Biologia Molecular: DNA e RNA

DNA e RNA

• A informação genética contida nas células é a fonte da informação hereditária e do metabolismo celular.
• No núcleo, existe um complexo DNA polimerase (heliçase) que liga-se à dupla hélice, provocando a rotura das pontes de hidrogênio entre as bases azotadas.
• O DNA tem uma estrutura de dupla hélice com as bases ligadas entre si por complementaridade (adenina com timina e guanina com citosina).
• A replicação do DNA ocorre no núcleo das células eucarióticas e no citoplasma das células procarióticas.
• A replicação semiconservativa do DNA assegura a produção de células geneticamente idênticas e a passagem da informação genética ao longo das gerações.

Estrutura do DNA

• O DNA é formado por duas cadeias antiparalelas (5-3' e 3-5') em forma de hélice, com as bases ligadas entre si por complementaridade.
• As bases azotadas do DNA são adenina, guanina, citosina e timina.
• O pentose do DNA é desoxirribose (menos um oxigênio que o RNA).

RNA

• O RNA é formado por uma única cadeia polinucleotídica com uracilo, adenina, guanina e citosina.
• O RNA pode apresentar-se em três formas diferentes: tRNA (RNA de transferência), rRNA (RNA ribossômico) e mRNA (RNA mensageiro).
• O mRNA é produzido a partir de uma sequência de DNA por complementaridade.

Síntese de Proteínas

• A síntese de proteínas é feita a partir de duas fases: transcrição e tradução.
• A transcrição ocorre no núcleo e permite a transformação de uma porção de DNA específica numa molécula de mRNA por complementaridade.
• A tradução ocorre no citoplasma e tem três fases: iniciação, alongamento e finalização.

Código Genético

• O código genético é um conjunto de códons específicos que codificam para os 20 aminoácidos presentes nos seres vivos.
• O código genético é universal, redundant e ambíguo.
• A primeira base do códon é mais específica do que a terceira.

Mutação Genética

• A mutação genética pode ocorrer por substituição, deleção ou inserção de uma base no DNA.
• A mutação genética pode ser espontânea ou provocada por fatores mutagênicos (radiações e produtos químicos).

Ciclo Celular

• O ciclo celular compreende duas etapas fundamentais: interfase e divisão celular.

• A interfase é constituída por três fases: G1, S e G2.

• A divisão celular é constituída por prófase, metáfase, anáfase e telófase.

• A mitose resulta na formação de dois núcleos exatamente iguais (clones) da célula que os originou.### Mitose

• É a fase mais longa da mitose, onde os cromossomas condensam e se tornam visíveis ao microscópio ótico

• Cada cromossoma é constituído por dois cromatídeos unidos por um centrómero

• Os centríolos (nas células animais) e o citoesqueleto (nas células vegetais) organizam o fuso acromático, formado por fibrilas de microtúbulos proteicos

Telófase

• O invólucro nuclear e os nucléolos degradam-se
• O fuso acromático degrada-se e os cromossomas descondensam

Metáfase

• Os cromossomas atingem o máximo de condensação e ligam-se pelo centrómero às fibrilas do fuso acromático

Citocinese

• Normalmente começa na telófase e a forma como acontece depende do tipo de célula em questão
• Nas células animais, a membrana citoplasmática começa a deslocar-se para o interior do citoplasma, devido à ação de um anel contráctil de filamentos proteicos que puxa a membrana para o interior
• Nas células vegetais, ocorre a acumulação, na zona equatorial, de vesículas formadas no aparelho de Golgi, que, fundindo-se, originam a membrana citoplasmática das duas células

Crescimento e Regeneração de Tecidos

• A partir da mitose, originam-se células filhas geneticamente iguais às células mãe
• Este processo permite o crescimento celular, ou seja, aumenta o número de células exponencialmente
• Durante o processo de crescimento de um organismo, as células podem sofrer um processo de diferenciação celular que as torna morfologicamente diferentes e aptas para desempenhar certas funções

Reprodução Assexuada

• A partir da reprodução assexuada, originam-se clones do progenitor (único)
• É um processo rápido e produz elevado número de descendentes, o que permite uma rápida dispersão das populações
• Estratégias da reprodução assexuada:
  • Bipartição, cissiparidade ou divisão binária
  • Multiplicação vegetativa
  • Gemulação
  • Partenogénese
  • Fragmentação

Vantagens e Desvantagens da Reprodução Assexuada

• Vantagens:
  • Estratégia rápida e que origina grande quantidade de descendentes
  • Menor gasto de energia do descendente
  • Sendo o meio ambiente favorável à propagação da espécie, tanto progenitor como descendentes estarão bem-adaptados às condições ambientais
• Desvantagens:
  • Caso o ambiente tenha uma mudança repentina, as espécies adaptadas ao ambiente anterior poderão não estar bem-adaptadas às novas condições, podendo mesmo extinguir-se

