Exercício Caminho do Conhecimento - Etapa 2

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INTRODUÇÃO À GENÉTICA
Profa.: Dra. Noeli S. M. Silva
• Genética é a ciência responsável pelo estudo da transmissão das
características biológicas de geração à geração e das propriedades
moleculares que possibilitam tal transmissão.
• Gregor Mendel: Pai da Genética.
• Estudos simples: ervilhas e cruzamentos.
• 7 características: cor das flores, cor das sementes, forma das sementes,
forma das vagens, altura das plantas, posição das flores nos ramos e cor
das vagens.
INTRODUÇÃO À GENÉTICA
1ª Lei - Herança Mono-híbrida ou Monofatorial:
1) As características observadas devem ser determinadas por fatores que
ocorrem aos pares em um indivíduo;
2) Cada um dos parentais carrega um destes fatores em seus respectivos
gametas;
3) Os gametas carregando tais fatores se encontram aleatoriamente na
formação do zigoto.
2ª Lei - Segregação Independente dos Fatores:
Fatores que condicionam duas ou mais características se segregavam
independentemente na formação dos gametas e se combinam ao acaso, de
forma a estabelecer todas as possíveis combinações entre si.
INTRODUÇÃO À GENÉTICA
Experimentos de Mendel:
Teoria da herança particulada: as características são determinadas por
unidades discretas que são transmitidas da linhagem parental para os
descentes e que são herdadas ao longo das gerações.
INTRODUÇÃO À GENÉTICA
Dominância: gene expresso com um único alelo (dose simples: A_) –
suficiente para manifestar determinada característica.
Recessividade: gene expresso apenas em com ambos alelos (dose dupla: aa).
Fenótipo: refere-se às características observáveis de um organismo
(morfologia, desenvolvimento, comportamento, etc.)
Genótipo: refere-se à informação presente no genoma (genes).
INTRODUÇÃO À GENÉTICA
• Genética e estatística: Quadro de Punnet
INTRODUÇÃO À GENÉTICA
Exceções às leis de Mendel:
• Polialelia – alelos múltiplos.
• Co-dominância – participação de dominância de mais de um alelo.
• Dominância incompleta – fenótipo intermediário.
• Alelos letais – em homozigose levam à morte.
INTRODUÇÃO À GENÉTICA
• Penetrância – manifestação do genótipo.
• Expressividade – percentual populacional que expressa determinada
característica, ainda que presente no genótipo.
INTRODUÇÃO À GENÉTICA
Embora o genótipo seja determinante para a manifestação de uma característica
física, o ambiente é capaz de modular e alterar consideravelmente a expressão e
a uniformidade de um carácter.
• Interação gênica – capaz de modular determinadas características a partir
da interação de dois ou mais genes, que podem estar ou não localizados
em regiões próximas.
• Epistáticas: um par de genes inibe outro par que se localiza em uma região
diferente no material genético para que este não manifeste seu caráter
hereditário.
• Nº de fenótipos entre os descendentes será menor que o possível.
• Não- epistáticas: genes com separação independente que agem em
conjunto a fim de determinar um fenótipo.
INTRODUÇÃO À GENÉTICA
• Pleiotropia - um único par de genes condiciona mais de um carácter
simultaneamente.
• Herança complementar - pares de genes atuam de forma complementar e
geram fenótipos diferentes para uma determinada característica, resultando
em uma manifestação diferente do que seria esperado caso cada um dos
genes atuasse separadamente.
• Herança quantitativa ou poligenia - interação de múltiplos genes que causa
uma variação contínua em termos de fenótipos esperados, sendo
observados níveis intermediários.
INTRODUÇÃO À GENÉTICA
BASES FÍSICAS E QUÍMICAS
DA HERANÇA
Profa.: Dra. Noeli S. M. Silva
• Célula: unidade básica que propicia a vida (uni e pluricelulares).
• Macromoléculas: proteínas, carboidratos, lipídeos e ácidos nucleicos.
• DNA e RNA: transmissão e decodificação genética.
• Procariotos: carioteca ausente.
