genética unidade 2

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Unidade 2 - Síntese proteica, estrutura e alterações cromossômicas
Síntese proteica
Quando pensamos em animais que geram produtos para consumo humano, como os bovinos, que produzem carne e/ou leite, as aves, que produzem ovos e/ou carne, e os equinos, que proporcionam a locomoção como aptidão zootécnica mais comum, deve se ter em mente que todos esses produtos, de forma geral, são provenientes da síntese proteica.
A síntese proteica se inicia dentro das células do organismo com a molécula de DNA. Caso seja um indivíduo eucarioto, a síntese se inicia no núcleo. Caso seja um procarioto, toda a síntese ocorre no citoplasma da célula. Quando finalizada a síntese proteica, as proteínas são exportadas para cada local do organismo onde desempenham sua função específica.
As proteínas são geradas a partir de uma informação codificada de uma região do DNA (gene) que possui uma sequência específica de bases nitrogenadas. Portanto, um gene é uma sequência do DNA capaz de codificar uma proteína. A síntese proteica é dividida em duas grandes fases: transcrição e tradução. A transcrição é a primeira fase e ocorre no núcleo da célula, para eucariotos, enquanto se dá no citoplasma, para procariotos. Nesta fase, o DNA é transcrito em RNA-mensageiro.
Após a transcrição, no núcleo de eucariotos, a molécula de RNA-mensageiro é exportada para o citoplasma da célula, a fim de dar início à segunda fase da síntese proteica, denominada tradução. Num indivíduo procarioto, a tradução ocorre também no citoplasma. Nesta etapa, o RNA mensageiro é traduzido em aminoácidos, para formação das proteínas. Para a tradução ocorrer, é necessária a utilização de outras organelas, como os ribossomos e os RNA transportadores.
Diagrama 1. Caminho do DNA em relação à proteína.
Dentro desse contexto, é importante saber o que ocorre em cada etapa da síntese proteica. Para isso, é preciso ter alguns conceitos bem definidos. Segundo Alberts, no livro Biologia molecular da célula, de 2017, os tipos de RNA podem ser divididos em:
RNA mensageiro (mRNA):
molécula derivada do DNA no processo de transcrição, que faz a transferência da informação genética do núcleo para o citoplasma em eucariotos, e carrega a informação contida no DNA, além de informar ao RNA transportador a ordem correta dos aminoácidos sintetizados, de acordo com a ordem dos códons;
RNA transportador (tRNA):
pequenas moléculas de RNA que atuam como adaptadores entre em aminoácidos e os códons no mRNA na tradução;
RNA ribossomal ou ribossômicos (rRNA):
componentes estruturais e catalíticos do ribossomo que traduzem sequências de nucleotídeos em sequência de aminoácidos.
Pequenos RNA nucleares (snRNA):
componentes estruturais dos espliceossomos, são as organelas que retiram os íntrons.
TRANSCRIÇÃO
A primeira fase da síntese proteica é denominada transcrição. Em indivíduos eucariotos, ela ocorre no núcleo da célula. Já nos procariotos, ocorre no citoplasma. Nesta fase, a molécula DNA é transcrita em RNA-mensageiro, uma molécula mediadora, para formação da proteína. Na transcrição, utiliza-se uma das fitas do DNA como molde para a criação de uma fita simples de RNA, complementar a essa sequência específica de genes do DNA.
A dupla fita de DNA é formada por nucleotídeos, um conjunto formado por açúcar desoxirribose, ligado a um único grupo fosfato, e uma base nitrogenada. As bases nitrogenadas do DNA são: Adenina (A), Citosina (C), Guanina (G) e Timina (T).
É importante destacar que as ligações entre as bases nitrogenadas devem seguir uma ordem. Por isso, a adenina se liga à timina, e a citosina à guanina. As bases adenina e guanina podem ser denominadas purinas, pois possuem dois anéis e são unidas por duas ligações de hidrogênio entre elas. Por outro lado, a citosina e a timina podem ser denominadas pirimidinas, pois possuem apenas um anel e são unidas por três ligações de hidrogênio entre elas. A forma como os nucleotídeos estão ligados faz com que a fita de DNA tenha uma polaridade química, ou seja, a extremidade do carbono 5’ possui um fosfato e, na outra extremidade, uma hidroxila no carbono 3’. Essa polaridade ocasiona uma maior estabilidade da molécula de DNA.
DICA
Para não confundir: Nucleotídeo = fosfato + açúcar + base nitrogenada. Trata-se de pares de bases unidos por ligações de hidrogênio. Bases nitrogenadas do DNA = Adenina, Citosina, Guanina e Timina. Então, quando se fala (A), (C), (T), (G), ela pode estar se referindo a uma única base nitrogenada ou ao nucleotídeo.
A transcrição é dividida em três etapas: iniciação, alongamento e terminação da cadeia. Para iniciar a transcrição, uma enzima denominada RNA-polimerase liga-se à fita molde do DNA exatamente na região em que se inicia um gene. Este local é denominado região promotora. A RNA polimerase é uma enzima formada por cinco subunidades, sendo elas:
Alfa (α)
Duas subunidades alfa que, juntas, ajudam a montar o cerne da holoenzima;
Beta (β)
parte ativa na catálise;
Beta' (β')
responsável por ligar-se ao DNA;
Ômega (ω)
responsável na montagem da enzima e na regulação da expressão gênica.
