Slides de Aula I (2)

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Prof. Dr. Alexandre Dias
UNIDADE I
Genética e 
Citogenética Humana
Gregor Mendel
Ervilhas de
jardim
Princípio
da
Hereditariedade
Introdução à Genética e à Citogenética Humana
1865 1880
Bases
nitrogenadas
Cromossomos
“bastões”
Walther
Flemming
1940/50
Mutações
Nasce a
Biologia
Molecular
1953
Watson e Crick
Molécula de 
DNA
1959/61
Descrição da 
Sd. de Down
1961
DCBM
PCR
Projeto
Genoma
Humano
1980
2000
Arrays, 
MLPA e 
NGS…
… 2000
Fonte: autoria própria.
Conceitos importantes!
 DNA;
 Nucleotídeo;
 Polinucleotídeo;
 Cromatina;
 Cromossomo;
 RNA;
 Gene.
Introdução à Genética e à Citogenética Humana
 A molécula de DNA é constituída por uma sequência de nucleotídeos.
Três diferentes tipos de moléculas: 
 Um açúcar (pentose); 
 Um grupo fosfato; 
 Uma base nitrogenada.
 Adenina – Timina. 
 Citosina – Guanina. 
Introdução à Genética e à Citogenética Humana
Fonte: CC BY-SA 3.0; 
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1340959 
Thymine
Adenine
Cytosine
Guanine
Introdução à Genética e à Citogenética Humana
Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nucleot%C3%ADdeos.tif 
PALHINHA, L. [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)].
Sulco 
maior
Sulco 
menor
Bases
Esqueleto de 
açúcar – fosfato
Esqueleto de 
açúcar – fosfato
Bases
Bases Esqueleto de 
açúcar – fosfato
Açúcar –
desoxirribose
Fosfato
Guanina
Citosina
Timina
Adenina
Guanina
Citosina
Timina
Citosina
Bases nitrogenadas
Introdução à Genética e à Citogenética Humana
Fonte: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=240139
Introdução à Genética e à Citogenética Humana
Fonte: GOODMAN, S. R.
Medical Cell Biology. 
Cromossomo
DNA
Histona
 Cromatina.
Eucromatina:
 Região ativa.
Heterocromatina:
 Região de sequências repetitivas.
Introdução à Genética e à Citogenética Humana
DNA nuclear:
 Organizado em 23 pares de cromossomos (somáticos).
 DNA mitocondrial.
DNA nuclear:
 Sexo masculino: 46,XY;
 Sexo feminino: 46,XX.
Introdução à Genética e à Citogenética Humana
O RNA:
 O RNA é uma molécula intermediária na 
síntese de proteínas => faz a 
intermediação entre o DNA e as proteínas;
 É formado por uma cadeia de 
ribonucleotídeos, que, por sua vez, são 
formados por um grupo fosfato, um 
açúcar (ribose) e uma base nitrogenada;
Introdução à Genética e à Citogenética Humana
 É um ácido nucleico formado a partir de um 
modelo de DNA (uma das fitas: “molde”);
 O DNA não é o molde direto da síntese de 
proteínas; 
 Os moldes para a síntese de proteínas são 
moléculas de RNA.
Existem três principais tipos de RNAs: →
 RNA mensageiro: contém a informação 
para a síntese de proteínas. ~ 5% do RNA 
celular total;
 RNA transportador: transporta os 
aminoácidos para que ocorra a síntese de 
proteínas. ~ 10% do RNA total da célula;
 RNA ribossômico: componentes da 
maquinaria de síntese de proteínas presente 
nos ribossomos. ~ 85 % do RNA total.
Cite três diferenças entre o DNA e o RNA:
Interatividade
DNA – Dupla fita.
RNA – Fita simples.
DNA – A/T/C/G.
RNA – A/U/C/G.
DNA – Desoxirribose.
RNA – Ribose.
