citogenetica-no-diagnostico-laboratorial-1

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Aula 01
Rosalina Guedes Donato Santos
Citogenética 
no Diagnóstico 
Laboratorial
Diretor Executivo 
DAVID LIRA STEPHEN BARROS
Diretora Editorial 
ANDRÉA CÉSAR PEDROSA
Projeto Gráfico 
MANUELA CÉSAR ARRUDA
Autor 
EDUARDO NASCIMENTO DE ARRUDA
Desenvolvedor 
CAIO BENTO GOMES DOS SANTOS
Olá. Meu nome é Rosalina Guedes Donato Santos. Sou formada 
em Biomedicina, com uma experiência técnico-profissional na área 
de imunologia, hematologia, toxicologia, análises clínicas de mais 
de 12 anos. Passei por empresas com a Faculdade de Ciências e 
Tecnologia, UNIFACS, UNIRB, Laboratórios como o Hospital Roberto 
Santos, Laboratório José Silveira e Universidade Federal da Bahia. Sou 
apaixonado pelo que faço e adoro transmitir minha experiência de vida 
àqueles que estão iniciando em suas profissões. Por isso fui convidada 
pela Editora Telesapiens a integrar seu elenco de autores independentes. 
Estou muito feliz em poder ajudar você nesta fase de muito estudo e 
trabalho. Conte comigo!
Autora 
Rosalina Guedes Donato Santos
INTRODUÇÃO: para 
o início do desen-
volvimento de uma 
nova competência;
DEFINIÇÃO: houver 
necessidade de 
se apresentar um 
novo conceito;
NOTA: quando forem 
necessários obser-
vações ou comple-
mentações para o 
seu conhecimento;
IMPORTANTE: as 
observações escritas 
tiveram que ser prio-
rizadas para você;
EXPLICANDO ME-
LHOR: algo precisa 
ser melhor explica-
do ou detalhado;
VOCÊ SABIA? curio-
sidades e indaga-
ções lúdicas sobre o 
tema em estudo, se 
forem necessárias;
SAIBA MAIS: textos, 
referências biblio-
gráficas e links para 
aprofundamento do 
seu conhecimento;
REFLITA: se houver a 
necessidade de cha-
mar a atenção sobre 
algo a ser refletido 
ou discutido sobre;
ACESSE: se for 
preciso acessar um 
ou mais sites para 
fazer download, 
assistir vídeos, ler 
textos, ouvir podcast;
RESUMINDO: 
quando for preciso 
se fazer um resumo 
acumulativo das 
últimas abordagens;
ATIVIDADES: quando 
alguma atividade 
de autoaprendiza-
gem for aplicada;
TESTANDO: quando 
o desenvolvimento 
de uma compe-
tência for conclu-
ído e questões 
forem explicadas;
Iconográficos
Olá. Meu nome é Manuela César de Arruda. Sou a responsável pelo pro-
jeto gráfico de seu material. Esses ícones irão aparecer em sua trilha de 
aprendizagem toda vez que:
SUMÁRIO
Estrutura do cromossomo humano e organização molecular 
da cromatina 10
Estrutura do DNA 10
Condensação do DNA 13
Centrômero 14
Telômeros 15
Características dos cromossomos humanos 16
Código genético 18
DNA repetitivo em tandem 19
DNA mitocondrial 21
Replicação do DNA 22
Ciclo celular 25
Reguladores do ciclo celular 27
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial 7
UNIDADE
01
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial8
A compreensão acerca da importância da genética para a medicina 
exige uma compreensão do material hereditário, como ele atua no 
genoma humano e como ele pode ser transmitido de uma célula para 
outra durante o processo de divisão celular e de geração em geração 
durante a reprodução. O genoma humano é composto pelo DNA (ácido 
desoxirribonucleico) que contém na sua composição a informação genética 
necessária para validar os processos relacionados com a embriogênese, 
desenvolvimento, crescimento, metabolismo e reprodução. Cada célula 
nucleada do corpo contém seu próprio genoma humano, o qual contém 
cerca de 25.000 genes. Então, podemos definir gene como sendo a 
unidade de informação genética, organizados em diversas organelas 
em forma de bastão os quais chamamos de cromossomos. A influência 
dos genes e da genética são cruciais para o entendimento de doenças 
genéticas. A análise dos cromossomos, da sua estrutura e da sua 
hereditariedade é denominado de citogenética. A citogenética contribui 
para o diagnóstico clínico das doenças genéticas, mapeamento genético, 
citogenética do câncer e diagnóstico pré-natal. Entendeu? Ao longo desta 
unidade letiva você vai mergulhar neste universo!
INTRODUÇÃO
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial 9
Seja muito bem-vindo à Unidade 1. Nosso objetivo é auxiliar você 
no desenvolvimento das seguintes competências profissionais até o 
término desta etapa de estudos:
1. Descrever a estrutura do DNA.
2. Analisar a estrutura e morfologia do cromossomo.
3. Apontar as fases do ciclo celular.
4. Analisar as proteínas reguladoras do ciclo celular.
Então? Preparado para uma viagem rumo ao conhecimento? Ao 
trabalho!
OBJETIVOS
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial10
Estrutura do cromossomo humano e 
organização molecular da cromatina
INTRODUÇÃO:
Ao término deste capítulo você será capaz de entender 
como ocorre à organização do genoma humano. Isto será 
fundamental para o exercício de sua profissão. As pessoas 
que tentaram realizar as técnicas da citogenética sem a 
devida base tiveram problemas na resolução e no diagnóstico 
laboratorial das doenças genéticas. E então? Motivado para 
desenvolver esta competência? Então vamos lá. Avante!
