PROJETO DE EXTENSÃO I - SERVIÇOS JURÍDICOS, CARTORÁRIOS E NOTARIAIS.pdf
Aula 9 eletroforese_pcr_sequenciamento
1. A técnica da Eletroforese para a
análise de DNA e proteínas
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
2. Histórico
• 1952, Markham and Smith
– Ao estudarem hidrólise de RNA percebem que
moléculas de diferentes estruturas têm sua
mobilidade diferenciada quando aplicadas num
papel e submetidas a um campo elétrico
Vou ali correr
• 1955, Smithies um gelzinho e
– Géis de amido funcionam bem para separar
proteínas do soro humano já volto
• 1967, Loening
Tenho que ir senão
– Géis de acrilamida com maior resolução e vou perder meu gel
permitem separar ainda moléculas grandes de DNA
• 1980, Schwartz and Cantor
– Eletroforese em campo pulsado separa fragmentos
enormes
• É hoje impossível imaginar um laboratório de
biomol sem eletroforese acontecendo a todo
instante...
3. Eletroforese
• Movimento de partículas dispersas
num fluído sob influência de um
campo elétrico uniforme
• DNA, carga negativa
– Tem tendência a se dirigir ao polo
positivo quando sujeito a um campo
elétrico
• Serve para separar moléculas por
tamanho/carga elétrica
– Proteína deve ser desnaturada com
detergente (SDS)
• Técnica utilizada à exaustão em
trabalhos de biologia molecular
7. Corrida do gel
• Aplicação do campo elétrico
• Fonte elétrica gera fluxo de
íons através da solução
tampão
• Terminais positivo e
negativo
• Tempo adequado, senão o
DNA sai do gel
8. Coloração das moléculas
• Brometo de etídio
– Agente intercalante do DNA
• Cancerígeno!
– Composto fluorescente à luz UV
– Gel de agarose
• Prata
– Gel SDS-PAGE
• PoliAcrilamide Gel Electrophoresis
– Melhor resolução
• Coomassie blue, etc
15. Síntese de DNA in vitro
• Polimerase Chain Reaction
– Reação em cadeia da Polimerase
• Amplificação in vitro de
moléculas de DNA
– In vivo X In vitro X In silico
• Procedimento análogo à replicação do DNA
– Amostra de DNA; 2 primers; DNA polimerase; Tampão; dNTP
16. Etapas da PCR
• Ciclos da PCR
– Separação das fitas → 96°C
– Anelamento dos primers → 60°C
– Síntese do DNA → 37°C
• Problema inicial da técnica
– Durante a etapa de quebra das
pontes de H e separação das fitas
(DNA melting) a 96°C, a enzima
polimerase era desnaturada e
precisava ser acrescentada ciclo a
ciclo...
– Não permitia automação
17. História da PCR
• Químico, 1966
– Doutor em bioquímica, 1972
– 2 anos de pós-doutorado numa industria farmacêutica
• Deixou a academia para escrever ficção científica, foi dono de Kary Mullis, 1944
padaria por dois anos; voltou à indústria
• 1983 → Teve a idéia de utilizar um par de primers para amplificação enquanto
voltava para a casa à noite ao lado da namorada
• Avisou na empresa e deixou-se que ele ficasse trabalhando na PCR, demorou um
ano para padronizar a técnica
• Perdeu a namorada logo depois, mas ganhou o Nobel de química (1993)
• 1986 → utilização da enzima polimerase de Thermus aquaticus
– Permitiu finalmente a automação da técnica
• Controvérsias: Surfista, já foi divorciado 3 vezes, é um dos que
acredita que o HIV não causa a AIDS, e diz ter tomado bastante LSD
na década de 60/70 e que isso o ajudou a descobrir a afamada técnica!