Resposta
Dogma central da Biologia Molecular
Fonte: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=30366653
Replicación 
(ADN > ADN)
Transcrición 
(ADN > ARN)
Replicación do 
ARN (ARN > ARN)
Transcrición inversa 
(ARN > ADN)
Transcritase inversa ARN polimerase
ADN polimerase
ARN polimerase
ARN dependente
Ribosoma
proteína
ADN
ARN (-)ARN (+)
Tradución
(ARN > proteína)
 O gene e a sua expressão.
Dogma central da Biologia Molecular
Fontes: Adaptado de: 
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chromosome-DNA-gene.png
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=76810116
Gene
Promoter Éxon
Íntron
Éxon
Íntron Íntron
Éxon
Dogma central da Biologia Molecular
X X
Splicing
Núcleo
Citoplasma
Transcrição:
1. Transcrito primário;
2. Adição do CAP 5´e da cauda Poli A em 3´;
3. SPLICING.
CAP 5´
AAAAA...
Cauda Poli A em 3´
Transcrito primário
Fonte: autoria própria.
Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_page
DNA
RNA
Proteína 
ativa
Transcrição
Tradução
 O código genético é 
“degenerado”: códons
diferentes (trinca de bases) 
codificam o mesmo aa 
(aminoácido). Os códons
são mostrados em termos 
do RNA mensageiro, que 
são complementares aos 
códons do DNA 
correspondente.
Dogma central da Biologia Molecular
Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_page
Fenilalanina 
(Fen)
Leucina 
(Leu)
Serina 
(Ser)
Tirosina 
(Tir)
Codão de finalização
Codão de finalização
Codão de finalização
Cisteína 
(Cis)
Prolina 
(Pro)
Leucina 
(Leu)
Histidina 
(His)
Glutamina 
(Glu)
Arginina 
(Arg)
Serina 
(Ser)
Arginina 
(Arg)
Lisina (Lis)
Asparagina 
(Asn)Treonina 
(Tre)
Isoleucina 
(Ile)
Metionina (Met)
Codão de iniciação
Triptofano (Trp)
Valina (Val)
Alanina 
(Ala)
Ácido aspártico 
(Asp)
Ácido 
glutâmico (Glu)
Glicina (Gli)
1
ª 
B
A
S
E
2ª BASE
3
ª B
A
S
E
Nos processos complexos de replicação do DNA, expressão gênica e síntese proteica, 
inúmeros “erros ou falhas” podem acometer o DNA, o RNA e a cadeia de aminoácidos. 
Assim, se uma variante genética acometer o DNA durante a fase de replicação e os genes de 
reparo “falharem” na checagem do processo e essa alteração perpetuar, essa variante poderá 
causar efeitos fenotípicos nos indivíduos que a tiverem. Desta forma, existem testes genéticos 
que o biomédico executa para identificar essas possíveis variantes. 
a) Quais são as principais regiões genômicas que sofrem 
alterações envolvidas no desencadeamento das doenças 
genéticas raras? Explique a sua resposta.
Interatividade
Grande parte dos erros genéticos acontece nos processos replicativos, e de síntese de RNAm 
e aminoácidos. 85% das variantes causadoras de doenças genéticas estão localizadas nos 
éxons. Desta forma, a investigação dessas variantes nessas regiões-alvo é fundamental para 
detectar e elucidar a etiologia de doenças raras. O teste genético que dispomos, atualmente, 
para se investigar essas regiões hotspot é o sequenciamento do exoma (sequenciamento de 
todos os éxons do DNA).
Resposta
Leis de Mendel:
1. Princípio da Segregação dos Caracteres: os indivíduos têm os “fatores” aos pares, mas, 
na reprodução sexuada, transmitem, apenas, um “fator” à sua prole;
2. Lei da Segregação Independente: a segregação de um “fator” determinado não influencia 
na segregação de outro “fator” (diferente do primeiro).
Padrões de heranças monogênicas
Conceitos importantes!
1. Cromossomos homólogos;
2. Heranças autossômicas;
3. Heranças ligadas ao sexo (XY);
4. Genes alelos;
5. Locus gênico;
6. Dominância;
7. Recessividade.
Padrões de heranças monogênicas
 Doenças autossômicas dominantes (DAD).
