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1. Histórico da Biologia Molecular Curso de Biomedicina UFPI - CMRV
2. Biologia Molecular É o estudo da biologia em nível molecular Sobrepõe-se a outras áreas da Biologia, particularmente a Genética e a Bioquímica A Biologia Molecular preocupa-se com a compreensão das interações entre os vários sistemas da célula, incluindo as inter-relações entre as sínteses de DNA, RNA e proteínas e de como estas interações são reguladas
3. O dogma central da Biologia Molecular DNA RNA PROTEÍNA transcrição tradução duplicação núcleo citoplasma Como a informação genética é expressa nas células?
4. Robert Hooke (Inglês) 1665 - primeiras observações de células ao microscópio Tudo começou… Robert Brown (botânico e fisico escocês) 1831 - Descobrimento do núcleo das células (1635 – 1703) (1773 – 1858)
5. EXPERIMENTS IN PLANT HYBRIDIZATION (1865) meetings of the Brünn Natural History Society (1822-1884) Ele propôs que a existência de características tais como as cores das flores é devido a ocorrência de um par de unidades elementares de hereditariedade (fatores) Ele viveu o resto da vida em relativa obscuridade, morrendo em 6 de janeiro de 1884 Em 1900, pesquisas independentes realizadas por outros pesquisadores confirmaram os resultados de Mendel (Hugo de Vries, Carl Correns e Eric von Tschermak-Seysenegg) Os experimentos com as ervilhas iniciaram-se em 1856 nos jardins do monastério onde ele vivia. Abade Gregor Mendel
6. (1844 - 1895) Descobriu um composto de natureza ácida que era desconhecido até o momento Esse composto era rico em fósforo e nitrogênio, era desprovido de enxofre e resistente à ação da pepsina (enzima proteolítica) Esse composto, que aparentemente era constituído de moléculas grandes: nucleína Essa substância foi isolada: da gema do ovo de galinha e de espermatozóides de salmão Posteriormente: DNA (1944 – Avery, McLeod e McCarty) A descoberta do DNA em 1869.... Bioquímico alemão Johann Friedrich Miescher Queria determinar os componentes químicos do núcleo celular e usava os glóbulos brancos contidos no pus para suas pesquisas
7. Em 1882 Walter Flemming descobre os cromossomos... 1º a observar os cromossomos estudando células de larvas de salamandra Illustrações de células com cromossomos em mitose, publicado no livro Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung, 1882 Em 1902, Walter Sutton (biologista americano), defende que os fatores hereditários de Mendel estão localizados nos cromossomos
8. Wilhelm Ludvig Johannsen 1909 Introduz os termos: •Gene (do grego: “dar origem a”) – unidade mendeliana •Fenótipo (características de um indivíduo) •Genótipo (conj. dos genes de um indivíduo) (1857 - 1927) Botânico dinamarquês denominou os “fatores” de genes alelo : forma diferente do gene (do grego, “de outro tipo”)
9. Thomas Hunt Morgan (1866 –1945) Geneticista e embriologista americano Redescobriu a herança mendeliana em 1915 mutações em Drosophila melanogaster Mostrou que os genes estavam nos cromossomos (teoria de Walter Sutton,1902) e que estes eram a base mecânica da hereditariedade Prêmio Nobel em Fisiologia e Medicina em 1933
10. Hermann Joseph Muller Geneticista americano (1890 – 1967) Em 1927 mostra que a incidência de raios-X nos cromossomos (em Drosophila) pode induzir mutações genéticas • Estudou o mecanismo do efeito da mutação e as mudanças estruturais dos cromossomos • O papel de cada mudança • A ocorrência natural e seu envolvimento com a evolução • As propriedades dos genes e as partes dos cromossomos (eu e heterocromatina)
11. William Thomas Astbury (1898 -1961) Físico e biologista molecular britânico Fez experimentos pioneiros com difração de raios-X em moléculas biológicas: queratina, colágeno, miosina, epidermina e fibrina Seu trabalho com a queratina formou as bases para a descoberta da α-hélice por Linus Pauling Em 1938 estudou a estrutura do DNA e fez as primeiras elucidações de sua estrutura Predominava a idéia de que a informação genética está contida nas proteínas
12. Erwin Schrodinger (1944) _ “What is life ?” físico austríaco Sugere que as informações genéticas estão armazenadas em uma estrutura molecular estável (um cristal aperiódico), no qual a informação poderia ficar armazenada como em um trecho escrito em código “O gene poderia ser um tipo de cristal aperiódico exercendo um papel num roteiro hereditário codificado” 1941 – Beadle e Tatum: formulada a hipótese um gene-uma enzima (fungo Neurospora) “...todos os processos bioquímicos em todos os organismos estão sob controle genético...”
