quarta-feira, 25 de março de 2009

DNA - Reparação

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DNA - Replicação

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sábado, 21 de março de 2009

Os filósofos gregos e a hereditariedade

-Alcmeon de Crotona (500 a. C.) -Discípulo de Pitágoras: Homens e mulheres – sêmen se originava no cérebro; sexo das crianças - determinado pelo predomínio do sêmen de um dos pais, ocorrendo hermafroditismo se os dois estivessem em igual quantidade.
-Empédocles de Acragas (492 – 432 a.C.): Calor do útero determina o sexo dos bebês: útero quente – homens; útero frio – mulheres.
-Anaxágoras de Clazomene (500-428 a. C.): Sêmen só no homem e continha um modelo de cada órgão do futuro ser; fêmeas seriam apenas receberiam e nutriram o ser pré-formado Apresentou também a “teoria direita e esquerda” – meninos eram formados no lado direito do corpo e as meninas, no lado esquerdo.
-Hipócrates de Cós (460-370) – Conhecido como o “pai” da Medicina: Crença que pendurou até o século XIX (tendo como adeptos Jean-Baptiste Lamarck e Charles Darwin). Pangênese: cada órgão ou parte do corpo de um organismo vivo produzia partículas hereditárias chamadas gêmulas, que eram transmitidas aos descendentes no momento da concepção.
-Aristóteles (384-322 a.C.): Todo animal se origina de um ovo. A fêmea produz o ovo que é fertilizado pelo sêmen do macho para originar um novo ser.
-Um século após Hipócrates – escreveu um tratado sobre o desenvolvimento e a hereditariedade dos animais.
-Sobre a reprodução sexuada: resultava de uma contribuição diferencial dos sexos: fêmea, fornecia a “matéria” básica que constituía e nutria o ser em formação; o macho fornecia, pelo sêmen, a “essência”, transmitindo-lhe a alma, fonte da forma e do movimento.
-Desenvolvimento do feto normal – o novo ser seria semelhante ao pai; havendo uma falha – feto parecido com a mãe; falhas maiores- características dos avós; e de ancestrais mais distantes, até o limite de ser gerado um ser inumano, um monstro.
-William Harvey (1578-1657) – Médico inglês: Idéia importante porque se opunha à idéia de geração espontânea, largamente difundida na época.
-Nehemia Grew (1641-1711) – botânico inglês: Sugeriu que o grão de pólen o elemento masculino na reprodução das plantas com flores. Idéia apoiada pelo alemão Rudolf Jakob Camerarius.
-Defensores das idéias originais de Harvey: Teoria da pré-formação ou pré-formismo: afirmava que havia um ser pré-formado no ovo.Havia dois defensores: “ovistas” (o ser pré-formado estava no óvulo) – o italiano Marcello Malpighi (1628-1694), o suíço Albrecht von Haller (1708-1777), o francês Charles Bonnet (1720-1793) e o italiano Lazzaro Spallanzani (1729-1799); “espermistas” (o ser pré-formado estava no esperma – os holandeses Antoine van Leeuwenhoek (1632-1723), Nicholas Hartsoeker (1656-1725) e Hermann Boerhaave (1668-1738).Outra corrente admitia que o ovo fertilizado continha um material inicialmente amorfo, mas com potencial para originar um novo ser.
-Antonie van Leeuwenhoek – microscopista holandês: O sêmen expelido pelos machos contém enorme quantidade de criaturas microscópicas, os espermatozóides, dotados de longas caudas e que se movimentam intensa e continuamente.Imaginou que os espermatozóides estavam relacionados com a reprodução, e que no interior de cada um deles havia um ser pré-formado em miniatura.
-Rudolf Albert Von (Albrecht) Kölliker (1817-1905) – anatomista e fisiologista suíço: Estudou a estrutura microscópica dos testículos, demonstrou que os espermatozóides não eram parasitas do trato genital masculino, e sim células modificadas.
-George Newport (1803-1854) – naturalista inglês: Obteve evidências de que os espermatozóides de rã entram no óvulo durante a fecundação.
-Regnier de Graaf (1641-1673) – médico holandês: Relacionou os inchaços (folículos) observados nos ovários de fêmeas de mamíferos com a formação de elementos reprodutivos.
-Karl Ernst Von Baer (1792-1876) – naturalista alemão: No interior de cada folículo ovariano descrito por Graaf, um óvulo.
-Friedrich Anton Schneider (1831-1890): Publicou uma das primeiras descrições das complexas alterações nucleares que ocorrem durante a divisão da célula, hoje chamada de mitose. Descreveu o desaparecimento do núcleo e a transformação de seu conteúdo em filamentos progressivamente mais grossos, que se separam em dois grupos e vão para as células-filhas.