 Doenças autossômicas recessivas (DAR).
 Doenças ligadas ao X dominante (DLXD).
 Doenças ligadas ao X recessivo (DLXR). 
 Doenças ligadas ao Y.
 Variantes que seguem o padrão monogênico (padrões de Mendel) presentes em um gene 
ou um par de genes, em determinado locus cromossômico.
 AA/Aa/aa.
Doenças genéticas de herança monogênica
1. A doença se expressa tanto na homozigose como na heterozigose;
2. Não existem indivíduos portadores, somente, afetados e normais;
3. Distribui-se de maneira equilibrada e aleatória, independente do sexo;
4. Dependendo da variante e do gene envolvido, alguns casos na homozigose dominante, a 
doença é letal.
 Cada evento de procriação tem a probabilidade de 0,5 - 50%, considerando o 
casamento entre um indivíduo afetado e um normal.
 AA/Aa.
Doenças monogênicas – DAD 
1. A doença se expressa na homozigose;
2. Há um risco aumentado para as doenças autossômicas recessivas no casamento 
consanguíneo (entre os membros da mesma família), caso haja indivíduos afetados e 
portadores que segregam esse gene dentro de uma família;
3. Para determinadas doenças e genes específicos,alguns portadores podem apresentar 
algum fenótipo relacionado à doença.
 Heterozigotos muito mais frequentes que os homozigotos afetados.
 aa.
Doenças monogênicas – DAR 
 Expressa-se em 
homozigotas ou 
heterozigotas.
 Homens com a 
doença: transmitem 
o alelo afetado a 
todas as suas filhas.
Doenças monogênicas – DLXD 
Fonte: Adaptado de: 
https://creativecommons.org/licenses/by/3.0
Unaffected mother
Affected mother
Unaffected son
Unaffected
son
Affected father
Unaffected father
Affected 
daughter
Unaffected
son
Affected 
daughter
Affected 
daughter
Unaffected 
daughter
Affected 
son
Probabilities:
0% sons affected;
100% daughters affected.
Probabilities:
50% sons affected;
50% daughters affected.
 Fenótipo se manifesta em todos os homens 
portadores do genótipo.
 Homens passam o alelo afetado a todas as filhas.
 Não transmitem aos filhos.
 Mulheres: apenas, na homozigose recessiva.
Conclusão: muito mais frequente em homens do 
que em mulheres!
Doenças monogênicas – DLXR 
Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_page
Unaffected 
father
Carrier 
mother
Unaffected
Affected
Carrier
Unaffected
son
Unaffected
daughter
Carrier
daughter
Affected 
son
U.S. National Library of Medicine
X-linked recessive, carrier mother
Atenção!
1. A incidência do caráter é muito mais alta em homens que em mulheres; 
 O gene responsável pela afecção é transmitido de um homem afetado para todas 
as suas filhas;
 Os filhos do sexo masculino de qualquer uma de suas filhas têm uma chance 
de 50% de herdá-lo;
2. O gene jamais se transmite, diretamente, de pai para o filho, mas, sim, de um homem 
afetado para todas as suas filhas;
3. O gene pode transmitir-se ao longo de uma série de 
mulheres portadoras; se isso ocorrer, os homens afetados 
em uma família são aparentados através das mulheres;
4. As mulheres heterozigotas, geralmente, não são afetadas, 
mas algumas expressam a afecção com uma 
intensidade variável.
Doenças monogênicas – DLXR 
Heredogramas:
Estudo da segregação de doenças e análise de padrões de herança
Fonte: https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0
Heredogramas:
Estudo da segregação de doenças e análise de padrões de herança
Fonte: livro-texto.
Quadrado de Punnett:
Estudo da segregação de doenças e análise de padrões de herança
h h
H
H
Fonte: autoria própria.
 Acondroplasia.
DAD
h h
H
h
Fonte: autoria própria.
 Albinismo.
DAR
H h
H
r
Fonte: autoria própria.
 Síndrome de Rett.
