terça-feira, 30 de setembro de 2008

As "Curiosidades" da Replicação do ADN


Figura -Replicação do DNA. Ambas as cadeias são sintetizadas no sentido 5´ => 3´.
A cadeia que cresce no mesmo sentido que o deslocamento da forquilha de replicação, e cuja síntese ocorre continuamente, é chamada de cadeia leading. A cadeia que cresce no sentido oposto ao deslocamento da forquilha de replicação, e cuja síntese ocorre descontinuamente, é chamada de cadeia lagging.

Esse modo de replicação do DNA, em que uma das cadeias é sintetizada continuamente e a outra, descontinuamente, é chamado de síntese semidescontínua. Costuma-se dizer também qua a síntese do DNA na forquilha de replicação é assimétrica, pois em uma das cadeias (cadeia leading) ela ocorre continuamente, enquanto que na outra (cadeia lagging) ela ocorre de modo descontínuo, em fragmentos. Esses fragmentos são denominados fragmentos de Okazaki.


E o que são os fagmentos de Okazaki?

A hipótese da síntese descontínua da cadeia lagging foi corroborada por um experimento realizado pelo pesquisador Reiji Okazaki, no final da década de 1960. Okazaki forneceu, a bacterias em divisão, timina tritiada, isto é, um desoxirribonucleotídeo com a base timina (=timidina) marcado com átomos de trítio (um isótopo radioativo do hidrogénio).
Esse precursor do ADN, altamente radioactivo, foi deixado em contacto com as bactérias por apenas alguns segundos, de modo que somente o DNA recém-sintetizado, ou seja, aquele imediatamente após a forquilha de replicação, se tornasse radioactivo. O ADN foi então isolado e analisado, mostrando que parte da radioatividade estava contida em fragmentos de cadeias polinucleotídicas, com cerca de mil a dois mil nucleotídeos.
Quanto maior fosse o tempo de contacto das bactérias com o precursor radioactivo maior era quantidade de radioactividade em cadeias de DNA de grande tamanho. A conclusão foi que os nucleotídeos eram primeiramente polimerizados em fragmentos de mil a dois mil nucleotídeos, os quais eram, em seguida, reunidos para formar cadeias longas.
Esses pequenos pedaços de DNA que aparecem transitoriamente durante a síntese da cadeia lagging foram denominados fragmentos de Okazaki.


Replicação do ADN

Mesmo antes de se colocar a questão da estrutura do ADN, que hoje se sabe que é em dupla hélice, já se punha a questão da replicação do material genético.

Mas afinal... O que é a replicação do material genético?

A replicação do material genético está relacionada com a capacidade que a célula possui de reproduzir a informação contida no ADN, formando outra molécula com informação genética igual à primeira.

Watson e Crick, dois “curiosos” na matéria propuseram não só o modelo da dupla hélice, mas também um modelo para a replicação do ADN. Os cientistas propuseram que um dos filamentos de cada molécula filha de ADN é recém sintetizado, enquanto o outro é passado inalterado vindo da molécula original de ADN. A esta distribuição de átomos parentais é chamada de replicação semiconservativa.
O nome de replicação semiconservativa baseia-se no facto de nas novas moléculas permanecer uma cadeia original.


Os cientistas na época com 23 e 35 anos, não descobriram o ADN em si, mas "apenas" sua estrutura. A simplicidade do ADN, ou ácido desoxirribonucleico torna-se assim a sua maior maravilha.
A chave do sucesso da dupla britânica foi determinar que as bases A só podem se unir com T; e C só pode se ligar com G. A partir daí, tudo se desenrolou. "Não escapou à nossa atenção que o pareamento específico que postulamos sugere imediatamente um possível mecanismo de cópia para o material genético", concluem Watson e Crick, ao final de seu artigo.
Como que num passo de magia, o mecanismo de duplicação genética - e, portanto, da hereditariedade - tornou-se óbvio:
* Cada cadeia serve de molde à formação de uma cadeia complementar a partir de nucleótidos livres no nucleoplasma da célula. As cadeias complementares desenvolvem-se em direcção antiparalela à que lhes serve de molde, no sentido 5’-->3’. No final do processo de replicação formam-se duas moléculas de ADN, idênticas entre si e à molécula original.