-August Friedrich Leopold Weismann (1834-1914): Propôs uma hipótese para explicar a constância do número de cromossomos de uma geração para outra. Previu que, na formação dos gametas, devia ocorrer um tipo diferente de divisão celular, em que o número de cromossomos das células-filhas seria reduzido à metade. Processo atualmente conhecido como meiose.
-Theodor Heinrich Boveri (1862-1915) e Wilhem August Oskar Hertwig (1849-1922) – Biólogos alemães; e Edouard van Beneden (1846-1912) – biólogo belga : Durante a formação dos gametas, ocorrem duas divisões celulares sucessivas, após uma única duplicação cromossômica, de modo que as quatro células-filhas formadas ficam com metade do número de cromossomos existente na célula original – como Weismann previu que deveria acontecer. Essas duas divisões consecutivas, semelhantes à mitose, compõem o processo de meiose.
-Friedrich Miescher (1844-1895) –Médico suíço: Começo da história do DNA
-Richard Altmann (1852-1900): Obteve preparações altamente purificadas de nucléina (DNA), sem nenhuma contaminação por proteínas. Pelo fato de a substância ter caráter ácido, o que já havia sido detectado por Miescher, Altmann sugeriu que ela fosse chamada de ácido nucléico em vez de nucleína.
-Albrecht Kossel (1853-1927) -- 1877: Entre os produtos da degradação química da nucleína, Kossel detectou dois tipos de bases nitrogenadas já conhecidas, a adenina e a guanina.
1893: Identificou uma nova base nitrogenada, era liberada pela degradação de nucleína de células do timo; por isso, denominou-a timina. Logo em seguida, descobriu que a nucleína continha um quarto tipo de base nitrogenada, a qual denominou citosina.
1894: Os ácidos nucléicos continham também pentose, um açúcar com cinco átomos de carbono.
-Phoebis Levine (1869-1940) Walter Jacobs (1883-1967): Determinaram a ordem em que as moléculas de fosfato, de pentose e de base nitrogenada estavam unidas no ácido nucléico, formando sua unidade fundamental, o nucleotídio.
Final da década de 1940: Alguns indícios sugeriam que o DNA deveria ser a substância constituinte dos genes.
-Rosalind Franklin (1920-1958): Dispunham de um método eficiente para estudos da estrutura molecular, a difração de raios X. Os resultados obtidos com essa técnica, no laboratório de H. F. Wilkins (1916-2004), permitiu concluir que a molécula de DNA tem a estrutura helicoidal (semelhante a uma mola espiral).
-Erwin Chargaff (1905-2002): Verificou que, em qualquer DNA estudado, a quantidade da base adenina era sempre igual à quantidade de timina e que a quantidade de citosina era sempre igual à de guanina.
-James D. Watson – biólogo; e Francis H. C. Crick – físico: Elaboraram o modelo da dupla-hélice para a molécula de DNA.
-Fred Griffith (1877-1941) Médico inglês: Início da história do DNA como material hereditário, com a descoberta do fenômeno da transformação bacteriana.
-James Lionel Alloway (1900-1954) Pesquisador; e um colaborador de Oswald Avery (1877-1955): Descobriu que a transformação bacteriana podia ocorrer in vitro, isto é, em um tubo de ensaio, sem a necessidade de injetar bactérias em camundongos.
-Avery e seus colaboradores: Chegaram à conclusão de que a substância capaz de transformar bactérias sem cápsula em bactérias capsuladas era o DNA.
-Alfred Day Hershey (1908-1997) e Martha Chase (1928-2003): Experimento pioneiro na demonstração de que o DNA é o material hereditário.
-Archibald E. Garrod (1857-1939): Primeiro pesquisador a sugerir que os genes atuavam por meio de enzimas.
-George W. Beadle (1903-1989), Boris Ephrussi (1901-1979) Edward L. Tatum (1909-1975): Foi na década de 30, foi descoberto os primeiros indícios experimentais de que os genes atuam por meio do controle da síntese das enzimas
Mostraram que a cor alterada do olho de um mutante da mosca D. melanogaster devia-se à incapacidade do inseto de realizar uma reação química específica na via metabólica da síntese de um pigmento visual.
-Marshall Nirenberg: A trinca de bases UUU do RNAm corresponde ao aminoácido fenilalanina e, assim, abriu caminho para a decifração da linguagem da vida.
-Wilhem Ludvig Johannsen – pesquisador dinamarquês: O termo gene foi criado.