DLXD
XH Y
Xh
Xh
Fonte: autoria própria.
 DMD.
DLXR
Xh Y
XH
XH
Fonte: autoria própria.
 DMD.
DLXR
XH Y
XH
Xh
Fonte: autoria própria.
 Mitocôndria;
 Imprinting genômico;
 UPD.
Outros padrões de herança…
Fonte: livro-texto.
Pai com a doença Mãe afetada e todas as 
mitocôndrias mutantes
Crianças não 
afetadas
Crianças afetadas 
(penetrância completa)
1. Penetrância: o termo penetrância se relaciona à possibilidade de indivíduos portadores de 
um genótipo expressarem o fenótipo. Indivíduos com genótipo, sem fenótipo, dizemos que 
o gene tem penetrância incompleta.
2. Heterogeneidade: a heterogeneidade está relacionada às doenças que têm os fenótipos 
semelhantes originadas por genótipos distintos ou vice-versa. 
3. Pleiotropia: a pleiotropia está relacionada à presença de múltiplos fenótipos originados de 
um único gene ou um par de genes alterados.
4. Expressividade: a expressividade está relacionada à 
expressão do fenótipo a partir de um genótipo. Diz-se que 
um gene tem expressividade variável quando as pessoas 
com genótipo têm fenótipos distintos, ou seja, as 
manifestações clínicas são diferentes em indivíduos com a 
mesma anormalidade genética.
Fatores que alteram o padrão do heredograma
O heredograma a seguir mostra uma família com alguns indivíduos com determinada 
doença genética:
Qual é o padrão de herança apresentado no heredograma? 
Explique a sua resposta.
Interatividade
Herança mitocondrial. Apenas há a herdabilidade do caractere alterado pela linhagem materna. 
Observe que o pai afetado não transmite para nenhum dos seus descendentes. As mulheres 
afetadas transmitem o caractere para todos os seus descendentes.
Resposta
Proporção de cada alelo e cada genótipo em uma população:
 Pode ser estimada por contagem direta;
 Ex.: tipagem sanguínea MN.
Frequência genotípica e gênica
Sistema MN – locus no cromossomo 2:
 Codominância.
Em 200 indivíduos:
 MM – 64;
 NN – 16;
 MN – 120.
Frequência genotípica e gênica
Divide-se a contagem de cada genótipo pelo número total de indivíduos:
 MM = 64/200 = 0,32;
 MN = 120/200 = 0,60;
 NN = 16/200 = 0,08; TOTAL = 1
Explicação:
Frequência genotípica
Para cada alelo!!!
Contagem gênica!!!
 MM – 2 alelos M;
 MN – 1 alelo M e 1 alelo N;
 NN – 2 alelos N;
 (MM) 64 x 2 + (MN) 120 + (NN) 0 = 248 genes M;
 (NN) 16 x 2 + (MN) 120 + (MM) 0 = 152 genes N.
Frequência gênica
 400 genes no total (cada indivíduo tem um par de alelos – 2 genes).
Divide-se o número de genes de cada alelo pelo número total dos alelos:
 M = 248/400 = 0,62;
 N = 152/400 = 0,38; TOTAL = 1
Frequência gênica
Genética médica e diagnóstica!
Que tipo de pacientes nos vêm à mente quando pensamos em doenças genéticas?
Onde se aplica o conhecimento em Genética e Citogenética Humana?
Defeitos Congênitos (DCs)
Morfológico, estrutural ou funcional
Defeito físico ou mental
Fonte: Pereira et al. (2008); Amorim et al. (2006); Leite et al. (2004).
Defeitos congênitos
 MCs: segunda principal causa de mortalidade fetal infantil.
Presente em, aproximadamente, 3 a 5% de todos os recém-nascidos vivos:
 Maiores e menores.
Defeitos congênitos
Fonte : https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_page
Aorta
Artéria 
pulmonar
Átrio esquerdo
Ventrículo 
esquerdo
Ventrículo 
direito
Átrio 
direito
Aorta
Artéria 
pulmonar
CIV
Ventrículo 
direito
Obstrução entre 
o ventrículo e a 
artéria pulmonar
Coração normal Tetralogia de Fallot
Prevenção Primária:
 Pré-concepcional.