Taq polimerase
18. PCR
Sistema de reação:
DNA molde (100 ng)
Iniciadores (5 µM)
dNTPs
Tampão com MgCL2
Taq polimerase
Protocolo de amplificação:
Desnaturação: 95º C
Anelamento: 45-60º C
Extensão: 72º C
21. Bioquímica + Biomol
• Enzimas são proteínas,
portanto:
1. São formadas por sequências de
aminoácidos
2. Derivam de informações
dispostas por genes no DNA,
que deve ser transcrito e,
posteriormente, traduzido
3. Podemos saber a sequência
delas, tanto de aminoácidos
quanto de nucleotídeos
24. Sequenciamento de proteínas
• Degradação de Edman
– Quebra-se o aminoácido N-terminal
– Identifica-se o aminoácido quebrado
– Sequenciamento de 50 a 70 aa’s
• Espectometria de massa
– Quebra-se a proteína em diversos
pontos e verifica-se a massa dos
fragmentos
– Comparações com massas conhecidas
dos aa’s identifica a sequência dos
mesmos
• Técnicas com limite de automação
– Não permitem produzir dados em larga-
escala
– Para saber-se a sequência de um
proteína, muitas vezes sequencia-se o
DNA do organismo de interesse
25. O Sequenciamento
de moléculas de DNA
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
>gi|33869444|gb|BC008730.2| Homo sapiens hexokinase 1, mRNA (cDNA clone MGC:1724
IMAGE:3163058), complete cds
GGCTGCGGAGGACCGACCGTCCCCACGCCTGCCGCCCCGCGACCCCGACCGCCAGCATGATCGCCGCGCA
GCTCCTGGCCTATTACTTCACGGAGCTGAAGGATGACCAGGTCAAAAAGATTGACAAGTATCTGTATGCC
ATGCGGCTCTCCGATGAAACTCTCATAGATATCATGACTCGCTTCAGGAAGGAGATGAAGAATGGCCTCT
CCCGGGATTTTAATCCAACAGCCACAGTCAAGATGTTGCCAACATTCGTAAGGTCCATTCCTGATGGCTC
TGAAAAGGGAGATTTCATTGCCCTGGATCTTGGTGGGTCTTCCTTTCGAATTCTGCGGGTGCAAGTGAAT
CATGAGAAAAACCAGAATGTTCACATGGAGTCCGAGGTTTATGACACCCCAGAGAACATCGTGCACGGCA
GTGGAAGCCAGCTTTTTGATCATGTTGCTGAGTGCCTGGGAGATTTCATGGAGAAAAGGAAGATCAAGGA
CAAGAAGTTACCTGTGGGATTCACGTTTTCTTTTCCTTGCCAACAATCCAAAATAGATGAGGCCATCCTG
ATCACCTGGACAAAGCGATTTAAAGCGAGCGGAGTGGAAGGAGCAGATGTGGTCAAACTGCTTAACAAAG(...)
TGACAGGCCTTCTGGGCCTCCAAAGCCCATCCTTGGGGTTCCCCCTCCCTGTGTGAAATGTATTATCACC
AGCAGACACTGCCGGGCCTCCCTCCCGGGGGCACTGCCTGAAGGCGAGTGTGGGCATAGCATTAGCTGCT
TCCTCCCCTCCTGGCACCCACTGTGGCCTGGCATCGCATCGTGGTGTGTCAATGCCACAAAATCGTGTGT
CCGTGGAACCAGTCCTAGCCGCGTGTGACAGTCTTGCATTCTGTTTGTCTCGTGGGGGGAGGTGGACAGT
CCTGCGGAAATGTGTCTTGTCTCCATTTGGATAAAAGGAACCAACCAACAAACAATGCCATCACTGGAAT
TTCCCACCGCTTTGTGAGCCGTGTCGTATGACCTAGTAAACTTTGTACCAATTCAAAAAAAAAAAAAAAAAA
26. Frederick Sanger
• Único vivo dentre os 4 indivíduos que já
venceram dois prêmios Nobel
• ~1955: publicou a primeira sequência de
aminoácidos da insulina
– Ganhou o Nobel de química em 1958
• 1964: descobriu que as proteínas de bactéria iniciavam-se com o
aminoácido formil-metionina
• 1967: desvendou a sequência do RNA ribossomal 5S
• 1975: inventou o método dideóxi para o sequenciamento do DNA
• 1977: sequencia, pela primeira vez, o genoma inteiro
de um organismo, o bacteriófago phi X 174
– 11 genes in 5386 bases sequenciadas “à mão“
– Ganha o segundo Nobel de química em 1980
27. O método de Sanger, 1975
Polimerização do DNA a ser sequenciado (molde)
na presença de:
DNA polimerase
primer
tampão
dNTPs (desóxinucleotídeo)
ddNTPs (didesóxinucleotídeo)
O que faria um nucleotídeo que,
ao invés da extremidade 3’OH,
tem uma extremidade 3’H?
Como acontece a síntese de
moléculas de DNA?
http://www.youtube.com/watch?v=Mz-4LSfecM4&feature=related
(dideóxi)
28. Amplificação interrompida
com didesoxinucleotídeos
Desoxinucleotídeos
dNTP
O didesóxinucleotídeo não tem a
extremidade 3’OH livre
(...)
e, portanto, não permite a
incorporação de novas bases
a 3’ quando é adicionado,
(...)