Estrutura do DNA
Os genes podem ser estudados a partir de três pontos diferentes: o 
molecular, mendeliano e populacional. Do ponto de vista molecular, o gene é 
a sequência e DNA que contém a informação necessária para sintetizar uma 
molécula de RNA. Cada gene está localizado em sum sítio do cromossomo.
A informação genética contida nas moléculas de DNA está 
localizada no núcleo da célula e a síntese proteica ocorre no citoplasma 
conforme mostramos na figura 1. Assim, o RNA mensageiro copia a 
informação presente no DNA e dirige-se até o citosol, no qual conduz a 
síntese da proteína. Dessa forma, no núcleo o DNA determina a sequência 
dos nucleotídeos do RNA mensageiro, e no citoplasma o RNA mensageiro 
estabelece a sequência de aminoácidos e proteínas.
Figura 1: fluxo da informação genética em eucariotos
Fonte: http://bit.ly/2uD3AJx
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial 11
O DNA é composto de monômeros chamados de nucleotídeos. 
Cada nucleotídeo é composto por uma base nitrogenada, um açúcar 
e um resíduo de ácido fosfórico ligados de maneira covalente. As 
bases nitrogenadas podem ser de dois tipos: pirimidinas e purinas. As 
pirimidinas são compostas pela citosina (C), timina (T) e uracila (U), com 
a presença de um anel aromático e as purinas contém adenina (A) e 
guanina (G) e apresentam dois anéis aromáticos. 
O açúcar é uma pentose, a 2-desoxirribose que estabelece 
uma ligação glicosídica entre o seu carbono C-1’ e o nitrogênio N-1 
das pirimidinas ou o nitrogênio N-9 das purinas, portanto uma ligação 
N-glicosídica e o ácidofosfórico se liga ao carbono C-5’ da pentose 
através de uma ligação éster. Assim, quando existe uma ligação 
apenas entre uma das bases nitrogenadas e a pentose, ligados de 
forma covalente, temos o nucleosídeo. Essa composição das bases é 
importante porque diferencia RNA e DNA em sua composiçãoquímica 
quanto a dois aspectos: o RNA possui ribose, no lugar da desoxirribose, 
e uracil, em vez de timina.
Figura 2: DNA com as bases e as ligações de pontes de hidrogênio
Fonte: http://bit.ly/2FEo4nf
Os ácidos nucleicos são produzidos a partir da polimerização de 
nucleotídeos. A ligação ocorre entre os monômeros a partir de duas 
ligações éster pelo ácido fosfórico com os grupos hidroxila dos carbonos 
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial12
C3’ e C5’ de nucleotídeos adjacentes que é denominada ligação 3’, 5’- 
fosfodiéster. A partir disso é formado o esqueleto açúcar-fosfato ou 
hélice, o qual apresenta polaridade, com uma extremidade 5’ que possui 
o grupo fosfato, e a outra extremidade 3’ que apresenta a hidroxila 
livre. As bases nitrogenadas se posicionam em eixos perpendiculares 
ao esqueleto açúcar-fosfato. Assim, o fator primordial na estrutura dos 
ácidos nucleicos é a sequência de bases nitrogenadas.
A conformação que o DNA adota depende de vários fatores: nível 
de hidratação, sequência de DNA, direção e grau do superenrolamento, 
modificações químicas das bases, tipo econcentração de íons metálicos 
e presença de poliaminas em solução. Em condições fisiológicas, a maior 
parte do DNA de procariotos e eucariotos aparece com a forma desse 
modelo: uma hélice com giro para a direita (dextrógira) e entre 10 e 10,5 bases 
por giro, formando dois sulcos, um grande e profundo (sulco maior), outro 
pequeno, estreito ou raso (sulco menor). Essa estrutura pode transformar- 
-se no A-DNA, forma rara já conhecida quando surgiu o modelo de Watson 
e Crick, também dextrógira, que existe somente em condições salinas altas 
ou de desidratação, contendo 11 pares de bases por giro e diferindo do 
B-DNA por uma rotação de 20° em relação ao eixo perpendicular da hélice, 
o que causa mudança na aparência dos sulcos maior e menor.
Figura 3: Dupla hélice do DNA com o sulco maior e menor
Fonte: http://bit.ly/39VBPMn
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial 13
Condensação do DNA
Podemos definir o termo “condensação do DNA” da seguinte 
maneira: É um processo que ocorre quando a célula está próxima de se 
dividir.
Nas células eucarióticas humanas os núcleos têm em média 10 
μ de diâmetro e abrange mais de metros de DNA empacotados em 46 
cromossomos. Pela razão do genoma ocupar quase todo o espaço, uma 
célula precisa duplicar de maneira uniforme quase todo o DNA antes 
de se dividir. Para que essa tarefa ocorra é necessário a compactação 
da cromatina. O genoma humano é constituídos por aproximadamente 
3,2 x 109 nucleotídeos que estão compactados e distribuídos nos 24 
cromossomos (22 autossômicos e 2 sexuais). 
Cada cromossomo é composto por uma única fita de DNA contínua 
ligada por meio de proteínas chamadas de histonas e não histonas, e 
esse complexo chamamos de cromatina. A unidade fundamental da 
cromatina é o nucleossomo que é composto de aproximadamente 
146 pares de bases de DNA enoveladas ao redor de octâmero central 
das proteínas histonas. Há cerca de cinco tipos de HISTONAS que são 
chamadas de H1, H2A, H2B, H3 e H4. 
Figura 4: Organização de um nucleossomo formado 
por um octâmenro de histonas, associado à histona H1
Fonte: http://bit.ly/36KnQa4
O equilíbrio dinâmico da cromatina abrande diversos mecanismos 
entre os quais as modificações pós-traducionais das caudas N-terminal 
das histonas. Estas modificações podem resultar em transcrição ou 
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial14
silenciamento gênico através da ação de enzimas capazes de acetilar, 
desacetilar ou transferir grupamentos metil. Assim, uma alteração na 
expressão dessas enzimas pode levar à carcinogênese.
