Genética médica cap 2

Prévia do material em texto

Nailize Franceschi Ávila 272
2
Genética médica cap 2
Estrutura e Função dos Genes e Cromossomos
Os erros podem ocorrer na replicação do material genético ou na tradução de genes em proteínas. Tais erros normalmente produzem doenças monogênicas.
O núcleo da célula (Fig. 2-1) contém mecanismos importantes de hereditariedade. A cromatina, substância que dá ao núcleo a sua aparência granular, pode ser observada no núcleo de células interfásicas. Exatamente antes da divisão, a cromatina se condensa para formar estruturas filamentares, microscopicamente observáveis, denominadas cromossomos.
Com a redescoberta dos experimentos de cruzamentos de Mendel, se tornou aparente que os cromossomos continham genes. Os genes são transmitidos dos pais para os filhos e considerados a unidade básica da hereditariedade. É por meio da transmissão dos genes que os traços físicos, como a cor dos olhos, são herdados nas famílias.
Fisicamente, os genes são compostos de ácido desoxirribonucleico (DNA). O DNA fornece o molde genético para todas as proteínas do corpo. Dessa forma, os genes influenciam todos os aspectos estruturais e funcionais do organismo.
Núcleo da célula -> cromatina -> cromossomos -> genes
#Os genes, a unidade básica de herança, estão contidos nos cromossomos e consistem de DNA.
Cada célula somática humana (outras células que não os gametas, espermatozoides ou óvulos) contém 23 pares de cromossomos diferentes em um total de 46. 
Um membro de cada par é herdado do pai do indivíduo, e o outro membro vem da mãe. Um dos pares de cromossomos consiste em cromossomos sexuais. 
Em homens normais, os cromossomos sexuais são: um Y herdado do pai e um X herdado da mãe. Dois cromossomos X são encontrados em mulheres normais.
As células somáticas, que apresentam duas cópias de cada cromossomo, são diploides. Os gametas humanos são haploides, com 23 cromossomos. 
O número diploide de cromossomos é mantido em gerações sucessivas de células somáticas pelo processo de mitose, enquanto o número haploide é obtido pelo processo de meiose.
#As células somáticas são diploides, tendo 23 pares de cromossomos (22 pares de autossomos e um par de cromossomos sexuais). Os gametas são haploides e têm um total de 23 cromossomos.
DNA, RNA E PROTEÍNAS
· Composição e estrutura do DNA:
DNA possui 3 componentes básicos: açúcar pentose, a desoxirribose; um grupo fosfato e quatro tipos de bases nitrogenadas (assim denominadas, porque podem combinar-se com íons de hidrogênio em soluções ácidas). 
Duas das bases, a citosina e a timina, são anéis simples de carbono-nitrogênio denominados pirimidinas. As outras duas bases, adenina e guanina, são dois anéis de carbono-nitrogênio chamados de purinas.
A Figura 2-2 ilustra as ligações químicas entre as bases e mostra que as extremidades da escada terminam em 3’ ou 5’. Essas marcações derivam da ordem na qual os cinco átomos de carbono que compõem a desoxirribose são numerados. Cada subunidade de DNA, constituída por uma desoxirribose, um grupo fosfato e uma base, é denominada nucleotídeo.
Diferentes sequências de bases nucleotídicas especificam diferentes proteínas.
#Os componentes mais importantes do DNA são as quatro bases nucleotídicas: adenina, timina, citosina e guanina. O DNA tem uma estrutura de dupla hélice.
· Helicoidização do DNA:
Para empacotar todo o DNA dentro de um pequeno núcleo, ele é enrolado. Primeiramente, o DNA se dobra em torno de um centro proteico de histonas para formar o nucleossomo.
Os nucleossomos, formam um solenoide helicoidal; Os solenoides por si só são organizados em alças de cromatina, que são presas a um arcabouço de proteínas. Cada uma dessas alças contém aproximadamente 100.000 pares de base (pb), ou 100 quilobases (kb) de DNA.
#O DNA é uma estrutura enovelada. Esse dobramento ocorre em vários níveis: de nucleossomo, de solenoide e de alças de 100kb.
· Replicação do DNA:
À medida que as células se dividem para formar cópias de si mesmas, cópias idênticas de DNA são produzidas e incorporadas às novas células.
A replicação do DNA começa à medida que as pontes de hidrogênio entre as bases se quebram, produzindo uma fita simples de DNA com bases não pareadas. O pareamento consistente da adenina com a timina e da guanina com a citosina, conhecido como pareamento complementar de bases, que é a chave para a replicação bem-sucedida.
* O princípio do pareamento complementar das bases diz que uma base não pareada irá atrair um nucleotídeo livre somente se o nucleotídeo tiver sua base complementar apropriada.
A fita simples é tida como um molde (template) sobre o qual a fita complementar é construída. Quando a replicação está completa, uma nova fita dupla idêntica à original é formada.
Diversas enzimas diferentes estão envolvidas na replicação do DNA. A DNA polimerase, percorre a fita simples, adicionando nucleotídeos livres à extremidade 3’ da nova fita. 
Os nucleotídeos podem ser adicionados apenas à extremidade 3’ da fita, de forma que a replicação sempre ocorra no sentido 5’ para 3’. Referindo-se à orientação das sequências ao longo do gene, a direção 5’ é denominada antecedente (upstream), e a direção 3’ é designada como decrescente (downstream).
#A replicação do DNA depende fundamentalmente do princípio de pareamento de bases complementares (A com T; C com G). Isto permite que uma única fita da molécula de DNA de fita dupla forme um molde para a síntese de uma fita nova complementar.