Outro fator importante na transcrição é o fator Sigma (σ). Ele não constitui a RNA polimerase, mas atua ligando-se a ela, para que haja o reconhecimento da região promotora do DNA. Além disso, o fator sigma desempenha a função de separar as fitas do DNA para que a RNA polimerase possa se ligar com o DNA molde e iniciar a transcrição. O fator sigma só permanece ligado à RNA polimerase durante a fase de iniciação da transcrição.
TRANSCRIÇÃO EM PROCARIOTOS
Iniciação
Nesta fase, a RNA polimerase, com auxílio do fator sigma, se liga à região promotora no local com maior quantidade das bases nitrogenadas adenina e timina, que possuem ligações químicas que facilitam o desenrolamento das fitas de DNA. Essas bases são ligadas por apenas duas pontes de hidrogênio.
Quando a fita dupla de DNA é aberta pelo fator sigma e se liga à RNA polimerase, forma-se uma bolha de transcrição, exatamente no local em que a transcrição vai sendo realizada. Em consequência, ocorre um super enrolamento da fita de DNA à frente da bolha. Por isso, é necessária a utilização de uma enzima chamada topoisomerase. Esta enzima tem a função de aliviar esse super enrolamento e evitar que haja o rompimento da dupla fita de DNA.
Ao formar o complexo DNA + RNA polimerase + RNA mensageiro, forma-se a holoenzima. Ela se torna estável quando sai da região promotora e se desloca pela fita molde de DNA. Neste momento, o fator sigma se solta da RNA polimerase, indicando o término da fase de iniciação e o início da fase de alongamento.
Alongamento
Nesta fase, há incorporação dos ribonucleotídeos (RNA), com base no DNA molde. Então, para entender a etapa de alongamento, é importante saber que a fita de RNA é uma fita simples, formada por nucleotídeos denominados ribonucleotídeos, pois possuem o açúcar ribose, ligado às bases nitrogenadas Adenina (A), Citosina (C), Guanina (G) e Uracila (U), em vez de Timina, como no DNA.
A fita simples de RNA-mensageiro é produzida no sentido de ligações carbônicas 5’-3’ e deve ser idêntica à fita de DNA não molde (exceto pela substituição da timina pela uracila). Portanto, as ligações das bases nitrogenadas, entre a fita molde do DNA e o RNA mensageiro, serão adenina com uracila, com a citosina permanecendo em ligação com a guanina.
A partir disso, a RNA polimerase mantém a bolha de transcrição, iniciando a incorporação dos ribonucleotídeos no RNA mensageiro, que vai sendo deslocado do filamento molde do DNA à medida que a RNA polimerase avança ao longo da molécula de DNA. A fase de alongamento permanece até que se encontre uma região de término, sinalizada pela Rho-dependente ou Rho-independente, levando à finalização do processo de transcrição que ocorre na fase de terminação.
Terminação
A terminação Rho-independente utiliza a própria fita de RNA e uma sequência rica em guanina e citosina para interromper a transcrição. Estas sequências de bases nitrogenadas tendem a se atrair, formando um grampo que gera a parada da RNA polimerase.A parada da RNA polimerase no DNA ocorre numa região rica em adenina e timina. Como a ligação entre essas duas bases nitrogenadas é mais fraca, ocorre a liberação da fita de RNA mensageiro e a transcrição é finalizada. O resultado é um grampo estável que faz com que a polimerase pare.
A outra forma de finalizar a transcrição é por meio do Rho-dependente. Este sinalizador depende de uma proteína chamada fator Rho. Por isso, nomeia-se Rho-dependente. A proteína fator Rho, liga-se ao RNA mensageiro na extremidade 5’ e percorre em direção à extremidade 3’. Entretanto, na sequência de DNA existe uma sequência rica em guanina e citosina, que quando transcrita se torna um grampo. Então, quando a RNA polimerase percorre o sentido contrário ao fator Rho, ou seja, 3’-5’, ela encontra o grampo e faz uma pausa, o que possibilita ao fator Rho alcançá-la.
Quando há o encontro da proteína fator Rho com a RNA polimerase, a atividade helicase do fator Rho desenrola o pareamento do DNA-RNA, liberando o RNA mensageiro que foi transcrito. Como nos seres procariotos não há núcleo separando o DNA do citoplasma, conforme o RNA mensageiro é formado, os ribossomos já se ligam à formação da proteína, que ocorre na segunda fase da síntese proteica, denominada tradução.
Figura 1. A região promotora com a ligação das bases nitrogenadas do DNA utilizadas como molde para transcrever o RNA mensageiro. Fonte: Adobestock. Acesso em: 23/10/2020.
