Genética e Citogenética Professora Aline Fernanda de Almeida Chaves Rodrigues.

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1 Genética e Citogenética Professora Aline Fernanda de Almeida Chaves Rodrigues

2 O que determina as características dos organismos? Genética e Citogenética Cada organismo possui as suas próprias características devido á presença, em todas as células, de uma molécula denominada DNA

3 Ácido Desoxirribonucléico DNA Ácido Desoxirribonucléico Genética e Citogenética É grande e complexo e possui grande quantidade de informações. Cada cromossomo é composto por uma série de genes. Cada gene é um segmento de DNA, que na maioria das vezes codifica uma proteína

4 DNA Genética e Citogenética Cada célula contém cromossomos, e os cromossomos contém genes

5 DNA Genética e Citogenética Unidades que se repetem NUCLEOTÍDEOS

6 DNA fita dupla: armazenamento das informações hereditárias TODAS AS CÉLULAS ARMAZENAM A INFORMAÇÃO DA MESMA FORMA!!! NUCLEOTÍDEOS Genética e Citogenética

7 Composição química do DNA: fosfato, desoxirribose e as quatro bases nitrogenadas fosfato, desoxirribose e as quatro bases nitrogenadas fosfato e desoxirribose estão ligados uma a outra, formando uma cadeia e que a base nitrogenada está ligada a esta cadeia. fosfato e desoxirribose estão ligados uma a outra, formando uma cadeia e que a base nitrogenada está ligada a esta cadeia. Qual a estrutura tridimensional da molécula de DNA? Dupla Hélice – estrutura do DNA Genética e Citogenética

8 1953 – Watson e Crick  propuseram o modelo da dupla hélice de DNA Dupla Hélice – estrutura do DNA Genética e Citogenética

9 “A dupla hélice é realmente uma molécula extraordinária. O homem moderno tem talvez 50 mil anos, a civilização existe há apenas 10 mil anos. Mas o DNA e o RNA existem há pelo menos vários bilhões de anos. Durante todo esse tempo, a dupla hélice esteve por aí, ativa. No entanto, somos as primeiras criaturas sobre a Terra a nos tornarmos conscientes da sua existência.” Francis Crick “A dupla hélice é realmente uma molécula extraordinária. O homem moderno tem talvez 50 mil anos, a civilização existe há apenas 10 mil anos. Mas o DNA e o RNA existem há pelo menos vários bilhões de anos. Durante todo esse tempo, a dupla hélice esteve por aí, ativa. No entanto, somos as primeiras criaturas sobre a Terra a nos tornarmos conscientes da sua existência.” Francis Crick Dupla Hélice – estrutura do DNA Genética e Citogenética

10 Dupla Hélice – estrutura do DNA Genética e Citogenética

11 fita dupladupla hélice Molécula de fita dupla formando uma dupla hélice ligações de Hidrogênio As fitas estão unidas pelas ligações de Hidrogênio A = T (2 ligações de hidrogênio) C = G (3 ligações de hidrogênio) DNA Genética e Citogenética

12 DNA - Açucar Genética e Citogenética

13 A emparelha com T C emparelha com G Pareamento das bases nitrogenadas Genética e Citogenética

14 NUCLEOTÍDEOS Genética e Citogenética

15 Os pares de bases unem a dupla hélice. O “início” de uma cadeia da molécula de DNA é definida como 5'. O “fim” de uma cadeia da molécula de DNA é definida como 3'. Os termos 5’ e 3’ indicam a posição, com relação à molécula de açúcar, das bases de nucleotídeos no esqueleto do DNA. As duas cadeias da dupla hélice estão orientadas em direções opostas. Os pares de bases unem a dupla hélice. O “início” de uma cadeia da molécula de DNA é definida como 5'. O “fim” de uma cadeia da molécula de DNA é definida como 3'. Os termos 5’ e 3’ indicam a posição, com relação à molécula de açúcar, das bases de nucleotídeos no esqueleto do DNA. As duas cadeias da dupla hélice estão orientadas em direções opostas. DNA Genética e Citogenética

16 Após a descoberta da estrutura do DNA ficaram algumas questões para serem respondidas: 1)Em qual fase do ciclo celular o material genético é replicado? 2) Como ocorre a transmissão do material genético? 3) A replicação se inicia em qualquer ponto ou em ponto específico do DNA? 4) Qual é o mecanismo de replicação do DNA? Quais são as enzimas envolvidas no processo? REPLICAÇÃO DO DNA Genética e Citogenética

17 1)Em qual fase do ciclo celular o material genético é replicado?