DOS GENES ÀS PROTEÍNAS:
Enquanto o DNA é formado e replicado no núcleo da célula, a síntese proteica acontece no citoplasma. A informação contida no DNA deve ser transportada para o citoplasma e então usada para ditar a composição das proteínas. Isso envolve dois processos, a transcrição e a tradução. 
Em resumo, o código do DNA é transcrito em um RNA mensageiro, que deixa o núcleo para ser traduzido em proteínas. Esses processos, resumidos na Figura 2-7, serão discutidos por completo mais adiante neste capítulo. 
A transcrição e a tradução são mediadas pelo ácido ribonucleico (RNA), um tipo de ácido nucleico quimicamente similar ao DNA. Como o DNA, o RNA é composto de açúcares, grupos fosfato e bases nitrogenadas. Ele difere do DNA no açúcar, que é a ribose em vez da desoxirribose, e em uma de suas quatro bases, que é a uracila em vez da timina. A uracila é estruturalmente similar à timina então, como a timina, ela pode se parear com a adenina. Outra diferença entre RNA e DNA é que, enquanto o DNA normalmente ocorre como uma fita dupla, o RNA ocorre como uma fita simples.
#As sequências de DNA codificam proteínas por meio dos processos de transcrição e tradução. Ambos envolvem RNA, uma molécula de cadeia simples semelhante ao DNA exceto pelo açúcar ribose, em vez de desoxirribose, e a base uracila, em vez da timina.
FIGURA 2-7 Resumo das etapas que levam do DNA às proteínas. Replicação e transcrição ocorrem no núcleo da célula. O mRNA é então transportado para o citoplasma, onde ocorre a tradução do mRNA em uma sequência de aminoácidos que compõem uma proteína.
Transcrição
A transcrição é o processo pelo qual uma sequência de RNA é formada a partir de uma fita molde de DNA (Fig. 2-8). O tipo de RNA produzido pelo processo de transcrição é um RNA mensageiro (mRNA). Para iniciar a transcrição do mRNA, uma das enzimas RNA polimerase (RNA polimerase II) se liga a região promotora no DNA (um promotor é uma sequência de nucleotídeos que está próxima e antecede o gene). 
Então, a RNA polimerase separa uma porção das fitas de DNA, expondo as bases do DNA não pareadas. Uma das duas fitas fornece a base para a sequência dos nucleotídeos do mRNA. Embora qualquer fita do DNA possa servir como molde para a síntese do mRNA, apenas uma é escolhida em uma determinada região do cromossomo. Essa escolha é determinada pela sequência do promotor, que orienta a RNA polimerase em uma direção específica ao longo da sequência de DNA. 
Uma vez que a molécula do mRNA só pode ser sintetizada na direção 5’ para 3’, o promotor, ao especificar a direção, determina qual fita de DNA servirá de molde. Essafita molde de DNA também é conhecida como fita antissentido. A RNA polimerase se move na direção 3’ para 5’ ao longo da fita molde de DNA, formando a fita complementar de mRNA no sentido 5’ para 3’ (Fig. 2-8). 
Em razão da complementaridade no pareamento de bases, a sequência de nucleotídeos do mRNA é idêntica à da cadeia de DNA que não serviu como molde — a fita com sentido — exceto, obviamente, pela substituição da uracila pela timina. Logo após o início da síntese do RNA, a extremidade 5’ da molécula de RNA em formação recebe um cap pela adição de um nucleotídeo de guanina quimicamente modificada. Esse cap 5’ aparentemente protege a molécula de RNA da degradação durante a síntese e depois auxilia na indicação da posição de início para a tradução da molécula de mRNA em proteína. 
A transcrição continua até que um grupo de bases denominado sequência de término é alcançado. Próximo a esse ponto, uma série de 100 a 200 bases de adenina é adicionada à extremidade 3’ da molécula de RNA. Essa estrutura conhecida como cauda poli-A pode estar envolvida na estabilização da molécula de mRNA pois ela não é degradada quando chega ao citoplasma. Geralmente, a RNA polimerase continua a transcrever o DNA por milhares de bases adicionais, mas as bases do mRNA que são adicionadas após a cauda poli-A são finalmente perdidas. 
Por fim, as fitas de DNA e a RNA polimerase se separam da fita de RNA, deixando uma fita simples de mRNA transcrita. Essa molécula de mRNA é denominada transcrito primário. Em alguns genes humanos, como o que causa a distrofia muscular de Duchenne, existem vários promotores localizados em diferentes partes do gene. 
Assim, a transcrição do gene pode começar em diversos locais, resultando na produção de proteínas diferentes. Isso permite que a mesma sequência gênica codifique variações de uma proteína em diferentes tecidos (p. ex., tecido muscular versus tecido cerebral).
#No processo de transcrição, a RNA polimerase II reconhece uma região promotora próxima à extremidade 5’ de um gene da fita com sentido e, por meio do pareamento de bases complementares, auxilia na produção de uma fita de mRNA a partir da fita antissentido do DNA.
A Transcrição e a Regulação da Expressão Gênica
Alguns genes são transcritos em todas as células do corpo. Esses genes de manutenção codificam produtos que são necessários para a manutenção e metabolismo celular. A maioria dos genes, entretanto, é transcrita apenas em tecidos específicos e em determinados momentos. Portanto, na maioria das células, apenas uma pequena fração dos genes está ativamente transcrita. Essa especificidade explica por que existe uma grande variedade de tipos celulares gerando diferentes produtos proteicos, apesar de quase todas as células terem exatamente a mesma sequência de DNA. 
Por exemplo, os genes da globina são transcritos em células sanguíneas vermelhas progenitoras (onde eles auxiliam na formação da hemoglobina), e os genes de receptores de lipoproteína de baixa densidade são transcritos em células hepáticas.