Mas, apesar das as conclusões de Watson e Crick, passados três anos o investigador Artur Kornberg demonstrou a possibilidade de replicar o ADN em laboratório.
Antes de se começar a replicar, o ADN separa-se das histonas, dando-se de seguida o desenrolamento da dupla hélice e o afastamento das suas cadeias polinucleotídicas. Tal ocorre por acção da ADN helicase que quebra as pontes de hidrogénio que ligam as bases complementares formando-se unidades de replicação designadas replicões.
Em seguida entra em acção outra enzima, uma ARN polimerase – a primase –, que sintetiza fragmentos de ARN iniciador (primers). Só então as cadeias polinucleotídicas de ADN originais são complementadas através da actividade das ADN polimerases.
Uma das cadeias é complementada através de fragmentos de ADN, designados por fragmentos de Okazaki, e a outra por adição sucessiva de nucleótidos. Os vários fragmentos de Okazaki são unidos por intermédio da ADN ligase. Assim, depois da incorporação dos nucleótidos, por complementaridade de bases, obtêm-se 2 novas cadeias.




Será que sempre e só se defendeu esta hipótese de replicação do ADN?



Não, esta não foi a única hipótese proposta. Outros investigadores da época defendiam que o ADN tinha dimensões demasiado elevadas para um desenrolamento eficaz da hélice. Assim surgiram outras 2 hipóteses que tendo por base a complementaridade das bases de ADN, procuraram a explicação do mecanismo de replicação. Daí surgiram 2 hipóteses:

Hipótese conservativa
Admitia que a molécula de ADN progenitora se mantinha íntegra, servindo de molde para a formação da molécula-filha, a qual seria formada por duas novas cadeias de nucleótidos.

Hipótese dispersiva
Admitia que cada molécula-filha seria formada por porções da molécula inicial e por regiões sintetizadas de novo, a partir dos nucleótidos existentes na célula.
Apesar de fácil de compreender, este mecanismo está longe de ser simples do ponto de vista bioquímico, envolvendo numerosas enzimas e mecanismos de segurança, embora bastante rápido.







Assim se conclui que:

*A molécula de ADN possui capacidade de se replicar, criando cópias de si mesma. Deste modo a informação pode ser transmitida de geração em geração.
*Ao longo do tempo surgiram várias hipóteses acerca do modo de replicação do ADN, mas actualmente a mais aceite é a hipótese da replicação semiconservativa.
*Ficou-se também a saber que este mecanismo de replicação é comum a todos os organismos, sejam eles eucariontes ou procariontes. No entanto, nos procariontes, a replicação inicia-se num único ponto da cadeia polinucleotídica e prossegue até terminar. Isto é possível pois nestes organismos apenas existe uma molécula de ADN e porque o seu comprimento é muito menor que o do DNA eucarionte.

Sites auxiliares:

*http://www.courses.fas.harvard.edu/~biotext/animations/replication1.swf (Animação - replicação do ADN em Inglês)
*http://207.207.4.198/pub/flash/24/menu.swf (Animação2 - Replicação do ADN em Inglês)
*http://www.johnkyrk.com/DNAreplication.html (Animação3 - Replicação do ADN em Inglês)
*http://www.wiley.com/college/pratt/0471393878/student/animations/dna_replication/index.html (Animação sobre a replicação do ADN, em inglês e com perguntas interactivas)



Videos da Transcrição e da Replicação do ADN:













(Em Português-Brasil)

E para descomprimir:

domingo, 28 de setembro de 2008

A estrutura do ADN e o modelo da dupla hélice

O emparelhamento de bases resulta na formação de uma dupla hélice na qual está organizado o DNA, sendo a dupla hélice constituída por duas cadeias que são diferentes mas complementares, uma vez que uma base tende a ligar-se apenas ao seu par específico, à sua base complementar na cadeia oposta da dupla hélice.

Imagem - Modelo da dupla hélice de DNA


Nesta dupla hélice:

- as duas cadeias complementares organizam-se em torno de um eixo comum e correm em direcções opostas –> cadeias antiparalelas;

- a desoxirribose e o grupo fosfato dos nucleotídeos encontram-se do lado de fora da hélice, estando por isso as bases azotadas no seu cerne;

- as bases são aproximadamente perpendiculares ao eixo;

- o diâmetro da hélice é de 20 A.