A Descoberta do DNA


A história do DNA começa no final da década de 1860, com a chegada do médico suíço Friedrich Miescher (1844-1895).
Na época floresciam idéias a respeito das origens e das funções das células.
A teoria celular estabelecia-se como um dos pilares da Biologia.
Miescher trabalhou para desenvolver técnicas adequadas à retirada das células de pus das bandagens e à sua preparação para a análise química. O objetivo inicial era investigar as proteínas celulares, um grupo de substâncias descoberto cerca de 30 anos antes.
Ele descobriu que a nova substância se concentrava no núcleo celular na época considerado uma estrutura de pouca importância para o funcionamento da célula.
Miescher demonstrou que ela também estava presente em materiais tão diversos quanto o rim, o fígado, o testículo, a levedura e as hemácias nucleadas das aves.A análise química mostrou que as quantidades relativas dos elementos hidrogênio (H), carbono (C), oxigênio (O) e nitrogênio (N) presentes na nova substância diferenciam das encontradas em proteínas; além disso, a substância descoberta continha o elemento fósforo (P), ausente em moléculas protéicas. Convencido de que realmente havia descoberto uma nova substância, Miescher denominou-a nucleína, pelo fato de ela estar concentrada no núcleo de células.

A elucidação da composição do DNA


O trabalho da nucleína só foi publicado em 1871. Mesmo depois da publicação do trabalho, muitos pesquisadores continuaram duvidando da existência da nucleína; na opinião deles, o achado de Miescher devia ser uma mistura de fosfatos inorgânicos e proteínas, só foram superadas por volta de 1889, quando obteve preparações altamente purificadas de nucleína, sem nenhuma contaminação por proteínas. Pelo fato de a substância ter caráter ácido, foi chamada de ácido nucléico.
Albrecht Kossel em 1877, juntou-se ao grupo de pesquisa Hoppe-Seyler, e começou a estudar a composição química das nucleínas de diferentes tipos de células. Entre os produtos da degradação química da nucleína, Kossel detectou dois tipos de bases nitrogenadas já conhecidas, a adenina e a guanina.Em 1983, ele identificou uma nova base nitrogenada, que era liberada pela degradação de nucleína de células do timo,por isso, denominou-se a timina. Logo em seguida, descobriu-se que a nucleína continha um quarto tipo de base nitrogenada, a qual denominou citosina. Em 1924, o grupo liderado por Kossel descobriu que os ácidos nucléicos continham também pentose, um açúcar com cinco átomos de carbono.
Em 1909, Phoebis Levine (1969-1940) e Walter Jacobs (1883-1967) conseguiram determinara a ordem em que as moléculas de fosfato, de pentose e de base nitrogenada estavam unidas no ácido nucléico, formando sua unidade fundamental, o nucleotídeo. Em 1930, Levine e colaboradores identificaram a pentose componente do ácido nucléico das células do timo, que denominaram 2-deoxi-D-ribose, pelo fato de ela possuir, no carbono 2 de sua cadeia, um átomo de oxigênio a menos que a ribose, uma pentose já conhecida, encontrada pelos pesquisadores em ácidos nucléicos extraídos de levedura.Ficaram então caracterizados dois tipos de ácidos nucléicos: o ácido ribonucléico, ou RNA, cujo açúcar é a ribose, e o ácido desoxirribonucléico, ou DNA, cujo açúcar é a desoxirribose.