• Eucariotos: carioteca presente.
BASES FÍSICAS E QUÍMICAS DA HERANÇA
• Citoplasma: organelas.
• Núcleo: material genético.
• Cromossomos: filamentos condensados de DNA (-) associados às proteínas
histonas (+).
• Procariotos: ribossomos.
• fissão binária.
• Eucariotos: ribossomos, lisossomos, mitocôndrias, retículo endoplasmático
liso e rugoso, aparelho de Golgi e peroxissomos.
• Mitose e meiose.
BASES FÍSICAS E QUÍMICAS DA HERANÇA
Ácidos nucleicos:
DNA: fosfato + base nitrogenada (A, T, C e G) + desoxirribose.
RNA: fosfato + base nitrogenada (A, U, C e G) + ribose.
BASES FÍSICAS E QUÍMICAS DA HERANÇA
Decodificação da informação genética.
Fonte: autoria própria.
BASES FÍSICAS E QUÍMICAS DA HERANÇA
BASES FÍSICAS E QUÍMICAS DA HERANÇA
Tranmissão -> divisão celular -> replicação do DNA.
Duas fases principais: interfase e fase M.
Interfase: as células eucarióticas crescem, se desenvolvem e se preparam
para a fase M.
Fase M: ocorre o processo de divisão celular.
Mitose: células somáticas que apresentam cromossomos aos pares (2n),
também conhecidas como diploides.
Fonte: Pierce (2016, online).
Mitose: 1 célula-mãe -> 2 células-filhas: 2n-> 2n.
Meiose: células germinativas (reprodutivas - óvulo e espermatozoide) e não
apresentam os cromossomos aos pares (n, haploides).
1 célula-mãe -> 4 células-filhas > 2n -> n.
2 processos de divisão celular: meiose I e II.
BASES FÍSICAS E QUÍMICAS DA HERANÇA
Meiose I: replicação do DNA, pareamento cromossômico e recombinação
gênica (crossing-over) dos cromossomos homólogos que combinam genes
herdados de dois progenitores, por meio de quebras nos cromossomos e
troca de fragmentos entre as cromátides irmãs. Há também a separação dos
cromossomos homólogos ao acaso.
Meiose II: segregação das cromátides-irmãs origina 4 novas células.
BASES FÍSICAS E QUÍMICAS DA HERANÇA
Diferenças entre Mitose e meiose:
Meiose: células-filhas relativamente diferentes da célula-mãe com um número
de cromossomos haploides – permutação gênica.
2 processos de divisão celular: meiose I e II.
linkage ou ligação gênica: genes que se localizam em um mesmo
cromossomo e não se segregam independentemente no momento de
formação das células-filhas haploides.
BASES FÍSICAS E QUÍMICAS DA HERANÇA
VARIAÇÕES CROMOSSÔMICAS E
HERANÇA LIGADA AO SEXO
Profa.: Dra. Noeli S. M. Silva
Divisão celular: material genético em forma de cromossomos.
Divisão e segregação: novos núcleos celulares somáticos (mitose) ou
germinativos (meiose).
Erros na meiose: variações estruturais ou numéricas dos cromossomos.
VARIAÇÕES CROMOSSÔMICAS E
HERANÇA LIGADA AO SEXO
Meiose: quatro células-filhas haploides - 23
cromossomos cada.
46 cromossomos: 22 pares autossômicos e
1 par sexual).
Fonte: National Human Genome Research Institute (online)
VARIAÇÕES CROMOSSÔMICAS E
HERANÇA LIGADA AO SEXO
Centrômero: constrição primária.
Telômero: estabilidade estrutural dos cromossomos.
*Metacêntrico, submetacêntrico, telocêntrico e acrocêntrico. Eucromatina
(região transcrita) e heterocromatina (região condensada e não transcrita).
Fonte: autoria própria.
Variações cromossômicas em número ou estrutura: relocação, perda ou
ganho de material genético.
Relocação: translocação do material genético.
inversão do material genético.
Perda: deleção de um segmento ou a perda completa de um cromossomo.