18 O ciclo de divisão celular é o processo através do qual as células dão origens a outras células. Fases da intérfase: 1.Fase G1: é o estágio em que a célula desempenha suas diversas funções e que precede a fase de duplicação do DNA. 2. Fase S: é o estágio no qual ocorre a duplicação do DNA. 3. Fase G2: trata-se do período entre o término da duplicação do DNA e o início da mitose. REPLICAÇÃO DO DNA Genética e Citogenética

19 2) Como ocorre a transmissão do material genético?

20 “Não escapou a nossa atenção que o pareamento específico ora proposto por nós sugere imediatamente um possível mecanismo de cópia do material genético.” Watson & Crick, Nature, 1953 “Não escapou a nossa atenção que o pareamento específico ora proposto por nós sugere imediatamente um possível mecanismo de cópia do material genético.” Watson & Crick, Nature, 1953 1.O mecanismo de replicação é baseado no pareamento de bases da dupla hélice do DNA; 2. a estrutura do DNA contém a informação necessária para perpetuar sua sequencia de bases. Replicação do DNA é semiconservativa!!!!! REPLICAÇÃO DO DNA Genética e Citogenética

21 3) A replicação se inicia em qualquer ponto ou em ponto específico do DNA?

22 A replicação do DNA ocorre ao longo da molécula, a partir de um PONTO INICIAL denominado ORIGEM DE REPLICAÇÃO. Origens são ricas em sequencias A-T; DNA de células procarióticas, plasmídeos e vírus apresentam somente uma origem de replicação; eucariotos apresentam no genoma várias origens de replicação REPLICAÇÃO DO DNA Genética e Citogenética

23 4) Qual é o mecanismo de replicação do DNA? Quais são as enzimas envolvidas no processo?

24 -- São características das DNAs polimerases: DNA polimerase I foi isolada a partir de E. coli em 1955 por A. Kornberg; As DNAs polimerases necessitam sempre de um molde e uma sequencia iniciadora; são capazes de adicionar até 1000 nucleotídeos por segundo!!!!!!!!! a síntese de DNA ocorre pela adição de nucleotídeos a extremidade 3’- OH da cadeia em crescimento; sentido da síntese sempre é 5’→ 3’ (atividade de endonuclease 5’→ 3’) A síntese do DNA é catalisada pela DNA-polimerase. REPLICAÇÃO DO DNA Genética e Citogenética

25 Uma das funções do DNA dos cromossomos é servir de molde para sua própria duplicação na fase S do ciclo celular, sendo as cópias distribuídas para as células-filhas. Garante a continuidade genética da espécie ao longo das gerações Essencial para o desenvolvimento normal de um indivíduo. Na replicação do DNA, uma molécula de DNA “mãe” de dupla fita é convertida em duas moléculas “filhas” idênticas. REPLICAÇÃO DO DNA Genética e Citogenética

26 Duplicação ou Replicação do DNA Genética e Citogenética

27 O local onde o DNA é aberto é chamado origem de replicação e é marcado por sequências particulares de nucleotídeos.  Sequência que atraem proteínas iniciadoras  Sequência fáceis de serem abertas – Regiões ricas em A-T. Separação das 2 cadeias (desnaturação ou quebra das pontes de H feita pela helicase). A síntese de DNA é catalisada pela DNA polimeraseIII A RNA primase produz os primers A DNA polimeraseI remove os primers de RNA e preenche os espaços resultantes com DNA A DNA ligase junta a ponta 3 do DNA preenchedor do espaço com a ponta 5 do fragmento de okazaki posterior Duplicação ou Replicação do DNA Genética e Citogenética

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29 DNA Genética e Citogenética  Capacidade de replicação  Capacidade de carregar informação

30 DNA Genética e Citogenética

31 Expressão da informação gênica Genética e Citogenética

32 O DNA não origina diretamente a síntese proteica, usa o RNA como molécula intermediária A informação contida no DNA precisa ser decodificada e utilizada adequadamente A molécula de RNA servirá como molde para a síntese de uma proteína específica Os transcritos nas células eucarióticas podem sofrer uma série de processamentos antes de serem traduzidos Expressão da informação gênica Genética e Citogenética

33 DNA RNA PROTEÍNAS TRANSCRIÇÃOTRADUÇÃO DOGMA CENTRAL Genética e Citogenética

34 RNA: ácido ribonucleico; O RNA consiste de uma cadeia polinucleotídica, transcrita, a partir de um molde de DNA (gene). O RNA difere do DNA pela natureza química e pela estrutura. ESTRUTURA DO RNA Genética e Citogenética

35 RNA x DNA diferenças químicas No RNA o açúcar é a RIBOSE

36 RNA x DNA diferenças químicas O RNA contém a base URACILA (U) no lugar da timina (T) UracilaTimina

37 Na formação da molécula de RNA, o que se liga à Adenina da fita-molde do DNA é sempre a URACILA (U). TRANSCRIÇÃO Genética e Citogenética