Transcrição em eucariotos
A síntese proteica nos eucariotos é mais complexa que nos procariotos. Logo, há uma melhor regulação do processo de transcrição. A primeira diferença é que, nos eucariotos, há presença do núcleo. Portanto, a fase de transcrição ocorre no núcleo da célula. Nos eucariotos, a RNA polimerase é dividida em três tipos, sendo eles:
1. RNA polimerase I: transcrição do RNA ribossomal;
2. RNA polimerase II: transcrição do RNA mensageiro;
3. RNA polimerase III: transcrição do RNA transportador e dos pequenos RNAs.
Iniciação nos eucariotos:
na etapa de iniciação nos eucariotos, a RNA polimerase II inicia a transcrição. Para a ligação entre a RNA polimerase II e a região promotora da fita molde de DNA, é necessário o auxílio de proteínas que regulam a transcrição dos genes, chamadas de fatores de transcrição ou TFIIX. Esses fatores formam um complexo com a RNA polimerase II e promovem a ligação da região promotora a RNA polimerase II, dando início ao processo de transcrição;
Alongamento nos eucariotos:
a maior diferença na fase de alongamento dos eucariotos é que há a adição de um capacete (CAP) de 7-metil-guanina na extremidade 5’ do RNA mensageiro que está sendo formado. Para ocorrer a adição do capacete, se remove um fosfato do primeiro ribonucleotídeo pela enzima RNA-trifosfatase. Em seguida, adiciona-se uma guanina que sofre uma metilação no carbono 7 da base nitrogenada pela enzima metiltransferase, formando o capacete. Este capacete tem a função de proteção da molécula de RNA mensageiro a ser enviada ao citoplasma que auxilia na ligação do RNA mensageiro com o ribossomo no processo de tradução. No mais, o alongamento procede da mesma forma nos eucariotos. As bases nitrogenadas da fita molde do DNA vão sendo transcritas para o RNA mensageiro, sempre adenina com uracila e guanina com citosina;
Terminação nos eucariotos:
para o término da transcrição, a RNA polimerase II ultrapassa a região de terminação. Esta região é reconhecida por dois fatores de clivagem, denominados CPSF e CSTF. Esses fatores clivam a fita de RNA mensageiro formada, ou seja, a fita é cortada. Após a clivagem, a enzima denominada poli-A adiciona uma sequência de 100 a 200 nucleotídeos de adenina na extremidade 3’ da fita de RNA mensageiro que foi formada. Essa sequência de adenina incorporada é denominada cauda Poli (A). Com isso, ocorre a finalização do processo de transcrição da síntese proteica nos eucariotos. Ao final do processo de transcrição, tem-se a fita de RNA mensageiro contendo um capacete na extremidade 5’ e uma cauda Poli-(A) na extremidade 3’.
Todavia, antes de iniciar a segunda fase da síntese proteica, denominada tradução, ainda existe outra etapa para este RNA mensageiro que foi formado, pois este se encontra imaturo. O RNA mensageiro imaturo precisa passar por uma fase intitulada processamento do RNA mensageiro ou splicing. E, somente após o splicing, o RNA mensageiro está maduro para ser transportado ao citoplasma, para a tradução.
O RNA mensageiro imaturo é formado por regiões de bases nitrogenadas denominadas exons e íntrons. O processo de amadurecimento consta da eliminação dos íntrons, deixando a molécula de RNA mensageiro somente com os exons. Os íntrons possuem função reguladora do RNA mensageiro. O processo de retirada dos íntrons é realizado pelo spliceossomo, complexos formados por snRNA e proteínas que clivam os íntrons e fazem a união dos exons, para formação da fita de RNA mensageiro madura.
Há algumas sequências de bases nitrogenadas nos íntrons que tendem a se repetir. Tais sequências são chamadas de sequência consenso: uma para a extremidade 5’, outra para 3’. A sequência de consenso na extremidade 5’ é a guanina e uracila (GU), enquanto na extremidade 3’ se tem a adenina e guanina (AG). Os snRNAs reconhecem essas sequências e as clivam, liberando as extremidades dos exons para serem ligadas através de uma ligação fosfodiéster, tornando a fita de RNA mensageiro madura, somente com exons.
CURIOSIDADE
Muito tempo atrás, acreditava-se que existiam milhares e milhares de genes. Hoje, sabe-se que existem em torno de 25.000 genes no DNA humano. Contudo, as células produzem muito mais que 25.000 proteínas graças ao amadurecimento do RNA-mensageiro, do qual são retirados os íntrons e os éxons são reorganizados de maneiras diferentes, mudando a sequência e as posições dos aminoácidos que levam a alteração da proteína.
TRADUÇÃO
A tradução é a segunda fase da síntese proteica, na qual as informações do RNA mensageiro são traduzidas em aminoácidos. Essa etapa ocorre no citoplasma. Na tradução, há utilização do RNA mensageiro liberado na fase de transcrição, do RNA transportador que carrega os aminoácidos e do ribossomo, organela responsável pela tradução.
Os aminoácidos são as subunidades menores que formam a proteína. Para desempenhar cada função específica, os aminoácidos obedecem a um código genético formado por códons. A cada códon, tem-se três nucleotídeos, que correspondem a um aminoácido, mas vale lembrar que os códons de terminação não possuem aminoácidos referenciados. Para codificar todas as proteínas, existem 20 aminoácidos codificados do DNA de um organismo. Cada aminoácido possui sua propriedade química específica.