A estrutura helicoidal do DNA


Apesar de as moléculas de DNA serem grandes quando comparadas a moléculas inorgânicas, elas são pequenas demais para que seus detalhes sejam visualizados, mesmo ao microscópio eletrônico. Entretanto, no final da década de 1940, os biofísicos já dispunham de um método eficiente para estudos da estrutura molecular, a difração de raios X. Os resultados obtidos com essa técnica, pela pesquisadora Rosalind Franklin (1920-1958), permitiu concluir que a molécula de DNA tem estrutura helicoidal (semelhante a uma mola espiral) com 2nm (0,000002 mm) de espessura.

O modelo de Watson e Crick

James D. Watson e o físico Francis H. C. Crick elaborou o modelo da dupla-hélice pára a molécula de DNA.
O DNA é composto por duas longas cadeias paralelas, constituídas por nucleotídeos dispostos em seqüência. Essas duas cadeias polinucleotídicas são rigorosamente complementares: Se houver uma adenina em uma das cadeias, haverá, na outra cadeia, na mesma posição, uma timina. Da mesma forma, se houver uma citosina em uma das cadeias, haverá uma guanina na posição correspondente da cadeia complementar. Os nucleotídeos de uma das cadeias da molécula de DNA mantêm-se unidos aos nucleotídeos da outra cadeia por ligações de hidrogênio, estabelecidas entre as bases: A adenina liga-se especificamente à timina, e a citosina liga-se especificamente à guanina.
O modelo da dupla-hélice, explicava a capacidade de duplicação, a capacidade de conter informações para a produção de proteínas, e a capacidade de sofrer mutação.
Rosalind Franklin foi excluída do prêmio porque já havia falecido na época e o prêmio Nobel só é concebido a pessoas vivas.

O DNA como agente da transformação bacteriana


Fred Griffith, em 1928, estudou a bactéria Diplococus pneumoniae causadoras da pneumonia. Sabia-se a existência de duas linhagens: capsuladas, que são patogênicos, isto é, causam pneumonia; e sem cápsula, que não causam a doença.
Primeiramente ele injetou bactérias capsuladas vivas em camundongos e observou que eles morreram; segundo, injetou bactérias sem cápsulas vivas e percebeu que os camundongos viveram; terceiro, injetou bactérias com cápsulas mortas pelo calor e os camundongos sobreviveram; e finalmente, injetou bactérias com cápsulas mortas pelo calor misturadas com bactérias sem cápsulas vivas, o camundongo morreu e apresentou no corpo bactérias com cápsulas vivas – isso só aconteceu pela transformação bacteriana (que transformou bactérias sem cápsulas em capsuladas).
Retirou-se um extrato de bactérias mortas capsuladas e percebeu que o extrato tinha capacidade de transformação, das bactérias sem cápsulas em capsuladas.
Tratou esse extrato com diferentes enzimas para ver se afetava o poder de transformação, mas só quando tratou com desoxirribonuclease, a enzima que degrada o DNA, o extrato perdeu sua capacidade de transformar as bactérias.
Foi cauteloso em concluir que o DNA é o material hereditário das bactérias, porém imaginou essa possibilidade e passou a testá-la.
Para saber quem era o material hereditário Alfred Day Hershey e Martha Chase passaram a pesquisar bacteriófago T2 (um vírus constituído por moléculas de DNA em volta por um capa protéica).
Quando o vírus infecta a bactéria, não sabiam quem causava a infecção, se era o DNA ou a capa protéica, ou os dois. Por isso radioativizaram o DNA com fósforo e a capa protéica com enxofre.