Várias proteínas diferentes participam do processo de transcrição. Algumas são necessárias para a transcrição de todos os genes, e estas são denominadas fatores gerais de transcrição. Outras, conhecidas como fatores específicos de transcrição, têm funções mais especializadas, ativando apenas determinados genes em alguns estágios do desenvolvimento. Um elemento chave transcricional é a RNA polimerase II, descrita anteriormente. 
Apesar de essa enzima ter um papel fundamental no início da transcrição ao se ligar à região promotora, ela não consegue localizar a região promotora. Além disso, ela sozinha é incapaz de produzir quantidades significativas de mRNA. A transcrição efetiva requer a interação de um grande complexo de aproximadamente 50 proteínas diferentes. Isso inclui fatores gerais (basais) de transcrição, que se ligam a RNA polimerase e a sequências específicas de DNA na região promotora (sequências como TATA e outras necessárias para o início da transcrição). 
Os fatores gerais de transcrição permitem que a RNA polimerase se ligue à região promotora para que ela atue eficazmente na transcrição (Fig. 2-9).
A atividade transcricional de genes específicos pode ser aumentada significativamente pela interação com sequências denominadas intensificadoras (enhancers), que podem estar localizadas a milhares de bases anteriores ou posteriores ao gene. 
Os intensificadores não interagem diretamente com os genes. Em vez disso, eles são ligados por uma classe de fatores de transcrição específicos, denominados ativadores. Os ativadores se ligam a uma segunda classe de fatores de transcrição específicos, conhecidos como coativadores que, por sua vez, se ligam ao complexo de fatores de transcrição gerais descrito anteriormente (Fig. 2-9). 
Essa cadeia de interações, do intensificador para o ativador, coativador, complexo de fatores de transcrição gerais e, finalmente, para o gene em si, aumenta a transcrição de genes específicos em determinados momentos. Enquanto os intensificadores ajudam a aumentar a atividade transcricional dos genes, outras sequências de DNA, conhecidas como silenciadoras, ajudam a reprimir a transcrição gênica por meio de uma série de interações similares.
Mutações nos intensificadores, nos silenciadores ou nas sequências promotoras, bem como mutações nos genes que codificam os fatores de transcrição, podem levar a uma expressão alterada de genes vitais e, consequentemente, a doenças genéticas. Muitos exemplos de tais doenças são discutidos nos capítulos seguintes.
#Os fatores de transcrição são necessários para a transcrição do DNA em RNA. Os fatores gerais de transcrição são usados por todos os genes e os fatores específicos de transcrição auxiliam no início da transcrição de genes em tipos celulares específicos, em momentos específicos. A transcrição também é regulada por sequências intensificadoras e silenciadoras, que podem estar a milhares de bases de distância do gene transcrito.
O grande número e a complexidade dos fatores de transcrição proporcionam uma regulação afinada da expressão gênica. Mas como os fatores de transcrição localizam sequên­cias de DNA específicas? Isso é conseguido pelos domínios de ligação ao DNA: configurações na proteína fator de transcrição que permitem que ela se encaixe perfeitamente e de forma estável em uma região única da dupla hélice do DNA. 
Os fatores de transcrição contêm domínios de ligação ao DNA que permitem que eles interajam com sequências de DNA específicas. Em alguns casos, eles dobram o DNA para que sequências de intensificadores distantes possam interagir com os genes-alvo.
A atividade gênica também pode estar relacionada com os padrões de enovelamento ou condensação da cromatina (cromatina é a combinação do DNA com proteínas histonas ao redor das quais o DNA está enrolado). Regiões de cromatina denominada eucromatina, descondensada ou aberta, são tipicamente caracterizadas pela acetilação das histonas, a ligação de grupos acetil aos resíduos de lisina nas histonas. A acetilação das histonas reduz a sua ligação ao DNA, ajudando a descondensar a cromatina de forma que seja mais acessível aos fatores de transcrição. 
A eucromatina é então transcricionalmente ativa. Diferentemente, a heterocromatina geralmente é menos acetilada, mais condensada e transcricionalmente inativa.
A expressão gênica também pode ser influenciada pelos microRNAs (miRNA), pequenas moléculas de RNA (17–27 nucleotídeos) que não são traduzidas em proteínas. Em vez disso, por serem complementares a sequências específicas de mRNA, podem ligar-se e regular negativamente esses mRNAs, reduzindo assim seus níveis de expressão. Uma variação de microRNA tem sido observada desempenhando importantes funções em vários tipos de câncer.
FIGURA 2-10 Domínios de ligação ao DNA interagem fortemente com uma sequência específica de DNA.
FIGURA 2-11 Splicing gênico. Os íntrons são removidos do transcrito primário do mRNA com precisão, para produzir um transcrito de mRNA maduro. As sequências consenso marcamas regiões nas quais o splicing acontece.
#A heterocromatina, que é altamente condensada e hipoacetilada, tende a ser transcricionalmente inativa, enquanto a eucromatina, que é acetilada e menos condensada, tende a ser transcricionalmente ativa.
Recomposição (Splicing) do Gene
O mRNA transcrito primário é exatamente complementar à sequência de bases do DNA molde. Em eucariontes1, um passo importante acontece antes que esse transcrito de RNA deixe o núcleo. Partes do RNA são removidas por enzimas nucleares e as que permanecem são recompostas para formar o mRNA funcional que migrará para o citoplasma. 
As sequên­cias retiradas são denominadas íntrons e as sequências remanescentes, deixadas para a codificação de proteínas, são conhecidas como éxons (Fig. 2-11). Somente após o término do processamento gênico, o transcrito maduro sai do núcleo para o citoplasma. Alguns genes contêm regiões de splicing alternativo, que permitem que o mesmo transcrito seja rearranjado de formas diferentes, produzindo diferentes produtos proteicos a partir do mesmo gene. 