Os aminoácidos que compõem as proteínas são valina, leucina, triptofano, prolina, isoleucina, metionina, fenilalanina, alanina, treonina, glicina, asparagina, glutamina, cisteína, serina, tirosina, arginina, histidina, lisina, ácido glutâmico e ácido aspártico. Cada proteína possui uma sequência exclusiva de aminoácidos.
Quadro 1. Tradução do código genético. Fonte: SNUSTAD; SIMMONS, 2013, p. 313.
O código genético é degenerado, ou seja, existe mais de um códon para um mesmo aminoácido. Isso significa que, se ocorrer alguma mutação na sequência de aminoácidos, existe uma chance maior de não modificar o aminoácido e menor de alterar a proteína, a fim de que ela desempenhe sua função, por exemplo, na sequência de códons a seguir:
· AUG GCU GGU GUU: traduzem os aminoácidos Metionina, Alanina, Glicina e Valina;
· AUG GCU GCC GUU: traduzem os aminoácidos Metionina, Alanina, Glicina e Valina.
Apesar da modificação da terceira base nitrogenada do terceiro códon, não houve alteração do aminoácido e do resultado. Além disso, o código genético tem tradução direta, ou seja, a leitura dos códons é consecutiva. Também há um códon de iniciação, que sempre é o AUG referente ao aminoácido metionina, além dos códons de término, que são UGA, UAA ou UAG. Os códons de terminação não codificam aminoácidos.
Os códons de início marcam o início da tradução e oscódons de terminação marcam o fim da tradução. Essas sequências de nucleotídeos estão presentes no código genético. Para finalizar as características do código genético, de forma geral, elas produzem os mesmos aminoácidos em todos os organismos vivos. A outra organela que participa da tradução é o ribossomo, dividido em duas subunidades (menor e maior) e três sítios (A, P e E), por onde passam os RNAs transportadores.
O sítio aminoacil, ou sítio (A), é responsável pela entrada do RNA transportador carregado com aminoácido. O sítio peptidil, ou sítio (P), é o local em que se encontram os RNAs transportadores com a formação da cadeia peptídica. Por fim, o sítio de saída ou sítio (E) é o responsável pela saída do RNA transportador descarregado, ou seja, sem aminoácidos.
O pareamento entre o RNA mensageiro com o RNA transportador se dá pela ligação do códon do RNA mensageiro com o anticódon do RNA transportador: tudo isso ocorre dentro do ribossomo. De forma mais clara, o RNA transportador na região de cima carrega um aminoácido e, na região de baixo, possui o anticódon, que se liga ao códon no RNA mensageiro. Caso o códon do RNA mensageiro seja UUU, o anticódon do RNA transportador é AAA.
Nos procariotos, os ribossomos se encontram no próprio citoplasma enquanto, nos eucariotos, se encontram no retículo endoplasmático rugoso ou também no citoplasma, em sua forma livre. O ribossomo é constituído pelo RNA ribossomal e as proteínas ribossômicas.
A tradução em procariotos é dividida em três etapas: iniciação, alongamento e término. Nos procariotos, como não há núcleo, o processo de transcrição e tradução é simultâneo.
Iniciação
O RNA mensageiro possui os códons de informação genética que vieram da fase de transcrição do DNA. Esses códons referem-se a um aminoácido pelo código genético que será exportado através do RNA transportador. Para começar o pareamento entre o RNA transportador + aminoácidos com o RNA mensageiro, o RNA mensageiro é reconhecido pelo ribossomo na região do códon de início (AUG).
A fim de que as subunidades do ribossomo se liguem ao RNA mensageiro, é necessário o auxílio de fatores de iniciação (IF), proteínas solúveis, e uma molécula de trifosfato de guanosina (GTP). Dessa forma, a subunidade menor (30s) se liga ao RNA mensageiro com auxílio do fator IF-3, expondo o códon AUG e permitindo a ligação do primeiro RNA transportador com a metionina fosforilada ao códon de início AUG no RNA mensageiro. Essa primeira ligação ocorre no sítio A do ribossomo.
A partir da ligação do primeiro RNA transportador (metionina) no sítio A, o fator IF-3 é liberado e ocorre a ligação da subunidade maior (50s) no RNA mensageiro. Neste momento, o RNA transportador com a metionina que estava no sítio A é exportado para o sítio P, para que o próximo RNA transportador com o próximo aminoácido possa se ligar ao códon no sítio A.
 Alongamento
Na fase de alongamento, ocorre a incorporação dos aminoácidos na cadeia peptídica que vai se formando no sítio P. Dessa forma, sempre vai sendo exposto um novo códon no sítio A, que permite a entrada de um novo RNA transportador, com o anticódon correspondente ao códon exposto. A ligação do códon (RNA mensageiro) com o anticódon (RNA transportador) ocorre com auxílio do fator Tu.
Os aminoácidos já incorporados no sítio A são transferidos para o sítio P pela enzima peptil-transferase, formando as ligações peptídicas entre os aminoácidos no sítio P. A ligação peptídica entre os aminoácidos ocorre pela enzima peptidil transferase. É neste momento que o fator TU se desprende. Enquanto isso, no sítio A, chegam novos RNA transportadores. Assim, ocorre a tradução dentro do ribossomo. O ribossomo vai se deslocando no RNA mensageiro no sentido 5’-3’.
