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Biologia Estrutural Docente: Sónia Seixas Maria Lobo (n.º 1104922) Fernando Correia (n.º902959)

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1 Biologia Estrutural Docente: Sónia Seixas Maria Lobo (n.º ) Fernando Correia (n.º902959)

2 Sumário 1. Introdução a. Evolução na história b. Definição 2. A cromatina a. Cromatina em interfase b. Eucromatina e heterocromatina 3. Estrutura e níveis de organização da cromatina 4. Anatomia específica dos cromossomas em metáfase 5. Conclusão 6. Bibliografia

3 Introdução Objetivos gerais Conhecer os ácidos nucleicos e saber a sua função. Objetivos específicos Conhecer a cromatina, estrutura e níveis de organização. Arquitetura do cromossoma.

4 Introdução – História da Genética Médica Século XIX e primeira metade do século XX Gregor Mendel (1865), descreve em experiências com ervilhas, os padrões de herança genética. Archibald Garrod (1902), aplicou os conceitos de Mendel em doenças humanas familiares, descrevendo o padrão de herança autossómico recessivo para a alcaptonúria. É responsável pelo termo "erros inatos do metabolismo". Em 1941, nos EUA, surgem as 1.ª s clínicas de aconselhamento genético, em sequência das descobertas em relação à herança humana. Tendo como primeiras causas de atendimento, o atraso mental, os defeitos do tubo neural, e a doença de Huntingon, mais tarde, os temas abordados foram a cor da pele e dos olhos e a gemelaridade.

5 Introdução – História da Genética Médica Segunda metade do século XX até os tempos atuais Ocorreram um número importante de progressos na compreensão das bases moleculares da genética. Em 1903, os cromossomas foram referidos como base da herança. James Watson e Francis Crick, em 1953, descreveram a estrutura do DNA. Em 1956, o número correto de cromossomas foi estabelecido. Em 1959, foi identificada a associação entre a síndrome de Down e a trimossomia 21. Victor A. Mekusick, o pai da Genética, em 1966, publicou a primeira edição do Mendelian Inheritance in Man (MIM), onde estão reunidos todos os genes e doenças genéticas conhecidas. Atualmente disponibilizado de forma gratuita na internet com o nome de OMIM,–Online Mendelian Inheritance in Man.– Em 1970, foi descoberta as endonucleases de restrição, permitindo a análise do DNA. Em 2000, foi publicado o esboço do genoma humano. Estas descobertas permitiram o diagnóstico de muitas doenças genéticas através da análise cromossómica e de testes moleculares.

6 Introdução – História da Genética Médica Prática clínica atual Atualmente, os encontros entre pacientes e médicos geneticistas envolvem : Crianças com transtornos congénitos, deficit de aprendizagem ou características dismórficas; Crianças ou adultos com transtornos cromossómicos ou condições herdadas; Adultos com risco de possuir uma alteração cromossómica; Gestantes e seus parceiros, quando anomalias fetais são detetadas; Indivíduos com história familiar de condição genética conhecida ou de uma condição comum (i.e. cancro) com componente familiar. Casais que perderam um filho com anomalia congénita ou condição herdada ou com história de abortamento de repetição; Casais que podem transmitir uma condição genética aos seus filhos.

7 Introdução - Definição Ácidos Nucleicos são macromoléculas formadas por nucleótidos, de elevada massa molecular; Estão presentes em todas as células vivas e são responsáveis pelo armazenamento e transmissão da informação genética e pela sua tradução que é expressa pela síntese precisa das proteínas. Os ácidos nucleicos são as biomoléculas mais importantes do controle celular, pois contêm a informação genética.

8 Ácidos nucleicos Existem dois tipos de ácidos nucleicos: DNA, ácido desoxirribonucleico: Armazenamento da informação genética RNA, ácido ribonucleico: várias funções RNA ribossomal (rRNA) - componentes estruturais de ribossomas RNA mensageiro (mRNA) - intermediário RNA transfêrencia (tRNA) - moléculas adaptadoras que traduzem informação do mRNA em aminoácidos snRNA, etc

9 Introdução - Definição Utilizando técnicas apropriadas, foi possível isolar os ácidos nucleicos e identificar os seus constituintes. Nos ácidos nucleicos podem identificar-se três constituintes fundamentais: Ácido fosfórico - confere aos ácidos nucleicos as suas características ácidas. Faz as ligações entre nucleotídeos de uma mesma cadeia. Está presente no DNA e no RNA. Pentoses - como o próprio nome descreve, é um açúcar formado por cinco carbonos. Ocorrem dois tipos: a desoxirribonuclease e a ribose. Base nitrogenada - há cinco bases azotadas diferentes, divididas em dois grupos: Bases de anel duplo (púricas)- adenina (A) e guanina (G); Bases de anel simples (pirimídicas)- tímina (T), citosina (C) e uracila (U).

