EBOOK Genética e Biologia Molecular_240909_122547

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<p>GENÉTICA E BIOLOGIA</p><p>MOLECULAR</p><p>PROF.A DRA. DÉBORA FURLAN RISSATO</p><p>Reitor:</p><p>Prof. Me. Ricardo Benedito de</p><p>Oliveira</p><p>Pró-Reitoria Acadêmica</p><p>Maria Albertina Ferreira do</p><p>Nascimento</p><p>Diretoria EAD:</p><p>Prof.a Dra. Gisele Caroline</p><p>Novakowski</p><p>PRODUÇÃO DE MATERIAIS</p><p>Diagramação:</p><p>Alan Michel Bariani</p><p>Thiago Bruno Peraro</p><p>Revisão Textual:</p><p>Luana Cimatti Zago Silvério</p><p>Marta Yumi Ando</p><p>Renata da Rocha</p><p>Produção Audiovisual:</p><p>Adriano Vieira Marques</p><p>Márcio Alexandre Júnior Lara</p><p>Osmar da Conceição Calisto</p><p>Gestão de Produção:</p><p>Aliana de Araújo Camolez</p><p>© Direitos reservados à UNINGÁ - Reprodução Proibida. - Rodovia PR 317 (Av. Morangueira), n° 6114</p><p>Prezado (a) Acadêmico (a), bem-vindo</p><p>(a) à UNINGÁ – Centro Universitário Ingá.</p><p>Primeiramente, deixo uma frase de</p><p>Sócrates para reflexão: “a vida sem desafios</p><p>não vale a pena ser vivida.”</p><p>Cada um de nós tem uma grande re-</p><p>sponsabilidade sobre as escolhas que fazemos,</p><p>e essas nos guiarão por toda a vida acadêmica</p><p>e profissional, refletindo diretamente em nossa</p><p>vida pessoal e em nossas relações com a socie-</p><p>dade. Hoje em dia, essa sociedade é exigente</p><p>e busca por tecnologia, informação e conhec-</p><p>imento advindos de profissionais que possuam</p><p>novas habilidades para liderança e sobrevivên-</p><p>cia no mercado de trabalho.</p><p>De fato, a tecnologia e a comunicação</p><p>têm nos aproximado cada vez mais de pessoas,</p><p>diminuindo distâncias, rompendo fronteiras e</p><p>nos proporcionando momentos inesquecíveis.</p><p>Assim, a UNINGÁ se dispõe, através do Ensino</p><p>a Distância, a proporcionar um ensino de quali-</p><p>dade, capaz de formar cidadãos integrantes de</p><p>uma sociedade justa, preparados para o mer-</p><p>cado de trabalho, como planejadores e líderes</p><p>atuantes.</p><p>Que esta nova caminhada lhes traga</p><p>muita experiência, conhecimento e sucesso.</p><p>Prof. Me. Ricardo Benedito de Oliveira</p><p>REITOR</p><p>33WWW.UNINGA.BR</p><p>U N I D A D E</p><p>01</p><p>SUMÁRIO DA UNIDADE</p><p>INTRODUÇÃO .............................................................................................................................................................. 5</p><p>1. HISTÓRICO .............................................................................................................................................................. 6</p><p>2. ESTRUTURA E ORGANIZAÇÃO DO MATERIAL GENÉTICO ................................................................................. 6</p><p>2.1 ÁCIDOS NUCLEICOS ............................................................................................................................................. 6</p><p>2.1.1 ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO ....................................................................................................................... 9</p><p>2.1.2 ÁCIDO RIBONUCLEICO ...................................................................................................................................... 10</p><p>2.2 COMPACTAÇÃO DO DNA ..................................................................................................................................... 11</p><p>2.2.1 CROMATINA ....................................................................................................................................................... 11</p><p>2.2.2 CROMOSSOMOS ............................................................................................................................................... 13</p><p>2.3 ORGANIZAÇÃO CROMOSSÔMICA DO GENOMA HUMANO ............................................................................. 16</p><p>ESTRUTURA, ORGANIZAÇÃO E EXPRESSÃO</p><p>DO MATERIAL GENÉTICO</p><p>PROF.A DRA. DÉBORA FURLAN RISSATO</p><p>ENSINO A DISTÂNCIA</p><p>DISCIPLINA:</p><p>GENÉTICA E BIOLOGIA MOLECULAR</p><p>4WWW.UNINGA.BR</p><p>3. EXPRESSÃO GÊNICA ............................................................................................................................................. 