Centrômero
DEFINIÇÃO:
Centrômeros são regiões cromossômicas que têm a habili-
dade de mediar a ligação dos microtúbulos ao DNA, por 
meio de uma estrutura proteica conhecida como cinetócoro.
A região centromérica contém um núcleo central para a montagem 
do cinetócoro durante a divisão celular. Esse complexo vai garantir uma 
distribuição igual de cromossomos para as células‐filhas. O DNA nesta 
região é formado por sequências altamente repetitivas, que originam 
uma constrição no cromossomo chamada de constrição primária. Neste 
sítio, unem-se as cromátides-irmãs, sendo também o local onde ocorre 
a formação do cinetócoro. 
O cinetócoro é uma estrutura única que liga os cromossomos 
ao fuso acromático, monitora essa ligação de cada cromossomo, 
através do checkpoint mitótico, e une as forças do fuso acromático e 
das proteínas para mover os cromossomos durante a pro-metáfase e 
a anáfase. O segmento cromossômico situado acima do centrômero é 
chamado de braço curto (p – do francês, petit), e abaixo do centrômero 
fica o braço longo (q). Assim, os cromossomos são classificados em 
três tipos, conforme a posição do centrômero: metacêntrico, quando o 
centrômero se localiza aproximadamente na região central e divide o 
cromossomo em dois braços de tamanhos similares; submetacêntrico, 
com o centrômero fora da região central e brac ̧os ligeiramente desiguais; 
acrocêntrico, com o centrômero próximo da extremidade e um braço 
curto muito pequeno. 
Em metáfases de cromossomos humanos tratados com 
colchicina, o centrômero é visto nitidamente em todos os cromossomos. 
Durante a interfase, os centrômeros são vistos com coloração DAPI 
como estruturas brilhantes. (Ver figura 04) 
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial 15
Figura 5: Mudanças nos cromossomos e no conteúdo do DNA durante o ciclo celular
Fonte: http://bit.ly/2sc2ZO5
A constrição secundária é observado nos braços curtos dos 
cromossomos acrocêntricos. Em consequência deste estreitamento, 
sua extremidade apresenta-se visualmente separada do restante do 
cromossomo, sendo por isso denominada satélite (porção de cromatina 
que se localiza distal à constrição secundária dos acrocêntricos humanos). 
Telômeros
O nome telômero vem do grego e significa “parte final”. As 
extremidades dos cromossomos possuem uma sequência de DNA 
(TTAGGG) repetida muitas vezes, estas repetições, em grande parte, 
servem como locais para vinculação de proteínas específicas dos 
telômeros que impedem de obter o reparo das respostas normalmente 
ativadas por sequências de DNA terminais.
Telômeros são estruturas localizadas nas extremidades dos 
cromossomos lineares, cujo encurtamento ocorrido a cada mitose pode 
resultar em senescência ou envelhecimento. 
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial16
Assim, as funções biológicas dos telômeros são a proteção dos 
cromossomos e das fusões das sequências finais com outros cromossomos, 
reconhecimento dos danos do DNA, estabelecimento de mecanismos 
para a replicação do DNA, contribuem para a organização funcional do 
cromossomo no interior da célula, participa na regulação da expressão 
gênica e controla a capacidade replicativa das células humanas. 
O tamanho dos telômeros é mantido por enzimas, chamadas 
de telomerases, que adicionam as repetições de seis nucleotídeos á 
sua extremidade. A enzima telomerase utiliza um componente interno, 
e também desempenha um papel importante, pois impede que as 
sequências teloméricas terminais se percam a cada divisão celular. 
No entanto, essa enzima só está ativa nas células germinativas e 
embrionárias. Logo, à medida que se multiplicam, as células somáticas sofrem 
um encurtamento de suas extremidades, devido a uma falta de atividade da 
telomerase. Talvez esse encurtamento funcione como um sinalizador para 
os mecanismos de apoptose, indicando que a célula está envelhecendo e 
apresenta maior possibilidade de sofrer uma alteração estrutural.
SAIBA MAIS:
A senescência replicativa e o envelhecimento em células 
humanas estão associados à ausência de atividade da 
enzima telomerase. Para saber mais sobre o assunto leia 
o artigoContribuição dos Telômeros e da Telomerase 
no Surgimento de Neoplasias e no Processo de 
Envelhecimento disponível em: https://bit.ly/2HoUSSr
Características dos cromossomos humanos
Os cromossomos estão localizados no núcleo. Os seres humanos 
possuem 46 cromossomos, divididos em 23 pares, sendo 44 autossomos 
e 2 sexuais. O estudo das características estruturais e numéricas dos 
cromossomos e ́ feito a partir da citogene ́tica. Essa técnica avalia defeitos 
relacionados com a estrutura cromossômica bem como a quantidade de 
cromossomos. A observação de cromossomos é feita por um processo 
chamado cariotipagem, uma palavra derivada do grego karyon, que 
significa “núcleo”.
