04 - Genética e Biologia Molecular

Estrutura do DNA

O DNA é uma longa macromolécula, semelhante a uma escada que se espiraliza para formar uma hélice dupla. Cada fita da hélice é um polímero linear composto de unidades chamadas nucleotídeos. Cada nucleotídeo é composto por um açúcar (desoxirribose no DNA e ribose no RNA), um grupo fosfato e uma base nitrogenada. No DNA, há quatro nucleotídeos diferentes dependendo da base nitrogenada presente: Adenina (A), Guanina (G), Timina (T) e Citosina (C). Essas quatro bases em milhares de combinações sequenciais especificam a sequência de aminoácidos das proteínas. A molécula do DNA tem duas cadeias açúcar-fosfato, que são mantidas juntas por pontes de hidrogênio formadas entre as bases nitrogenadas complementares: duas pontes de hidrogênio entre A=T e três pontes entre G=C.

A relação de complementaridade entre adenina e timina e entre guanina e citosina é essencial para a função gênica, servindo como base tanto para a duplicação do DNA quanto para a expressão gênica. Durante ambos os processos, as fitas de DNA servem como moldes para a síntese de moléculas complementares. Assim, para qualquer segmento de DNA, devido ao pareamento específico entre as bases, se a sequência de uma cadeia for conhecida, a sequência da outra também o será.

Animação 2

Organização do DNA

O DNA associado a proteínas (cromossomos) encontra-se dentro do núcleo celular nas células eucarióticas.

Na célula, a estrutura de cada cromossomo é altamente organizada. Mesmo no núcleo interfásico, a hélice dupla de DNA, de 2 nm, está sujeita a pelo menos três níveis de enrolamento. O nucleossomo é a unidade fundamental de empacotamento e consiste de um núcleo de oito histonas, proteínas básicas pequenas altamente conservadas, com 103 a 135 aminoácidos. O cerne é formado por duas moléculas de cada uma das histonas H2A, H2B, H3 e H4, e, ao redor dele, um segmento de 146 pb de DNA fita dupla se enrola em 1,75 volta. Os nucleossomos adjacentes são unidos por um DNA espaçador curto. A aparência desta estrutura em microscopia eletrônica é de um colar de contas.

A estrutura em colar de contas, com cerca de 11 nm de diâmetro, espiraliza-se formando um filamento de cromatina com 30 nm de espessura denominado solenóide ou fibra cromossômica. Esta solenóide forma várias alças ao se associar a um esqueleto de proteínas ácidas que sustenta o cromossomo; este nível de organização tem cerca de 300 nm de espessura e constitui o cromonema (filamento cromossômico na interfase). Durante a divisão celular, esse filamento cromossômico enrola-se ainda mais chegando a atingir 700 nm de espessura em cada cromátide no cromossomo metafásico.

A transcrição só é possível quando o cromossomo está no nível de organização “colar de contas” ou “DNA livre”.

Animação 3

Durante a divisão celular, os cromossomos se tornam cada vez mais condensados, chegando ao nível de 1:10000 de seu comprimento quando em completo relaxamento. As alças do filamento de cromatina de 30 nm, contendo 20 a 100 kb de DNA por alça, estão ligadas a uma haste central. Esta consiste de proteínas não-histonas, ácidas.

Animação 4

Grande parte da cromatina é localizada na periferia do núcleo, possivelmente pelo fato de que uma das principais proteínas associadas com a heterocromatina se liga a uma proteína da membrana nuclear interna.

Conhecem-se dois tipos de cromatina:

Eucromatina, que consiste em DNA ativo, ou seja, que se pode expressar como proteínas e enzimas.

Heterocromatina, que consiste em DNA inativo e que parece ter funções estruturais durante o ciclo celular.

Heterocromatina constitutiva, que nunca se expressa como proteínas e que se encontra localizada à volta do centrômero (contém geralmente sequências repetitivas).

Heterocromatina facultativa, que, por vezes, é transcrita em outros tipos celulares; consequentemente, a sua quantidade varia dependendo da atividade transcricional da célula. Apresenta-se condensada na intérfase.

Animação 5

Tipos de DNA

• 45% DNA DE CÓPIA ÚNICA (5% codifica para proteínas): presente uma única ou poucas vezes no genoma.
• 55% - DNA REPETITIVO:  Sequências que aparecem de modo repetido (milhares de vezes)  no genoma:
  • DNA Repetitivo Disperso (45%) - tende a estar espalhado individualmente por todo o genoma.  Não ocorrem em tandem (sequência repetitivas).  As formas mais comuns são os Elementos Intercalares curtos (SINEs)  e Longos (LINEs).
  • DNA satélite (10%): são sequências formadas por unidades de nucleotídeos repetidas em tandem, agrupadas em certas regiões do cromossomos. Estas sequências geralmente não são transcritas.  Existem várias categorias de DNA satélite e alguns destes tipos formam os centrômeros e heterocromatina.

RNA