18</p><p>3.1 DUPLICAÇÃO DO DNA ........................................................................................................................................... 18</p><p>3.1.1 INICIAÇÃO ........................................................................................................................................................... 19</p><p>3.1.2 DESELICOIDIZAÇÃO ........................................................................................................................................... 19</p><p>3.1.3 ALONGAMENTO ................................................................................................................................................. 20</p><p>3.1.4 TÉRMINO ............................................................................................................................................................ 21</p><p>3.2 TRANSCRIÇÃO ...................................................................................................................................................... 24</p><p>3.2.1 TRANSCRIÇÃO EM PROCARIOTOS .................................................................................................................. 25</p><p>3.2.1.1 INICIAÇÃO......................................................................................................................................................... 25</p><p>3.2.1.2 ALONGAMENTO .............................................................................................................................................. 26</p><p>3.2.1.3 TÉRMINO ......................................................................................................................................................... 26</p><p>3.2.2 TRANSCRIÇÃO EM EUCARIOTOS ................................................................................................................... 27</p><p>3.2.2.1 INICIAÇÃO ....................................................................................................................................................... 27</p><p>3.2.2.2 ALONGAMENTO ............................................................................................................................................. 28</p><p>3.2.2.3 TÉRMINO ........................................................................................................................................................ 28</p><p>3.2.3 PRINCIPAIS CLASSES DE RNA ........................................................................................................................ 28</p><p>3 .3 PROCESSAMENTO DO RNA ............................................................................................................................... 28</p><p>3.3.1 PROCESSAMENTO DO RNAM .......................................................................................................................... 29</p><p>3.2.2 PROCESSAMENTO DO RNAT ........................................................................................................................... 30</p><p>3.3.3 PROCESSAMENTO DO RNAR .......................................................................................................................... 31</p><p>3.4 SÍNTESE PROTEICA OU TRADUÇÃO .................................................................................................................. 31</p><p>3.4.1 CARREGAMENTO DO RNAT .............................................................................................................................. 32</p><p>3.4.2 INICIAÇÃO .......................................................................................................................................................... 33</p><p>3.4.3 ALONGAMENTO ................................................................................................................................................ 34</p><p>3.4.4 TÉRMINO ........................................................................................................................................................... 