38  RNA mensageiro (RNAm)- Contêm a informação para a síntese de proteínas.  RNA transportador (RNAt): Transporta aminoácidos para que ocorra a síntese de proteínas.  O RNA ribossômico (RNAr): São moléculas dos componentes dos ribossomos, que são grandes máquinas macromoléculas que guiam a montagem da cadeia de aminoácidos pelo RNAm e RNAt Tipos de RNA Genética e Citogenética

39 DNARNA AÇÚCARDESOXIRRIBOSERIBOSE BASES NITROGENADAS ADENINA, GUANINA TIMINA TIMINA, CITOSINA ADENINA, GUANINA URACILA URACILA, CITOSINA FILAMENTOS DE NUCLEOTÍDEOS DUPLA FITAFITA SIMPLES Diferenças entre DNA e RNA Genética e Citogenética

40 O açúcar do RNA é a ribose; o RNA contém uracila no lugar da timina; a transcrição do DNA para RNA produz uma fita simples; a fita simples do RNA pode ter diversas configurações secundárias e terciárias; o tRNA tem formato de trevo e carrega na extremidade 3’ o aminoácido correspondente ao códon; o mRNA contém o codon; O açúcar do RNA é a ribose; o RNA contém uracila no lugar da timina; a transcrição do DNA para RNA produz uma fita simples; a fita simples do RNA pode ter diversas configurações secundárias e terciárias; o tRNA tem formato de trevo e carrega na extremidade 3’ o aminoácido correspondente ao códon; o mRNA contém o codon; Recordando...

41 Cada gene é um segmento de DNA, que na maioria das vezes codifica uma proteína GENE Genética e Citogenética

42 GENE Genética e Citogenética ÍNTRON: Região não codificadora ÉXON: Região codificadora ÍNTRON: Região não codificadora ÉXON: Região codificadora

43 Genética e Citogenética Transcrição Inicia quando o gene é ativado, o que requer fatores de iniciação proteicos, o que torna o DNA capaz de se ligar à RNA polimerase, que desenrola a fita de DNA, através da quebra das pontes de H.

44 RNA polimerase comanda todas as etapas requeridas para transcrição(síntese de RNA) Genética e Citogenética Transcrição A RNA polimerase só pode transcrever trechos de DNA que sejam genes. COMO ELA SABE ONDE COMEÇA O GENE?

45 É o trecho de DNA que codifica uma molécula de RNA e a sequência necessária para sua transcrição; Promotor – sequência de DNA que o aparato de transcrição reconhece e se liga; Região Codificadora - Sequência de nucleotídeos de DNA que é copiada em um molécula de RNA; Terminador – sequência de nucleotídeos que sinaliza onde a transcrição deve terminar; Genética e Citogenética Unidade de Transcrição

46 GENE Genética e Citogenética Diferentes proteínas são expressas em diferentes células, de acordo com a função da célula

47 Um gene pode codificar para mais de uma proteína. Os diferentes éxons de um gene podem ser combinados diferentemente para expressar uma variedade de proteínas, todas codificadas de um mesmo gene. A combinação de éxons é o resultado do splicing alternativo. Um exemplo de splicing alternativo de um gene humano é o gene da calcitonina, que forma diferentes transcritos se for expresso na tireóide ou no tecido neural. GENE Genética e Citogenética

48 Lembre-se Todas as células do nosso corpo vieram de um só zigoto, portanto possuem os mesmos genes Se um neurônio possui os mesmos genes de uma célula muscular como eles podem ser diferentes? São diferentes porque todas as células do seu corpo possuem os mesmos genes, mais elas transcrevem conjuntos diferentes de genes, então tem genes que são transcritos no neurônio e outros que são transcritos em uma célula muscular. Isso nós chamamos de controle da expressão gênica.

49 Transcrição: síntese seletiva de RNA à partir do DNA Quais genes serão transcritos Quantidade de RNA transcrita Características específicas para cada célula!!! DNA genômico: mesmo conteúdo para todas as células de um organismo Genética e Citogenética Lembre-se

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51 51 Genética e Citogenética Transcrição

52 52 Genética e Citogenética Transcrição

53 53 Genética e Citogenética Transcrição

54 1 códon  3 nucleotídeos no RNAm 7 códons  21 nucleotídeos Genética e Citogenética TRADUÇÃO Na TRANSCRIÇÃO o processo é base á base, mais na tradução NÃO! Na TRADUÇÃO a cada três bases do RNA é acrescentado 1 aa na proteína

