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Tipos e Estrutura de DNA

A molécula de DNA é o repositório da informação genética hereditária. Nos humanos, o DNA está contido em 23 pares de cromossomos dentro do núcleo. A molécula fornece o modelo básico para a replicação da informação genética, transcrição de RNA e biossíntese de proteínas para promover a função e a sobrevivência celular.

Última atualização: 14 Jun, 2022

Responsibilidade editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Estrutura do DNA

O DNA material hereditário é um polímero de nucleotídeo de fita dupla:

  • Organização do DNA:
    • Nas células eucarióticas, o DNA pode ser encontrado no núcleo da célula e nas mitocôndrias :
      • O cromossomo é a unidade organizadora do DNA.
      • Em humanos: 46 cromossomos homólogos (23 pares)
      • Informações de codificação contidas em segmentos de cromossomos chamados genes
    • Nos procariontes, o DNA está no citoplasma como um plasmídeo ou cromossomo.
  • Estrutura do DNA:
    • 2 fitas antiparalelas (polaridade oposta) formando uma dupla hélice: 10,5 pares de bases por volta da hélice
    • Esqueleto de aç
    • ucar-osfato carregado negativamente
    • As cadeias complementares mantêm-se unidas por:
      • Pontes de hidrogénio
      • Forças de van der Waals
      • Interações hidrofóbicas entre os pares de bases
    • Extremidade livre de carbono 5’–3’em cada cadeia
    • Descrito por James Watson e Francis Crick (vencedores do Prémio Nobel da Fisiologia e Medicina em 1962)
    • O trabalho de Rosalind Franklin com cristalografia de raio-X foi essencial para a descoberta da estrutura do DNA.
  • Os nucleotídeos são os monômeros que compõem o DNA:
    • Nucleotídeos no DNA (desoxirribonucleotídeos):
      • Trifosfato de desoxiadenosina (dATP)
      • Trifosfato de desoxiguanosina (dGTP)
      • Trifosfato de desoxicitidina (dCTP)
      • Trifosfato de desoxitimidina (dTTP)
    • Os nucleotídeos estão ligados através de ligações fosfodiéster 3′-5′:
      • A energia para a síntese vem da liberação de 2 fosfatos (dATP → desoxiadenosina monofosfato (dAMP)).
      • A síntese ocorre na direção 5’–3”.
      • Purinas emparelham com pirimidinas:
        • Adenina (purina) ↔ timina (pirimidina)
        • Guanina (purina) ↔ citosina (pirimidina)

Organização e Embalagem de DNA no Núcleo Celular

  • No núcleo, o DNA é condensado em cromossomos por proteínas nucléicas.
  • Ordem de condensação do DNA: DNA de fita dupla (dsDNA) → nucleossomos → fita solenóide → alças de cromatina → cromossomos
    • O dsDNA carregado negativamente é enrolado em octâmeros de histonas carregados positivamente para formar nucleossomos.
    • As histonas sofrem modificações, que afetam o acesso ao DNA e, portanto, a transcrição (TX):
      • Acetilação (aumenta TX)
      • Metilação (aumenta ou diminui TX, epigenética → hereditária)
      • Fosforilação (aumenta ou diminui TX)
      • Ubiquitilação
      • ADP-ribosilação
  • Formas de cromatina:
    • Eucromatina (forma descondensada): transcricionalmente ativa
    • Heterocromatina (forma condensada): transcricionalmente inativa
Embalagem de dna e os dois estados da cromatina

Embalagem do DNA e os 2 estados da cromatina:
Eucromatina (ativa) onde o DNA está sendo replicado ou transcrito; e heterocromatina (silenciosa), onde o DNA não está sendo replicado ou transcrito.

Imagem: “The basic unit of chromatin organization is the nucleosome, which comprises 147 bp of DNA wrapped ar”” por Sha, K. e Boyer, LA Licença: CC BY 3.0

DNA Mitocondrial

  • O DNA mitocondrial (mtDNA) representa 1% do DNA celular.
  • Apenas herdado da mãe (herança não mendeliana)
  • Características do mtDNA humano:
    • Circular, de fita dupla, composta por fitas pesadas (H) e leves (L)
    • Contém 16.569 pares de bases
    • Codifica RNAs ribossômicos, tRNAs e subunidades de proteínas necessárias para a fosforilação oxidativa (produção de ATP)
    • Alta taxa de mutação (5 a 10 vezes maior que a do DNA nuclear)
  • A presença de mtDNA levou à teoria da endossimbiose:
    • Mitocôndria
    • Outrora microorganismos procariotas livres
    • Endocitados por células hospedeiras, tornando-se organelos
    • DNA circular
    • Replicação por fissão binária

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Relevância Clínica

  • Miopatias mitocondriais: causadas por doenças mitocondriais onde as fibras musculares “vermelhos irregulares” são observadas por biópsia. A miopatia assemelha-se ao acúmulo de glicogênio e lipídios neutros, que podem estar correlacionados com uma reatividade aumentada para succinato desidrogenase e uma reatividade diminuída para citocromo c oxidase. Ambas as mutações do DNA mitocondrial e nuclear estão subjacentes à miopatia mitocondrial.
  • Mutações genéticas: erros no DNA que às vezes causam função anormal da proteína. Existem vários tipos de categorias e subcategorias de mutações, incluindo mutações cromossômicas, pontuais, de deslocamento de quadro e de expansão. As mutações pontuais incluem mutações missense, nonsense, simples e silenciosas.

Referências

  1. Weil, PA (2Weil, P. A. (2018). Nucleic acid structure & function. In Rodwell, V. W., et al. (Eds.), Harper’s illustrated biochemistry, 31e (). New York, NY: McGraw-Hill Education. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1160190679
  2. Weil, P. A. (2018). DNA organization, replication, & repair. In Rodwell, V. W., et al. (Eds.), Harper’s illustrated biochemistry, 31e (). New York, NY: McGraw-Hill Education. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1160190821
  3. Yu-Wai-Man, P., & Chinnery, P. F. (1993). Leber hereditary optic neuropathy. In Adam, M. P., et al. (Eds.), GeneReviews® (). Seattle (WA): University of Washington, Seattle. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1174/

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