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial 17
RESUMINDO:
E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu 
mesmo? Agora, só para termos certeza de que você 
realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, 
vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido 
que o DNA é molécula chave do genoma humano. O DNA 
é composto de nucleotídeos, os quais são compostos por 
uma pentose (um carboidrato de cinco carbonos), uma 
base nitrogenada e grupos fosfatos. O açúcar presente 
no DNA é a desoxirribose. As bases nitrogenadas são 
classificadas em pirimidinas e purinas. As piridiminassão compostas de carbônio e nitrogênio e as purinas 
possuem dois anéis. As piridiminas são Citocina (C), timina 
(T) e uracila (U), e as purinas são adenina (A) e guanina 
(G). A uracila não é observada no DNA. Essas bases são 
complementares. Quando a célula está próxima a se dividir 
o DNA é condensado. Nos eucariotos, a compactação do 
DNA ocorre por meio da adição de proteínas chamadas 
de histinas, que são proteínas de carga negativa as quais 
enovelam o DNA. O complexo de DNA, histonas e outras 
proteínas estruturais chamamos de cromatina. Quando 
a cromatina se condensa, pode-se observar a presença 
de pedaços lineares e avulsos, o qual chamamos de 
cromossomos. Os cromossomos humanos compreendem 
cerca de 46 cromossomos organizados em 23 pares, e os 
dois membros de cada par são considerados homólogos 
entre si. O centrômero é a região mais condensada do 
cromossomo e podem ser classificadas em metacêntrico 
quando o centrômero está localizado exatamente no 
meio do cromossomo, submetacêntrico quando ele está 
«um pouco» afastado do centro, acrocêntrico quando 
o centrômero está mais próximo das extremidades do 
que do centro, telocêntrico - quando ele está numa das 
extremidades do cromossomo e acêntrico- quando ele está 
numa das extremidades e não possui mais genes acima 
deles sendo portando a extremidade final do cromossomo. 
E, os telômeros são estruturas responsáveis por conferir a 
estabilidade do cromossoma.
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial18
Código genético 
O código gene ́tico analisa a relação entre a sequência de 
bases nitrogenadas do DNA e a sequência de aminoácidos na cadeia 
polipeptídica correspondente. A palavra-chave do código para um 
aminoácido consiste em uma sequência de três bases nitrogenadas 
adjacentes, que formam a unidade de informação genética ou códon.
O código genético apresenta as seguintes características:
1. A leitura do código genético é feita em trincas de bases ou de 
nucleoti ́deos;
2. O código é dito degenerado ou redundante. Isso ocorre porque 
existem aminoácidos que são codificados por dois ou mais códons, isso 
é de extrema importância uma vez que o DNA possui apenas quatro 
bases distintas, são necessárias diversas combinações dessas bases 
para codificar os diferentes tipos de aminoácidos.
Por exemplo, o aminoa ́cido fenilalanina pode ser codificado 
por dois códons diferentes: UUU e UUC. Os códons que representam 
os mesmos aminoácidos são denominados códons sinônimos, 
relacionando-se, em geral, por uma alteração de sua terceira base; a de- 
generação da terceira base minimiza os efeitos de possíveis mutações.
3. Ambíguo porque uma trinca só pode codificar um aminoa ́cido. 
A exemplo da fenilalanina que pode ser codificado por UUU e UUC e 
nenhum outro aminoácido pode ser codificado pela mesma trinca de 
aminoácidos;
4. É um código sem superposição, ou seja, uma dada base 
pertence a uma só trinca ou códon;
5. É, também, contínuo, não existindo espaçamento entre os 
códons;
6. É dito semiuniversal porque os mesmos aminoácidos são 
codificados com os mesmos códons em quase todos os organismos, 
permitindo que um RNA mensageiro seja traduzido em uma célula de 
outra espécie, o que possibilitou a técnica do DNA recombinante;
7. Presença de códons de iniciação e de finalização ou terminação. 
O início da síntese de um polipeptídio, em procariotos, é assinalado 
pela presença de um códon iniciador específico, que é AUG no RNA 
mensageiro, correspondendo ao aminoácido metionina. Há, também, 
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial 19
códons finalizadores ou terminadores, que indicam o término da síntese 
polipeptídica, como UAA, UAG e UGA, e em geral não correspondem a 
aminoácidos em eucariotos.
O DNA nuclear dos eucariotos apresenta os seguintes tipos de 
sequências: DNA não repetitivo, que consiste em sequências individuais 
presentes em apenas uma cópia no genoma haploide; e DNA repetitivo, 
que abrange sequências presentes em mais de uma cópia por genoma. 
O DNA não repetitivo ocorre a partir de sequências individuais presentes 
em apenas uma cópia por genoma, contendo os genes estruturais (55 
Mb) e sequências relacionadas (945 Mb). O DNA repetitivo é constituído 
a partir do o DNA extragênico, que abrange 2.000 Mb sem informação 
gene ́tica conhecida.
REFLITA:
É importante refletir sobre a manipulação do genoma 
humano, principalmente quanto ás implicações éticas. 
O Projeto Genoma Humano trouxe várias possibilidades, 
como por exemplo, a identificação de genes associados a 
doenças, mas modificando às vezes comportamentos ao 
intervir geneticamente no ser humano, trazendo benefícios 
ou malefícios sociais. Devido a esse grande salto surgiu o 
estudo do proteoma, a base dessa nova ciência é estudar 
as proteínas bem com as suas interações na célula, isso 
poderia levar ao entendimento do funcionamento do 
organismo bem como das células. Assim, o grande desafio 
é decidir o que a humanidade pretende em relação a este 
gigantesco salto.
