Apostila Introdução `a Biologia Molecular I Somos Todos Feitos de DNA!

Apostila Introdução `a Biologia Molecular I Somos Todos Feitos de DNA!

Todos os organismos vivos são compostos de células. Organismos como bactérias são formados por apenas uma célula, enquanto outros mais complexos, como seres humanos, são formados por bilhões de células de tipos diferentes. No interior das células estão os cromossomos, estruturas delgadas cujo número e forma dependem da espécie em questão. A espécie humana, por exemplo, possui 2 tipos de cromossomos autossômicos (1 a 2) e dois cromossomos sexuais (X e Y). Os cromossomos estão dispostos individualmente nas células germinativas (óvulos e espermatozóides possuem 23 cromossomos), ou em pares nas células somáticas (as células do nosso corpo possuem 46 cromossomos). Nosso corpo possui 46 cromossomos porque somos formados pela junção de um óvulo com um espermatozóide e esta junção restabelece o número diplóide (duplo) de cromossomos em cada célula de nosso corpo.

Todos os cromossomos são formados de DNA, ou podemos dizer que o cromossomo nada mais é do que uma longa fita dupla de DNA, toda enovelada e dobrada sobre si mesma, de várias formas, até atingir o aspecto de cromossomo. Dizer que um cromossomo é feito de DNA é o mesmo que dizer que um novelo é feito de linha.

E gene, o que é? Um gene representa um pequeno fragmento dessa longa fita de DNA capaz de codificar uma proteína. Num cromossomo existem milhares de genes diferentes, capazes de produzir um enorme número de proteínas diferentes. Cromossomos semelhantes são chamados de cromossomos homólogos. Também existem nos cromossomos regiões de DNA que não produzem proteína, que podemos chamar de DNA não codificante. A função destas seqüências não é totalmente conhecida.

Do ponto de vista estrutural, o DNA se apresenta como uma dupla fita dobrada em forma de hélice. As duas fitas são antiparalelas, ou seja, estão dispostas em direções opostas.

Somos todos feitos de DNA! Conteúdo do Módulo:

Cromossomos Genes Alelos Estrutura da molécula de DNA

A espécie humana possui 2 tipos de cromossomos autossômicos (1 a 2) e dois cromossomos sexuais (X e Y). Enquanto as mulheres são X os homens são XY. Acima está o cariótipo de um homem. Todos os cromossomos estão duplicados.

Somos Todos Feitos de DNA!

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A molécula de DNA é formada por um açúcar, uma base nitrogenada e um grupo fosfato.

Todos os direitos reservados à DNA goes to

Somos todos feitos de DNA!

Todas as informações relativas à construção e ao funcionamento de nosso organismo estão embutidas em nosso DNA, localizado no núcleo da célula.

O que define a direção de cada uma das fitas é o local de ligação entre o grupo fosfato com o açucar (o anel de desoxirribose). Se a ligação ocorre no carbono 3, dizemos que a fita está na direção 3’-5’; se a ligação ocorre no carbono 5, dizemos que a fita está na direção 5’-3’. Todas as informações relativas à construção e ao funcionamento de nosso organismo estão embutidas em nosso DNA. O que faz com que tenhamos diferentes características (ou seja, por que somos diferentes um do outro?) está no fato de termos diferentes formas de um mesmo gene, o que é o mesmo que dizer que possuímos diferentes alelos. Pense, por exemplo, na cor amarela. Há diferentes tons de amarelo: amarelo canário, amarelo-ouro, amarelo escuro. Todos são similares o suficiente para serem amarelos, mas são, no entanto, diferentes. O mesmo raciocínio pode ser feito para os alelos. Todos nós temos os mesmos genes característicos da espécie humana. Por exemplo, todos nós temos o gene amarelo, mas isso não significa que meu amarelo é o mesmo que o seu. Deste modo, temos alelos diferentes e o que faz sermos quem somos está na combinação entre todos os nossos alelos (genótipo) mais as influências recebidas do ambiente a nossa volta (genótipo + ambiente = fenótipo). O que difere um do outro está na seqüência de DNA de cada alelo. É importante também observar que o DNA de um indivíduo é o mesmo em todas as células do corpo. O que faz com que as células presentes no olho sejam diferentes dos neurônios, por exemplo, são os genes que estão ativos em cada um desses dois tipos celulares.