Erros no splicing gênico, como erros de replicação, são formas de mutação que podem levar a doenças genéticas.
#Os íntrons são removidos do mRNA transcrito primário antes de o transcrito maduro deixar o núcleo. Os éxons formam o mRNA que especifica as proteínas.
O Código Genético
As proteínas são compostas de um ou mais polipeptídeos que, por sua vez, são compostos por sequências de aminoácidos. O corpo apresenta 20 tipos diferentes de aminoácidos, e as sequên­cias que compõem os polipeptídeos devem ser designadas de alguma forma pelo DNA após a transcrição em mRNA.
Uma vez que existem 20 tipos diferentes de aminoácidos e apenas quatro bases diferentes de RNA, uma única base não poderia ser específica para um único aminoácido. 
Da mesma forma, aminoácidos específicos não poderiam ser definidos por duplas de bases (p. ex., adenina seguida da guanina, ou uracila seguida de adenina), uma vez que apenas 16 (4 × 4) duplas diferentes são possíveis. Porém, se trincas de bases forem traduzidas em aminoácidos, serão possíveis 64 (4 × 4 × 4) combinações, — mais do que o suficiente para determinar cada aminoácido. 
Provas conclusivas de que aminoácidos são determinados por trincas de bases, ou códons, foram obtidas pela produção de sequências de nucleotídeos sintéticos, que permitiu a formação de polipeptídeos em laboratório. A correspondência entre os códons específicos e os aminoácidos, conhecida como código genético, é mostrada na Tabela 2-2.
Três códons, dos 64 possíveis, sinalizam o término do gene e são conhecidos como códons de parada (stop codons). São eles: UAA, UGA e UAG. Os 61 códons restantes especificam aminoácidos. Isso significa que a maioria dos aminoácidos pode ser especificada por mais de um códon, como mostra a Tabela 2-2. Assim, o código genético é dito redundante. 
Apesar de um determinado aminoácido poder ser determinado por mais de um códon, cada códon pode designar apenas um aminoácido.
#Aminoácidos individuais, que compõem as proteínas, são codificados por unidades de três bases de mRNA, denominadas códons. Existem 64 códons possíveis e apenas 20 aminoácidos, de modo que o código genético é redundante.
Uma característica importante significativa do código genético é sua universalidade: praticamente todos os organismos vivos usam os mesmos códigos de DNA para especificar aminoácidos. Uma exceção importante a essa regra ocorre nas mitocôndrias, organelas citoplasmáticas essenciais para a respiração celular (Fig. 2-1). 
A mitocôndria apresenta as suas próprias moléculas de DNA extranucleares e diversos códons do DNA mitocondrial codificam aminoácidos diferentes, como fazem os códons do DNA nuclear.
Tradução
A tradução é o processo pelo qual o mRNA age como molde para a síntese de um polipeptídeo. Entretanto, o mRNA não pode ligar-se diretamente aos aminoácidos. Em vez disso, ele interage com as moléculas de RNA transportador (tRNA), que são cadeias em forma de trevo com aproximadamente 80 nucleotídeos. 
Como ilustra a Figura 2-12, cada molécula de tRNA apresenta uma região na extremidade 3’ para o acoplamento de um aminoácido específico, por uma ligação covalente. Na extremidade oposta existe uma sequência de três nucleotídeos denominada anticódon, que sofre um pareamento de bases complementares com um códon apropriado do mRNA. O aminoácido acoplado é então transportado para a cadeia polipeptídica que está sendo sintetizada. Assim, o mRNA determina a sequência de aminoácidos por meio do tRNA.
O local do citoplasma em que ocorre a síntese proteica é o ribossomo, que consiste em partes aproximadamente iguais de proteínas enzimáticas e RNA ribossômico (rRNA). A função do rRNA é ajudar na ligação do mRNA e do tRNA ao ribossomo. Durante a tradução, mostrada na Figura 2-13, o ribossomo primeiramente se liga ao sítio de inicialização na sequência do mRNA. Essa região consiste em um códon específico, AUG, que codifica o aminoácido metionina (esse aminoácido é geralmente removido do polipeptídeo antes do fim da síntese polipeptídica). 
O ribossomo então liga o tRNA à sua superfície, de forma que o pareamento de bases possa ocorrer entre o tRNA e o mRNA. O ribossomo se move ao longo da sequência de mRNA, códon por códon, na direção 5’ para 3’. À medida que cada códon é processado, um aminoácido é traduzido pela interação do mRNA e do tRNA.
Nesse processo, o ribossomo fornece uma enzima que catalisa a formação de ligações peptídicas covalentes entre os aminoácidos adjacentes, o que resulta em um polipeptídeo crescente. Quando o ribossomo atinge o códon de parada na sequência do mRNA, a tradução e a formação do polipeptídeo são interrompidas. 
A extremidade amino (NH2) do polipeptídeo corresponde à extremidade 5’ da fita de mRNA, e a extremidade carboxi (COOH) corresponde à extremidade 3’. Após o fim da síntese, o mRNA, o ribossomo e o polipeptídeo se separam. Por fim, o polipeptídeo é liberado no citoplasma.
#No processo de tradução, a sequência do mRNA funciona como um molde para determinar sequências de aminoácidos. Essas sequências que formam os polipeptídeos são montadas pelos ribossomos. As moléculas de tRNA e rRNA interagem com o mRNA no processo de tradução.
Antes que o polipeptídeo recém-sintetizado possa existir como proteína funcional, ele passa por outro processo, denominado processamento pós-traducional. Essas modificações podem ser feitas de várias formas, incluindo a clivagem em unidades menores de polipeptídeos ou a combinação com outros polipeptídeos para formar uma proteína maior. 