Mas afinal...


* Que características permitiam ao ADN ser o banco de memória da informação hereditária ?


O grande desenvolvimento das técnicas biofísicas e bioquímicas que havia ocorrido no período pós-Segunda Guerra Mundial, permitiu que, em menos de 10 anos, a estrutura físico-química do DNA fosse elucidada.

A descoberta de Chargaff

No período de 1949 a 1953, estudos realizados no laboratório de Erwin Chargaff1 (1905-2002), deram uma contribuição importante para a elucidação da estrutura do ADN.
Chargaff e colaboradores procuraram quantificar cada um dos tipos de bases azotadas do ADN (adenina, timina, citosina e guanina) de várias espécies.
Para isso, utilizaram métodos de cromatografia. Podemos ver na tabela que se segue alguns dos resultados obtidos:


Os resultados que Chargaff e sua equipa conseguiram, levaram a importantes conclusões sobre a composição das bases azotadas do ADN. Verificou-se que:

1 - Essa composição variava de espécie para espécie, mas que era constante dentro da mesma espécie.
2 - Em qualquer DNA, de qualquer espécie, a percentagem da base timina era sempre igual a da base adenina, e a percentagem da base citosina era igual a da base guanina.
Ou seja, enquanto a proporção entre as bases varia entre as espécies, o total de base púricas (A + G) é igual ao total de bases pirimídicas (T + C):


A + G/ T + C = 1



Análises por difração de raios X

Enquanto alguns grupos se dedicavam à análise química do DNA, outros estudavam a estrutura da molécula por meio da difração de raios-X, uma metodologia que tinha vindo a ser usada e que dava formidáveis conclusões sobre a estrutura das proteínas.
Os resultados mais importantes de difração de raios-x sobre a molécula de DNA foram obtidos por Maurice Wilkins e Rosalind Franklin. Os resultados obtidos indicavam que o DNA tinha uma estrutura helicoidal.

Mas, de que maneira as fotografias obtidas por difração de raios-x indicavam essa estrutura helicoidal do DNA?
A seguir podemos ver uma imagem obtida pela difração de raios-x.

A configuração em cruz, indica que o ADN é uma hélice e as porções escuras no topo e em baixo mostram que algumas características são repetidas várias vezes. Com isto se provou que a cadeia de ADN tem espessura de 2nm logo que é formada por 2 cadeias polinucleotídicas.

A organização da dupla hélice


Com base em numerosas experiências realizadas por diversos investigadores, em 1953 James Watson e Francis Crick, da Universidade de Cambridge, apresentaram uma proposta de estrutura para o DNA. Os dados em que se basearam foram:
· Contância no conteúdo de bases no ADN de cada espécie;
· A composição média em bases do ADN difere de espécie para espécie;
· A razão entre a adenina e a timina e entre a citosina e a guanina, nas várias células, é sempre aproximadamente igual a 1;
· A soma das purinas é sempre igual à soma das pirimidinas (deduzido a partir do anterior);
· Fotografias tridimensionais revelaram uma grande regularidade no arranjo atómico das moléculas de ADN;
· Fotografias de raio X revelam uma estrutura helicoidal.

Esta hipótese, posteriormente comprovada, valeu-lhes o prémio Nobel em 1962. Segundo este modelo, cada cadeia de ADN é formada por duas cadeias polinucleotídicas enroladas helicoidalmente em volta do mesmo eixo.

Desta estrutura do ADN salienta-se:
· Os lados da molécula são formados por grupos fosfato alternados com desoxirribose, enquanto os "degraus da escada", ao centro, são pares de bases azotadas ligadas entre si por pontes de hidrogénio;


· As bases azotadas emparelhadas nos degraus são complementares, ou seja, a adenina liga-se à timina por duas pontes H (A=T) e citosina liga-se à guanina por três pontes H (C=G);


· As duas cadeias polinucleotídicas desenvolvem-se em sentidos opostos – cadeias antiparalelas -, cada uma iniciando-se uma extremidade 5’ e terminando numa extremidade 3’;

· Apesar de apenas existirem apenas 4 tipos diferentes de nucleótidos no DNA, dado que cada um deles pode estar presente em quantidades variáveis e elevadas, a sequência de bases de cada cadeia polinucleotídica terá biliões de possibilidades, permitindo que cada indivíduo tenha um DNA único.