Término
Quando o sítio A é exposto ao códon de terminação, ocorre a entrada do fator de liberação (RF). Assim, a enzima peptidil transferase adiciona uma molécula de água na cadeia peptídica, levando a hidrólise da ligação entre o polipeptídeo (cadeia de aminoácidos) e o RNA transportador no sítio P. Dessa forma, há uma desestabilização de todo o complexo, sendo liberada a molécula de RNA mensageiro, os RNA transportadores, a cadeia peptídia e as subunidades ribossomais.
A Figura 2 mostra um esquema da tradução. Os novos RNA transportadores se ligam no sítio A para que haja o pareamento entre o códon do RNA mensageiro com o anticódon do RNA transportador do aminoácido referente. No sítio P, há formação do polipeptídio com os aminoácidos já incorporados.
Figura 2 Em laranja, o ribossomo com subunidade menor e a maior e os sítios E, P e A. Fonte: adobestock. Acesso em 27/10/2020
Diagrama 2: Etapas da síntese proteica em procariotos, destacando o citoplasma (cinza). Fonte: ALBERTS et al,. 2017, p.315
 Tradução em eucariotos
As maiores diferenças entre a tradução nos procariotos para os eucariotos são:
· Nos eucariotos, a metionina não é fosforilada;
· As subunidades dos ribossomos são 60s (maior) e 40s (menor);
· Os fatores de iniciação são diferentes, do tipo eIF;
· Há presença de poliribossomos, ou seja, vários ribossomos podem ler o RNA mensageiro.
Para iniciar a tradução, a subunidade menor do ribossomo (40s) se liga ao RNA transportador que carrega a metionina, o primeiro aminoácido referente ao códon AUG. Essa ligação ocorre antes de haver o reconhecimento do RNA mensageiro e na região do CAP.
A proteína eIF se liga à região CAP e auxilia na ligação do complexo RNA transportador com a metionina + subunidade menor do ribossomo (40s). Após a ligação do complexo ao CAP, o ribossomo (subunidade menor) se desloca sobre o RNA mensageiro. Somente neste momento, há o pareamento do códon de iniciação (AUG) com o anticódon do RNA transportador metionina, e ocorre a ligação da subunidade maior do ribossomo (60s).
Assim, com o aminoácido incorporado primeiro, a metionina entra para o sítio P, deixando o sítio A exposto para o próximo aminoácido a ser incorporado, e assim por diante até encontrar um códon de terminação. O códon de terminação não codifica aminoácido, apenas indica que o ribossomo tem que se desligar e liberar o RNA mensageiro para a proteína amadurecer.
Na Figura 3, os códons do RNA mensageiro são traduzidos para o anticódon do RNA transportador que está carregando o aminoácido correspondente, de acordo com o código genético. Os aminoácidos já incorporados vão para o sítio P do ribossomo e os que chegam para ser ligados chegam sempre no sítio A. No Diagrama 3, após essas etapas, há a exportação do RNA mensageiro para o citoplasma, para que ocorra a última fase da síntese proteica: a tradução.
Figura 3: Em azul, o ribossomo mostra a etapa de tradução. Fonte: Adobestock. Acesso em 23/10/2020
Diagrama 3: Etapas da síntese proteica em eucariotos. Em branco, destaca-se o núcleo no qual ocorre a transcrição e o splicing. Fonte: ALBERTS et al., 2017, p.315.
Ao finalizar os processos de transcrição e tradução, há o dobramento da proteína dentro da célula até alcançar o nível de organização funcional, que pode ser primária, secundária, terciária e quaternária. As cadeias laterais dos aminoácidos começam a se modificar, o que marca a função da proteína. Após sua modificação, ela é direcionada ao local do organismo em que ela desempenhará sua função.
A estrutura primária das proteínas é uma sequência linear formada apenas pelas ligações peptídicas entre os aminoácidos. A estrutura secundária é formada quando há incorporação dos fatores alfa-hélice e folha-beta que se associam por pontes de hidrogênio entre os aminoácidos. A estrutura terciária é caracterizada pelo enovelamento das estruturas secundárias. E a estrutura quaternária é um aglomerado de dois ou mais polipeptídios de estrutura terciária
Figura 4. Estruturas proteicas. Fonte: Adobestock. Acesso em: 27/10/2020.
Estrutura e alterações cromossômicas: anatomia dos cromossomos
A molécula de DNA é o elemento que contém a informação biológica nos cromossomos. Então, para entender o fenótipo dos seres vivos, é importante falar sobre genótipo. Se a informação biológicaestá no DNA, que está localizado nos cromossomos dentro das células, então o que é um cromossomo? Cromossomo, em eucariotos, é a própria molécula de DNA linear, condensada junto a proteínas que empacotam e enovelam a fita de DNA numa estrutura mais compacta. Além disso, também possui diversas moléculas de RNA, que são necessárias para os processos de replicação, reparo do DNA e expressão gênica.