Outras modificações possíveis incluem a adição de cadeias laterais de carboidratos. Tais modificações podem ser necessárias, por exemplo, para produzir o dobramento apropriado da proteína madura ou estabilizar a sua estrutura. Um exemplo de proteína clinicamente importante que passa por modificações pós-traducionais consideráveis é o colágeno tipo I (Comentário Clínico 2-1).
# A modificação pós-traducional consiste em diversas alterações químicas que ocorrem em proteínas logo após a sua tradução.
A estrutura dos genes e o genoma
Alguns aspectos da estrutura do gene, como a existência de íntrons e éxons, já foram discutidos. As alterações em diferentes partes do gene podem ter consequências distintas com relação a doenças genéticas. Assim, é necessário descrever melhor os detalhes da estrutura gênica. Um diagrama esquemático da estrutura do gene é mostrado na Figura 2-16.
· Íntrons e Exons:
a estrutura íntron-éxon dos genes é um dos atributos que distingue os eucariontes dos procariontes. Os íntrons constituem a maior porção da maioria dos genes eucariontes. 
Como citado anteriormente, os íntrons são retirados do mRNA antes dele sair do núcleo, e essa retirada deve ser controlada de forma precisa. As enzimas que realizam o splicing são direcionadas para as regiões apropriadas da sequência do DNA conhecidas como sequências de consenso (assim denominadas por serem comuns em todos os organismos eucariontes), que estão situadas adjacentes a cada éxon.
Umavez que a maioria dos genes eucariontes é composta principalmente por íntrons, é natural se perguntar se os íntrons podem ter alguma função. Uma hipótese interessante é que os íntrons, aumentando os genes, propiciam o embaralhamento dos genes quando os cromossomos homólogos trocam material durante a meiose (ver discussão posterior). Tem-se sugerido também que os íntrons evoluíram para modificar a quantidade de tempo necessária para a transcrição e para a replicação do DNA.
Surpreendentemente, alguns íntrons contêm genes transcritos que aparentemente não estão relacionados com o gene no qual os íntrons estão inseridos. Por exemplo, os íntrons do gene da neurofibromatose humana tipo 1 (NF1) contêm três genes que são transcritos na direção oposta à do gene NF1 em si. Esses genes parecem não ter uma relação funcional com o gene NF1. Inserções gênicas semelhantes têm sido encontradas dentro do gene do fator VIII (F8) no cromossomo X humano.
· Tipos de DNA:
Apesar de a maior ênfase em genética ser dada para o DNA que codifica proteínas, somente 1% a 2% dos três bilhões de pares de nucleotídeos no genoma humano realmente têm essa função. Há estimativas recentes de que cerca de 75% do DNA humano é transcrito em mRNA, em algum momento, em algumas células, mas a maior parte desse mRNA (caso exista) não apresenta uma função conhecida. 
Para melhor entender a natureza de todos os tipos de DNA, revisamos rapidamente as várias categorias em que ele é classificado (Fig. 2-17).
A primeira classe de DNA, e a mais importante, é denominada DNA de cópia única. Como o nome diz, as sequências do DNA de cópia única só são vistas uma vez (ou, possivelmente, poucas vezes) no genoma. O DNA de cópia única compõe aproximadamente metade do genoma e inclui os genes codificadores de proteínas. Entretanto, o DNA codificador de proteína representa apenas uma pequena fração de todo o DNA de cópia única, sendo a maioria encontrada em íntrons ou em sequências de DNA que estão entre os genes.
A outra metade do genoma consiste em DNA repetitivo, sequências que são repetidas várias e várias vezes no genoma, geralmente milhares de vezes. Existem duas grandes classes de DNA repetitivo: DNA repetitivo disperso e o DNA satélite. As repetições de satélites estão agrupadas em determinadas regiões dos cromossomos, onde elas ocorrem in tandem (p. ex., o início de uma repetição ocorre imediatamente adjacente ao final da outra). 
As repetições dispersas, como o nome sugere, tendem a estar espalhadas isoladamente pelo genoma; elas não ocorrem in tandem.
O termo satélite é usado porque essas sequências, em razão da sua composição, podem ser facilmente separadas por centrifugação em um gradiente de densidade de cloreto de césio. O DNA aparece como um satélite, separado do restante do DNA no gradiente. Esse termo não deve ser confundido com os satélites que podem ser observados microscopicamente em determinados cromossomos (Capítulo 6). 
O DNA satélite representa aproximadamente 8% a 10% do genoma e pode ser subdividido em diversas categorias. O DNA satélite-α ocorre como repetições in tandem, de uma sequência de 171 pb, que podem estender-se a milhares de pares de bases ou mais. Esse tipo de DNA satélite é encontrado próximo aos centrômeros dos cromossomos. 
Os minissatélites são blocos de repetições in tandem (cada um de 14 a 500 pb de extensão) cujo tamanho total é bem menor, geralmente alguns poucos milhões de pares de bases. A última categoria, os microssatélites, l, são ainda menores: as unidades de repetição têm de 1 a 13 pb de tamanho, e o tamanho total do arranjo é geralmente menor do que algumas poucas centenas de pares de bases. 
Os minissatélites ou microssatélites são de interesse especial na genética humana uma vez que eles variam em tamanho entre os indivíduos, o que os torna extremamente úteis para o mapeamento gênico (Capítulo 8). Um minissatélite ou microssatélite é encontrado em uma frequência média de um por 2 kb no genoma humano; juntos eles representam em torno de 3% do genoma.