Ganho: duplicação de uma região cromossômica ou ainda pela presença de
um cromossomo adicional.
VARIAÇÕES CROMOSSÔMICAS E
HERANÇA LIGADA AO SEXO
Fonte: Adaptado de Griffiths; Miller; Suzuki; Lewontin; Gelbart (2016, online)
Estrutura - morfologia
• Deleção, duplicação, inversão ou translocação.
Número – duplicação, pareamento ou divisão
• Euploidia e aneuploidia.
• Euploidia: presença de conjuntos cromossômicos extras (comum em
plantas mas rara em animais e inexistente em humanos).
• Aneuploidia: alteração numérica de parte do genoma, alterando em geral
somente um único cromossomo. Aos indivíduos que apresentam um
cromossomo a mais ou a menos, inteiros ou em forma de segmentos, são
ditos aneuplóides.
Variações cromossômicas: distúrbios.
Síndrome de Down: trissomia do cromossomo
autossômico21.
Fonte: Snustad & Simmons (2017, online).
VARIAÇÕES CROMOSSÔMICAS E
HERANÇA LIGADA AO SEXO
Cariótipo
Fórmula 
cromossômica
Síndrome
Frequência 
estimada ao 
nascimento
Fenótipo
47, +21 2n +1 Down 1/700
Mãos largas e curtas com prega palmar, baixa estatura,
hiperflexibilidade das articulações, retardo mental, cabeça
larga, face redonda, boca aberta com língua, prega
epicântrica.
47, +13 2n +1 Patau 1/20.000
Deficiência mental e surdez, convulsões musculares leves,
fenda labial e/ou palatina, anomalias cardíacas, calcanhar
proeminente.
47, +18 2n+1 Edward 1/8.000
Mal formação congênita de muitos órgãos, orelhas
malformadas e de implantação baixa, micrognatia, boca e
nariz pequenos com aparência geral de duende,
deficiência mental, rim em ferradura ou duplo, esterno
curto.
45, X ou 
X0
2n-1 Turner
1/2500 (sexo 
feminino)
Mulher com atraso no desenvolvimento sexual,
geralmente estéril, baixa estatura, pescoço alado,
anormalidades cardiovasculares, deficiência auditiva.
47, XXY 2n + 1 Klinefelter*
1/500 (sexo 
masculino)
Homem subfértil com testículos pequenos, mamas
desenvolvidas, voz aguda feminina, membros longos.
47, XXX 2n +1 Triplo-X
1/700 (sexo 
feminino)
Mulher com órgãos genitais geralmente normais e
fertilidade limitada, retardo mental leve.
Variações estruturais
Síndrome de Cri-du-chat: deleção de uma pequena região do braço curto de
um dos cromossomos 5, acarretando em um grave retardo mental e físico,
com um choro similar ao miado de um gato.
Síndrome de Williams: deleção de um segmento contendo dezessete genes
no cromossomo 7, gerando indivíduos com desenvolvimento incomum do
sistema nervoso central.
Hemofilia tipo A: inversão de um pequeno segmento no cromossomo X que é
responsável por gerar indivíduos com problemas na coagulação sanguínea e
com quadros graves de hemorragias.
VARIAÇÕES CROMOSSÔMICAS E
HERANÇA LIGADA AO SEXO
Dimorfismo sexual: masculinos ou femininos.
• Fêmeas: par de cromossomos sexuais idênticos - cromossomos X.
• Sexo homogamética.
• Machos: par cromossômico sexual não idêntico composto por um cromossomo X
e um Y (cromossomo Y significativamente menor do que o X).
• Sexo heterogamético.
VARIAÇÕES CROMOSSÔMICAS E
HERANÇA LIGADA AO SEXO
• Características ligadas ao sexo: características relacionadas ao cromossomo X.
• Características restritas ao sexo: características relacionadas ao Y.
• Genes holândricos: presentes no cromossomo Y os quais são responsáveis
pelos padrões de herança restritos ao sexo.
• Determinação sexual: presença do gene da região determinante do sexo no
cromossomo Y (gene SRY).