Os cromossomos, portanto, são responsáveis por transportar o material genético (DNA) que origina as diferentes características presentes nos seres vivos. Quando o DNA não está ativo, isto é, não está no processo de síntese proteica ou replicação, ele se condensa, algo que também se dá quando a célula vai se dividir no processo de mitose e meiose.
Figura 5. O cromossomo é o DNA condensado. Fonte: Shutterstock. Acesso em: 26/10/2020.
O complexo que engloba as proteínas e o DNA nos cromossomos é denominado cromatina. Ela é dividida em eucromatina, quando o DNA está ativo, e heterocromatina, quando o DNA está inativo e condensado. Os procariotos, como não possuem o compartimento núcleo, transportam todos os genes numa única molécula de DNA em formato circular.
Os procariotos, além do DNA, também têm as proteínas que empacotam e condensam a molécula de DNA, embora diferentes das proteínas dos eucariotos. Dessa forma, o DNA bacteriano em conjunto com as proteínas pode ser chamado de ‘’cromossomo’’ bacteriano, apesar de não ter a mesma estrutura do cromossomo eucarioto.
Figura 6. Plasmídeo, estrutura circular nos procariotos na qual se encontra o DNA. Fonte: Shutterstock. Acesso em: 26/10/2020.
Um cromossomo funcional é formado com uma molécula de DNA que transporta os genes e é capaz de se replicar. Cada cópia é separada e dividida entre duas células-filhas, em cada divisão celular no ciclo celular. Os cromossomos são dinâmicos, principalmente nas fases do ciclo celular, ora estão condensados, ora sofrem uma descondensação e, em seguida, uma nova condensação. Cada categoria de ser vivo possui um número específico de cromossomos.
Tabela 1. Número de cromossomos em algumas categorias de seres vivos. Fonte: ALBERTS et al. 2017, p. 182-183. (Adaptado); SNUSTAD; SIMMONS, 2013, p. 89.
Nos seres humanos, por exemplo, que possuem 46 cromossomos, 23 cromossomos são provenientes da herança paterna e 23 cromossomos são provenientes da herança materna. Então, quando se pensa somente no gameta, ele tem 23 cromossomos. Após a fecundação, forma-se o indivíduo com os 46 cromossomos: 21 pares referentes às células somáticas e mais dois cromossomos sexuais, (X) e/ou (Y). Nas mulheres, encontram-se dois cromossomos sexuais (XX). O homem também tem dois cromossomos sexuais (XY), embora de tipos diferentes – (X) e (Y).
Quando se tem o par de cromossomos, ele é denominado de homólogo, pois são dois tipos de cromossomos iguais, um proveniente da herança paterna e um proveniente da herança materna. Por exemplo, no cromossomo 21 da fêmea com o cromossomo 21 do macho, no indivíduo fecundado, tem-se o par do cromossomo 21, denominado cromossomo homólogo.
O cariótipo humano é feito de uma única célula. Com o cariótipo, é possível visualizar o arranjo sistemático dos cromossomos, bem como os pares de cromossomos das células somáticas e dos cromossomos sexuais. O cariótipo é importante para identificar alguma alteração no cromossomo relacionada a alguma doença.
Figura 7. Cariótipo humano. Fonte: Shutterstock. Acesso em: 26/10/2020.
Os cromossomos possuem uma estrutura que caracteriza sua anatomia. A região do telômero é composta por estruturas que não codificam DNA e se encontram nas extremidades dos cromossomos. Eles mantêm a estabilidade dos cromossomos e têm a função de impedir o desgaste do material genético, pois há um encurtamento dos telômeros quando ocorre o processo de divisão celular, de modo a impedir o desgaste do material genético.
Além dos telômeros, os cromossomos têm uma região denominada centrômero, a mais condensada no cromossomo. É uma região de DNA inativo, ou seja, não há expressão e atividade dos genes. É nesta região que as cromátides-irmãs se ligam. Antes da divisão celular, há uma única molécula de DNA num cromossomo e, quando ocorre a divisão celular, esta molécula de DNA precisa se duplicar. Dessa forma, ela é denominada cromátide, a cópia de um cromossomo recém-duplicado que ainda está unido ao cromossomo por um único centrômero. Quando há presença de duas cromátides unidas por um mesmo centrômero, elas são nomeadas cromátides-irmãs.
Na Figura 8, os telômeros, em azul, se encontram nas extremidades do cromossomo. No centro, o centrômero. É possível observar ainda um cromossomo que foi duplicado. Neste caso, denomina-se cada metade do cromossomo de cromátide. Como as duas cromátides se encontram em um mesmo cromossomo, são classificadas de cromátides-irmãs. Cada região separada pelo centrômero é denominada braço do cromossomo.
Figura 8. Anatomia dos cromossomos eucariotos. Fonte: Shutterstock. Acesso em: 26/10/2020.
Os cromossomos são classificados em diferentes tipos, de acordo com a posição do centrômero. É metacêntrico o cromossomo que possui o centrômero literalmente na região do centro, em posição mediana, com cada braço do cromossomo do mesmo tamanho. Submetacêntricos são os cromossomos que possuem os centrômeros pouco deslocados da região central, cujos braços ficam de tamanhos desiguais. O terceiro tipo são os acrocêntricos. Neste, o centrômero está mais próximo de um dos extremos do cromossomo, deixando um dos braços maior e o outro menor.
