Before Molecular Biology… - Biologia Molecular e Genética

Before Molecular Biology…
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DeVries,
Correns and
Tsechemark
Genetic material
in the nucleus
3
6
7
1903
Sutton suggests that
genetic information is
on chromosomes
1905
Baetson introduces the term
“genetics” to describe the
study of heredity
1909
Johannsen proposes that Mendel’s
factors are called “Genes”
– Genética Clássica- Morfológica
– Genética Moderna- Função do material genético
Bioquímica
Genética
Biologia Molecular
– 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
Dogma Central
e
Moléculas da Biologia
Molecular
Dogma Central
Transcrição
Tradução
RNA
polimerase
Três moléculas de RNA envolvidas na
tradução
Descodificação do mRNA
Informação genética e expressão
génica em células procariotas
Informação genética e expressão
génica em células eucariotas
Informação genética em ambas as
cadeias de DNA
O que é um gene?
Gene é uma sequência de nucleótidos no DNA
5’
3’
3’
5’
CCTAGTTACGG…
A informação biológica está contida em ambas as cadeias, mas apenas
uma das cadeias contém a informação para cada gene individualmente
5’
3’
A
C
B
3’
5’
Os genes podem ser transcritos em direcções diferentes, mas sempre
no sentido 5’-3’
Cadeia codificante e
não codificante ou molde
Cadeia molde ou não codificante
ou nonsense para o gene C e B
5’
3’
Cadeia codificante ou sense
para o gene A
A
C
Cadeia codificante ou sense
para o gene C e B
B
3’
5’
Cadeia molde ou não codificante
ou nonsense para o gene A
Replicação do DNA
O DNA copia-se a si mesmo
DNA
polimerase
J. D. Watson and F. H. C. Crick (1953) Molecular
structure of nucleic acids: a tructure for deoxyribose
nucleic acid. Nature, 171: 737-738
• “We wish to suggest a stucture for the salt of
deoxyribose nucleic acid (D.N.A.).This structure has
novel features which are of considerable biological
interest”
• “It has not escaped our notice that the specific pairing we
have postulated immediately suggests a possible
copying mechanism for the genetic material”
Dogma Central da Biologia Molecular
(actualizado)
Transcrição Reversa
Tradução
Transcrição
Replicação
DNA
RNA
Replicação e RNA
Expressão
Proteína
Transcrição Reversa
Transcritase
reversa
RNA replicase
O material genético, geralmente o DNA, de um organismo
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
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
Forbidden arrows
• Proteínas não auto-replicam
• Síntese de RNA a partir de proteínas
• Síntese de DNA a partir de proteínas
Estrutura dos ácidos
nucleicos
DNA
e
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’-desoxicitidina
2’-desoxiguanosina
2’-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
(Ribonucleotide)
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’-desoxicitosina trifosfato
Base pairing and hydrogen bonds between
nitrogen bases in DNA
Complementaridade
de bases
A-T
G-C
2 pontes de H
3 pontes de H
DNA and RNA
polynucleotide strands
(antiparalell orientation of complementary strands in DNA molecule)
Extremities of DNA nucleotide strands
5’-P (phosphate) and 3’-OH (hydroxil)
Molar concentrations:
-total purines = total pyrimidines
-A = T
and
G=C
-G/C%
Estrutura tridimensional da
dupla hélice
O enrolamento da dupla-cadeia é
feito no sentido dos ponteiros do
relógio (right
right--handed),
handed no sentido
da progressão das cadeias
Major and minor groove of DNA molecule
Important features in DNA structure
and
B conformation of DNA molecule
10 pb/volta
A conformação
mais comum
DNA secondary structures
Different conformations of double-helix
Algumas regiões ricas em G/C,
têm conformação Z
- Existem mais de 20 diferentes
variantes
- Dependem de condições
fisiológicas e da sequência
de bases
Characteristics of DNA secondary structures
Molécula de RNA
Estrutura primária e secundária da
molécula de RNA
Designações das estruturas secundárias
da molécula de RNA
Estrutura terciária da molécula
de RNA
Diferentes moléculas de RNA
Localização genética
Síntese
Processamento
Função
das moléculas de
RNA
(mRNA, tRNA, rRNA, snRNAs e snoRNAs)
A ser leccionado mais adiante
Proteins
Structure
Synthesis
Folding
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 ionized.
ionized
Formation of a peptide bond
Nucleotide sequence dictates the primary
structure of a peptide
5’
3’
5’
3’
5’
3’
Secondary structures of proteins
β sheet
α helix
Tertiary structure
Quaternary structure
How a protein folds into a compact
conformation
The aminoacid sequence contains all the
information needed to fold the polypeptide
into its correct tertiary structure
Cell 3.6
Effect of protein denaturation agents
Denaturation and spontaneous renaturation of a
small protein
Genomes 11.24
Families of DNA-binding domains
Zinc finger domain
β sheet
Zinc finger domains consist of loops in which an
α helix and a β sheet coordinately bind a zinc ion
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