VARIAÇÕES CROMOSSÔMICAS E
HERANÇA LIGADA AO SEXO
MUTAÇÃO GENÉTICA
Profa.: Dra. Noeli S. M. Silva
Mutação: processo simples capaz de alterar o genoma e gerar diversidade
genética nos indivíduos.
2 tipos diferentes: transição e transversão.
Transição: uma base purínica é substituída por outra base purínica ou uma
base pirimidínica é substituída por outra base pirimidínica.
Transversão: uma base purínica é trocada por uma pirimidínica ou vice-versa.
MUTAÇÃO GENÉTICA
Outras classificações:
Direta: ocasiona alterações fenotípicas quando em comparação ao fenótipo
selvagem.
Reversa: altera um genótipo mutante de volta ao padrão selvagem.
Silenciosa: altera um códon para um códon similar o qual especifica para o
mesmo aminoácido - redundância de códons diferentes especificando para o
mesmo aminoácido.
Não silenciosa: alteração de uma base no DNA altera a sequência codante e o
aminoácido a ser inserido na proteína.
Letais: podem levar à morte do indivíduo.
MUTAÇÃO GENÉTICA
Mutações não silenciosas - 2 tipos:
• Mutação neutra: altera a sequência de aminoácidos nas proteínas sem
alterar a função das mesmas de forma significativa.
• Aminoácidos possuem propriedades estruturais/funcionais similares.
• Mutação de perda de função: ocasiona a perda total ou parcial da função
proteica.
• Alteração estrutural da proteína -> o que impossibilita sua correta
atuação.
MUTAÇÃO GENÉTICA
Mutações somáticas: ocorrem nas células somáticas e não são herdadas -
somente as células descendentes delas herdarão tal alteração.
Mutações germinativas: ocorrem nas células germinativas e são transmitidas
das células gaméticas à prole.
Espontânea x exposição à agentes mutagênicos*
*Luz ultravioleta (UV) e a prática do tabagismo.
MUTAÇÃO GENÉTICA
3 fontes de variação genética: mutações, fluxo gênico e recombinação gênica.
Fluxo gênico ou migração: movimento de indivíduos e, consequentemente,
de gametas entre as diferentes populações.
• Fator limitante-> barreira física entre as populações, o fluxo gênico
possibilita a mistura de genes resultando em uma subpopulação mais
diversificada geneticamente.
Recombinação gênica: por meio do processo de crossingover existente na
meiose há a geração de indivíduos diferentes nas populações.
MUTAÇÃO GENÉTICA
Alterações genéticas -> alterações fenotípicas -> doenças -> genes controlam
a bioquímica celular.
• Erros inatos do metabolismo (EIM): doenças genéticas relacionadas
diretamente ao metabolismo.
• Patologias relacionadas a um defeito na síntese, degradação,
armazenamento ou transporte de biomoléculas por enzimas,
comprometendo as vias metabólicas.
• ~10% das doenças genéticas: manifestação em diferentes faixas etárias
e apresenta geralmente padrões de herança autossômica.
MUTAÇÃO GENÉTICA
INTRODUÇÃO A GENÉTICA DE 
POPULAÇÕES
Profa.: Dra. Noeli S. M. Silva
As populações naturais possuem considerável variação genética, tanto a
nível intra-populacional quanto a nível inter-populacional.
Fundamental para o processo de sobrevivência, adaptação e evolução das
espécies.
Genética de populações - Ciência que estuda a variação genética presente
nas populações.
População natural - conjunto de indivíduos cruzantes que ocupa uma dada
área geográfica num dado momento.
Ponto de vista genético - populações são unidades potencialmente evolutivas,
que se reproduzem e que possuem frequências gênicas específicas.
INTRODUÇÃO A GENÉTICA DE POPULAÇÕES
Genes estão presentes em uma população num dado momento e são
transmitidos de geração a geração, ao acaso e em novas combinações
alélicas.
Os indivíduos de uma mesma população se relacionam entre si por
acasalamento, descendência ou ascendência e, sempre que as frequências
gênicas são alteradas significativamente em uma determinada população
ocorre a Evolução.