DNA repetitivo em tandem
As repetições em tandem (nas quais o início de uma repetição 
ocorre imediatamente adjacente ao final de outra) consistem em muitas 
repetições de sequênciais de DNA não codificadoras, que podem estar 
concentradas em locais restritos ou muito dispersas no genoma. Pode 
ser dividido em três subtipos:
1. DNA satélite: O DNA sate ́lite baseia-se nos segmentos de 
DNA relativamente simples, curtos e altamente repetitivos, que diferem 
do resto do DNA pelo arranjo das bases. Na época atual o uso termo 
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial20
satélite foi ampliado para descrever o DNA altamente repetitivo, cujas 
sequênciasdispõem-se lado a lado (em tandem), mesmo que ele não 
possa ser separado do restante em função de sua densidade nos 
gradientes. Essa característica pode ser aplicada na técnica de FISH 
(hibridização in situ por fluorescência). Essa é uma técnica é uma 
ferramenta para a citogenética molecular que utiliza sondas de DNA 
marcadas com fluorescência com o objetivo de detectar anomalias 
cromossômicas como microdeleções e rearranjos complexos. As sondas 
utilizadas são sequências repetitivas (DNA satélite);
2. Minissatélites são formadas a partir de duas famílias de 
repetições curtas em tandem. Podem ser do DNA telomérico, situado na 
porção terminal das extremidades cromossômicas (telômeros), consistindo 
em 10 a 15kb de repetições em tandem de uma sequência de DNA de 6 
pb (TTAGGG); esse DNA é necessário para a integridade cromossômica 
na replicação e é adicionado ao cromossomo por uma enzima específica 
denominada telomerase ou DNA minissatélite hipervariável, que ocorre 
nas proximidades dos telômeros e em outros locais dos cromossomos. 
O DNA hipervariável está localizado, principalmente, nas proximidades 
dos centrômeros e, como sua herança responde às leis mendelianas, a 
medicina forense o utiliza quando precisa realizar estudos de paternidade 
ou de identidade de pessoas;
3. Microssatélites são repetições curtas em tandem(< de 10 
nucleotídeos, geralmente 1 a 5 nucleotídeos), dispersas no genoma e 
com alto grau de polimorfismo. São conhecidas também como STRs (do 
inglês short tandem repeats), utilizadas como marcadores moleculares 
na ana ́lise genômica. 
ACESSE:
Para entender melhor como aplicar essas técnicas na 
citogenética leia a tese Caracterização Genética da 
População do Estado de Goiás baseada em Marcadores 
STRs Autossômicos e do Cromossomo Y,disponível em: 
https://bit.ly/2U4Ru4i
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial 21
DNA mitocondrial
O DNA mitocondrial é uma molécula circular de fita dupla, com 
16.569 pares de bases, existente no interior das mitocôndrias. A mitocôndria 
é formada por uma matriz limitada por duas membranas, uma externa e 
outra interna. Esta última apresenta dobramentos para dentro, formando 
cristas que aumentam internamente sua superfície total. 
No genoma mitocondrial humano e de outros mamíferos 
apresenta 13genes codificadores de proteínas, 22 genes de tRNA e 2 
genes de rRNA. Os genes codificadores de proteínas encontram-se 
no complexo citocromo-c-oxidase (subunidades 1, 2 e 3) e nas regiões 
do citocromo b e das subunidades 6 e 8 do complexo da ATPase. Por 
meio de densidade, pode ser diferenciada uma fita simples leve (L) de 
uma pesada (H), na qual se encontra a maioria dos genes. Os genes 
mitocondriais utilizam um código genético diferente do usado pelos 
genes nucleares; em mamíferos, UGA para trp, AUA para met e AGA/
AGG como códon de finalização. 
IMPORTANTE:
É importante sinalizar que a taxa de mutação do DNA 
mitocondrial é quase 20 vezes maior do que a do DNA 
nuclear, isso pode ocorrer devido à grande produção de 
radicais livres de oxigênio (mutagênicos). É importante 
analisar o DNA mitocondrial porque existe uma gama de 
doenças genéticas que são herdadas a partir do DNA 
mitocondrial, ou seja da mãe.
Os bilhõess de moléculas do DNAmt de qualquer indivíduo são 
geralmente idênticos e de herança materna, pois o espermatozoide 
contém escasso citoplasma, com poucas mitocôndrias; portanto, uma 
doença causada por mutação no DNAmt é herdada exclusivamente 
da mãe, a exemplo temos oftalmoplegia externa progressiva crônica, 
síndrome de Kearns-Sayre, neuropatia óptica hereditária de Leber, 
síndrome da epilepsia mioclônica com fibras vermelhas esgarçadas 
(EMFVE), síndrome da encefalomiopatia mitocondrial, acidose láctica e 
episódios parecidos com acidentes vasculares (EMALAV), entre outras. 
file:////pt-br/profissional/pediatria/disfunções-metabólicas-hereditárias/distúrbios-da-fosforilação-oxidativa-mitocondrial%23v25250776_pt
file:////pt-br/profissional/pediatria/disfunções-metabólicas-hereditárias/distúrbios-da-fosforilação-oxidativa-mitocondrial%23v25250776_pt
file:////pt-br/profissional/pediatria/disfunções-metabólicas-hereditárias/distúrbios-da-fosforilação-oxidativa-mitocondrial%23v25250761_pt
file:////pt-br/profissional/pediatria/disfunções-metabólicas-hereditárias/distúrbios-da-fosforilação-oxidativa-mitocondrial%23v25250771_pt
file:////pt-br/profissional/pediatria/disfunções-metabólicas-hereditárias/distúrbios-da-fosforilação-oxidativa-mitocondrial%23v25250766_pt
file:////pt-br/profissional/pediatria/disfunções-metabólicas-hereditárias/distúrbios-da-fosforilação-oxidativa-mitocondrial%23v25250766_pt
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial22
A severidade de uma doença causada por uma mutação no DNA 
mitocondrial depende do tipo de mutação e da proporção entre as 
molculas de DNAmt mutado e não mutado em um certo tipo celular. 
Por vezes, quando são detectadas mutações no DNA mitocondrial, as 
clulas podem conter uma mistura de moléculas de DNAmt selvagem 
ou mutado, caracterizando a condição chamada de heteroplasmia. 
Cada vez que uma célula de mamífero se divide, moléculas de DNAmt 
selvagens ou mutadas vão segregar ao acaso para as células filhas. 
