Replicação do ADN / Experiência de Meselson e Stahl

              Como o ADN é o suporte da informação genética, necessita de se auto-reproduzir ou replicar, fazendo cópias dessa informação de modo a transmiti-la de geração a geração. Como tal, depois da proposta de estrutura do ADN de Watson e Crick em 1953, foi posta em questão a replicação do material genético. Este investigadores sugeriram uma possível forma de replicação. Esta consistia em:

- Cada uma das duas cadeias da molécula serviria como um molde para a formação de uma nova cadeia complementar, dessa forma, uma molécula de DNA, ao replicar-se, passava a produzir duas moléculas filhas, idênticas à molécula original, cada uma delas sendo formada por uma cadeia velha e outra nova - Teoria semiconservativa.

               Após a publicação do trabalho de Watson e Crick, houveram outros cientistas que diziam que a molécula de ADN apresentava dimensões demasiado elevadas para que o desenrolamento da hélice ocorrece de forma eficaz. Como tal, surgiram mais duas teorias: 

- Teoria conservativa: a molécula de ADN progenitora mantinha-se intacta, servindo apenas de molde à formação de moléculas-filhas, a qual seria formada apenas com nucleótidos novos.

- Teoria dispersiva: cada molécula-filha seria formada por pequenos fragmentos da molécula original misturados com outros tantos da molécula nova.



 Em 1958, a experiência de Meselson e Stahl, terminou com as dúvida levantadas, apioando a teoria semiconservativa.

Experiência de Meselson e Stahl:

Nesta experiência pode-se considerar duas etapas:

Na primeira etapa cultivaram-se bactérias (Escherichia coli) em meios de cultura diferentes: um contendo um isótopo pesado de azoto (¹⁵N) e outro de azoto normal (¹⁴N). Em seguida, extraíram o ADN das bactérias presentes em cada um dos meios de cultura e procederam à sua centrifugação. Por fim, verificaram que as cadeias de ADN da bactéria cultivadas no meio contendo azoto pesado eram mais densas do que as cadeias de ADN das bactérias qu cresceram no meio com azoto normal.

Na segunda etapa procederam como ilustra a figura:

 

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Estrutura e composição do ADN

É possível encontrar o ADN em dois tipos de células: eucarióticas e procarióticas.

Nas eucarióticas, o ADN encontra-se no interior do núcleo, mas também pode ser encontrado nas mitocôndrias e nos cloroplastos.

Como as células procarióticas não tem núcleo, o ADN encontra-se no citoplasma (nucleóide).

A molécula do ADN tem na sua constituição nucleótidos que por sua vez são compostos por um grupo fosfato, uma pentose e uma base azotada. Cada nucleótido toma o nome da sua base azotada que são a adenina, a guanina, a timina e a citosina.

As cadeias do ADN ligam-se através das pontes de hidrogénio entre as bases azotadas complementares (A-T e C-G). Como a relação entre estas é aproximadamente igual a 1 (A+G/T+C =1) pode-se afirmar que a adenina liga-se com a timina e que a guanina liga-se com a citosina.

Num nucleótido o grupo fosfato liga-se ao carbono 5’ da pentose correspondente e a base azotada ao carbono 1’ da mesma. Entre dois nucleótidos o grupo fosfato de um nucleótido liga-se ao carbono 3’ da pentose do nucleótido anterior.

O ADN apresenta universalidade pois todos os seres vivos apresentam ADN nas suas células, mas também apresenta variabilidade porque a sequência de nucleótidos difere de ser vivo para ser vivo.

No ADN existem pequenos segmentos chamados genes que codificam determinadas características como a cor do cabelo ou a cor dos olhos. Ao conjunto destes chama-se genoma.

Experiências de Watson com Crick e Rosalind Franklin com Maurice Wilkins

Rosalind e Maurice estudaram a estrutura do ADN através da difracção dos raios

X em ADN cristalizado.

Com o microscópio electrónico ao analisarem os dados verificaram que, a molécula de ADN continha 2 nanómetros que estava contra os príncipios, pois uma molécula de ADN deveria ter 1 nanómetro, chegando-se assim á conclusão que o ADN tem duas cadeias.