O DNA está sempre localizado no núcleo da célula, com excepção do DNA original das mitocôndrias e dos cloroplastos. A quantidade de DNA de um indivíduo é igual em cada uma das suas células, onde se mantém constante (com excepção do período mitótico).
Pode-se agora compreender que, sendo o DNA o suporte da informação genética, os genes não são mais que segmentos de cadeias polinucleotídicas que codificam determinada característica. Cada gene pode ser composto por milhares de pares de nucleótidos. Nos quase dois metros de DNA presente no núcleo de cada célula humana, existem milhares de genes.


O genoma corresponde ao conjunto dos genes e da informação genética de um dado indivíduo. Presente em todas (quase todas é mais correcto) as células de um organismo, o genoma é constituido por DNA. Numa célula eucariótica o DNA encontra-se no núcleo, "empacotado" com proteínas (principalmente histonas) em estruturas que se designam por cromossomas.
Em células procarióticas a organização é mais simples já que não existe núcleo nem "empacotamento" do DNA.
Sites de Auxilio:
-->http://disciplinas.ist.utl.pt/qgeral/biomedica/dna.html (O ADN e perguntas de reconhecimento da aprendizagem da matéria);
--> http://www.ajc.pt/cienciaj/n23/avulso9.php (o genoma humamo, proteinas e ADN);
--> http://saude.hsw.uol.com.br/dna1.htm (a estrutura do ADN);
--> http://members.tripod.com/never_clone_alone/at1/at1_1.htm (A engenharia genética e o ADN);
-->http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/dna/builddna/ (Construcção de uma cadeia de ADN)

quarta-feira, 24 de setembro de 2008

Experiências de Griffith, Avery e Hershey e Chase

As experiências de Griffith, Avery e Hershey e Chase permitiram identificar o portador da informação genética, que como hoje sabemos é o ADN.
Embora anteriormente já tenha referido estas experiência, neste post pretendo dar mais relevo a estes conhecimentos.

Experiência de Griffith (1928)
Esta experiência consistiu em trabalhos realizados com pneumococos, a bactéria que causa a pneumonia. Existem 2 tipos de bactérias.

Tipo S (patogénica) -> Com cápsula, lisa, resistente à fagocitose.
Tipo R (não patogénica) -> Sem cápsula, rugosa, destruídas pela fagocitose.
Foram realizadas 4 experiências com estas bactérias:

Situação A – bactérias da forma S foram injectadas em ratos. Os ratos morrem de pneumonia;

Situação B – bactérias da forma R são injectadas em ratos. Os ratos sobrevivem saudáveis pois o seu sistema imunitário destrói as bactérias;

Situação C – bactérias da forma S mortas pelo calor são injectadas em ratos. Os ratos sobrevivem saudáveis pois não existe agente infeccioso;

Situação D – uma mistura de bactérias da forma S mortas pelo calor e bactérias da forma R vivas é injectada em ratos. Ao analisar o sangue dos ratos mortos nesta experiência, Griffith encontrou bactérias vivas do tipo S e R. A única explicação possível para esta situação seria que algo das bactérias S mortas tinha passado para as bactérias R vivas, transformando-as para que conseguissem formar cápsula, tornando-se patogénicas.

Com esta experiência conclui-se que existia alguma substância que fazia com que as bactérias tipo R conseguissem adquirir cápsula. Nesta altura Griffith não soube qual era essa substância.

Experiência de Avery (1944)
Em 1944, Avery cultivou bactérias tipo S, matou-as através de calor e em seguida triturou-as. Separou alguns dos seus constituintes químicos como os glícidos, proteínas, lípidos e ácidos nucleicos. Em seguida adicionou cada um destes constituintes, separadamente, a bactérias rugosas não patogénicas, injectando-as em ratos.
Esta experiência foi realizada a fim de descobrir qual a substância contida nas bactérias do tipo S, que afectavam as bactérias do tipo R, transformando-as em bactérias patogénicas.