35</p><p>CONSIDERAÇÕES FINAIS .......................................................................................................................................... 37</p><p>5WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>pensou em algo como “x-men” quando leu a segunda pergunta. Pois bem,</p><p>mutações podem, sim, ser prejudiciais, porém nem sempre; algumas podem não causar dano</p><p>algum. O termo mutante é usado para designar o que é menos comum, o que representa uma</p><p>variação, como o indivíduo canhoto, por exemplo.</p><p>Dessa forma, algumas diferenças entre os indivíduos, na sequência de DNA, têm pouco</p><p>ou nenhum efeito sobre o fenótipo, enquanto outras diferenças são diretamente responsáveis</p><p>por causar doenças. Entre esses dois extremos, está a variação responsável pela variabilidade nas</p><p>respostas terapêuticas ou reações adversas às medicações, suscetibilidade à infecção, predisposição</p><p>ao câncer e até mesmo a variabilidade fenotípica na anatomia, que nos torna diferentes uns dos</p><p>outros, ainda que tenhamos um mesmo padrão corporal: dois membros superiores, dois membros</p><p>inferiores, dois olhos, um nariz, uma boca...</p><p>Nesta unidade, estudaremos as mutações que alteram um gene; os processos de divisão</p><p>celular; o modo pelo qual alterações nesses processos podem levar a mutações em cromossomos</p><p>inteiros e o modo pelo qual mutações gênicas podem promover uma divisão descontrolada,</p><p>levando ao câncer.</p><p>41WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>1. CLASSIFICAÇÃO DAS MUTAÇÕES</p><p>Uma mutação pode ocorrer em qualquer célula, em qualquer estágio do desenvolvimento</p><p>de um organismo multicelular. Os efeitos imediatos da mutação e sua capacidade de produzir</p><p>uma mudança fenotípica são determinados por sua dominância, pelo tipo de célula na qual</p><p>ocorre e pela época em que ocorre durante o ciclo de vida do organismo. As mutações podem</p><p>ser classificadas por diferentes critérios. Começaremos classificando-as de acordo com o tipo de</p><p>célula afetada e seguiremos classificando-as de acordo com a alteração genética que foi causada.</p><p>De acordo com o tipo de célula em que se apresenta, são reconhecidas duas categorias de</p><p>mutações: as mutações nas células somáticas e as mutações na linhagem de células germinativas.</p><p>As mutações somáticas surgem nos tecidos somáticos, aqueles que não produzem gametas.</p><p>Quando uma célula somática, com uma mutação, se divide (por mitose), a mutação é passada</p><p>para as células-filhas. Quanto mais cedo, no desenvolvimento, ocorrer uma mutação somática,</p><p>maior o número de células dentro desse organismo que conterão a mutação. As mutações na</p><p>linhagem germinativa surgem nas células que produzem gametas. Uma mutação na linhagem</p><p>germinativa pode ser passada para gerações futuras, produzindo organismos individuais que</p><p>carregam a mutação em todas as suas células somáticas e germinativas.</p><p>Considerando a alteração genética propriamente dita, as mutações podem ser classificadas</p><p>em duas categorias: as mutações gênicas e as mutações cromossômicas. As mutações gênicas</p><p>alteram genes individualmente, enquanto as mutações cromossômicas alteram o número ou a</p><p>estrutura dos cromossomos, afetando muitos genes simultaneamente.</p><p>A seguir, descreveremos as mutações gênicas e, ao final desta unidade, as mutações</p><p>cromossômicas.</p><p>Em virtude do grande número de células presentes em um organismo eucariótico,</p><p>as mutações somáticas são abundantes. Por exemplo, no corpo humano, existem</p><p>cerca de 1014. A cada um milhão de divisões celulares, tende a surgir uma mutação.</p><p>Dessa forma, considerando o número de células em cada indivíduo, centenas de</p><p>milhões de mutações somáticas podem surgir em cada pessoa. Muitas mutações</p><p>em células somáticas não têm efeito no fenótipo do organismo, pois a função da</p><p>célula mutante (mesmo a própria célula) é substituída pela de células normais.