Post on 22-Jul-2015
Os cromossomos
Antonia Kécya França Moita Costa Kecya.moita@ufrrj.br
Seropédica - RJ
Ministério da Educação
Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
Instituto de Biologia
Departamento de Genética
1
Objetivo da aula
Constituição química;
Número, forma estrutura e tamanho dos
cromossomos.
Estrutura do DNA e do RNA.
2
Cromossomos
Conceito:
São corpúsculos filamentosos localizados nos
núcleos das células e que transportam o material
genético responsável pelas diferentes características
que os seres vivos apresentam.
Constituição Química dos Cromossomos:
DNA, RNA e PTNs.
3
Os Cromossomos:
Número de cromossomos
4
Estrutura dos cromossomos
Apresentam dois braços chamados de braço curto
(p) e braço longo (q).
São separados pela região de constrição primária
onde se localiza o centrômero;
Longitudalmente: apresentam duas cromátides,
dependendo do momento do ciclo celular;
Cada cromátide representa uma dupla cadeia de
DNA.
5
Estrutura dos cromossomos
6
Estrutura dos cromossomos
Segunda constrição (RON), ocorre em pelo menos
um dos cromossomos, conhecida como constrição
secundária, local onde estão situados os genes
ribossomais; que inicialmente irá formar os nucléolos
e posteriormente os ribossomos, onde será realizada
a síntese protéica.
Telômeros – telomerase – envelhecimento celular.
7
Forma dos cromossomos
É determinada pela posição do centrômero.
A - Acrocêntrico;
B , C - Submetacêntricos;
D - Metacêntrico.
8
Estrutura e Forma dos Cromossomos
9
Estrutura e Forma dos Cromossomos
Melanophryniscus moreirae
10
Os Cromossomos:
Tamanho dos Cromossomos: média de 1 a 20
micras de comprimento e 0,2 a 3 micras de diâmetro.
Cromossomos gigantes: Politênicos e Plumosos;
Microcromossomos.
11
Tamanho dos Cromossomos
Nas aves encontramos cromossomos muito
pequenos chamados microcromossomos.
12
Cromossomos
Célula Procarionte Célula Eucarionte
Sem envoltório nuclear
Poucas membranas
DNA pouco ou não
complexado em
proteínas
Divisão por fissão
binária e não por mitose
ou meiose
Com envoltório nuclear
Muitas membranas
DNA nuclear bastante
complexado com
proteínas
Divisão por mitose
Células somáticas
Divisão por meiose
Células germinativas 13
Cromossomos
Cromossomo procariótico:
A maioria contém uma única fita , a molécula de
DNA é circular.
O DNA é quase completamente desprovido de
defesa, é condensado e enovelado.
Cromossomo eucariótico:
Consiste de uma fita dupla liner, longa.
O DNA é mais complexo, possui duas vezes mais
proteínas (histonas → nucleossomos).
A proteína auxilia na compactação dentro do
núcleo. 14
Cromossomo Procarionte
15
16
Fonte: The Cel. 2004
Dupla hélice
Nucleossomos
Solenoide
Cromômeros
Espirais
Cromátide
17
18
DNA Cromossoma
Gene
Promotor Intron Exon
Núcleo
19
Ácidos Nucléicos
Existem dois tipos de ácidos nucléicos
Ácido desoxirribonucléico (DNA)
Ácido ribonucléico (RNA)
Ambos são polímeros lineares de nucleotídeos
conectados entre si via ligações covalentes
denominadas ligações fosfodiéster
20
Ácido Desoxirribonucleico (DNA)
Contém toda a informação genética de um
organismo.
Esta informação está arranjada em unidades hoje
conhecidas como genes.
21
Estrutura dos Ácidos Nucléicos
As moléculas de DNA e RNA são compostas por
quatro diferentes nucleotídeos:
Adenina, Guanina e Citosina – comum para DNA e
RNA
Timina – encontrada somente no DNA
Uracila – encontrada somente no RNA
22
Nucleotídeos
Os nucleotídeos, unidades básicas dos
ácidos nucléicos,
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).
23
Estrutura dos Ácidos Nucléicos
Todos os nucleotídeos apresentam uma estrutura em
comum:
radical fosfato
pentose
24
Estrutura dos Ácidos Nucléicos
As bases nitrogenadas podem ser divididas em dois
grupos de acordo com sua estrutura:
25
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.