Avery observou que apenas os ácidos nucleicos transformavam as bactérias R em bactérias do tipo S (patogénicas).
Estas observações permitiram concluir que o responsável pela transformação dos pneumococos foi o ADN. Isto foi comprovado pela adição de desoxiribonuclease (molécula que destrói o ADN) ao ADN, visto que na amostra tratada com estas enzimas não ocorreu a transformação das bactérias.
Em suma, é o ADN que é o "princípio" que transforma as bactérias do tipo R em S, com a criação de uma nova cápsula.
Experiência de Hershey e Chase (1952)

Estes cientistas realizaram experiências com bacteriófagos, um vírus que infecta bactérias. O vírus é uma estrutura muito simples, composto apenas por proteínas e ácido nucleico.
Os vírus são constituídos por 2 partes:
- A cabeça que contém no seu interior o ADN.
- A cauda que permite a fixação do vírus à bactéria.

A cápsula possui proteínas que possuem enxofre, enquanto que no interior do vírus se encontra o ADN que possui fósforo.
O bacteriófago agarra-se à bactéria através da sua cauda e injecta para o citoplasma o ácido nucleico que se localiza na sua cabeça. Esse ácido nucleico vai comandar, a partir do citoplasma bacteriano, a produção de mais vírus. As proteínas do vírus não entram na célula.
Foram realizadas 2 experiências:


Situação A - Fagos foram cultivados em meio contendo enxofre radioactivo (logo as proteínas ficaram radioactivas) e foram infectar bactérias não radioactivas. Observou-se que a radioactividade permanecia no exterior das células;

Situação B - Fagos foram cultivados em meio com fósforo radioactivo (logo os ácidos nucleicos ficaram radioactivos) e foram infectar bactérias não radioactivas. Observou-se que a radioactividade estava no interior das células. O ADN do vírus multiplica-se no interior das bactérias e passam a ser produzidas proteínas virais.

Com estas experiências conclui-se que sendo só o ADN viral a penetrar nas bactérias e não as proteínas, é este que contém a informação necessária para a produção das proteínas das cápsulas dos novos vírus.

Estas experiências permitiram saber que é o ADN é o suporte universal da informação genética.

Sites com informações auxiliares:

-->http://www.pbs.org/wgbh/nova/genome/dna_flash.html (Animação sobre o ADN no corpo humano)
-->http://bacb.blogs.sapo.pt/arquivo/181517.html (Blog sobre Experiência de Griffth)
-->http://curlygirl.no.sapo.pt/hereditariedade.htm [A hereditariedade e a Natureza do material hereditário (Experiências de Griffth, Experiências de Avery e Experiências de Hershey e Chase)

sexta-feira, 19 de setembro de 2008

Início

Este e-portfolio tem como objectivo divulgar informações adicionais da matéria de biologia e geologia de 11ºAno. Quando o programa for dado, irão sendo adicionados elementos relacionados com as respectivas matérias. O blog contará com textos, vídeos e sites que considere importantes divulgar pelo seu contéudo.

Agora é ver o blog a crescer, crescer e crescer!!!





ADN e a síntese proteíca

"A compreensão da famosa estrutura em dupla hélice do ácido desoxirribonucleico (ADN) é, sem dúvida uma das descobertas fundamentais da Biologia tendo influenciado decisivamente muito do trabalho que veio a ser desenvolvido posteriormente.
O enorme interesse que desperta deve-se ao facto de ser nesta molécula que está contido o código genético que permite a existência da Vida na Terra.


A História do ADN

O ADN foi descoberto em 1869 por Johann Friedrich Miescher que chegou mesmo a reconhecer que poderia ser um dos agentes fundamentais associados à hereditariedade. No entanto, era composto apenas por quatro componentes básicos (os nucleótidos), número que parecia insuficiente para explicar a enorme diversidade da Vida existente no nosso planeta.
Apenas em 1944 uma equipa liderada por Oswald Avery conseguiu provar o papel fundamental que o ADN desempenhava na transmissão das características hereditárias dos seres vivos; iniciava-se então a corrida, nem sempre leal, para a descoberta da estrutura do ADN.
Coube a um conjunto de quatro cientistas trabalhando em Inglaterra (James Watson e Francis Crick no laboratório Cavendish de Cambridge e Maurice Wilkins e Rosalind Franklin no King's College de Londres) o mérito da descoberta que foi publicada a 25 de Abril de 1953 na revista NATURE sob a forma de um conjunto de trabalhos; os três primeiros viriam a ganhar o Nobel da Fisiologia e da Medicina em 1962.