Assim, o genótipo em relação ao DNAmt pode se modificar entre 
uma divisão celular e outra, e entre uma geração e outra. O acaso pode 
fazer com que se estabelec ̧am linhagens predominantemente portadoras 
de DNA mutado ou predominantemente selvagens. Uma vez que todas 
as enzimas necessárias para a replicação do DNA mitocondrial são 
codificadas pelo DNA nuclear, mutações no DNA mitocondrial em teoria 
não afetam sua capacidade de replicação. Ao contrário, foram descritos 
casos em que grandes deleções do DNA mitocondrial acarretaram 
vantagem replicativa.
ACESSE:
Estude sobre as doenças relacionadas com o DNA 
mitocondrial no artigo Análise das Doenças Relacionadas 
ao Dna Mitocondrial: Uma Revisão da Literatura. Disponível 
em: https://bit.ly/2ZroYir
Replicação do DNA
A replicação do DNA é um processo que ocorre após o processo 
de divisão celular. A replicação do DNA ocorre a partir da separação das 
duas fitas parenterais, após são produzidas duas novas fitas, tendo as 
parentais como molde. Assim, cada nova molécula de DNA contém uma 
fita parental e uma fita recém-sintetizada, por isso a replicação do DNA é 
dita semiconservativa. Nesse processo estão envolvidas várias proteína 
e enzimas que atuam no processo de forma ordenada garantindo 
fidelidade.
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial 23
Figura 6: Replicação semiconservativa do DNA
Fonte: http://bit.ly/2uzlVXL
As regiões de fita simples são feitas com a ajuda das proteínas 
de ligação de fita simples (SSB) que protegem essas regiões de sofrer 
hidrólise pelas nucleases. Para aliviar a tensão provocada pela torção 
da cadeia dupla durante o seu desenrolar pela helicase, a enzima DNA 
topoisomerase I se liga com a cadeia parental a montante da helicase. Esta 
enzima cataliza quebras transitórias das ligações fosfodie ́ster em um dos 
filamentos fornecendo um eixo de rotação que permite que os segmentos 
de DNA em lados opostos da quebra girem independentemente, com o 
filamento intacto servindo como eixo. As topoisomerases I são bastantes 
eficazes, pois armazenam a energia resultante da clivagem das ligações 
fosfodiéster para serem reaproveitadas para recompor o filamento.
As DNA polimerases catalisam a adição de nucleotídeos ao 
filamento em crescimento da extremidade 5’ para a 3’. No terminal 5’ 
do açúcar há um grupo fosfato e no 3’ existe uma hidroxila livre onde 
se estabelece a ligação fosfodiéster com o nucleotídeo que está sendo 
incorporado. As DNA polimerases, para realizarem o processo de 
polimerização, necessitam também dos quatro desoxirribonucleotídeos 
trifosfato (dTTP, dATP, dGTP e dCTP) e de Mg2+.
A DNA polimerase III e ́ um complexo enzima ́tico com 10 
subunidades responsa ́vel pela polimerização 5’→3’ da fita de DNA 
recém-formada. Esta holoenzima apresenta, ainda, a atividade 3’→5’ 
exonucleásica que permite que nucleotídeos incorretos adicionados 
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial24
sejam prontamente removidos, um por vez, durante a replicação 
e substituídos por nucleotídeos corretos, mecanismo de revisão e 
reparo. A DNA polimerase I tem a função de reparar e remendar o DNA 
danificado e para tanto apresenta as atividades; polimerásica 5’→3’ e 
exonuclea ́sica 3’→5’ e 5’→3’, esta última permite que vários nucleotídeos 
sejam removidos durante o reparo.
Durante o processo de replicação do DNA, uma das fitas novas é 
formada continuamente na direção 5’→3’ (fita li ́der) e a outra de maneira 
descontínua e no sentido inverso para manter a mesma direção 5’→3’ 
(fita retardatária). A fita descontínua é replicada através de fragmentos 
de Okasaki (1000 a 2000 nucleotídeos). Cada um desses fragmentos 
apresenta, além do DNA recém sintetizado, um RNA iniciador que será 
substituído por desoxirribonucleotídeos pela DNA polimerase I e a DNA 
ligase reconstituirá a nova fita. O filamento líder possui apenas um RNA 
iniciador que também será substituído pela DNA polimerase I. 
RESUMINDO:
O DNA é uma molécula responsável por armazenar e 
transmitir as informações genéticas. Além disso, O DNA é 
o molde da molécula do RNA. Assim, o DNA coordena a 
síntese do RNA e o RNA comanda a síntese de proteínas. A 
replicação do DNA é semiconservativa. Cada fita na dupla 
hélice atua como modelo para a síntese de uma nova fita 
complementar. As enzimas responsáveis pelo processo de 
replicação são: DNA polimerases, que necessitam de um 
molde e um primer (iniciador) e sintetizam DNA na direção 
5’ para 3’. E além dessas enzimas, são importantes a DNA 
polimerase, incluindo DNA primase, DNA helicase, DNA 
ligase, e topoisomerase. Existem tipos de DNA como o 
TANDEM e o mitoxondrial. O DNA TANDEM são repetições 
de sequênciais de DNA não codificadoras, que podem 
estar concentradas em locais restritos ou muito dispersas 
no genoma e podem ser subdivididos em DNA satélite, 
microssatélite e microssatélites. E, o DNA mitocondrial está 
presente nas mitocôndrias, e é passado maioritariamente 
de mãe para filho na grande maioria dos organismos 
multicelulares, por isso as doenças mitocôndriassão 
herança materna.
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial 25
Ciclo celular 
A divisão celular ocorre a partir de uma sequência de eventos na 
qual o crescimento da célula ocorre pela replicação de todos os seus 
componentes, com a posterior divisão em duas células‐filhas.