5’ C-A-G 3’
26
Resíduos de açúcar
Dois tipos de pentoses são encontrados nos ácidos
nucléicos:
Ribose e desoxirribose
Diferem uma da outra pela presença ou ausência
do grupo hidroxila no C 2' da pentose. É baseado
nesta característica que os ácidos nucléicos
recebem o nome RNA (ribose) ou DNA
(desoxirribose)
27
28
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:
Adenina sempre pareia com Timina (A = T) e
Guanina com Citosina (G = C).
29
Estrutura do DNA
O modelo de dupla hélice , proposto por Watson e
Crick (1953), pautava-se...
Nas fotografias de difração de raio X das fibras
de DNA feitas por Rosalind Franklin no
laboratório de Maurice Wilkins (Cavendish
Institute, Cambridge, UK),
E nas razões entre as bases, descritas por
Chargaff.
30
31
A dupla hélice
Largura da hélice = 20 Angstrons. (1 Angstron =
10-10 metros).
Distância entre nucleotídeos = 3,4 Angstrons.
Uma volta completa da hélice = 34 Angstrons de
comprimento, o que corresponde a 10 nucleotídeos.
Célula somática humana tem comprimento do
filamento do DNA = 1,837 m.
Conteúdo de DNA de 1 núcleo espermático =
3,65 pg, o que daria para codificar 6 milhões de genes.
32
DNA
Duas fitas de polinucleotídeos 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;
As fitas mantêm-se unidas através da formação de
pontes de hidrogênio entre as bases o que contribui
para a estabilidade da dupla hélice;
33
DNA
Adenina (A) pareia com Timina (T) através de 2
pontes de hidrogênio;
Guanina (G) pareia com Citosina (C) através de 3
pontes de hidrogênio.
34
DNA
35
Antiparalelismo
As fitas do DNA estão
dispostas em direções
opostas.
36
Complementaridade
Cada base de uma fita
é pareada com a
base complementar
da outra fita.
37
Complementaridade
Durante a replicação
do DNA as duas fitas
velhas ou mães
servem de molde
para cada fita nova
ou filha
complementar, que
está sendo
sintetizada.
Fita nova
Fita velha
38
A Dupla Hélice
Fatores que estabilizam a dupla hélice:
• interações hidrofóbicas
• forças de van der Walls
• pontes de hidrogênio
• interações iônicas
Entre as bases
nitrogenadas
Entre os grupos fosfato do
DNA e os cátions (Mg2+)
presentes na solução
fisiológica 39
A Dupla Hélice
Sulco menor
Sulco maior
A dupla hélice apresenta dois tipos de
sulcos aos quais se ligam as proteínas
da cromatina.
40
O empacotamento do DNA:
A estrutura terciária do DNA
41
DNA em procariontes: DNA circular nas formas não-
super-helicoidal (esquerda) e super-helicoidal (direita)
A Dupla Hélice
42
A forma predominante
de torção da espiral
do DNA é para a
direita ou sentido
horário.
Propriedades Químicas e Físicas do DNA
43
Dogma Central da Biologia Molecular
Desde meados da década de 50 já se pensava na
hipótese do DNA constituir-se num molde para a
síntese de moléculas de RNA;
Os RNAs, por sua vez, devido a sua mobilidade e
flexibilidade acoplar-se-iam aos ribossomos e
dirigiriam a síntese de proteínas;
Baseado neste raciocínio, Francis Crick propôs em
1956 o dogma central da biologia, salientando o fluxo
unidirecional da informação: do DNA à proteína.
44
45
46
Para compreender este fluxo utilizamos a ideia de
moldes:
O DNA serviria de molde
A síntese de novas moléculas de DNA
(duplicação),
A síntese de moléculas de RNA (transcrição).
Nesta proposta, jamais as proteínas servem de
molde à síntese de ácidos nucléicos ou de outras
moléculas de proteína.
• A proposta original foi ampliada nos últimos anos
com a descoberta, em 1970, da enzima
transcriptase reversa.
– Foi esclarecido que é possível sintetizar DNA
utilizando-se RNA como molde .
• Um pouco antes disto, por volta de 1965, foi
demonstrado que o RNA também podia servir de
molde à síntese de outras moléculas de RNA.