Exemplo: Erro Inato do Metabolismo - Albinismo


O termo refere-se a um conjunto de condições hereditárias que leva as pessoas afetadas a ter pouca ou nenhuma pigmentação nas estruturas de origem epidérmicas. O albinismo tipo 1 é condicionado por um alelo recessivo de um gene localizado no cromossomo 11 humano, que codifica a enzima tirosinase, a qual atua na transformação de tirosina em melanina.Os homozigóticos recessivos para o alelo mutante desse gene apresentam ausência total do pigmento melanina na pele, nos olhos , pêlos e cabelos.

Teoria "Um gene - uma Enzima"


Os primeiros indícios experimentais de que os genes atuam por meio do controle da síntese das enzimas foram obtidos em meados da década de 1930.Os pesquisadores George W. Beadle , Boris Ephrussi , e Edward L. Tatum mostraram que a cor alterada do olho de um mutante da mosca D.melanogaster devia-se à incapacidade do inseto de realizar uma reação química específica na via metabólica da síntese de um pigmento visual.
Entusiasmados com os resultados obtidos com o estuda da mosca, mas cientes de que aquele era um organismo muito complexo para o teste de sua hipótese, Beadle e Tatum resolveram utilizar um organismo mais simples em seus experimentos: O bolor rosado do pão, Neurospora Crassa.

A hipótese de Beadle e Tatum



Beadle e Tatum imaginaram que, para produzir todos os seus componentes, as células do fungo deviam realizar milhares de reações químicas, cada uma delas catalisada por uma enzima específica. Se a hipótese de que cada enzima é codificada por um gene específico estivesse correta, para cada reação metabólica devia haver um gene correspondente , responsável pela produção da enzima catalisadora específica. O que aconteceria se um desses genes essenciais á sobrevivência sofresse mutação, produzindo uma forma inativa da enzima ?
Em uma primeira etapa, para aumentar a freqüência de mutação dos genes, Beadle e Tatum irradiaram esporos do fungo com raios X. Os esporos irradiados eram colocados em tubos de ensaio que continham diferentes meios de cultura. Para selecionar um mutante incapaz de produzir aminoácido arginina, por exemplo, bastava suplementar o meio mínimo com arginina: os fungos mutantes absorviam essa substância do meio e sobreviviam á sua deficiência genética. Um problema dessa técnica é que nos meios mínimos suplementados cresciam também fungos selvagens, isto é, que não haviam sofrido mutações. Como diferenciar um fungo selvagem, em que o gene para sintetizar arginina é funcional (arg+ ) , de um fungo mutante, portador de um alelo defeituoso do gene (arg-) ?
Beadle e Tatum encontraram solução retirando uma pequena amostra de cada fungo cultivado no meio suplementado e transferindo-a para o meio mínimo. Os fungos que se desenvolviam também em meio mínimo eram, com certeza, selvagens (arg+ ) ; os que não sobreviviam no meio mínimo eram mutantes, naquele caso incapazes de produzir arginina (arg- ).

Os genes e o controle da síntese de Polipeptídeos


Os resultados dos experimentos de Beadle e Tatum consolidaram a teoria de um gene- uma enzima. Ficou comprovado que os genes controlavam a síntese de toda a proteína, e não apenas das proteínas enzimáticas. Quando se descobriu que uma proteína podia ser formada por mais de uma cadeia polipeptiídica, cada um deles condicionada por um gene diferente, a teoria tornou-se ainda mais abrangente e passou a ser denominada teoria "um gene" - um polipeptídeo".

Relação entre Gene, RNA e Proteína


O desenvolvimento da teoria "um gene - um polipeptídeo", no final da década 1940, e a identificação do DNA como material hereditário, no início da década 1950, impulsionaram os estudos genéticos em nível molecular. As pesquisas mostraram que o DNA, por meio de moléculas mensageiras de RNA, atua diretamente na síntese de proteínas. As instruções codificadas nas sequências de bases nitrogenadas do DNA constituinte dos genes são transcritas para moléculas de RNA, e destas, traduzidas em sequências de aminoáciodos das proteínas.