O ciclo celular é composto por três fases: intérfase, nessa fase 
ocorre o crescimento da célula bem como o reparo para a próxima fase. 
Fase mitótica, também conhecida como a fase M ocorre a separação dos 
cromossomos da célula mãe e a citocinese, na qual ocorre o rompimento 
das membranas plasmáticas e a finalização do processo celular, dando 
origem a duas células-filhas. Nessas fases são avaliados os erros nos 
processos que podem levar à célula ao processo de apoptose ou no 
desenvolvimento de células tumorais. 
A ce ́lula passa a maior parte do tempo em intérfase, mas através 
de sinais químicos externos (hormônios e fatores de crescimento) ou 
internos (ciclinas e quinases – CDKs), a célula é sinalizada para entrar em 
divisão. Estes sinais que controlam o ciclo provêm de fora para dentro da 
célula, pois os fatores de crescimento liberados ligam-se aos receptores 
de membrana das células-alvo e estes vão estimular a produção 
de sinalizadores intracelulares, ativando a cascata de fosforilação 
intracelular e induzindo a expressão de genes que são essenciais para 
o controle do ciclo celular (composto por CDKs e ciclinas, descritas em 
detalhe no capi ́tulo de controle do ciclo celular).
O tempo médio para a divisão celular depende de fatores 
relacionados com a célula e com as condições fisiológicas como 
idade celular, disponibilidade de hormônios, fatores de crescimento, 
temperatura, pressão osmótica, pressão hisdrostática e pressão do 
oxigênio externo e o ritmo circadiano. A interfase é a fase mais longa do 
ciclo celular. Está dividida em três fases: G1,S e G2. 
A fase G1 é caracterizada pela intensa produção de síntese 
enzimática, já na fase S se caracteriza a duplicação do material genético, 
bem como peloaumento da quantidade DNA, o que favorece que cada 
cromossomo apresente uma cromátide irmã. Também na fase S, se 
inicia a duplicação dos centrossomas e o início dos movimentos para 
os polos da célula. Já na fase G2 ocorre uma síntese de proteínas e um 
rápido crescimento celular, o que prepara a células para a fase mitótica. 
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial26
O deslocamento dos centrossomas ocorre através de dineínas e 
cinesinas. As cinesinas são motores protéicos que tem a capacidade de 
locomoção usando os microtúbulos e a dineína é uma proteína motora 
responsável pelos deslocamentos de organelas no citoplasma. Logo 
após a duplicação, os centrossomas começam a produção dos fusos 
astrais. Esses se juntam com as dineínas e promovem o deslocamento 
do centrossoma para os polos. Após se associam com as cinesinas 
para auxiliar no deslocamento.Quando o centrossoma já estiver em sua 
devida posição, o fuso astral se liga com cinesina fazendo uma força 
contrária à tendência de movimento, fazendo com que o centrossoma 
pare em determinada posição). No estágio G0 a célula entra num estágio 
de repouso e não entra em processo de divisão celular.
Figura 07: Fases da mitose e meiose da célula
Fonte: http://bit.ly/2R03KlE
Na pesquisa, é utilizado a PHA (Fitohemaglutinina ) é um mitógeno 
utilizado para estimular os linfócitos T para o cariótipo constitucional. A 
fitohemaglutinina (PHA) é derivada de extratos de sementes de Phaseolus 
vulgaris. Trata-se de uma glicoproteína que se liga às membranas das células 
e altera suas propriedades. A PHA altera a permeabilidade da membrana, 
levando a uma captação molecular aumentada, que, em retorno, ativa a 
síntese macromolecular, levando a célula a entrar no ciclo celular.
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial 27
Reguladores do ciclo celular
O sistema controle do ciclo celular ativa as enzimas e proteínas 
responsáveis por checar todo o processo de divisão do ciclo celular. 
Esse processo é importante porque assegura que cada estágio do ciclo 
termine antes de iniciar o próximo: deve haver certeza, por exemplo, que 
a replicação do DNA foi completada somente uma vez antes do início 
da mitose, que a mitose tenha terminado antes da divisão da célula em 
duas e que outro processo de replicação do DNA não ocorra até que a 
célula tenha sofrido mitose e atingido um tamanho apropriado.
As proteínas quinases dependentes de ciclinas (Cdks) são 
responsáveis por impulsionar os eventos do ciclo celular nas células 
eucarióticas, além de determinar o tempo em que cada um deve ocorrer. 
Além disso, atuam coordenando os eventos do ciclo celular em face da 
mudança ambiental ou de falha mecânica. Cada ciclina está associada a 
uma determinada fase, transição, ou conjunto de fases no ciclo celular e 
ajuda a conduzir os eventos dessa fase ou período. 
RESUMINDO:
Nas células eucarióticas, ou células com núcleo, os estágios 
do ciclo celular são divididos em duas fases principais: 
interfase e a fase mitótica (M). Durante a interfase, a célula 
cresce e faz uma cópia de seu DNA e durante a fase 
mitótica (M), a célula separa seu DNA em dois conjuntos e 
divide seu citoplasma, formando duas novas células. Para 
que a divisão seja iniciada, três etapas são fundamentais: 
fase G1 onde ocorre o crescimento celular com intensa 
produção enzimática, na fase S ocorre duplicação do 
material genético e aumento do DNA e duplicação dos 
centrossomas, nesse momento ocorre a mudança dos 
centrossomas para os pólos da célula e na fase G2 ocorre 
uma intensa síntese enzimática, crescimento celular e 
preparação para a fase mitótica.
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial28
Figura 8: As ciclinas no ciclo celular
Fonte: http://bit.ly/37UBJD2
Para que a ativação das CDK ocorra são necessários dois eventos. 