Meiose

• É o processo de divisão celular que origina gametas haploides (n)
• Consiste em duas divisões celulares consecutivas, uma após a outra, sem uma fase de intermitose entre elas
• A meiose ocorre para a formação de gametas, ou seja, o óvulo e o espermatozoide (no caso dos mamíferos)

Diferenças entre Meiose e Mitose

• Meiose: Uma célula diploide origina quatro células haploides (n) todos geneticamente diferentes
• Mitose: Uma célula diploide origina duas células diploides (2n) geneticamente iguais (clones)

Ciclo de Vida

• Para que efetivamente ocorram ciclos de vida é necessário que haja dois acontecimentos: meiose e fecundação

• Existem três tipos de ciclos de vida:

  • Ciclo de vida haplonte: exemplo da espirogira (alga microscópica)
  • Ciclo de vida diploide: exemplo de todos os mamíferos
  • Ciclo de vida haplodiplonte: exemplo do polipódio### Evolução Biológica

• A evolução biológica é um processo que ocorre ao longo do tempo, resultando em mudanças nas espécies.

• Duas teorias explicam a origem das células eucarióticas: o modelo autogénico e o modelo endossimbiótico.

Modelo Autogénico

• Segundo este modelo, as células procarióticas se tornaram progressivamente mais complexas e aumentaram em tamanho.
• A membrana celular formou prolongamentos que deram origem a compartimentos separados, que mais tarde se tornaram organelos celulares.
• O invólucro nuclear foi um dos primeiros compartimentos a surgir dentro da célula.

Modelo Endossimbiótico

• Este modelo admite que as células procarióticas primitivas incorporaram ancestrais de mitocôndrias (seres procarióticos aeróbios) e cloroplastos (seres procarióticos autotróficos fotossintéticos).
• A relação de endossimbiose entre as células e os organelos permitiu que as células obtivessem energia e matéria orgânica, e que os organelos obtivessem proteção contra agentes externos.

Evidências que apoiam a hipótese endossimbiótica

• As mitocôndrias e cloroplastos possuem material genético próprio (DNA circular sem histonas), semelhante ao dos seres procarióticos.
• As mitocôndrias e cloroplastos se dividem por um processo igual ao das bactérias - fissão binária.

Evolucionismo

• A partir do século XIX, surgiram teorias que acreditavam na mudança das espécies ao longo do tempo.
• A teoria de Lamarck assentava em duas leis: a lei do uso e do desuso e a lei dos caracteres adquiridos.

Darwinismo

• Charles Darwin defendia que a seleção natural é o mecanismo essencial que orienta e dirige a evolução das características das espécies.
• A teoria de Darwin assenta em quatro pontos importantes: variabilidade intraespecífica, seleção natural, reprodução diferencial e acumulação de variações.

Neodarwinismo

• O Neodarwinismo é uma teoria que reformulou a teoria da evolução de Darwin, considerando a variabilidade intraespecífica como resultado de mutações e fenómenos de recombinação genética.

Citologia e Bioquímica

• A citologia e a bioquímica mostram que todas as células são constituídas por DNA (ácido nucleico universal) e que nele está contida toda a informação genética dos indivíduos.
• O estudo das proteínas de cada espécie permite perceber uma proximidade entre elas.

Embriologia

• O estudo do estádio inicial de alguns grupos de espécies permite verificar um padrão comum nessa fase, sugerindo a existência de um ancestral comum.

Paleontologia

• O estudo dos fósseis permite perceber a mudança que certas espécies estiveram sujeitas ao longo do tempo, afastando a ideia de imutabilidade.

Anatomia Comparada

• Estruturas homólogas: estruturas com origem embrionária semelhante, anatomia e fisiologia semelhante, mas função diferente, resultado de uma evolução divergente.

Biogeografia

• O estudo da distribuição geográfica das espécies permite perceber que o ambiente seleciona os mais aptos.

Taxonomia e Nomenclatura

• O sistema de classificação de Lineu é um sistema hierárquico, com a espécie como unidade básica.
• A nomenclatura binomial é usada para designar o nome da espécie.

Sistemas de Classificação

• Sistemas de classificação genéticos e filogenéticos: horizontal (não considera as relações evolutivas) e vertical (considera as relações evolutivas).
• O sistema de classificação de Whittaker Modificado divide as espécies em cinco reinos, de acordo com três critérios fundamentais: tipo de células, tipo de nutrição e interação nos ecossistemas.