Prevenção Secundária:
 Pré-natal.
Prevenção Terciária:
 Pós-natal.
Prevenção dos defeitos congênitos
 Malformações: são caracterizadas por anormalidades no processo de desenvolvimento basal 
do órgão ou da estrutura que, como resultado, causará um efeito danoso à sua morfologia, 
estrutura e/ou funcionalidade. De etiologia genética e/ou multifatorial, o processo 
malformativo pode resultar em estruturas incompletas, ausentes ou anormais.
 As deformidades congênitas resultam de um processo físico 
que atua em uma estrutura formada, previamente, normal, 
causando impactos no seu desenvolvimento e na sua 
funcionalidade. As deformidades são mais, frequentemente, 
visualizadas em cartilagens, ossos e articulações. Como 
resultado final, as deformidades podem ser temporárias ou 
permanentes, dependendo muito do momento do 
desenvolvimento fetal e das estruturas acometidas.
Classificação dos defeitos congênitos
 A disrupção é um defeito físico-morfofuncional que acomete um órgão ou uma estrutura, 
previamente, normais. De etiologia ambiental, as disrupções geram estruturas anormais, com 
a perturbação no processo de desenvolvimento, podendo resultar na perda de parte dessa 
estrutura ou de segmento desse órgão.
 A displasia é caracterizada por uma desorganização celular tecidual que resultará em um 
órgão ou uma estrutura anormais. Geralmente, acomete as estruturas ósseas, como as bem 
conhecidas displasias esqueléticas.
Classificação dos defeitos congênitos
 Profa. Dra. Magda C. Sampaio.
 Professora Titular do Departamento de Pediatria da FMUSP.
 “As doenças raras (DRs) são inúmeras (entre 5 mil a 6 mil doenças diferentes). O número de 
pacientes com DRs é alto, chegando a 4% da população europeia”.
 “Assim, as doenças são consideradas raras, mas os doentes com DRs são numerosos. Entre 
as DRs, existem algumasnão tão raras, como as hemofilias, as distrofias musculares, a 
fibrose cística do pâncreas ou a mucoviscidose, a neurofibromatose, enquanto outras são, 
mesmo, raríssimas”.
 “A maior parte das DRs tem origem genética [...]”.
44,04 milhões de habitantes (Julho/2014)
4% ➔ ~1.761.600 habitantes com doenças raras!!!
As doenças genéticas, em conjunto, não são tão raras assim…
 O estudo genético e molecular do DNA humano é imprescindível para o entendimento das 
doenças genômicas. A compreensão dos mecanismos que envolvem o dogma central da Biologia 
Molecular – replicação, transcrição e tradução – a replicação, no processo de síntese de novas 
moléculas de DNA; a transcrição, na síntese da molécula de RNA mensageiro e a tradução, no 
processo de síntese de aminoácidos foram importantíssimos para se reconhecer a funcionalidade 
celular e de expressão gênica.
 Na transposição dos estudos de Mendel para o desenvolvimento da genética médica e científica, 
grande parte das doenças monogênicas humanas segue os padrões das Leis de Mendel, dos tipos 
autossômico recessivo e autossômico dominante, ligada ao X dominante, ligada ao X recessivo e 
ligada ao Y. Assim, as SNVs são as principais causas de doenças monogênicas.
 O estudo genético de doenças genômicas é baseado na genética 
médica, nos estudos populacionais e na análise do heredograma. 
O heredograma é a base representativa da herdabilidade e da 
transmissão/segregação gênica em uma família. Assim, o 
geneticista tem ferramentas para a melhor condução do caso do 
seu paciente, escolhendo os testes genéticos mais assertivos e 
certeiros para a relação genótipo-fenótipo mais adequada.
Concluindo…
 Convido a todos para realizarmos a atividade no chat e interagirmos sobre a genética.
Convite para o chat
ATÉ A PRÓXIMA!