A forma do ADN e a diversidade de seres vivos

Apesar da enorme diversidade dos seres vivos todos eles possuem uma unidade que se reflecte num conjunto de aspectos estruturais e funcionais comuns. Em especial, todos são constituídos por células e, exceptuando alguns vírus, o ADN que se encontra essencialmente confinado aos cromossomas, é o responsável pela transmissão das características dos indivíduos.
O ADN é uma molécula alongada formada por milhares de milhões de átomos ligados entre si que se dispõem formando sempre duas hélices enroladas em torno de um eixo comum. Cada hélice é constituída por uma cadeia de moléculas mais pequenas (os nucleótidos) que diferem entre si pela natureza das bases que contêm, existindo apenas quatro tipos diferentes: adenina, timina, guanina e citosina. A adenina e a guanina são consideradas bases de anel duplo ou Puricas e a timina e a citosina são bases de anel simples ou pirimidicas.

Na formação nucleótido intervêm reacções de condensação, estabelecendo-se ligações entre o grupo fosfato e o carbono 5' da pentose e o carbono 1' da pentose e a base azotada. Assim se formas as cadeias polinucleotídicas.
Na formação duma cadeia os nucleótidos ligam-se sequencialmente. Assim, cada novo nucleótido liga-se pelo grupo fosfato ao carbono 3' da pentose do último nucleótido da cadeia, repetindo-se o processo na direcção 5'->3'.
As cadeias polinucleotídicas são cadeias antiparalelas, pois as cadeias tem sentidos opostos, ou seja se uma cadeia começa em 5' a outra começa em 3' e se termina em 3' a outra termina em 5'. Apesar disso ambas fazem as ligações no sentido 5'->3'.


A forma como os diferentes nucleótidos se sucedem ao longo das cadeias e o comprimento destas é típica de cada espécie. Cada célula tem cerca de 2 metros de ADN compactados. A coerência entre as duas hélices de cada molécula de ADN é assegurada por ligações fracas (denominadas por ponte de hidrogénio) entre as bases de cada hélice que se unem sempre de uma forma específica: a adenina liga-se à timina e a guanina à citosina. Com o auxilío de uma tabela com a composição quantitativa aproximada das bases azotadas, conclui-se que A+G/T+C tem valores muito próximos da unidade.

Desta forma, em cada molécula as duas hélices não são iguais mas sim complementares sendo o seu conjunto que contém a mensagem genética.

No entanto, as ligações entre as hélices pode ser quebrada e cada uma das cadeias consegue regenerar a outra metade da molécula de ADN. É esta capacidade de duplicação da molécula original, produzindo cópias exactas que permite o processo de reprodução.
Esta notável homogeneidade na constituição e forma de actuar do ADN de todos os seres vivos é sem dúvida um dos aspectos fundamentais da Vida na Terra, reflectindo sem dúvida uma génese comum a partir de um ancestral primitivo.Mas, o processo de replicação do ADN nunca é perfeito e são as imperfeições que ocorrem que acabam por estar na origem de todo o processo de evolução da Vida na Terra ao longo de, pelo menos, 3800 milhões de anos."


Este excerto retirado do site: http://www.poloestremoz.uevora.pt/cienciaCidade/cienciaRua/2008/descobertas2008/estruturaAdn/estruturaADN.html mostra que a descoberta do ADN é recente e que na altura da sua descoberta, os cientistas nao se aperceberam da sua verdadeira importância.
Este excerto foi complementado por frases da minha autoria, de forma a completar o excerto.

Este vídeo mostra que o ADN é bastante complexo ao contrário de que o cientista Friedrich Miescher pensou na altura.



Os seguintes sites ajudam a perceber melhor a matéria e auxiliam tambem na sua apreensão.
http://www.prof2000.pt/users/Jdiogo/DNA-SINTESE-PROTEICA.htm (Exercícios sobre ADN e Síntese Proteica)
http://br.syvum.com/cgi/online/mult.cgi/materia/biologia/dna/BioOne.tdf?0 (Testar os conhecimentos sobre ADN)
http://www.johnkyrk.com/DNAanatomy.html (A anatomia do ADN - ANIMAÇÃO)
http://www.johnkyrk.com/DNAreplication.html (A replicação do ADN - ANIMAÇÃO)