O quarto tipo de cromossomo é o telocêntrico. Neste, o centrômero está numa das extremidades do cromossomo. Neste caso, é possível observar um único braço. Na Figura 9, em azul, se observa um braço dos cromossomos e, em rosa, o outro. Em vermelho e de formato circular, está o centrômero. Conforme o centrômero se aproxima das extremidades, se tem a alteração dos tipos de cromossomo.
Figura 9. Tipos de cromossomos em eucariotos. Fonte: Shutterstock. Acesso em: 26/10/2020.
ALTERAÇÕES DOS CROMOSSOMOS
Os cromossomos podem sofrer alterações em suas estruturas ou número. Tais alterações são denominadas mutações cromossômicas estruturais e numéricas. Como os próprios nomes traduzem, as mutações numéricas alteram a quantidade de cromossomos da célula e as alterações estruturais levam a modificações na morfologia dos cromossomos, tanto na forma quanto no tamanho de um ou mais cromossomos.
Em alguns casos, as alterações podem ser danosas ao indivíduo, influenciando no fenótipo, com alguma doença ou síndrome. Não obstante, não existem somente pontos negativos. As mutações cromossômicas possibilitam o surgimento de novas combinações gênicas, influenciam na evolução dos indivíduos e na variabilidade genética, contudo, são menos significativas do que as mutações gênicas, que causam alteração no código genético.
As alterações cromossômicas podem se dar devido a erros no processo de meiose ou induzidas por agentes que causam danos no material genético, como agentes físicos, biológicos e químicos. Em relação às alterações estruturais, há quatro tipos: deleção, duplicação, inversão e translocação. As mutações estruturais podem ser homozigóticas, quando ambos os braços de um par de cromossomos possuem a mutação, ou heterozigóticas, quando apenas um dos cromossomos do par de homólogos apresenta a mutação.
Deleção
Nesta alteração, parte do cromossomo é perdida, com a perda de uma parte do material genético. A deleção pode ocorrer nas extremidades dos cromossomos ou nas porções mais no centro e intersticiais. As deleções ocorrem com mais frequência na meiose;
Duplicação
Quando há uma perda do material genético de um cromossomo, essa porção perdida se liga a uma das cromátide-irmãs e o cromossomo fica com um segmento duplicado;
Inversão
Quando uma porção do cromossomo se separa e se une ao cromossomo, só que de forma invertida. Nesta alteração, o material genético permanece o mesmo, porém, a disposição das bases nitrogenadas ocorre de maneira trocada. A inversão pode ser na regiãodo centrômero ou não. Quando a alteração envolve o centrômero, denomina-se inversão pericêntrica. Quando não envolve o centrômero, é denominada inversão paracêntrica;
Translocação
Quando ocorre uma alteração no cromossomo que passa as informações para outro cromossomo não homólogo, isto denomina-se translocação. A translocação ocorre entre dois cromossomos diferentes e não homólogos, podendo ser recíproca quando há troca nas porções entre os dois cromossomos, ou robertsoniana, quando envolve cromossomos acrocêntricos, cromossomos em que o centrômero está mais próximo de um dos extremos do cromossomo, levando à quebra dos braços dos cromossomos. Quando ocorre a translocação, origina-se um cromossomo com dois braços longos e um com dois braços curtos.
Figura 10. Inversão, translocação, deleção e duplicação. Fonte: Shutterstock. Acesso em: 26/10/2020.
Em relação às alterações cromossômicas numéricas, que alteram o número de cromossomos, há as alterações numéricas denominadas euploidias e aneuploidias. As alterações aneuploidias envolvem parte do genoma e há o aumento ou a perda de um ou mais cromossomos, seja nos cromossomos sexuais ou nos cromossomos autossômicos. As aneuploidias podem ser nulissomia, monossomia, trissomia ou tetrassomia:
· Nulissomia: perda de dois cromossomos;
· Monossomia: perda de um cromossomo;
· Trissomia: acréscimo de um cromossomo;
· Tetrassomia: acréscimo de dois cromossomos.
Um exemplo de aneuploidia mais comum em humanos é a síndrome de Down, provocada pela trissomia do cromossomo 21 humano. Outros exemplos de alterações no número de cromossomos são:
· Síndrome de Turner: perda de um cromossomo sexual X;
· Síndrome de Klinefelter: trissomia dos cromossomos sexuais;
· Síndrome de Edwards: trissomia no cromossomo 18;
· Síndrome de Patau: trissomia do cromossomo 13.
Segundo Ticianelli em “Intersexo e outras anomalias do desenvolvimento do aparelho reprodutor nos animais domésticos e o auxílio da citogenética para o diagnóstico”, artigo publicado em 2011 na Revista Brasileira de Reprodução Animal, em animais, exemplos de intersexualidade e anomalias no desenvolvimento do aparelho reprodutor ocorrem em várias espécies. As alterações cromossômicas podem ocorrer durante a diferenciação sexual e no desenvolvimento embrionário do aparelho reprodutor, sendo diagnosticadas ou pelos sinais clínicos ou pela avaliação dos cromossomos através da citogenética.
