DeVries, Correns andTsechemark

Before Molecular Biology…

Genetic materialin the nucleus

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1903Sutton suggests thatgenetic information ison chromosomes

1905Baetson introduces the term“genetics” to describe thestudy of heredity

1909Johannsen proposes that Mendel’sfactors are called “Genes”

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– Genética Clássica- Morfológica

– Genética Moderna- Função do material genético

– tentativa para entender os fenómenos biológicos em termos moleculares

– como a célula se desenvolve, funciona, comunica, como controla as suas actividades, como erra e corrige…

– estudo dos genes e das suas actividades ao nível molecular• Estrutura• Expressão • Controlo da expressão

Biologia MolecularGenética Bioquímica

Dogma Central Dogma Central ee

Moléculas da Biologia Moléculas da Biologia MolecularMolecular

Dogma CentralDogma Central

Transcrição

Tradução

RNARNApolimerasepolimerase

Três moléculas de RNA envolvidas na Três moléculas de RNA envolvidas na traduçãotradução

Descodificação do Descodificação do mRNAmRNA

Informação genética e expressão Informação genética e expressão génicagénica em célulasem células procariotasprocariotas

Informação genética e expressão Informação genética e expressão génicagénica em célulasem células eucariotaseucariotas

Informação genética em Informação genética em ambasambas as as cadeias de DNAcadeias de DNA

O que é um gene?O que é um gene?

A informação biológica está contida em ambas as cad eias, mas apenas uma das cadeias contém a informação para cada gene individualmente

Gene é uma sequência de nucleótidos no DNA

Os genes podem ser transcritos em direcções diferen tes, mas sempre no sentido 5’-3’

5’5’5’5’3’3’

3’3’

5’5’5’5’3’3’

3’3’

AA

BBCC

CCTAGTTACGG…CCTAGTTACGG…

Cadeia Cadeia codificantecodificante e e não não codificantecodificante ou moldeou molde

5’5’5’5’3’3’

3’3’

AA

BBCC

Cadeia codificante ou sensepara o gene A

Cadeia molde ou não codificanteou non sense para o gene A

Cadeia molde ou não codificanteou non sense para o gene C e B

Cadeia codificante ou sensepara o gene C e B

Replicação do DNAReplicação do DNAO DNA copiaO DNA copia --se a si mesmose a si mesmo

DNA DNA polimerasepolimerase

J. D. Watson and F. H. C. Crick (1953) Molecular structure of nucleic acids: a tructure for deoxyribosenucleic acid. Nature, 171: 737-738

• “We wish to suggest a stucture for the salt ofdeoxyribose nucleic acid (D.N.A.).This structure hasnovel features which are of considerable biologicalinterest”

• “It has not escaped our notice that the specific pairing wehave postulated immediately suggests a possiblecopying mechanism for the genetic material ”

Dogma Central da Biologia Molecular(actualizado)

Replicação ProteínaDNA RNA

Replicação e RNA

Transcrição Reversa

Expressão

TraduçãoTranscrição

Transcrição ReversaTranscrição Reversa

TranscritaseTranscritasereversareversa

RNA RNA replicasereplicase

Nalguns vírus o material genético é RNA

O RNA pode ser “copiado” em DNA numa fase do ciclo de vida- transcrição reversa

O RNA é “copiado” em RNA- replicação do RNA

O material genético, geralmente o DNA, de um organi smo contém o plano de construção desse organismo

A informação contida no DNA é transmitida à descendência

A informação contida no DNA é EXPRESSA no seu fenótipo

ForbiddenForbidden arrowsarrows

• Proteínas não auto-replicam

• Síntese de RNA a partir de proteínas

• Síntese de DNA a partir de proteínas

Estrutura dos ácidos nucleicos

DNAe

RNA

Monomeric unit of nucleic acids

Nucleótido- unidade do polímero de DNA

Sugar molecules in nucleic acids

Nitrogen bases in nucleic acids

Nucleoside vs Nucleotide

2’-desoxiadenosina 2’-desoxicitidina2’-desoxiguanosina2’-desoxitimidina

2’-desoxiadenosina 5’-monofosfato (dAMP) 2’-desoxicitidina 5’-monofosfato (dCMP) 2’-desoxiguanosina 5’-monofosfato (dGMP) 2’-desoxitimidina 5’-monofosfato (dTMP)

Formation of a nucleotide((RibonucleotideRibonucleotide ))

Grupo OH no C2 da ribose, participa em acontecimentos enzimáticos mediados por RNA.

Formation of a polynucleotide strand

Química da adição de um nucleótido à cadeia de DNA nascente

2’2’--desoxicitosina desoxicitosina trifosfatotrifosfato

Base pairing and hydrogen bonds betweennitrogen bases in DNA

Complementaridade Complementaridade de basesde bases

A-T 2 pontes de HG-C 3 pontes de H

DNA and RNA polynucleotide strands

(antiparalell orientation of complementary strands in DNA molecule)

Extremities of DNA nucleotide strands5’-P (phosphate) and 3’-OH (hydroxil)

Molar concentrations:

-total purines = total pyrimidines-A = T and G=C-G/C%

Estrutura tridimensional da Estrutura tridimensional da dupla hélicedupla hélice

O enrolamento da dupla-cadeia é feito no sentido dos ponteiros do relógio ( rightright --handedhanded ), no sentidoda progressão das cadeias

Major and minor groove of DNA molecule

Important features in DNA structureand

B conformation of DNA molecule

A conformaçãomais comum

10 pb/volta

DNA secondary structuresDifferent conformations of double-helix

Algumas regiões ricas em G/C,têm conformação Z

- Existem mais de 20 diferentesvariantes

- Dependem de condiçõesfisiológicas e da sequênciade bases

Characteristics of DNA secondary structures

Molécula de RNAMolécula de RNA

Estrutura primária e secundária da Estrutura primária e secundária da molécula de RNAmolécula de RNA

Designações das estruturas secundárias Designações das estruturas secundárias da molécula de RNAda molécula de RNA

Estrutura terciária da molécula Estrutura terciária da molécula de RNAde RNA

Diferentes moléculas de RNADiferentes moléculas de RNA

Localização genéticaLocalização genética

SínteseSíntese

ProcessamentoProcessamento

FunçãoFunção

das moléculas de

RNA

(mRNA, tRNA, rRNA, snRNAs e snoRNAs)

A ser leccionado mais adiante

Proteins

Structure SynthesisFolding

Structure of aminoacids

Each aminoacid consists of a central carbon atom (the α carbon) bonded to a hydrogen atom , a carboxyl group , an amino group , and a specific side chain(designated R). At physiological pH, both carboxyl and amino groups are ionizedionized.

Formation of a peptide bond

5’

5’

3’

3’3’ 5’

Nucleotide sequence dictates the primary structure of a peptide

Secondary structures of proteins

ββββ sheet αααα helix

Tertiary structure Quaternary structure

How a protein folds into a compactconformation

Cell 3.6

The aminoacid sequence contains all theinformation needed to fold the polypeptide

into its correct tertiary structure

Effect of protein denaturation agents

Denaturation and spontaneous renaturation of a small protein

Genomes 11.24

Families of DNA-binding domains

Zinc finger domain

Zinc finger domains consist of loops in which anαααα helix and a ββββ sheet coordinately bind a zinc ion

ββββ sheet

Structure of transcriptional activators

Transcriptional activators consist of two independent domains:-the DNA-binding domain recognizes a specific DNA sequence-the activation domain interacts with other components of the transcriptional machinery