Watson e Crick apresentaram o modelo de dupla hélice. Essa teoria dizia que o ADN era formado por duas cadeias antiparalelas constituída por nucleótidos cujas as bases azotadas se ligam a sua complementar (T-A,C-G) através de pontes de hidrogénio. O modelo da dupla-hélice, explicava a capacidade de duplicação, a capacidade de conter informações para a produção de proteínas, e a capacidade de sofrer mutação.

http://www.youtube.com/watch?v=Qc4u6mRJDfs&feature=related

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Experiência de Hammerling (Acetebularia)

Hammerling utilizou nas suas experiências uma alga clorófita do género Acetabularia, unicelular mas de grandes dimensões (cerca de 2 cm), constituída por uma base, onde se encontra o núcleo e que apresenta rizóides, um caulículo e um “chapéu”, cuja forma varia com a espécie. Nesta experiência foram utilizadas duas espécies: Acetabularia mediterranea com “chapéu” de bordo liso e Acetabularia crenulada com “chapéu” de bordo rendilhado.

Situação A – foi separado o “chapéu” da base em exemplares de ambas as espécies e os dois pedaços colocados em meio nutritivo. Ambos os “chapéus” morreram e ambas as bases regeneraram “chapéus”. Concluiu-se que o núcleo é o responsável pela manutenção da vida, regeneração e crescimento da célula.

Situação B – Foi enxertado o caulículo de A. mediterranea sobre uma base de A. crenulada e colocada sobre meio nutritivo. Verificou-se que se regenerava um “chapéu” liso. Concluiu-se que o núcleo comanda qualquer citoplasma a regenerar a parte da célula que falta segundo as suas ordens.

Situação C – procedeu-se a um transplante cruzado de núcleos para as bases citoplasmáticas da alga. Verificou-se que se regeneravam “chapéus” iguais ao tipo de núcleo e não iguais ao tipo de citoplasma da base. Concluiu-se que o núcleo comanda a forma do corpo do indivíduo.

Experiência de Hershey e Chase

Em 1952, o trabalho de Alfred Hershey e Martha Chase veio contribuir com a identificação do ADN como material hereditário. A experiência foi um trabalho realizado com bactérias e o vírus bacteriófago, que infectam as bactérias. 
Hershey e Chase basearam-se nas seguintes propriedades químicas das proteínas e do ADN:
Proteínas: As proteínas da cápsula possuem enxofre e não têm fósforo
DNA: O ADN possui fósforo mas não tem enxofre
Os bacteriófagos foram marcados radioactivamente. Um dos lotes foi marcado pelo enxofre e o outro foi marcado com fósforo.
No 1º lote, formaram-se novos vírus e observou-se que a radioactividade se manteve fora das células. Conclui-se também que a cápsula do vírus, ficou fora da bactéria.
No 2º lote, foi detectado material radioactivo no interior da bactéria o que sugere que o ADN foi introduzido dentro da bactéria. Observaram-se novos vírus, dentro da célula
Podemos então concluir que é o ADN que possui a informação genética para a formação de novos vírus e as cápsulas são formadas a partir dos aminoácidos das bactérias.

A pesquisa de Oswald Avery

A pesquisa de Avery centrou-se na bactéria que provoca a pneumonia. A bactéria pneumococo tem duas formas: uma estirpe viral coberta por um invólucro, ou cápsula lisa, e outra não infecciosa que não possui cápsula e tem uma aparência rugosa. Experiências conduzidas pelo microbiólogo inglês Frederick Grifith haviam demonstrado que quando um extracto morto da estirpe lisa era misturado com a estirpe rugosa viva e injectada num rato, os tecidos do animal passavam a conter uma estirpe viva e lisa. A maioria dos cientistas teorizava que a mudança deveria ser provocada por uma proteína mas, após repetir a experiência muitas vezes, entre 1932 e 1944, Avery provou que era o Ácido Desoxirribonucleico (ADN) o responsável pela transferência de material genético entre células num processo chamado "transformação". A descoberta sugeria que o ADN seria o material genético básico da célula, facto que veio a ser confirmado por cientistas posteriores. O trabalho de Avery inspirou várias pesquisas sobre a estrutura do ADN, agora conhecida como código genético.

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