</p><p>Entretanto, as células com uma mutação somática que estimula a divisão celular</p><p>podem aumentar em número e se espalhar; esse tipo de mutação pode dar origem</p><p>a células com uma vantagem seletiva, e é a base de todos os cânceres (PIERCE,</p><p>2017).</p><p>42WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>2 MUTAÇÃO GÊNICA</p><p>2.1 Origem das Mutações Gênicas</p><p>As mutações gênicas podem originar-se por eventuais erros ocorridos durante o processo</p><p>de duplicação do DNA ou por falhas ao reparar o DNA após uma lesão.</p><p>- Erros na duplicação do DNA: Como visto no item 3.1.3 da Unidade I, a DNA polimerase</p><p>sintetiza moléculas de DNA com eficiência e precisão, pois ela possui uma atividade corretora</p><p>de erros que lhe permite remover um nucleotídeo com uma base incorreta que tenha sido</p><p>incorporado à fita crescente de DNA. De acordo com a literatura, menos de um erro em um bilhão</p><p>de nucleotídeos surge no curso da síntese de DNA. Entretanto, eventualmente, essa atividade de</p><p>revisão e correção pode falhar. Quando um par incorreto de nucleotídeos é formado na síntese de</p><p>DNA, surge uma substituição de bases. Quando nucleotídeos deixam de ser adicionados, surge</p><p>uma deleção de bases e quando nucleotídeos extras são incorporados, surge uma inserção de</p><p>bases.</p><p>- Erros no reparo de lesões do DNA: Além dos erros que podem surgir durante a</p><p>duplicação, estima-se que entre 10000 e 100000 nucleotídeos sejam danificados em células</p><p>humanas diariamente. Esses danos surgem pela exposição a mutágenos químicos, radiação</p><p>ultravioleta ou ionizante. Nas células, existem numerosas enzimas que trabalham arduamente</p><p>no reparo de tais lesões. Porém, se o indivíduo tiver alterações que afetem tais mecanismos de</p><p>reparo, o erro pode não ser corrigido e a mutação pode se tornar permanente.</p><p>2.2 Tipos de Mutações Gênicas</p><p>As mutações gênicas, também denominadas por alguns autores mutação de ponto,</p><p>referem-se, tipicamente, à alteração de um único par de bases do DNA ou a um pequeno número</p><p>de pares de bases adjacentes.</p><p>Com base na natureza molecular da mutação, são reconhecidos três tipos de mutação</p><p>gênica (Figura 1):</p><p>- Substituição;</p><p>- Inserção;</p><p>- Deleção.</p><p>2.2.1 Mutação gênica de substituição</p><p>Como o nome sugere, na mutação gênica de substituição, um nucleotídeo é substituído</p><p>por outro. São reconhecidas duas categorias de mutação gênica de substituição (Figura 2):</p><p>- Transição: quando há substituição de uma base por outra de mesma categoria química:</p><p>base púrica por púrica ou pirimídica por pirimídica.</p><p>- Transversão: quando há substituição de uma base de uma categoria química por outra:</p><p>pirimídica por púrica ou púrica por pirimídica.</p><p>43WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>2.2.2 Mutação gênica de inserção ou deleção (InDel)</p><p>Na mutação gênica de inserção, ocorrerá a adição de um ou mais nucleotídeos extras à</p><p>fita. Na mutação gênica de deleção, ocorrerá a remoção de um ou mais pares de nucleotídeos do</p><p>DNA. Coletivamente são denominadas mutações indel.</p><p>Figura 1 - Tipos de mutação gênica. Fonte: Nussbaum, Mclnnes e Willard (2016).</p><p>Figura 2 - Categorias de mutação gênica de substituição. Fonte: Pierce (2017).</p><p>2.3 Consequências das Mutações Gênicas</p><p>Como vimos na Unidade I, um gene contém uma região promotora, uma região</p><p>codificante e uma sequência de término. Cada região é marcada por sequências de nucleotídeos</p><p>específicas. Vimos também que um gene transcrito pode originar, após processamento, um RNAm</p><p>que, por meio de trincas de nucleotídeos, denominadas códons, determinará a sequência de</p><p>aminoácidos da proteína codificada por aquele gene. Portanto, é lógico pensarmos que alterações</p><p>em nucleotídeos de um gene têm grande probabilidade de alterar a sua expressão, afetando a</p><p>quantidade da proteína expressa ou a sua sequência de aminoácidos.