Regulaçao e alteraçao do material genetico

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Regulação do material genético 
 
Genes Estruturais→ Codificam a produção de três enzimas necessárias ao metabolismo da 
lactose, sendo transcritos como uma unidade. 
 
Gene Operador→ Gene onde se pode ligar o repressor, impedindo a transcrição dos três 
genes estruturais. 
 
Gene Promotor→ Local onde se liga a RNA-polimerase para iniciar a transcrição dos genes 
estruturais, desde que o gene operador esteja livre do repressor. 
 
Gene Regulador→ Situa-se fora do operão (não pertence ao operão) e é responsável pela 
produção de um repressor (ou proteína repressora) que pode estar ou não ativo. 
 
→ Operão LAC 
 
Para esclarecer a expressividade seletiva dos genes, dois investigadores franceses, 
trabalharam com a bactéria E. Coli e debruçaram-se sobre os genes envolvidos no 
metabolismo da lactose (operão LAC) e na síntese do triptofano (operão TRP). 
Os operões são grupos específicos de genes estruturais com funções relacionadas e 
são, também, sequências de DNA responsáveis pelo seu controlo. Assim, este conjunto 
funciona como uma unidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
É um mecanismo indutivo, uma vez que a lactose promove o funcionamento dos genes 
estruturais. 
 
→ Operão Triptofano 
O triptofano é um aminoácido que pode ser produzido pela E. Coli através de uma 
cadeia de síntese que mobiliza várias enzimas. Estas enzimas surgem como resultado da 
atividade dos genes estruturais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
→ 
Regulão 
Por vezes, um grupo de operões é controlado pelo mesmo regulador, constituindo um 
regulão. 
Assim, todos os operões deste regulão estão envolvidos na produção de enzimas 
capazes de promover a formação da glicose. 
Consoante o nível de glicose na célula, são ou não induzidos diferentes operões que 
podem contribuir para a degradação de açúcares capazes de fornecer glicose. 
 
 
 
Engenharia Genética 
→ Enzimas de restrição 
Quando os vírus invadem as bactérias e afetam o seu DNA, algumas bactérias 
possuem um mecanismo de defesa contra o vírus, que consiste na produção de enzimas 
chamadas endonucleases de restrição. 
As endonucleases de restrição são enzimas que cindem/quebram a cadeia de DNA 
quando encontram uma determinada sequência de pares de bases. 
Atuam em pontos específicos, as chamadas zonas de restrição, catalisando a 
fragmentação do DNA em porções menores. 
 
Esta enzima de restrição cortará a molécula de DNA todas as vezes que encontrar 
esta sequência, originando fragmentos de DNA sob a forma de dupla hélice, mas com uma 
pequena extensão em cada extremidade de DNA em cadeia simples. Estas porções 
designam se por extremidades coesivas. 
 
→ DNA Ligases 
As extremidades coesivas do DNA deixadas livres, como resultado da atuação das enzimas 
de restrição, podem ligar-se por complementaridade a outro DNA. Neste processo, intervêm 
outras enzimas chamadas DNA ligases, que catalisam o processo que permite que 
fragmentos de DNA se voltem a ligar. 
 
→ Vetores 
Para transferir genes de uma molécula de DNA para outra é preciso um vetor, isto é, 
uma entidade que leve o material genético do genoma de onde foi retirado para o genoma 
que o vai receber. 
Assim, existem diferentes tipos de vetores, como por exemplo os plasmídeos, isto é, 
pequenas moléculas de DNA circulares, que estão presentes nas bactérias. 
Os plasmídeos possuem propriedades muito importantes, pois os seus genes não são 
essenciais para a sobrevivência da bactéria, podendo ser retirados. Para além disso, 
podem reproduzir-se nas bactérias independentemente da molécula de DNA principal , ou 
até fundir-se com ela. 
 
→ Técnica do DNA recombinante 
A técnica do DNA recombinante é um processo com muitas aplicações, através do 
qual se obtém um grande número de cópias de um determinado gene, e a partir deste é 
possível executar a tarefa desejada. 
 
 
1. A enzima de restrição cinde a molécula de DNA do plasmídeo num ponto específico. 
2. Com enzimas de restrição do mesmo tipo abre-se outra molécula de DNA, que 
funciona como dadora, e isola-se o gene que se quer introduzir no plasmídeo. 
3. O gene a inserir é colocado em contacto com o plasmídeo, simultaneamente com a 
ligase do DNA. 
4. O gene passa a fazer parte do plasmídeo que possui agora, para além dos seus 
genes, o gene estranho que lhe foi inserido, isto é, possui um DNA recombinante. 
5. O plasmídeo recombinante em contacto com bactérias introduz-se em algumas 
delas. 
6. Estas bactérias funcionam como células hospedeiras e aceitam o plasmídeo, e com 
ele o novo gene. 
7. A partir do DNA recombinante, o gene inserido passa a comandar a síntese da 
proteína desejada. 
 
→ Técnica do DNA complementar 
Por vezes é necessário obter uma cadeia de DNA através de um molde de RNA. Isto é 
possível através da técnica do DNA complementar, onde se utiliza RNA mensageiro e a 
enzima transcriptase reversa, que catalisa a formação de DNA a partir de RNA. 
 