O primeiro evento é a ligação com uma molécula reguladora positiva, 
a ciclina;20, 21 e o segundo, a fosforilação de um resíduo de treonina 
(Thr160 em CDK2) localizado na alça conhecida como segmento de 
ativação. 
O ciclo celular é composta das fases G1 (intervalo, gap 1), fase 
em que a célula se prepara para síntese do DNA; s (síntese), estágio 
no qual o DNA é replicado; G2 (gap 2), fase na qual a célula se prepara 
para a mitose; m (mitótica), fase onde a célula passa por diversas 
transformações que resultam na divisão do núcleo (mitose) e divisão do 
citoplasma, ou seja, a formação de duas células filhas (citocinese).
A CDK4/ciclina (Cyc)D e CDK6/CycD são responsáveis pela 
progressão na fase G1 enquanto que a CDK2/CycE é necessária para 
a progressão da fase G a S; CDK2/CycA para a transição de S; a CDK1/
CycB é responsável para a transição G /M. (ver figura 08).
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial 29
Figura 9: Ciclinas e sua dinâmica no ciclo celular 
Fonte: http://bit.ly/309WBna
Para o progresso do ciclo célula é necessário que uma ciclina ative 
ou desative proteínas alvo dentro da célula. Os eventos subsequentes são 
realizados associando-se a uma família de enzimas chamada quinases 
dependentes de ciclinas (Cdks). A enzima Cdk sozinha fica inativa, porém 
a ligação com uma ciclina a ativa, tornando-a uma enzima funcional e 
permitindo que ela modifique proteínas alvo dentro da célula.
As CDks são quinases, enzimas que fosforilam, ou seja, ligam gupos 
fosfatos a proteínas alvo específicas. Uma vez ligados, o grupo fosfato 
torna a proteína alvo mais ou menos ativa. Quando ocorre a ligação da 
ciclina com uma CdK há a ativação da CdK como uma quinase e ocorre o 
direcionamento da CdK para proteínas alvo. A exemplo temos as Ciclinas 
G start subscript, 1, end subscript/S enviam Cdks para alvos da fase S 
(promovendo, por ex., a replicação do DNA ), enquanto ciclinas M enviam 
Cdks para alvos da fase M (fazendo a membrana nuclear se romper).
Fatores de crescimento são responsáveis por aumentar a atividade 
de Cdks e ciclinas, enquanto danos ao DNAlevam a uma diminuição ou 
bloqueio da atividade enzimática. Os danos ao DNA podem acontecer 
por fatores exógenos como a exposição aos raios ultravioletas. Por isso, 
existe uma proteína chamada de P53 que é responsável por checar e 
impedir que o dano seja levado adiante no ciclo celular. 
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial30
Fatores como genética, interação da P53 com proteínas virais e 
interação da P53 com outras proteínas do ciclo celular podem induzir uma 
perda de função dessa proteína. As mutações genéticas podem ser do 
tipo mutação pontual. (Missense), deleção gênica (Non Sense) de um ou 
dois alelos do gene p53 e inserção de nucleotídeos na sequência de DNA. 
Essas mutações podem ocorrer entre os códons 120 e 290, situados entre 
os éxons 5 e 9, que são considerados sítios quentes (hot spots) de mutação, 
e por isso podem resultar na transcrição de uma proteína não funcional. A 
deleção gênica pode gerar uma transcrição de códon de parada prematuro 
da proteína. Nesses casos uma mutação no gene P53, quer seja pontual ou 
não, pode alterar de forma relevante a função dessa proteína levando ao 
estado de incapacidade da parada do ciclo celular e disparo de mecanismo 
de apoptose. Uma das formas de avaliar a mutação da P53 é utilizar a 
citometria de fluxo como ferramenta diagnóstica ou a imunohistoquímica, 
uma vez que essa técnica permite identificar as células tumorais. 
RESUMINDO:
O ponto de checagem ocorrem nos diversos estágios do 
ciclo célula e tem como principal objetivo identificar erros 
e reparar os mesmos, entretanto, quando esse erro não 
pode ser corrigido a célula pode entrar em apoptose. Os 
pontos de checagem ocorrem nos pontos G1 em transição 
para a fase S, na transição da G2 para M e na transição da 
metáfse para anáfase. As proteínas quinases dependentes 
de ciclinas (Cdks) são responsáveis por impulsionar os 
eventos do ciclo celular nas células eucarióticas, além de 
determinar o tempo em que cada um deve ocorrer. O ciclo 
celular passa pelas fases G0, G1, S, G2 e M para completar 
a divisão celular. A progressão é regulada pela expressão 
e ativação das proteínas do ciclo celular, incluindo ciclinas, 
CDKs e CDIs. O ciclo celular se inicia pela elevação da ciclina 
D, que interage com as CDK4 e CDK6 formando o complexo 
ciclina D- CDK4/6 que age fosforilando a Rb e liberando a 
E2F, evento que ativa a transcrição do DNA. A progressão 
do ciclo celular pode ser bloqueada pela ação de inibidores 
endógenos, membros das CDIs, e por alguns bloqueadores 
exógenos, que atuam em diferentes pontos do ciclo celular.
Além dessas, ainda há a p53 que é responsável por checar e 
impedir que o dano seja levado adiante no ciclo celular.
Citogenética no Diagnóstico Laboratorial 31
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	Estrutura do cromossomo humano e organização molecular da cromatina
	Estrutura do DNA
	Condensação do DNA
	Centrômero
	Telômeros
	Características dos cromossomos humanos
	Código genético 
	DNA repetitivo em tandem
	DNA mitocondrial
	Replicação do DNA
	Ciclo celular 
	Reguladores do ciclo celular