Tipos de RNA


Três tipos básicos de RNA participam diretamente da síntese das proteínas nas células de todos os seres vivos : RNA ribossômico ( RNA r ) , RNA transportador ( RNA t ) e RNA mensageiro (RNA m ) .
Os RNA ribossômicos constituem , juntamente com certas proteínas, minúsculos grânulos citoplasmáticos denominados ribossomos , capazes de unir os aminoácidos entre si e formar as cadeias polipeptídicas que constituem as proteínas.
Os RNA transportadores têm por função capturar aminoácidos livres nas célula, levando-os até os ribossomos, onde eles se unem para formar a molécula polipeptídica. Cada RNAt apresenta em uma determinada região de sua molécula, uma trinca de bases denominada anticódon. O aminoácido transportado por um RNAt depende de seu anticódon. Por exemplo, moléculas de RNAt com anticódon AAA ou AAG transportam sempre o aminoácido fenilalanina ; os RNAt com anticódons CCA, CCG, CCU ou CCC, transportam somente glicina. Os RNA mensageiros são cópias do genes codificadores de proteínas e contém , em sua sequência de bases nitrogenadas, as instruções sobre a ordem em que os aminoácidos devem ser unidos para produzir determinado pólipeptideo. O RNAt com seu respectivo aminoácido, acopla-se ao ribossomo, ao qual já está associado a uma molécula de RNAm. Para que um RNAt possa acoplar-se ao ribossomo, é necessário que este se encontre exatamente sobre uma trinca do RNAm, denominada códon, complementar ao anticódon do RNAt.A sequência de códons presente no RNAm determina a ordem em que os RNAt vão se acoplando, enquanto o ribossomo desliza sobre o RNAm. À medida que os RNAt se acoplam aos ribossomos, os aminoácidos associados a estes vão se unindo para constituir a cadeia polipeptídica.

O código genético

As informações para fabricar polipeptídios estão inscritas na molécula de DNA em uma linguagem codificada, denominada código genético. Nesta codificação, cada trinca de bases de uma das cadeias do DNA corresponde a um aminoácido na proteína codificada.

Unidade de transcrição gênica

Podemos definir a unidade de transcrição gênica como um segmento de DNA que é transcrito de forma contínua em uma molécula de RNA .Esse segmento de DNA caracteriza-se por apresentar uma sequência especial de bases nitrogenadas, a região promotora ( ou apenas promotor ), na qual se encaixa a enzima polimerase do RNA, responsável pela transcrição. O término da unidade de transcrição gênica é definido por outra sequência especial de bases nitrogenadas, denominada sequência de término de transcrição, que determina o desligamento da polimeraze do RNA da molécula de DNA-molde, completando o processo.
A transcrição de um RNA tem início quando uma polimeraze do RNA se encaixa na região promotora e separa, nesse local, as duas cadeias da molécula de DNA. A enzima passa, então, a orientar o encaixe de ribonucleotídios ( nucleotídios do RNA, cuja pentose é a ribose ) nas bases de uma das cadeias do DNA, unindo-os a medida que os ordena na cadeia de DNA-molde. Ao atingir a sequência sinalizadora de término de transcrição, a polimerase solta-se do DNA e a transcrição termina. Dessa forma, a polimerase do RNA percorre o segmento de DNA e copia uma de suas cadeias em uma molécula de RNA, cuja sequencia de bases nitrogenadas é rigorosamente complementar a da cadeia de DNA que serviu de modelo.


Bibliografia: Imagens: http://www.icb.ufmg.br/prodabi/prodabi3/grupos/grupo1/images/sinteseRNA.gif ; http://www.icb.ufmg.br/big/genegrad/genetica/img/fluxo_clip_image011.gif ; http://www.iped.com.br/sie/uploads/8795.jpg ; http://www.biomol.org/design/assets/images/fotografia_dna_xray.jpg ; http://www.alsa.org/images/cms/Research/Topics/RNA.jpg ; http://www.geocities.com/evoluindo/dna_rna ; http://luscientia.pbwiki.com/experiencia ; http://www.fgsc.net/neurosimages/mo-2.jpg ; http://f.i.uol.com.br/folha/informatica/images/09047444.jpg ; http://www.biomol.org/design/assets/images/identif_bact_1.png ;
Vídeos: http://www.youtube.com/user/paulinhaPNTD

Textos: Livro Biologia das Populações 3