O DNA repetitivo disperso é responsável por aproximadamente 45% do genoma e nessas repetições estão incluídos diversas grandes categorias. As duas categorias mais comuns são os elementos curtos intercalados (SINEs) e elementos longos intercalados (LINEs). Os SINEs individuais variam de tamanho de 90 a 500 pb e os LINEs individuais podem ser tão longos quanto 7.000 pb. 
Um dos tipos de SINEs mais importantes em humanos é o elemento Alu, de 300 pb, assim chamado porque cada repetição contém uma sequência de DNA que pode ser cortada pela enzima de restrição Alu (ver Capítulo 3 para uma discussão mais aprofundada). 
As repetições Alu são uma família de genes, o que significa que todas apresentam uma sequência de DNA bastante similar. Aproximadamente um milhão de repetições Alu estão espalhadas pelo genoma; elas constituem, assim, aproximadamente 10% de todo o DNA humano. As repetições LINEs constituem outros 20% do genoma humano. 
Uma característica importante das sequências Alu, bem como de algumas LINEs, é que algumas delas podem gerar cópias de si mesmas, as quais podem ser inseridas em outras partes do genoma. É dessa forma que elas chegaram a números extraordinários. Essas inserções podem, algumas vezes, interromper um gene codificador de proteína, causando uma doença genética (alguns exemplos são discutidos no Capítulo 4).
# Existem diversos tipos importantes de DNA, incluindo o DNA de cópia única, o DNA satélite e o DNA repetitivo disperso. As duas últimas categorias são classes de sequências de DNA repetitivo. Apenas 1% a 2% do DNA humano realmente codifica proteínas.
· O ciclo celular:
Durante o desenvolvimento, cada ser humano se forma a partir de um zigoto de apenas uma célula (um ovócito fertilizado por um espermatozoide) em um organismo maravilhosamente complexo contendo aproximadamente 100 trilhões (104) de células. Uma vez que poucas células duram a vida toda de um indivíduo, novas devem ser geradas para substituir aquelas que morreram. Ambos os processos — desenvolvimento e substituição — requerem a formação de novas células. 
Os processos de divisão celular responsáveis pela formação de novas células diploides a partir de outras preexistentes são a mitose (divisão nuclear) e a citocinese (divisão citoplasmática). Antes da divisão, uma célula deve duplicar os seu conteúdo, incluindo o seu DNA, o que ocorre durante a intérfase. A alternância entre a mitose e a intérfase é conhecida como ciclo celular.
Como mostra a Figura 2-19, uma célula típica gasta a maior parte da sua vida na intérfase. Essa parte do ciclo celular é dividida em três fases G1, S e G2. Durante o G1 (gap 1, o intervalo entre a mitose e o início da replicação do DNA), acontece a síntese de RNA e de proteínas. A replicação do DNA acontece durante a fase S (síntese). 
Durante G2 (o intervalo entre a fase S e a próxima mitose), ocorre algum reparo do DNA e a célula se prepara para a mitose. Em G2, a célula apresenta duas cópias idênticas de cada um dos 46 cromossomos. Esses cromossomos idênticos são denominados cromátides irmãs. 
As cromátides irmãs geralmente trocam material durante a intérfase, um processo conhecido como troca entre cromátides irmãs.
# O ciclo celular consiste em uma alternância entre a divisão celular (mitose e citocinese) e a intérfase. A replicação do DNA e da síntese de proteínas acontece durante a intérfase.
A duração do ciclo celular varia consideravelmente de um tipo celular para outro. Em células que se dividem rapidamente, como as do tecido epitelial; encontrado, por exemplo, na superfície dos intestinos e pulmões; o ciclo pode ser completado em menos de 10 horas. 
Em outras células, como as do fígado, podem dividir-se cerca de uma vez a cada ano. Alguns tipos celulares, como as células do músculo esquelético e neurônios, perdem significativamente a sua habilidade para se dividir e replicar em adultos. Apesar de todas as fases do ciclo celular terem alguma variação na duração, a maioria das variações decorre de diferenças na duração da faseG1. Quando as células param de se dividir por um longo período, são consideradas em fase G0.
As células se dividem em resposta a sinais internos e externos. Antes de entrarem em mitose, por exemplo, a replicação do DNA deve ser exata e completa, e a célula deve ter alcançado o tamanho apropriado. 
A célula deve responder a estímulos extracelulares que requerem aumento ou diminuição das taxas de divisão. Interações moleculares complexas controlam essa regulação. Entre as moléculas mais importantes envolvidas estão as quinases dependentes de ciclina (CDKs), uma família de quinases que fosforilam outras proteínas regulatórias em estágios-chave do ciclo celular. 
Para executar tais funções, as CDKs devem formar complexos com várias ciclinas, proteínas que são sintetizadas em estágios específicos do ciclo celular, que são degradadas quando a ação da CDK não é mais necessária. As ciclinas e CDKs, bem como várias proteínas que interagem com elas, são objeto de intenso estudo, em razão do seu papel vital no ciclo celular e porque seu mau funcionamento pode levar ao câncer.
# A duração do ciclo celular varia em diferentes tipos celulares. As CDKs são a chave para a sua regulação, pois fosforilam ciclinas e outras proteínas que formam complexos com as CDKs. Uma regulação deficiente do ciclo celular pode levar ao câncer.
· Mitose:
Apesar de a mitose geralmente precisar de apenas uma a duas horas para se completar, essa parte do ciclo celular envolve vários processos críticos e complexos. A mitose é dividida em diversas fases (Fig. 2-20). Durante a prófase, o primeiro estágio mitótico, os cromossomos se tornam visíveis sob a luz do microscópio à medida que eles se condensam e se enovelam (cromossomos não são claramente visíveis durante a intérfase). 