10 Ácidos nucleicos Base nitrogenada (purínicas e pirimidínas) + Pentose + Fosfato (ácido fosfórico)

11 Nucleotídeos Papel de nucleotídeos no metabolismo celular: fonte de energia no metabolismo -> ATP molécula-sinal em respostas celulares - > cAMP componente estrutural de enzimas e co-fatores -> NAD, FAD, etc constituinte dos ácidos nuclecos - RNA e DNA

12 A cromatina No núcleo das células eucarióticas em interfase, isto é, em fase de não divisão celular, existe uma estrutura fibrosa, designada por cromatina. Esta é constituída pelo ácido desoxirribonucleico (DNA) associada a proteínas básicas, histonas e não histonas. O DNA apresenta-se na forma habitual de dupla-hélice.

13 A cromatina As histonas H 2 A, H 2 B, H 3 e H 4 unem-se, formando um octâmero denominado nucleossoma, à volta da qual se enrola o DNA. A histona H 1 une os nucleossomas adjacentes, "empacotando-os", uma vez que a molécula de DNA "dá" uma volta e meia em torno do octâmero de histonas é essencial a sua existência para estabilizar este enrolamento.

14 Eucromatina e Heterocromatina Conhecem-se dois tipos de cromatina: Eucromatina, que consiste em DNA ativo, ou seja, que pode-se expressar como proteínas e enzimas. EucromatinaDNAproteínasenzimas Heterocromatina, que consiste em DNA inativo e que parece ter funções estruturais durante o ciclo celular. Heterocromatinaciclo celular

15 Eucromatina e Heterocromatina Distinguem-se dois tipos de heterocromatina: Heterocromatina constitutiva, que nunca se expressa como proteínas e que se encontra localizada à volta do centrómero (contém geralmente sequências repetitivas); centrómero Heterocromatina facultativa, que, por vezes, é transcrita em outros tipos celulares, consequentemente a sua quantidade varia dependendo da atividade transcricional da célula. Apresenta-se condensada na interfase.

16 Eucromatina e Heterocromatina Funções da heterocromatina: Proteção da eucromatina contra quebras e rearranjos; Regulação do emparelhamento dos cromossomas Controlo do mecanismo de transporte ao nível dos poros nucleares; Estabilização de certas regiões cromossómicas (centrómero e telómero); Contribuição para a especiação e evolução (pela facilidade de rearranjos cromossómicos nestas zonas que conduzem à evolução dos cariótipos e pelo estabelecer de barreiras à fertilidade).

17 Cromatina em interface A cromatina em interfase encontra-se dispersa, nesta fase dá-se a síntese do ácido ribonucleico mensageiro (mRNA). A cromatina no núcleo em interfase está dividida em domínios estruturais, como: Território dos centrómeros; Território dos telómeros.

18 A cromatina 1. Cadeia simples de DNA 2. Filamento de Cromatina (DNA com histonas) 3. Cromatina condensada em interfase com centrómeros 4. Cromatina condensada em prófase (existem 2 cópias de DNA) 5. Cromossoma em metáfase

19 O DNA Nos organismos procariontes o DNA encontra-se disperso no citoplasma, constituindo o nucleóide. Nos seres eucarióticos, o DNA encontra-se sobretudo no núcleo (também ocorre nas mitocôndrias e cloroplastos).

20 Estrutura da cromatina Nas células eucarióticas, o núcleo contêm grandes quantidades de DNA,  2 metros (célula diplóide do Homem); Para ocupar apenas algumas micras, sofre compactação, organizada e progressiva. Atingindo o valor máximo nos cromossomas metafásicos.

21 Ultraestrutura da cromatina Nucleossomas, são a estrutura básica da cromatina, no núcleo em interfase. São subunidade em forma de esfera de 10 nm de diâmetro. Cada um deles é composto por um esqueleto central proteico, constituído por octâmero de 2 moléculas de cada histona: H2A, H2B, H3 e H4, em torno do qual o DNA se enrola duas vezes. Sendo este duplo enrolamento estabilizado por uma quinta histona, 1 molécula H1

22 Níveis de organização Níveis de compactação do DNA: 1. Molécula de DNA – 2nm (10 pb) (Grau de empacotamento: 1); 2. Nucleossoma - Fibra cromatínica de 10 nm de espessura (Grau de empacotamento: 6-7); 3. Solenóide - Concentração dos nucleossomas justapostos, com enrolamento helicoidal posterior, formando uma longa fibra de 20 – 30 nm (Grau de empacotamento: 6-7); 4. Série de domínio de anças – 300 nm (Grau de empacotamento: 680); 5. Conjunto de domínio de anças – 700 nm - Super-solenóide = Cromossoma; Assista ao vídeo cromatina e cromossoma: CromatinaNucleossomaCromossoma