Na situação descrita, o mRNA 
funciona de molde para a 
síntese de uma cadeia de DNA, 
que é um processo inverso do 
que se passa na transcrição. 
A técnica através da 
qual se obtém cDNA utiliza 
uma molécula de mRNA 
maturado, isto é, uma 
molécula desprovida de 
intrões. Deste modo, a porção 
de DNA que se isola é 
funcional. 
 
 
 
 
 
 
 
 
→ Reações de polimerização em cadeia 
A PCR, é uma técnica da biologia molecular para amplificar uma porção de DNA e 
baseia-se no processo de replicação do DNA que ocorre in vitro. 
A técnica de PCR consiste numa sequência de etapas: 
Desnaturação: a amostra de DNA é aquecida a 95ºC de modo a separar-se as duas 
cadeias da molécula. 
 A temperatura é reduzida para cerca de 50-60ºC de modo a que pequenas 
sequências de DNA, designadas por iniciadores (primers), se possam ligar às cadeias de 
DNA. Para este passo é necessário que sejam bem conhecidas as regiões próximas do gene 
que se pretende amplificar, de modo a produzir os iniciadores adequados. Esta fase 
designa-se por Emparelhamento. 
De seguida é adicionada à 
reação uma taq polimerase, 
caracterizada por ser resistente ao 
calor, visto que nesta altura a 
temperatura volta a aumentar para 
70ºC . Esta polimerase reconhece e 
associa-se às secções do DNA em 
cadeia dupla, onde se encontram os 
iniciadores. 
A DNA polimerase sintetiza 
uma nova cadeia de DNA por 
complementaridade, utilizando 
nucleótidos. Este processo de 
polimerização permite a elongação 
da cadeia entre os primers. 
 
 
→ DNA Fingerprint 
 
Os fragmentos de DNA são aplicados numa camada de 
gel e submetidos a um campo elétrico. 
 
Quando a corrente é ligada, os fragmentos movem-se a 
velocidades inversamente proporcionais ao seu tamanho. 
Quando o campo é desligado, fragmentos do mesmo 
tamanho estacionam juntos em determinada posição do gel, 
formando faixas. 
 
Fotos do gel tratados sob iluminação ultravioleta revelam um 
padrão de faixas típicas do DNA analisado que é 
característico para cada pessoa e corresponde à sua 
impressão digital genética. 
 
 
 
Alteração do material genético 
→ Mutações 
As mutações são alterações no genoma; 
Podem ser espontâneas ou induzidas por agentes exteriores (físicos, químicos ou 
biológicos); 
Geralmente são prejudiciais para o indivíduo portador ou para os seus 
descendentes; 
Algumas podem ser benéficas e melhorar a capacidade de sobrevivência dos 
indivíduos das novas gerações; 
São importante fonte de variabilidade genética, permitindo a diversidade de 
organismos e a evolução das espécies. 
 
→ Mutações Génicas 
Mutações que envolvem um gene ou um número muito restrito de genes. Exemplo: anemia 
falciforme ou drepanocitose, albinismo. 
→ Mutações Cromossómicas 
Ocorrem durante a meiose, em que há troca de material genético entre cromossomas 
homólogos, havendo maior variabilidade genética. Durante este complexo processo podem 
ocorrer erros que se traduzem na alteração da estruturaou no número de cromossomas. 
● Estruturais (ocorrem no crossing-over → meiose) 
 
 
 
 
 
 
● Numéricas (ocorre na disjunção dos cromossomas → meiose) 
 
 
→ Poliploidia 
As mutações numéricas conduzem frequentemente ao aparecimento de indivíduos 
poliploides, isto é, em que o número de conjuntos completos de cromossomas é múltiplo do 
número monoplóide primitivo existente nos gâmetas. Apresentam cariótipos triploides (3n) 
tetraploides (4n) ou mesmo múltiplos mais elevados do conjunto n. 
 
A poliploidia pode surgir acidentalmente por dois processos fundamentais: 
● Pode resultar de uma não disjunção dos cromossomas durante a meiose ou durante 
a mitose, surgindo, por exemplo, indivíduos com quatro conjuntos de cromossomas e 
não com dois, como sucede habitualmente. Noutros casos, a repartição dos 
cromossomas decorre normalmente, não havendo, contudo, citocinese (divisão do 
citoplasma), ficando a célula com o dobro do número de cromossomas. 
Os indivíduos com uma dosagem anormal de cromossomas não podem cruzar se com 
sucesso com os restantes indivíduos diploides da sua espécie. No caso das plantas, porém, 
elas podem reproduzir-se assexuadamente ou por autofecundação. 
● Um outro processo que conduz à poliploidia, e que é muito frequente nas plantas, é o 
que inclui o cruzamento entre indivíduos de espécies diferentes. Neste caso, os 
híbridos interespecíficos são naturalmente estéreis, uma vez que não existem 
cromossomas homólogos, não havendo emparelhamento durante a meiose. Podem, 
contudo, no caso das plantas, reproduzir-se assexuadamente. Ao fim de algumas 
gerações, alguns desses indivíduos podem tornar-se férteis devido à ocorrência de 
uma duplicação cromossómica. Estão então* isolados reprodutivamente dos seus 
progenitores, mas podem dar origem a gametas que, por fecundação, originam 
indivíduos de uma espécie diferente.