É recomendado aos produtores e tutores uma avaliação mais precoce, de forma a eliminar os animais acometidos e evitar problemas. Para avaliação da estrutura e número de cromossomos, retira-se uma amostra de pelo, pele ou sangue dos animais suspeitos para a cariotipagem. Almeida e Resende, no artigo “Freemartinismo em bovinos: revisão de literatura”, publicado em 2012 na Revista Portuguesa de Ciências Veterinárias, destacam que, nos bovinos, é comum a ocorrência do freemartismo, uma diferenciação sexual que também pode ocorrer em equinos, ovinos, suínos e até em humanos, ainda que com menor frequência. Nesta alteração cromossômica, o indivíduo apresenta características tanto do sexo masculino quanto do sexo feminino.
Segundo Ticianelli, o pseudo-hermafroditismo também é um tipo de intersexualidade que ocorre em bovinos, caprinos, ovinos e suínos. Ainda não é bem compreendido, mas uma das teorias mais aceitas é que esta anomalia é causada pela translocação do gene SRY (cromossomo Y) para o cromossomo X. Dessa forma, os indivíduos XX, que seriam fêmeas, acabam possuindo um desenvolvimento testicular. Outro exemplo é a Síndrome de Turner equina, que ocorre no cromossomo 63 dos equinos.
Esta anomalia é caracterizada pela ausência de um cromossomo X, no cromossomo sexual 63, que era para ser XX nas fêmeas, e com a anomalia passa a ser X0, levando à infertilidade dos equinos. O fenótipo deste é animal é de fêmea, porém, devido à ausência de um cromossomo X, esta fêmea equina possui um porte pequeno e os ovários não apresentam desenvolvimento folicular, não manifestando cio ou apresentando ciclos irregulares.
Segundo Silva, no artigo “Alterações genéticas envolvidas na expressão das pelagens tortoiseshell e cálico em gatos domésticos machos: revisão”, publicado em 2019 na revista Pubvet, gatos domésticos (Felis catus) possuem pelagens tortoiseshell e cálico, determinadas pelas cores laranja e pretas no mesmo animal, distribuídas de formas aleatórias ao longo do corpo. Essas pelagens só são observadas em fêmeas, pois são cores determinadas pelo cromossomo X. Quando há o nascimento de machos com as pelagens tortoisseshell ou cálico, devido a alterações cromossômicas, a mutação localizada no cromossomo 39 faz com que haja uma adição de um cromossomo X, tornando o macho XXY. Esta alteração cromossômica em gatos é semelhante à Síndrome de Klinefelter em humanos (47, XXY).
Outro tipo de alterações cromossômicas que podem ocorrer são as euploidias, caracterizadas por todos os cromossomos duplicados, ou seja, ocorre em todo o genoma, podendo gerar indivíduos haploides (n), diploides (2n), triploides (3n), tetraploides (4n) e poliploides (mais de 4). Nesta alteração cromossômica, as células são duplicadas, mas não se dividem. A euploidia é mais frequente em vegetais, como variedades de trigo, milho e soja, voltadas principalmente para o melhoramento genético. Em humanos, a ocorrência de euploidias está ligada à ocorrência do câncer, como leucemia.
SINTETIZANDO
A síntese proteica é dividida na fase de transcrição e tradução. Em indivíduos procariotos, as duas fases ocorrem no citoplasma ao passo que, em indivíduos eucariotos, a transcrição ocorre no núcleo da célula e a tradução ocorre no citoplasma. Na fase de transcrição da síntese proteica, uma das fitas do DNA é utilizada como molde para transcrever a região promotora do gene numa fita simples de RNA mensageiro. A abertura da fita dupla do DNA é feita pela RNA polimerase. E a molécula formada de RNA mensageiro é responsável por carregar a informação genética do DNA.
O pareamento do DNA com o RNA mensageiro ocorre pela ligação das bases nitrogenadas, sempre na disposição adenina com uracila e guanina com citosina. Na tradução, segunda fase da síntese proteica, a sequência de nucleotídeos da molécula de RNA mensageiro é traduzida numa sequência específica de aminoácidos ligados a um RNA transportador. A tradução ocorre no citoplasma, no ribossomo. Cada códon do RNA mensageiro, formado por três bases nitrogenadas, é pareado a um anticódon do RNA transportador. Este anticódon é referente a um aminoácido específico, de acordo com o código genético. A tradução ocorre até ser encontrado um códon de terminação, e o polipeptídio de aminoácidos é liberado, finalizando a síntese proteica.
Quando a dupla fita de DNA não está em replicação ou em síntese proteica, ela se encontra condensada em forma de cromossomo. Os cromossomos são formados pela molécula de DNA, as proteínas e os RNAs. Em sua estrutura, possuem regiões denominadas telômeros, centrômeros e os braços dos cromossomos. Existem quatro tipos de cromossomos: metacêntrico, submetacêntrico, telocêntrico e acrocêntrico. Os cromossomos ainda podem sofrer alterações em sua estrutura ou número.