As duas cromátides irmãs de cada cromossomo ficam juntas, ligadas por um ponto denominado centrômero. A membrana nuclear, que envolve o núcleo, desaparece durante esse estágio. As fibras do fuso começam a se formar, irradiando-se dos dois centríolos localizados em lados opostos da célula. As fibras do fuso se ligam ao centrômero de cada cromossomo e puxam as duas cromátides irmãs em direções opostas.
Os cromossomos atingem o seu estado mais condensado durante a metáfase, a fase seguinte da mitose. Por estarem bastante condensados, são mais facilmente visualizáveis microscopicamente durante essa fase. Por essa razão, o diagnóstico clínico dos distúrbios cromossômicos geralmente é embasado nos cromossomos metafásicos. 
Durante a metáfase, as fibras do fuso começam a se contrair e puxar os centrômeros dos cromossomos, que estão localizados no meio do fuso (plano equatorial da célula).
Durante a anáfase, a próxima fase mitótica, o centrômero de cada cromossomo se divide, permitindo que as cromátides se separem. As cromátides são então puxadas pelas fibras do fuso, primeiro o centrômero, para as direções opostas da célula. 
No fim da anáfase, a célula apresenta 92 cromossomos separados, metade em uma extremidade da célula e a outra metade na outra. Se tudo correu bem, os dois grupos de cromossomos são idênticos.
A telófase, a última fase da mitose, é caracterizada pela formação de uma nova membrana nuclear em torno de cada um dos dois grupos de 46 cromossomos. Além disso, as fibras do fuso desaparecem e os cromossomos começam a se descondensar. 
A citocinese geralmente acontece após a divisão nuclear e resulta em uma divisão do citoplasma em duas partes quase iguais. Com o fim da telófase, duas células filhas diploides, idênticas à célula original, são formadas.
# A mitose é um processo pelo qual duas células filhas diploides são formadas a partir de uma única célula diploide.
· Meiose:
Quando um ovócito e um espermatozoide se unem para formar um zigoto, os seus cromossomos são combinados em uma única célula. Como os humanos são organismos diploides, devem conter um mecanismo para reduzir o número de cromossomos nos gametas até o estado haploide. 
De outra forma, o zigoto teria 92, em vez dos 46 cromossomos normais. O mecanismo primário pelo qual os gametas haploides são formados a partir de um precursor diploide se chama meiose.
Duas divisões celulares ocorrem durante a meiose. Cada divisão meiótica foi dividida em estágios com os mesmos nomes dados à mitose, mas os processos envolvidos em alguns dos estágios são um pouco diferentes (Fig. 2-21). 
Durante a meiose I, geralmente denominada fase da divisão reducional, duas células haploides são formadas a partir de uma célula diploide. Essas células diploides são a ovogônia nas mulheres e a espermatogônia nos homens. Após a meiose I ocorre uma segunda meiose, a divisão equacional, durante a qual cada célula haploide é replicada.
A primeira fase do ciclo celular meiótico é a intérfase I, durante a qual acontecem processos importantes, como a replicação do DNA cromossômico. 
A segunda fase da meiose I, a prófase I, é um pouco complexa e inclui vários eventos-chave que distinguem a meiose da mitose. A prófase I começa com a condensação e helicoidização dos filamentos de cromatina, que se tornam visíveis como cromossomos. 
Durante o processo de sinapse, os cromossomos homólogos se pareiam, lado a lado, ficando juntos em um perfeito alinhamento (nos homens, os cromossomos X e Y, em grande parte não homólogos, por isso, se pareiam nas extremidades). Esse pareamento dos cromossomos homólogos é uma fase importante do ciclo celular que não ocorre na mitose. 
À medida que a prófase I progride, as cromátides dos dois cromossomos se entrelaçam.
Cada par de cromossomos homólogos entrelaçados é um bivalente (indicando dois cromossomos na unidade) ou uma tétrade (indicando quatro cromátides na unidade).
Uma segunda característica-chave da prófase I é a formação de quiasmas, estruturas em forma de X que marcam o acoplamento entre cromossomos homólogos (Fig. 2-22). Cada quiasma indica um ponto no qual os cromossomos homólogos trocam material genético. Esse processo, chamado crossing-over, produz cromossomos que consistem em combinações de partes dos cromossomos originais. Essa troca cromossômica é importante porque aumenta significativamente a possibilidade de combinações de genes em cada gameta e, assim, aumenta o número de combinações possíveis de características humanas. 
Além disso, como discutido no Capítulo 8, esse fenômeno é bastante importante na dedução da ordem dos genes ao longo dos cromossomos. Ao final da prófase I, os bivalentes começam a se mover para o plano equatorial, o aparato do fuso começa a se formar no citoplasma e a membrana nuclear se dissipa.
A metáfase I é o próximo estágio. Como na metáfase mitótica, esse estágio é caracterizado pela finalização do fuso e pelo alinhamento dos bivalentes, que ainda estão ligados em quiasmas, no plano equatorial. Os dois centrômeros de cada bivalente permanecem em lados opostos do plano equatorial.
Durante a anáfase I, os quiasmas desaparecem e os cromossomos homólogos são puxados pelas fibras do fuso em direção a polos opostos da célula. A característica-chave dessa fase é que, diferente da fase correspondente na mitose, os centrômeros não se duplicam e dividem, de forma que apenas metade do número inicial de cromossomos migra para cada polo. 
Os cromossomos que migram para cada polo consistem, assim, em um membro de cada par de autossomos e um dos cromossomos sexuais.
A próxima etapa, a telófase I, começa quando o cromossomo atinge os lados opostos da célula. Os cromossomos se deselicoidizam ligeiramente, e uma nova membrana nuclear começa a se formar. As duas células filhas contêm, cada qual, um número haploide de cromossomos e cada cromossomo apresenta duas cromátides irmãs. Em humanos, a citocinese também ocorre durante essa fase. 
