao ME (A)

e montagem fotográfica de microscopia óptica do cariótipo

(conjunto dos cromossomas) de uma célula humana (B).