Ou seja, dependendo do tipo celular, diferentes grupos de genes estão ativos e produzindo determinadas proteínas, enquanto outros genes estão desligados. Cada indivíduo possui uma combinação alélica diferente exceção para os gêmeos monozigóticos (gêmeos idênticos) e para a Dolly, clonada a partir das células de outro indivíduo. Imagine, então, a quantidade de informação necessária para formar um ser humano, por exemplo. Pois toda essa informação está armazenada no núcleo das células. Tanta informação assim, para caber dentro do núcleo de cada célula, deve estar arrumada de uma forma supercompactada. Nesta aula teremos a chance de ver que cara tem o

DNA e de entender melhor sua composição, estrutura e funcionamento. Iremos também entender que o DNA é uma molécula universal, presente em praticamente todos os organismos vivos.

Em 1923 o inglês Frederick Griffith identificou duas linhagens de bactérias que apresentavam colônias lisas (L) e outras de colônias rugosas (R). As bactérias lisas eram virulentas, enquanto as rugosas não. Griffith observou que, quando inoculava um rato com bactérias rugosas não virulentas juntamente com bactérias lisas virulentas mortas, o rato desenvolvia pneumonia, o que não era observado quando estas bactérias eram introduzidas no rato separadamente. O que será que fazia com que as colônias R se tornassem virulentas? Foi essa mesma pergunta que Griffith fez a si mesmo. Ele chamou de princípio transformante, essa "coisa" que fazia com que as bactérias não virulentas virassem virulentas. Vários grupos tentaram então descobrir o que seria este princípio transformante. Até os anos 40 do século X, as proteínas eram as grandes candidatas ao cargo de princípio transformante. Já a substância inicialmente chamada de nuclei (e mais tarde DNA) era algo que ainda não possuía uma função definida e que parecia, a princípio, ser uma molécula monótona, formada sempre pelas mesmas 4 bases nitrogenadas, adenina, timina, guanina e citosina. Já as proteínas pareciam muito mais dinâmicas, maiores e formadas por 20 aminoácidos diferentes! E também já se sabia que elas eram os componentes estruturais das células, ou seja, os tijolos de todos os organismos.

Extração de DNA de morango

Material necessário 1-1 pedaço de morango 2-Tubo eppendorf e palito de dente para macerar 3- Pipeta de plástico 4-Tampão de Extração 5-Etanol 95%

Procedimento:

1-Picar um morango em pequenos pedaços. 2-Colocar um pedaço de morango em um tubo de eppendorf (até onde o tubo marca 0,5ml). 3-Macerar bem com um palito. 4-Adicionar 500 ul de Tampão de Extração. Agitar vigorosamente o tubo eppendorf. 5-Colocar o tubo em banho-maria a 65ºC por 15 minutos. 6-Colocar o tubo eppendorf no gelo por 5 minutos. 7-Centrifugar por 8 minutos. 8-Recolher o sobrenadante para novo tubo eppendorf. 9- Adicionar lentamente pelas bordas do tubo, 2 vezes a quantidade do sobrenadante de etanol 95 % gelado.

Para ver imagens de células se dividindo, acesse o link http://www.bio.davidson.edu/courses/movies.html

Procedimento: 1. Higienizar a boca fazendo bochechos com água ou, se possível, escovando os dentes.

2- Colocar aproximadamente 15mL de água com açúcar (3%, uma colher de chá de açúcar em meio copo descartável).

3- Delicadamente raspar a mucosa bucal com uma espátula.

4- Bochechar vigorosamente por aproximadamente 30 segundos com a solução utilizada no passo 2.

5- Recolher o volume obtido do bochecho no mesmo copo descartável. Mergulhar a espátula usada na raspagem da mucosa no volume obtido do bochecho (Desta forma, coletaremos as células que ficaram na espátula).

