Crescimento, Renovação celular e Reprodução
Crescimento e renovação celular
DNA e Síntese de proteínas
As células são unidades estruturais e funcionais dos organismos. Utilizando o seu programa genético, produzem moléculas específicos que permitem o crescimento e renovação celular. As As células possuem processos de síntese que asseguram o seu crescimento. A descoberta da estrutura e funções da célula acabou por levar à confrontação com o DNA, molécula central da vida. Resolver o problema da química e estrutura do DNA, descobrir como ele se replica e coordena a actividade celular trouxe ao nosso conhecimento um novo elo entre todos os seres vivos. Através da mitose, as células têm a possibilidade de originar novas células idênticas à inicial. O crescimento dos organismos e a regeneração dos tecidos têm por base processos de mitose. A diferenciação torna as células especializadas nas funções que desempenham, de tal modo que a própria capacidade de divisão celular pode ficar comprometida.
Um pouco de História
Nos finais do século XIX, Miescher, ao estudar leucócitos, isolou uma substância de elevado peso molecular a que chamou nucleína.
Mais tarde foi designado de ácido desoxirrinucleico.
Esta macromolecula foi ignorada durante muito tempo, pois os cientistas da altura julgavam que as proteínas nucleares eram as portadoras da informação genética. O ADN era aparentemente muito simples para explicar as diferenças entre os organismos.
Foi apenas na década de 40 do século XX que o ADN foi reconhecido como a molécula responsável por conter ae passar a informação genética.
Localização do material genético
No caso das células procarióticas o material genético encontra-se espalhado no citoplasma da célula, denominando-se nucleóide. Nas células eucariótica existe uma compartimentação membranar, estando a quase totalidade do material genético confinado ao núcleo. O núcleo possui duas membranas, membrana nuclear interna e membrana nuclear externa, que constituem o involucro nuclear, com inúmeros poros nucleares que permitem a comunicação entre o interior e o exterior do núcleo e citoplasma. No interior, o núcleo contém o nucleoplasma, onde se encontram os cromossomas, massas de material facilmente corável, constituídos por filamentos de DNA e proteínas. No núcleo pode ainda existir um ou mais nucléolos, estruturas em cuja constituição entram ácidos nucleicos e proteínas. Um cromossoma (unidade morfológica e fisiológica da cromatina) é constituído por dois cromatídios unidos por um centrómero.
Imagem 1: Localização do DNA numa célula eucariótica.
Fonte: http://www.prof2000.pt/users/ccaf/exercicios/genetica/
genetica_conceitos.htm
O ADN ou DNA
A proposta de um modelo em dupla hélice para a estrutura de DNA foi feita por Watson e Crick em 1953.O DNA é constituído por duas cadeias polinucleotídicas ligadas através de pontes de hidrogénio entre uma base azotada de um nucleótido de uma cadeia e a base azotada do nucleótido da cadeia oposta. Uma adenina (A) liga-se a uma timina (T) e uma guanina (G) liga-se a uma citosina (C).A molécula de DNA é formada por diferentes tipos de nucleótidos. Cada nucleótido é constituído por três componentes: um grupo fosfato, uma pentose e uma base azotada.
Os nucleótidos têm designações de acordo com as bases azotadas que entram na sua constituição. Por reacções de condensação, os nucleótidos podem ligar-se sequencialmente e formar uma cadeia polinucleotídica. Cada novo nucleótido liga-se pelo grupo fosfato ao carbono 3’ da pentose do último nucleótico da cadeia, repetindo-se o processo na direcção 5’ para 3’ (pois as cadeias sao anti-paralelas, como representa a figura à
Imagem 2: Esquema de uma molécula de ADN, onde podemos observar a complementariedade entre a timina e a adenina (2 ligações de hidrogénio)e entre a guanina e a citosina (3 ligações de hidrogénio). Podendo observar tambem o anti-paralelismo da molécula (à extremidade 3’ livre de uma cadeia corresponde a extremidade 5’ da outra). Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_desoxirribonucleico
direita). Deste modo, ao último nucleótido que tem o carbono 3’ com o grupo OH livre, pode ligar-se um novo nucleótido pelo grupo fosfato. Os constituintes identificados em cada nucleótido são: um grupo fosfato, que confere à molécula as características ácidas, um açúcar com cinco átomos de carbono, a desoxirribose, uma base azotada, das quatro bases azotadas que podem encontrar-se, a timina e a citosina têm anel simples (pirimídicas) e a adenina e guanina têm anel duplo (púricas). A sequência de nucleótidos numa cadeia de DNA é muito importante, pois é nessa sequencia que está codificada a informação genética que define as características de cada individuo.