13. Assim, em 1941 o cenário estava preparado para o começo do período molecular da genética... Os conceitos da bioquímica e da genética haviam sido firmemente unificados, e o mundo científico estava pronto para entrar na compreensão da natureza física dos genes e proteínas, e como o material genético (agente químico) e a informação neles contida é passada de geração em geração... 1944 – Avery, McLeod e McCarty: material genético era o DNA
14. Linus Paulling 1901 – 1994 Químico quântico e bioquímico americano Em 1954 recebeu o prêmio Nobel de Química Em 1962 prêmio Nobel da Paz – contra testes nucleares Um dos fundadores da biologia molecular, pois determinou a estrutura de inúmeras proteínas e esteve próximo de descobrir a dupla hélice do DNA Popularizou o uso da vitamina C e outros nutrientes Fundador da medicina ortomolecular 1986
15. Rosalind Franklin Electromicrografia of Tobacco Mosaic Virus (1920 –1958) Química e cristalógrafa britânica Sua maior contribuição foi com imagens de difração de raio-X do DNA que foram as bases para a hipótese da dupla hélice do DNA em 1953 Estrutura do DNA, carvão, vírus e grafite Prêmio Nobel póstumo
16. Em 1962 ganhou o prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina juntamente com Francis Crick, e Maurice Wilkins James Dewey Watson 1928 Biologista molecular americano Co-descobridor da estrutura do DNA publicado em 25 de abril de 1953 na Nature 1988-1992 encabeçou o projeto genoma humano 1968 A dupla hélice
17. Francis Harry Compton Crick (1916 –2004) Biologista molecular, físico e neurocientista inglês Co-descobridor da estrutura do DNA publicado em 25 de abril de 1953 na Nature Pensou nas características chaves para a síntese de proteínas: mRNA, tRNA e o complexo de RNA-ptn (ribossomo)
18. 1953 – A dupla hélice do DNA
19. Sidney Brenner (1927- ) Biologista sul africano Em 1961 descobre o mRNA Trabalha com Crick na elucidação do código genético Usa como modelo o Caenorhabditis elegans para estudo em desenvolvimento animal Prêmio Nobel em 2002 em Fisiologia e Medicina 1960 – Artur Kornberg (norte-americano): identifica a DNA polimerase 1960 – Jacob e Monod: modelo de operon
20. Marshall Warren Nirenberg (1927- ) Bioquímico e geneticista americano 1961 - 1o a decifrar o codon do código genético com experimentos com E. coli UUU - fenilalina AAA - Lisina CCC - prolina GGG - nada 1970 – Nathans e Smith: endonucleases de restrição 1973 - Paul Berg – DNA recombinante Prêmio Nobel em 1968 em Fisiologia e Medicina
21. Frederick Sanger (1918- ) Bioquímico inglês 2 Prêmios Nobel em Química (1958 e 1980) 1955 determinou a seq. completa de aminoácidos da insulina 1977 desenvolveu método de terminação de cadeia de DNA (método de terminação dideoxy ou método sanger) Método de sequenciamento de DNA 1975 - Edwin Southern – Southern blot (northern, western blot) Gilbert
22. David Botstein Biologista americano (1942- ) 1980 desenvolve a técnica de enzimas de restrição Importante para o projeto genoma humano
23. Richard Palmiter 1981 - primeiro animal transgênico Estuda funções dos neurotransmissores em camundongos para entender como e onde essas moléculas agem no cérebro regulando diversas condições
24. Alec John Jeffreys Geneticista Inglês (1950- ) Desenvolveu a técnica de fingerprinting DNA (impressão digital do DNA) Usa variações no código genético para identificar indivíduos Usado para a resolução de crimes 1985
25. Kary Mullis norte-americano (1944- ) 1993 - Prêmio Nobel de Química 1985 - Desenvolveu a técnica de PCR Permite a obtenção rápida de bilhões de cópias de um segmento específico de DNA
26. Enquanto isso, a Biologia Molecular em si estava tornando-se “genômica” Metade da década de 80 : início do sequenciamento do genoma humano pelo Departamento de Energia dos EUA, com o objetivo de determinar o impacto das bombas de Hirsohima e Nagasaki no genoma humano Projeto Genoma Humano (1992) ~160 genomas sequenciados
27. 1990 – Blease e Anderson: terapia genética utilizada pela primeira vez com sucesso (ADA) 1994 tomate transgênico é liberado nos EUA para comercialização 1995 obtida sequencia completa de DNA da bactéria Haemophilus influenzae 1996 nasce o primeiro mamífero clonado ovelha Dolly, empalhada no Royal Museum of Scotland, em Edinburgo 2003 – morte por envelhecimento precoce
28. 2001 – Vitória, o primeiro mamífero clonado no Brasil (Embrapa) Bezerra, da raça leiteira, nasceu de células embrionárias Com isso, o Brasil se tornou o primeiro país fora do grupo dos países ricos a produzir um mamífero clonado (www.comciencia.br)
29. John E. Sulston britânico (1942- ) Mostrou que era possível sequênciar em larga escala com o sequenciamento do Caenorhabditis elegans (1998) Participou do projeto genoma humano Prêmio Nobel em 2002 em Fisiologia e Medicina
30. James A. Thomson Biologista celular americano Pioneiro no isolamento e cultura de células tronco de primatas e células embrionárias humanas 1998 cultura de células tronco a partir de embriões humanos quando transplantadas para camundongos, essas células eram capazes de se diferenciar nos tecidos mais variados (1958- )
31. … 2001 publicada a sequência do genoma humano e não parou mais… Entramos na era do transcriptoma e do proteoma... caminhando para metaboloma e epigenômica...
32. A Bioinformática