6- Transferir 5 mL do volume obtido no passo 5 para um tubo de ensaio e adicionar uma pitada de sal de cozinha (para aproximadamente 1% final). Homogenizar invertendo o tubo.

7-Adicionar 500 µL de detergente neutro diluído à 25% (1:4) e homogeneizar vagarosamente. 8- Aquecer a 55oC por 10 min. Resfriar 5 min no gelo.

9- Adicionar álcool gelado (absoluto se possível) lentamente, pelas bordas do tubo, com o auxílio de uma pipeta, até que se alcance pelo menos 1cm de altura.

*Você já poderá observar a fração que corresponde ao seu DNA, insolúvel no álcool, se formando no tubo. Se esperarmos mais um pouco, poderemos observar melhor.

Extração de DNA de mucosa bucal. Material (por grupo):

1. 1 copo descartável

6. Álcool etílico gelado

1. Detergente neutro 25%

9. Isopor com gelo 5. 1 tubo de ensaio 8. Estante para tubos

Responda às seguintes perguntas: 1- Por que o DNA tem o aspecto de novelo? 2- Como você relacionaria os seguintes termos: DNA, cromossomo, alelo e gene?

3- Qual é a função da temperatura, do sal, do álcool e do detergente na extração de DNA?

4- Compare os dois métodos. Quais são as semelhanças e as diferenças?

Oswald Avary

Em 1944, Oswald Avary, junto com Colin MacLeod, conseguiu purifi car o princípio transformante. Eles descobriram que o mesmo não se alterava quando submetido à tripsina, uma enzima especializada em degradar proteína. Por outro lado, quando em contato com enzimas que degradavam nuclei (DNA) o princípio transformante não era mais observado. Assim concluiu-se que o que fazia com que as bactérias de Griffi th se tornassem virulentas era a transferência do DNA das bactérias virulentas para as não virulentas, quando juntas eram utilizadas para infectar um rato. No entanto, ainda levaram mais alguns anos e experimentos para que a comunidade científi ca aceitasse que o princípio transformante não cabia às proteínas, mas sim ao ácido nucléico.

Cracking the Human Genome Site baseado no programa da rede de televisão pública dos EUA, PBS, com animações sobre o sequenciamento do genoma humano. Muito bom! http://www.pbs.org/wgbh/ nova/genome/program_t_ qt.html#

Extração de DNA de Kiwi Todo o processo de extração de DNA de Kiwi, com todos os detalhes. Faça na sala de aula com seus alunos. http://www.biotech.iastate. edu/publications/lab_protocols/DNA_Extraction_Kiwi. html

Extração de DNA de tomate Protocolo passo a passo para a extração de DNA de tomate http://ucbiotech.org/edu/ edu_aids/TomatoDNA.html

Gene Gateway-Exploring Genes and Genetic Disorders Esta página faz parte do site do Departamento de Energia (DOE) dos Estados Unidos, uma das principais agências fi nanciadoras do Projeto Genoma Humana. Nesta página você poderá clicar num dos cromossomos humanos e uma nova janela se abrirá mostrando todos os genes conhecidos que estão associados à doenças genéticas. http://www.ornl.gov/ TechResources/Human_Genome/posters/chromosome/ chooser.html

Introduction to DNA structure Site contendo várias imagens gráfi cas sobre a estrutura química da molécula de DNA. http://www.blc.arizona. edu/Molecular_Graphics/ DNA_Structure/DNA_Tutorial.HTML

Foi em 1953 que Watson e Crick propuseram a estrutura da molécula de DNA num pequeno artigo de duas páginas na renomada revista inglesa Nature. Para desvendar o mistério, os dois cientistas utilizaram fotografias tiradas pela cientista Rosalind Franklin (sem a sua permissão). Uma versão em espanhol do artigo de Watson e Crick pode ser encontrada na página http://www.bioxeo.com/adn.htm A versão em inglês está disponível no site da revista Nature no link http://www.nature.com/nature/dna50/watsoncrick.pdf

Mas o que era esse misterioso nuclei? Como era a sua estrutura?

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