Quanto maior o número de diferentes alelos de uma população, maior a
probabilidade de existir variação na geração seguinte, maior o seu potencial
de adaptação e, consequentemente, maior o potencial evolutivo.
Teorema do equilíbrio de Hardy-Weinberg
“Em uma população infinitamente grande, em que os cruzamentos ocorrem
ao acaso e sobre o qual não há atuação de fatores evolutivos, as frequências
gênicas e genotípicas permanecem constantes ao longo das gerações”.
• Análise comparativa entre as frequências obtidas na prática e na teoria
auxiliam a compreender se uma população se encontra em equilíbrio ou se
está evoluindo.
• E, posteriormente estudar os processos que estão relacionados a tal
evolução.
INTRODUÇÃO A GENÉTICA DE POPULAÇÕES
A teoria de Hardy-Weinberg refere-se à populações em equilíbrio, contudo
dificilmente a frequência dos alelos tende a se manter constante em cada geração.
• As populações evoluem ao longo das gerações;
• Os alelos gênicos se distribuem de forma aleatória e são susceptíveis à mutações;
• Os genótipos não são transmitidos a taxas uniformes devido à seleção;
• As populações não são infinitamente grandes;
• Os cruzamentos não são ao acaso, existe deriva genética;
• As populações não estão isoladas, existindo fluxo gênico.
Tais fatores alteram o equilíbrio das populações, modificando as frequências
gênicas e propiciando o processo de especiação e evolução.
INTRODUÇÃO A GENÉTICA DE POPULAÇÕES
Variabilidade genética é extremamente importante a nível evolutivo e de
conservaçãode espécies, principalmente porque a perda ou diminuição
dessa variabilidade pode ocasionar:
• Diminuição do tamanho médio dos indivíduos;
• Aumento das taxas de deformidades;
• Diminuição das taxas reprodutivas;
• Diminuição da resistência às doenças.
INTRODUÇÃO A GENÉTICA DE POPULAÇÕES
Locus gênico - Região genômica onde existe o sítio de um único nucleotídeo
ou um segmento com muitos nucleotídeos.
Variações genéticas possíveis de serem observadas no locus gênico:
• Polimorfismo de nucleotídeo simples (SNP);
• Microssatélites.
INTRODUÇÃO A GENÉTICA DE POPULAÇÕES
SNP
• Polimorfismo em que ocorrem variantes em um único nucleotídeo e são
as variantes mais estudadas a nível populacional e genômico.
• A maior parte apresenta dois alelos, sendo SNP comuns os que
apresentam uma frequência igual ou maior a 5% para o alelo menos
recorrente e os SNP raros os que apresentam frequência inferior a 5%.
• Podem ocorrer nas regiões codantes (éxons), não codantes (íntrons) e em
regiões reguladoras.
INTRODUÇÃO A GENÉTICA DE POPULAÇÕES
SNP
• Podem ser classificados como:
• Sinônimos, se os alelos diferentes codificarem o mesmo aminoácido;
• Não sinônimos se os alelos gerarem aminoácidos diferentes;
• Sem sentido se um alelo codificar um aminoácido e o outro um códon de
parada de tradução.
INTRODUÇÃO A GENÉTICA DE POPULAÇÕES
Microssatélites
• São loci importantes em análises genéticas;
• Apresentam um padrão conservado de sequência curto com 2 a 6 pares de
base de comprimento, repetido múltiplas vezes com alelos e números
diferentes de repetições;
• Apresentam 20 ou mais alelos, com alta taxa de mutação por geração e
estão abundantemente presentes nos seres humanos (> 1 milhão);
• Podem ser encontrados nos éxons, íntrons, regiões reguladoras e em
sequências não funcionais de DNA.
INTRODUÇÃO A GENÉTICA DE POPULAÇÕES
GENÉTICA MOLECULAR
Profa.: Dra. Noeli S. M. Silva
• Genética se relaciona de maneira interdisciplinar com outras áreas;
• Biologia Molecular: diagnóstico e tratamento de doenças, além do
melhoramento genético e análise de biomarcadores;
• Quando em conjunto com a Biologia Molecular, a Genética passa a ser
conhecida como Genética molecular;
• Genética molecular pode contribuir em diferentes áreas.