47
Estes novos conhecimentos permitiram que o dogma
central se ampliasse sem, contudo, perder a
unidirecionalidade, ou seja, de ácido nucléico para
proteína.
48
Conservativa ou Semiconservativa?
Unidirecional ou Bidirecional?
49
Replicação do DNA
Replicação Semiconservativa
50
Evidência baseada em um experimento clássico de
Meselson-Stahl em 1958.
Células de E. Coli foram inicialmente colocadas em
um meio para crescimento contendo sais de amônia
preparados com 15N (nitrogênio pesado – “heavy”)
até todo o DNA celular conter o isótopo.
Replicação Semiconservativa
As células foram, então, transferidas para um meio
contendo 14N (nitrogênio leve – “light”).
As amostras foram analisadas com gradiente de
densidade que separa as duplas H-H, L-L e H-L em
bandas distintas.
51
PNAS
44:671, 1958 52
Replicação Semiconservativa
53
Dogma central da biologia molecular
54
Fluxo de informação genética:
1) A partir do DNA → DNA, a sua transmissão
ocorre de geração em geração.
2) De DNA → proteína durante a sua expressão
fenotípica em um organismo.
Dogma central da biologia molecular
55
Fluxo de informação genética:
Transcrição: DNA → RNA
por vezes reversível.
Tradução: RNA → proteína (irreversíveis).
Ocasionalmente, fluxos genéticos de informação
partir de RNA → DNA (transcrição reversa).
Material hereditário
56
A principal diferença estrutural entre DNA e RNA é:
• hidrogênio vs hidróxido
• Timina (T) vs. Uracila (U).
Material hereditário
57
A principal diferença estrutural
entre DNA e RNA é:
• A maioria dos organismos e os
virus tem o DNA (fita dupla)
como material genético.
Alguns virus tem RNA (fita
simples).
Construindo os blocos
A molécula de DNA são geralmente compostas por
duas fitas que tem suas fitas pareadas de forma
complementar (pontes de Hidrogênio).
Ligações fosfodiester:
Os nucleotídeos se ligam por ligações fosfodiester.
Purina: A, G.
Pirimidinas: C,T, U.
58
Tipos de RNA
59
São 4 as classes de moléculas de RNA
consideradas essenciais a expressão do gene:
• RNA Messengeiro (mRNA): carreiam as
informações do DNA para o ribossomo, onde as
proteínas são sintetizadas.
• RNA Transportador (tRNA): pequenas moléculas
de RNA que funcionam como adaptadores entre os
aminoácidos e os códons da molécula de RNA
durante a tradução.
Tipos de RNA
60
• RNA Ribossomal (rRNA): componentes
estruturais dos ribossomos, que auxiliam as máquinas
especializadas em traduzir sequências de nucleotídeos
dos mRNAs em sequências de aminoácidos dos
polipeptídeos.
• Small Nuclear RNA (snRNA): componente
estrutural do spliceosomes, estrutura nuclear que
cortam os introns dos genes nucleares.
O que é um Gene?
Região do DNA que controla a hereditariedade da
característica.
Geralmente corresponde a uma sequência usada na
produção de uma proteína específica ou RNA.
• Correspondem à sequência que codificam:
• os polipeptídeos, rRNA, tRNA e outros, além de
sequências não transcritas ou não traduzidas.
61
62
O que é um Gene?
Gene Estrutural;
Cadeia Molde ou não Senso ou não Codificadora;
Cadeia não Molde ou Senso ou Codificadora;
Região Promotora = sítio de ligação da RNAse;
Seqüência Líder = sítio de acoplamento dos ribossomos;
63
O que é um Gene?
64
Sítio de Iniciação da Transcrição - AUG (Metionina);
Sítio de Terminação da Transcrição - UGA, UAA,
UAG;
Sequencia Reboque - Região após a trinca de
Terminação. Necessária para o processamento do
mRNA.
O que é um Gene?
65
Um gene transporta a informação biológica de forma
que pode ser copiada e transmitida a cada uma das
células de sua progênie. Estas, incluem a unidade
funcional:
• sequência codificante de DNA,
• sequências não-codificantes do DNA, e introns.