</p><p>44WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Assim, de acordo com o tipo de mutação gênica e com a região do gene que foi afetado,</p><p>as proteínas podem ser alteradas de diferentes formas: pode-se alterar a quantidade de proteína</p><p>produzida ou a sequência de aminoácidos da proteína.</p><p>2.3.1 Consequências das mutações de substituição em uma região</p><p>codificante (Figura 3)</p><p>- Mutação</p><p>de sentido trocado: Com a mutação, surge um códon que codifica um</p><p>aminoácido diferente do original. A gravidade da mutação dependerá se o novo aminoácido</p><p>pertence ao mesmo grupo do aminoácido original (mutação conservativa) ou se pertence a um</p><p>grupo diferente do aminoácido original (mutação não conservativa).</p><p>- Mutação sinônima ou silenciosa: O códon que surge após a mutação codifica o mesmo</p><p>aminoácido codificado pelo códon original. Neste caso, não há prejuízo algum para a proteína.</p><p>- Mutação sem sentido: O novo códon determina o final da síntese proteica, ou seja, surge</p><p>um códon de fim prematuro. Como a proteína não estará completa, ela tende a não ser funcional.</p><p>2.3.2 Consequências das mutações indel em uma região codificante</p><p>(Figura 4)</p><p>- Mudança na matriz de leitura: A inserção ou a deleção de um nucleotídeo altera toda a</p><p>sequência de códons a partir do local da mutação, o que altera toda a sequência de aminoácidos</p><p>da proteína. A alteração na sequência de aminoácidos de uma proteína altera a sua estrutura, de</p><p>modo que ela perde a sua função normal.</p><p>45WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 3 - - Consequências das mutações gênicas de substituição em regiões codificantes. . Fonte: Pimentel, Gallo e</p><p>Santos-Rebouças (2017).</p><p>Figura 4 - Consequência das mutações gênicas InDel. A) Mutação de deleção. B) Mutação de inserção. Fonte: Pi-</p><p>mentel, Gallo e Santos-Rebouças (2017).</p><p>46WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>2.3.3 Consequências das mutações em uma região não codificante</p><p>As porções de um gene que não interferem diretamente na sequência de aminoácidos de</p><p>uma proteína contêm elementos regulatórios cruciais para a expressão gênica. Uma alteração no</p><p>promotor cerne, por exemplo, pode impedir a ligação à RNA polimerase, ou dos fatores gerais</p><p>de transcrição, e assim inviabilizar a transcrição, de modo que não haveria produto gênico. Uma</p><p>alteração no promotor regulador pode prejudicar a ligação das proteínas ativadoras transcricionais</p><p>e alterar a quantidade da proteína a ser produzida (rever Unidade I, seção 3.2.2).</p><p>Dessa forma, mutações em regiões não codificantes, geralmente, não alteram a estrutura</p><p>da proteína, mas sim a quantidade do produto proteico; ou algumas mutações podem, ainda,</p><p>bloquear completamente a formação de um produto gênico. Porém, algumas mutações ocorrem</p><p>em regiões não codificantes que não apresentam qualquer função regulatória ou de ligação de</p><p>proteínas, de modo que não provocam nenhuma alteração na proteína.</p><p>2.4 Reparo</p><p>As células possuem sistemas muito eficientes para identificar e reparar nucleotídeos</p><p>inseridos incorretamente, que escaparam da atividade corretora de erros da DNA polimerase, e</p><p>para reparar lesões que tenham surgido no DNA.</p><p>Existem numerosas vias de reparo e, em geral, muitos tipos de danos ao DNA podem ser</p><p>corrigidos por mais de uma via de reparo. Isso garante que quase todos os erros sejam corrigidos,</p><p>pois se um erro escapar de um mecanismo de reparo, ele provavelmente será corrigido por outro.</p><p>Pierce (2011) considera quatro mecanismos gerais de reparo do DNA:</p><p>- Reparo de pareamento errado: Nucleotídeos incorretamente inseridos que escapam da</p><p>detecção da revisão são corrigidos pelo “reparo de pareamento errado”. Após ter sido reconhecido</p><p>o erro de incorporação, as enzimas de reparo de pareamento errado eliminam o trecho distorcido</p><p>do filamento recém-sintetizado e preenchem o espaço com novos nucleotídeos, usando o</p><p>filamento original de DNA como molde.