GENÉTICA MOLECULAR
Tecnologia do DNA recombinante - Engenharia Genética
• Expansão do estudo dos genes - analisar, editar, combinar e atribuir
funções para as diferentes regiões do DNA.
• Ampliar as técnicas de clonagem molecular a fim de se estudar fragmentos
específicos, ou genes completos, e verificar a presença de determinadas
alterações genéticas relacionadas a doenças específicas.
• Clonagem molecular - amplificação de um segmento de DNA a partir
de uma técnica conhecida como PCR: enzima DNA polimerase +
iniciadores (primers).
• Uso abundante na Biotecnologia.
GENÉTICA MOLECULAR
Genômica - enfoque genético responsável pelas análises das sequências de
DNA que compõem o material hereditário dos organismos.
Genoma - coleção das moléculas de DNA presentes em um organismo:
sequências gênicas e não gênicas.
GENÉTICA MOLECULAR
Terapia gênica - aplicação da Genética em terapias para o tratamento de
doenças.
• Adição de uma cópia normal do gene (selvagem) ao genoma de um
indivíduo que apresenta cópias anômalas deste gene (com alterações).
• A introdução desse material à célula, ou ao organismo, geralmente visa à
obtenção do produto gênico que está ausente de forma que o indivíduo
retorne ao fenótipo normal.
GENÉTICA MOLECULAR
Biomarcadores - Genética forense, diagnóstico de doenças e testes de
paternidade.
RFLP - polimorfismo de comprimento de fragmento de restrição
• Testagem de paternidade dos indivíduos.
• Análise da presença de microssatélites do tipo VNTR (número variável de
repetições em tandem) e do tamanho dos mesmos com o uso de enzimas
de restrição, as quais clivam regiões específicas do DNA que são
visualizadas e comparadas por eletroforese.
GENÉTICA MOLECULAR
Melhoramento de plantas
• Grandes avanços na adição ou melhoria de propriedades das plantas e
frutos têm sido obtidos.
• Organismos geneticamente modificados (OGM).
• Transgênicos.
GENÉTICA MOLECULAR
Sequenciamento - obtenção da sequência de diferentes genes e genomas.
• Permitiu a aplicação da Genética em diversos ramos de estudo.
• Primeiro sequenciamento genômico - bactéria Haemophilus influenzae
(1995).
• 2003 - Projeto genoma humano:
• Depósito completo da sequência ~ três bilhões pb.
• Diferentes cientistas ao redor do mundo.
GENÉTICA MOLECULAR
Sequenciamento
Análise comparativa direta entre as diferentes espécies:
Inferir aspectos evolutivos: níveis de conservação sequencial e divergência
funcional.
Obtenção das sequencias: tecnologia de sequenciamento de DNA, robótica
e informática.
GENÉTICA MOLECULAR
Sequenciamento
• Síntese de DNA in vitro através do uso de primers que se anelam e
flanqueiam as regiões a serem amplificadas.
• Obtenção de fragmentos de DNA com uma mesma extremidade em comum
(ou seja com o mesmo nucleotídeo) e que terminam em todas as posições
possíveis, gerando as cadeias de nucleotídeos.
• 2’-desoxirribonucleotídeos (dNTPs) e 2’,3’-didesoxirribonucleotídeos
(ddNTPs)- em proporções 100 vezes menores de ddNTPs.
GENÉTICA MOLECULAR
Sequenciamento
• Os segmentos de DNA são separados conforme o tamanho da cadeia e os
nucleotídeos marcados por fluorescência são identificados por feixes de
laser, ou outros sinais luminosos.
• Identificar a sequência dos mesmos na molécula de DNA de interesse.
 Avanços em Robótica: rapidez e automatização.
 Avanços em banco de dados: armazenamento (NCBI).
GENÉTICA MOLECULAR