55 Genética e Citogenética TRADUÇÃO

56 RIBOSSOMO : LOCAL DA SÍNTESE PROTÉICA Ribossomos são estruturas presentes no citoplasma das células. São compostos por duas subunidades de tamanhos diferentes que se encaixam uma na outra formando um complexo quando se inicia a síntese proteica. Mais da metade da massa do complexo corresponde a rRNA. Genética e Citogenética SÍNTESE PROTÉICA/TRADUÇÃO

57 Genética e Citogenética Variação genética O genoma humano contém variações em sequencias de bases de uma pessoa para outra

58 Genética e Citogenética MUTAÇÕES São alterações do material genético, e podem ocorrer a nível do gene ou do cromossomo. Podem ser: GÉNICAS CROMOSSÓMICAS EstruturaisNuméricas

59 -Espontânea -Induzida por agentes mutagênicos ( UV, raios X, corante de acridina, etc) Genética e Citogenética TIPOS DE MUTAÇÕES

60 Células somáticas afetam apenas algumas células do próprio indivíduo onde ocorrem podem ter consequências como o câncer Células germinativas (gametas) são passadas para a próxima geração afetam todo o organismo que a herda Genética e Citogenética EM QUE CELULAS OCORREM

61 Fatores físicos radiações Fatores químicos mutagênicos (reagem com o DNA) Fatores biológicos vírus Genética e Citogenética QUAL É A CAUSA

62 Só um gene é afectado, um alelo transforma-se num outro devido a pequenas alterações no número ou na sequência de nucleótidos. Genética e Citogenética Mutações génicas

63 Não causam mudança na sequencia de aminoácidos. Elas ocorrem quando uma base nucleotídica é substituída por outra sem resultar num códon de aminoácido diferente. A substituição de um nucleótido pode resultar na criação de um códon stop o que leva à formação de proteínas incompletas Mutações silenciosas Mutações sem sentido ou mutação de parada Genética e Citogenética Mutações génicas

64 Há substituição de bases que podem alterar a mensagem e levam à substituição de um aminoácido por outro - anemia falciforme Mutações com perda de sentido Genética e Citogenética Mutações génicas Na anemia falciforme, a substituição do aminoácido ácido glutâmico pelo aminoácido valina, em uma das cadeias de hemoglobina, conduza a uma alteração na forma da proteína toda

65 AS MUTAÇÕES PODEM OCORRER: Espontaneamente: As mutações espontâneas podem ocorrer devido à ocorrência de erros na replicação do DNA. Induzidas: As mutações induzidas são provocadas por substâncias químicas/ físicas/ biológicas que aumentam a probabilidade de ocorrência de mutações. Genética e Citogenética Mutações génicas

66 Células velhas: ↑↑ número de danos ao DNA (supera capacidade de reparo da célula = morte celular→ comprometimento do órgão →doença) Estudos experimentais: Silenciamento de genes de reparo= envelhecimento e câncer Aumento de expressão de genes de reparo = aumento na expectativa de vida e resistência a agentes carcinogênicos Genética e Citogenética Reparo de DNA em doença e em envelhecimento

67 Genética e Citogenética TERATOGÊNESE A teratogênese se refere à formação e desenvolvimento no útero de anomalias que levam a malformações fetais Os agentes teratogênicos - ou teratógenos - são os responsáveis pelo aparecimento das malformações. Podem ser de origem genética ou ambiental. FATORES GENÉTICOS a) fatores gênicos: envolvem a herança dos genes que causam a anomalia. b) fatores cromossômicos: abordam as aberrações cromossômicas representadas pelo número anormal de cromossomos. Um exemplo seria a Síndrome de Down.

68 Genética e Citogenética AGENTES TERATOGÊNICOS FATORES AMBIENTAIS a)agentes infecciosos: um teratógeno desse tipo é o vírus da rubéola, cuja infecção, nas primeiras quatro semanas após a concepção, possui altos riscos de gerar malformações do tipo lesões cardíacas, microcefalia (encéfalo pequeno), retardo no crescimento etc. b) agentes químicos: envolvem substâncias químicas e drogas. Exemplos clássicos seriam o álcool (causando hipoplasia maxilar (maxila pequena), microcefalia (encéfalo pequeno) e retardo do crescimento) e a talidomida,uma droga utilizada no passado durante a gestação para alívio de enjôo (provocando focomelia, ou seja, mãos e pés inseridos diretamente no tronco) etc. c) agentes físicos: destaca-se, principalmente, a radiação. Pode causar cegueira, defeitos cranianos e microcefalia (encéfalo pequeno).

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70 Profa.Aline Fernanda de A.C.Rodrigues aline.facr@gmail.com