Genes podem ser tão curtos contendo 1000 pares de
bases, quanto longos contendo centenas de milhares
de pares de bases.
O que é um Gene?
66
Origem da Replicação
ORIGEM Sítio de restrição
EcoRI
Cromossomo viral
circular
EcoRI
Bolha de
replicação
67
Experimento com SV40 (Simian Virus)
DNA viral de células infectadas com SV40 foi cortado
com a enzima de restrição EcoRI, que reconhece um
sítio único.
A partir de um “ponto” vai se formando uma bolha
chamada bolha de replicação comprovando a
existência de um ponto de origem da replicação
Características da origem de replicação:
estrutura repetitiva
sequências ricas em AT
68
Origem da Replicação
69
Replicação Bidirecional
Um experimento através da autoradiografia de
moléculas de DNA marcadas de culturas de células
mamárias revelou grupos de replicons (unidades de
replicação) com um ponto de origem de replicação
central.
OR OR
70
Síntese de DNA em Eucariontes:
As “Bolhas de Replicação”
71
Nos eucariontes, a replicação
requer “múltiplas origens”, devi-
do ao tamanho de seu genoma.
A replicação é bidirecional e,
em ambas as fitas, simultânea.
Este processo gera “bolhas de
replicação”.
O que é um Gene?
72
Hoje temos descritos em torno de 30 a 40 mil genes.
Porque tanto DNA? Qual seria sua função?
DNA não transcrito: corresponde ao DNA
espaçador e aos íntrons.
DNA transcrito = exons.
O que é um Gene?
73
Para que tanto DNA? DNA Espaçador.
O que é um Gene?
Para que tanto DNA? Íntrons.
74
Regiões Codificadoras e
Não-Codificadoras do DNA
75
O DNA é formado por 2 regiões:
Gênicas Intergênicas Gênicas Intergênicas
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.
Gene: Intron e Exon
Exon: são segmentos de genes eucarióticos que
correspondem a uma sequencia que ficará no final do
processo de transcrição desse gene. Em algumas
espécies (incluindo seres humanos), os exons são
separadas por regiões longas de DNA (introns).
Intron: são sequências de bases de DNA dentro de
genes eucarióticos que não estão representados na
transcrição do RNA maduro porque eles são
retirados do transcrito primário de RNA.
76
Genes
• Em eucariotos: a maioria dos genes que codificam.
• proteínas (genes estruturais) são transcritos
• individualmente.
• Em procariotos: frequentemente são transcritos.
• unidos: policistrônicos
• Unidades genéticas: OPERONS
77
78
79
80
Considerações Finais
Como se diferencia um cromossomo de indivíduos
procariotos e eucariotos?
Como se diferencia DNA do RNA?
Como se diferencia complementaridade, de
replicação semiconservativa, de antiparalelismo?
81
Oração do DNA
82
Creio no DNA todo poderoso criador de todos os seres vivos, creio no RNA, seu único filho, que foi concebido por ordem a graça do DNA polimerase. Nasceu como transcrito primário padeceu sobre o poder das nucleases, metilases e poliadenilases. Foi processa, modificado e transportado. Desceu do citoplasma e em poucos segundos foi traduzido à proteína. Subiu pelo retículo endoplasmático e o complexo de Golgi,
E está ancorado à direita de uma
proteína G
Na membrana plasmática
De onde há de vir a controlar a
transdução de sinais
Em células normais e apoptóticas
Creio na Biologia Molecular
Na terapia gênica e na
biotecnologia
No seqüenciamento do genoma
humano
Na correção de mutações
Na clonagem da Dolly
Na vida eterna.
Amém.
Bibliografia citada
ANTHONY JF GRIFFITHS et. al. – Introdução a Genética.
9ª. Ed. São Paulo: Guanabara Koogan, 2010. cap. 7. 744p.
NICHOLAS, F.W. 2011. Introdução à Genética Veterinária.
3ª. Edição. Artmed Editora S. A., Porto Alegre. 347 p.
OTTO, P. G. 2006. Genética Básica para Veterinária. 4ª.
Edição. Editora Roca Ltda, São Paulo. 284 p.
ARMADA, J. L.; SILVA, H. D. & AZEVEDO, P. C. N. 2009.
Conceitos Básicos de Genética Animal. Editora Armada,
Rio de Janeiro. 166 p.
83