A estrutura do DNA é universal no mundo. Para podermos distinguir cada individuo temos de analisar os genes (segmentos de DNA com uma sequência nucleotìdica própria que contém determinada informação). O número e a sequência de nucleótidos diferem de gene para gene. É a sequência de nucleótidos que transporta a mensagem genética. Embora existam apenas quatro nucleótidos diferentes, cada um pode estar presente inúmeras vezes com diferentes sequências, sendo possível uma grande diversidade de moléculas de DNA. A totalidade de DNA contido numa célula constitui o genoma de um organismo e os benefícios do seu conhecimento são inquestionáveis.
Replicação do DNA
O DNA tem a necessidade de se auto-reproduzir, fazendo cópias da sua informação genética, de maneira a transmiti-la de geração em geração. Na replicação do DNA ocorre:
1. O desenrolamento do DNA.
2. O rompimento, por acção das enzimas DNA polimerases, das pontes de hidrogénio entre as bases complementares.
3. A incorporação de nucleótidos que se encontravam livres no meio, por complementaridade, com formação de duas novas cadeias.
Video 1: Através deste video conseguimos obter uma melhor perceção e visualização de como ocorre a replicação do DNA. Constatando que as novas cadeias que se formam são complementares das cadeias originais, sendo cada uma antiparalela em relação à que lhe serve de molde.
Experiência de Meselson e Stahl
Na segunda metade do séc.XX surgiram três modelos que tentaram explicar o mecanismo da replicação: modelo conservativo, semiconservativo e dispersivo.
O modelo conservativo admitia que a molécula de DNA original apenas servia de molde para a formação de moléculas novas, que seriam formadas por duas novas cadeias de nucleótidos.
O modelo semiconservativo admitia que cada molécula nova de DNA seria formada por uma cadeia da molécula original e uma nova.
O modelo dispersivo admitia que cada molécula-filha seria formada por porções da molécula original e por regiões sintetizadas de novo, a partir de nucleótidos presentes na célula.
Meselson e Stahl levaram a cabo experiências que vieram apoiar o modelo semiconservativo.
Na primeira experiência cultivaram bactérias (Escherichia coli) em meios de cultura diferentes: um contendo um isótopo pesado de azoto (15N) e outro contendo azoto normal (14N). Verificaram que as bactérias cultivadas em 15N incorporam esse azoto nos seus nucleótidos formando um DNA com maior densidade, que se deposita mais próximo do fundo do tubo.
Na segunda experiência cultivaram novamente bactérias Escherichia coli num meio de cultura com 15N. Após várias gerações de bactérias se terem desenvolvido no meio com azoto pesado, foram transferidas para um meio de cultura com azoto normal (14N). Verificou-se que as bactérias com azoto pesado utilizaram o azoto normal para produzirem novas cadeias de DNA. Assim, na primeira geração, cada molécula de DNA apresentou uma cadeia de nucleótidos com 15N (que provinha da geração parental) e outra com 14N (formada com nucleótidos que incorporaram o azoto presente no meio). Desta forma as moléculas de DNA apresentaram uma densidade intermédia entre DNA com 15N e DNA com 14N. Numa segunda geração verificou-se que há 50% de moléculas de DNA de densidade normal e 50% de densidade maior. Numa terceira geração verificou-se que existia 75% moléculas de DNA com densidade normal, e apenas 15% de densidade maior.
Apenas a hipótese semiconservativa do DNA prevê e justifica estes resultados. É designada de replicação semiconservativa porque no final deste processo obtém-se duas moléculas de DNA exactamente iguais, com os nucleótidos dispostos na mesma sequência em que estavam dispostos na molécula original, e cada uma das moléculas fica com uma das cadeias da molécula original que lhes serviu de mole.
Conclusão
Imagem 3: Exemplificação da experiência de Meselson e Stahl.
Fontes bibliográficas :
Tema: Localização do material genético, acedido no dia 1 de Outubro de 2015, pelas 16 horas em https://pt.wikibooks.org/wiki/Introdu%C3%A7%C3%A3o_%C3%A0_Biologia/Gen%C3%A9tica/Organiza%C3%A7%C3%A3o_estrutural_do_material_gen%C3%A9tico
Tema: DNA, acedido no dia 1 de Outubro de 2015, pelas 15:22 horas, em http://es.wikipedia.org/wiki/DNA
Tema: Replicação do DNA, acedido no dia 31 de Novembro de 2015, pelas 13:52 horas, em http://www.qieducacao.com/2011/04/replicacao-transcricao-e-traducao.html
Tema: Experiência de Meselson e Stahl, acedido no dia 31 de Outubro de 2015, pelas 17:40 horas, em http://www.biomol.org/historia/replisemicon.shtml
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RNA - Ácido Ribonucleico
O RNA tem uma constituição semelhante ao do DNA ( diferenças expecificadas na tabela em baixo), diferenciando na pentose que é a ribose e uma base azotada que só existe no RNA, o uracilo, substituindo a timina. De resto é constituído pelo grupo fosfato e outras 3 bases. O ácido ribonucleico apresenta moléculas de dimensões muito inferiores às dimensões das moléculas de DNA.
Imagem 4: Principais diferenças entre DNA e RNA