23 Níveis de organização do filamento cromatínico

24 Modelos de Arquitectura Cromossómica Baseados em um ou ambos os pressupostos, de acordo com base na organização da cromatina: 1) Se tem uma disposição sucessivas de fibras em ansas radiais 2) Se tem um enrolamento progressivo da fibra Temos 4 modelos: Modelo radical Modelo helicoidal Modelo misto Modelo de Saitoh e Laemonli

25 Modelos de Arquitetura Cromossómica Modelo radical A cromatina organiza-se em ansa radiais, que se estende do eixo até à periferia; Estabilizado pela tropoisomerase. Exemplo: Cromossomo Philadelphia (Ph1) uma forma aberrante do cromossomo 22 humano, caracterizada pela translocação do material genético do cromossomo 22, geralmente, para os braços longos do cromossomo 9. Está presente nas células da medula óssea (80 a 90 %) dos doentes com leucemia mielocítica crónica (LMC).

26 Modelos de Arquitetura Cromossómica Modelo helicoidal Cromatídeos organizam-se num enrolamento em hélice; Visível por várias tecnologias, nomeadamente – TEM, por scaning (SEM), ou ao microscópico óptico; Exemplo: o vírus da Imunodeficiência adquirida – HIV.

27 Modelos de Arquitetura Cromossómica Modelo misto Modelo que combina os dois anteriores: A fibra organiza-se como o 1.º nível, em ansas radiais; A contracção dos cromossomas é conseguida pela compactação, o enrolamento helicoidal, das fibras de 200 – 300 nm, compostos por ansas radiais de 20 – 30 nm. Exemplo: síndrome do cromossoma 20 em anel é uma anomalia genética rara, na qual os dois braços do cromossoma 20 se unem, formando um anel. Indivíduos com este síndrome apresentam atraso mental e epilepsia.

28 Modelos de Arquitetura Cromossómica Modelo de Saitoh e Laemonli A estrutura do cromossoma não é uniforme em todo o seu comprimento; Modelos mais recentes, em que o cromossoma em metafase é constituído por regiões mais compactadas (bandas Q/G) que alternam com regiões menos compactadas (bandas R); Os diferentes níveis da ansa, estão ligados por fibras de cromatina em que o seu DNA é rico em AT (esqueleto AT).

29 Anatomia dos cromossomas em metáfase A morfologia e número de cromossomas varia de espécie para espécie. O número é característico de cada espécie. Ao conjunto de cromossomas dá-se o nome de cariótipo. Nos seres vivos de reprodução sexuada, dividem-se em autossomas e heterossomas (gonossomas ou cromossomas sexuais).

30 Anatomia dos cromossomas em metáfase Técnicas de marcação seletiva e diferencial permitiram a sua identificação bem como de regiões cromossómicas: Bandas Q; Bandas G (eucromatina); Bandas R (eucromatina); Bandas C (heterocromatina constitutiva); Regiões NOR.

31 Anatomia dos cromossomas em metáfase Classificam-se segundo o tamanho e a posição do centrómero: Metacêntrico (o centrómero está a meio, portanto braços iguais); Submetacêntrico (o centrómero desloca-se para uma das pontas, os braços têm tamanhos desiguais); Acrocêntrico (o centrómero está quase na extremidade, os braços são mais desiguais); Telocêntrico (o centrómero tem uma posição terminal).

32 Anatomia dos cromossomas em metáfase No Homem: 22 pares de autossomas; 2 heterossomas (cromossoma X e cromossoma Y); Não existem cromossomas telocêntricos; Os acrocêntricos são o 13, 14, 15, 21 e 22 (muito importantes porque nos braços curtos se situam as NOR (Nucleolar Organizer Regions – genes que codificam as subunidades 18S e 28S do RNA ribossómico).

33 Conclusão O ser humano é formado por milhões de células todas elas resultantes de uma única célula – o ovo ou zigoto. Esta célula possui toda a informação necessária para o nosso crescimento e desenvolvimento. Essa informação está contida nos ácidos nucleicos.

34 Bibliografia C. Azevedo, “In Biologia Celular e Molecular”, 2005, p , LIDEL. Edições Técnicas, Lisboa. Bruce Alberts, “Biologia Molecular da Célula”, Parte I, Cap. 1. p , Parte II, p ,2010, 5ª Edição (Artmed). dica#S.C3.A9culo_XIX_e_primeira_metade_do_s.C3.A9cul o_XX /clientes/andremaia/downloads/66.pdf /clientes/andremaia/downloads/66.pdf ossoma_20_em_anel


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