O citoplasma é dividido de forma praticamente igual entre as duas células filhas nos gametas formados em homens. Naqueles formados em mulheres, aproximadamente todo o citoplasma vai para uma única célula filha, que depois formará o ovócito. A outra célula filha se torna um corpúsculo polar, uma célula pequena e não funcional, que se degenera.# A meiose I (divisão reducional) inclui a prófase I na qual os cromossomos homólogos se alinham e trocam material (crossing-over). Durante a anáfase I, os centrômeros não se duplicam, mas se dividem. Consequentemente, apenas um membro de cada par de cromossomos migra para cada célula filha.
A divisão equacional, a meiose II, se inicia com a intérfase II, que é uma fase bastante curta. A principal característica dessa fase é que diferentemente da intérfase I, nenhuma replicação do DNA acontece. A prófase II, estágio seguinte, é um pouco similar à prófase mitótica, exceto pelo fato de que o núcleo apresenta apenas um número haploide de cromossomos. 
Durante a prófase II, os cromossomos ficam espessos à medida que se helicoidizam, a membrana nuclear desaparece e novas fibras do fuso se formam. Isso é seguido pela metáfase II, durante a qual as fibras do fuso levam os cromossomos a se alinharem no plano equatorial.
Ocorre então a anáfase II. Essa fase lembra a anáfase mitótica, na qual os centrômeros se dividem e cada um carrega uma única cromátide em direção aos polos da célula. As cromátides agora se separaram, mas em razão da formação do quiasma e do crossing-over, as cromátides irmãs recentemente separadas podem não ser idênticas (Fig. 2-21).
A telófase II, como a telófase I, começa quando os cromossomos atingem os polos opostos da célula. Lá, eles começam a se deselicoidizar. Novas membranas nucleares são formadas ao redor de cada grupo de cromossomos e a citocinese acontece. Nos gametas formados nos homens, o citoplasma é novamente dividido igualmente entre as duas células filhas. Assim, o resultado final da meiose em homens são quatro células filhas funcionais cada uma com quantidades iguais de citoplasma. 
Nos gametas femininos, uma divisão citoplasmática desigual ocorre novamente, formando um ovócito e outro corpúsculo polar. O corpúsculo polar formado durante a meiose I sofre, algumas vezes, uma segunda divisão, de forma que ao fim do segundo estágio da meiose podem aparecer três corpúsculos polares.
# A meiose é um processo de divisão celular especializado no qual uma célula diploide dá origem a gametas haploides. Isso é obtido pela combinação de duas fases de divisão com apenas uma replicação do DNA.
A maioria dos distúrbios cromossômicos é causada por erros que ocorrem durante a meiose. Podem ser formados gametas com cromossomos a menos ou a mais, ou cromossomos com estruturas alteradas. 
Além disso, os erros na mitose que ocorrem nos primeiros estágios de vida do embrião podem afetar consideravelmente as células do corpo de forma a causar doenças clinicamente importantes. Os erros na mitose que ocorrem durante qualquer momento na vida de uma pessoa podem, sob certas condições, gerar um câncer.
· A Relação entre a Meiose e a Gametogênese
As fases da meiose podem ser relacionadas diretamente com os estágios na gametogênese, a formação de gametas (Fig. 2-21). Em homens adultos, os túbulos seminíferos dos testículos são ocupados por espermatogônias, que são células diploides. 
Após sofrer várias divisões mitóticas, as espermatogônias produzem espermatócitos primários. Cada espermatócito primário, que também é diploide, sofre a meiose I para produzir um par de espermatócitos secundários, que possuem 23 cromossomos de cadeia dupla. Eles sofrem a meiose II e cada um produz um par de espermátides, que contém 23 cromossomos de cadeia simples. 
Então, as espermátides perdem a maior parte do seu citoplasma e desenvolvem caudas para nado, à medida que se tornam espermatozoides maduros. Esse processo, conhecido como espermatogênese, continua ao longo da vida do homem adulto.
# Na espermatogênese, cada espermatogônia diploide produz quatro espermatozoides haploides.
A ovocitogênese, processo pelo qual os gametas femininos são formados, difere em vários aspectos da espermatogênese. Enquanto o ciclo da espermatogênese é recorrente, a maior parte da ovocitogênese feminina é completada antes do nascimento. 
A ovogônia diploide se divide por mitose para produzir ovócitos primários no terceiro mês do desenvolvimento fetal. Mais de seis milhões de ovócitos primários são formados durante a gestação e ao nascimento ficam mantidos em prófase I. A meiose continua apenas quando o ovócito primário maduro é ovulado. Na meiose I, o ovócito produz um ovócito secundário (contendo o citoplasma) e um corpúsculo polar. 
O ovócito secundário então emerge do folículo e prossegue pelas tubas uterinas com o corpúsculo polar ligado a ele. A meiose II se inicia apenas caso o ovócito secundário seja fecundado por um espermatozoide. Se isso ocorrer, um óvulo maduro contendo o citoplasma e outro corpúsculo polar haploide é produzido. Os corpúsculos polares podem desintegrar-se. Cerca de uma hora após a fecundação, os núcleos do espermatozoide e do óvulo se fundem, formando um zigoto diploide. 
O zigoto então começa o seu desenvolvimento em um embrião por meio de uma série de divisões mitóticas.
Na ovocitogênese, o óvulo haploide e três corpúsculos polares são produzidos por meiose a partir de uma ovogônia diploide. Diferentemente da espermatogênese, que continua pela vida do homem adulto, a primeira fase da ovocitogênese é completada antes de a mulher nascer; a ovocitogênese é então interrompida até que ocorra a ovulação.