interrompendo a formação da
nova cadeia definitivamente
ddNTP
Didesoxinucleotídeos
29. G
C
T T T A
C C T G
C A A G T T
C A AC T T
C A
G T
C A TG G
G
A C C C A G
5’ 3’
T
A G
ATGCTTC
|||||||
TACGAAGACCGTCTAGACTTGTCACAATGACTATAACGAA
3’ 5’
30. C
T T T T
C G
C A
C A A T
A G T
C A AC T G T
G T C C AG TG G
A C C C
T A G
5’ 3’ G
ATGCTTC A
|||||||||
TACGAAGACCGTCTAGACTTGTCACAATGACTATAACGAA
3’ 5’
31. T C T
C C T G
T C A A G T T
A
C CA AC T T
G T A
G C A TG G
G
A C C C A G
5’ 3’
T
A G
ATGCTTCTG
||||||||||
TACGAAGACCGTCTAGACTTGTCACAATGACTATAACGAA
3’
32. C
AT G C TA T T
A T TT C
T G C
G C CA
A G
T G C
C A G T G A A
T A G C
GC A C
5’ 3’
ATGCTTCTGGCAGATCT
|||||||||||||||||
TACGAAGACCGTCTAGACTTGTCACAATGACTATAACGAA
3’ 5’
33. A
T GAA
G A
G T T T T
GA G C T
TA C
T GT G C A
T
C C
AC C G CA GA T
C
CC
5’ 3’
ATGCTTCTGGCAGAT
|||||||||||||||
TACGAAGACCGTCTAGACTTGTCACAATGACTATAACGAA
3’ 5’
34. CC A
T T T T T GAA
G A
TA CG A C G
GT T C A G T
GA GA T T
C G C C C C
AC
5’ 3’
ATGCTTCTGGCAGAT
|||||||||||||||
TACGAAGACCGTCTAGACTTGTCACAATGACTATAACGAA
3’ 5’
35. A T
T GA CC
A
G A
G T T T
C A
G C T TA GT
G
T C T G C AC G
T
C CA GA
C
AC
5’ 3’
ATGCTTCTGGCAGAT
|||||||||||||||
TACGAAGACCGTCTAGACTTGTCACAATGACTATAACGAA
3’ 5’
36. 5’ 3’
ATGCTTCTGGCAGATCTGAACAGTGTTACTGAT
ATGCTTCTGGCAGATCTGAACAGTGT
ATGCTTCTGGCAGATCTGAACAGTGTTACTGATATTGCTT
ATGCTTCTGGCAGATCTGAACAGTGTTACTGATAT
População de
ATGCTTCTGGCAGATCTGAACAGTGTTACT moléculas
ATGCTTCTGGCAGATCTGAACAGT
ATGCTTCTGGCAGATCTGAACAGTGTTACTGATATTGCT Incorporação
aleatória do
ATGCTTCTGGCAGATCTGAACAGTGTTACTGATATT
didesóxi
ATGCTTCT
ATGCTTCTGGCAGATCT Quantidade
ATGCTTCTGGCAGATCTGAACAGTGTTACTGATATTGCTT precisa entre
didesóxi e
ATGCTTCTGGCAGATCTGAACAGTGTT
desóxi
ATGCTTCTGGCAGAT
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
TACGAAGACCGTCTAGACTTGTCACAATGACTATAACGAA
3’ 5’
42. Modelo original
Etapa 1 Marcação do primer
Amplificação
Tipo-PCr
4 reações necessárias,
uma para cada base
Eletroforese separa
fragmentos de
Etapa 2
diferentes tamanhos
Eletroforese
Leitura manual da
sequência de baixo pra
cima
43. Sanger e o fago Phi 174
De fato, esse tipo de
sequenciamento
manual continuou
acontecendo por
décadas...
44. Modelo moderno
Applied Byosystems, 1986
Marcação fluorescente do ddNTP
Leroy Hood, 1938-
1 reação necessária, todas as bases
lidas ao mesmo tempo
Eletroforese separa fragmentos de
diferentes tamanhos
Leitura da automática sequência, de
baixo pra cima, por um laser
http://www.youtube.com/watc
h?v=ezAefHhvecM
46. As máquinas necessárias
para o sequenciamento
• Primeira etapa: junta-se os
reagentes em poços de
placas e coloca-se na
máquina de PCR para a reação
de amplificação interrompida
• Diferenças com relação ao PCR
– Utilização de um só primer
– Utilização dos ddNTPs
• Uma vez prontas, as sequências de diferentes tamanhos
contendo os didesóxi amplificados devem ser enviadas
ao sequenciador de DNA mais próximo
47. O que faz um sequenciador de
DNA?
• Segunda etapa: realiza a eletroforese capilar
– O sequenciador executa a eletroforese em géis capilares ultra-finos
– Um sensor é responsável por emitir um laser e verificar qual o comprimento
de onda emitido pelo didesóxi
48.
49. Exercício
Dê a sequência de DNA da canaleta apontada
azul = Guanina
amarelo = Timina
vermelha = Adenina
verde = Citosina
http://www.youtube.com/watch?
v=dUjMf2ZezIw&feature=related