</p><p>- Reparo direto: Nucleotídeos que tenham sido alterados de forma reversível, ao invés</p><p>de serem removidos e substituídos, são reparados diretamente. As enzimas do reparo direto</p><p>devolvem aos nucleotídeos sua estrutura original (Figura 5).</p><p>Figura 5 - Reparo direto: devolve ao nucleotídeo a sua estrutura normal. Fonte: Pierce (2017).</p><p>- Reparo por excisão de bases: Quando uma base é alterada, ela é removida e,</p><p>posteriormente, o grupamento fosfato e a desoxirribose do nucleotídeo, ao qual a base pertencia,</p><p>também são removidos. Após remoção de todos os elementos do nucleotídeo que continha a base</p><p>alterada, a DNA polimerase adiciona um novo nucleotídeo, substituindo o nucleotídeo danificado.</p><p>A ligação fosfodiéster é restabelecida pela DNA ligase e a sequência original de nucleotídeos, sem</p><p>alteração, é restabelecida (Figura 6).</p><p>47WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Constantemente o ser humano é exposto ao sol e aos efeitos</p><p>da radiação UV. Esses efeitos podem ser minimizados com</p><p>o uso do protetor solar. Na ausência do protetor solar, a</p><p>exposição à radiação UV promove, diariamente, danos ao</p><p>DNA, por induzir a ligação entre timinas de uma mesma</p><p>fita de DNA (dímeros de timina). Estes danos não causam</p><p>efeitos fenotípicos diretos graças aos mecanismos de</p><p>reparo, que trabalham incessantemente para remover os</p><p>dímeros de timina e devolver a configuração normal do</p><p>DNA. Porém, existem indivíduos que herdam mutações em genes que codificam</p><p>enzimas de reparo do DNA. Um distúrbio hereditário bastante grave, denominado</p><p>Xeroderma pigmentoso, resulta de mutações em genes que reparam os danos</p><p>causados pela radiação ultravioleta ao DNA. Indivíduos com essa mutação têm</p><p>células extremamente sensíveis à radiação ultravioleta, de modo que eles são</p><p>muito sensíveis ao sol. Para ter uma noção real da importância dos mecanismos</p><p>de reparo de mutações, assista ao vídeo intitulado Matéria xeroderma pigmentoso.</p><p>Disponível em:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=_6Oud0m_R3c . Este vídeo é uma reportagem</p><p>que mostra indivíduos de uma comunidade onde o índice de Xeroderma pigmentoso</p><p>é elevado.</p><p>Em 2015, o prêmio Nobel de Química foi destinado a cientistas que estudavam</p><p>mecanismos de reparo do DNA. Para mais informações sobre os mecanismos de</p><p>reparo, leia o artigo:</p><p>MENCK, C. F. M.; MENEGHINI, R. Prêmio Nobel de Química 2015: atualidades em</p><p>Química. Quim. nova. esc., São Paulo, v. 37, n. 4, p. 264-269, 2015. Disponível em:</p><p>http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc37_4/05-AQ-116-15.pdf .</p><p>48WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 6 - Reparo por excisão de bases. Fonte: Pierce (2017).</p><p>- Reparo por excisão de nucleotídeos: Esta via de reparo é responsável por remover lesões</p><p>volumosas de DNA que distorcem a dupla hélice. Esse processo é mais complexo que os anteriores</p><p>e envolve um grande número de enzimas. Inicialmente, um complexo enzimático busca distorções</p><p>na fita de DNA. Então, enzimas adicionais separam os dois filamentos de nucleotídeos na região</p><p>danificada, e as proteínas SSB estabilizam os filamentos separados. Os nucleotídeos envolvidos</p><p>no dano são removidos e substituídos pela ação das enzimas DNA polimerase e ligase (Figura 7).</p><p>49WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 7 - Reparo por excisão de nucleotídeos. Fonte: Pierce (2017).</p><p>3. DIVISÃO CELULAR</p><p>O conteúdo referente à divisão celular é abordado com detalhes na disciplina de Biologia</p><p>Celular. Porém, neste momento do nosso estudo, é imprescindível relembrar alguns aspectos</p><p>referentes aos processos de divisão celular para que possamos avançar. Existem dois tipos de</p><p>divisão celular: a mitose e a meiose. A mitose regula a divisão das células somáticas, que regulam</p><p>o crescimento do corpo, a diferenciação e a regeneração tecidual. Ao contrário, a meiose ocorre</p><p>somente nas células da linhagem germinativa, e resulta na formação de células reprodutoras</p><p>(gametas).</p><p>Inicialmente, veremos alguns aspectos relacionados à mitose e a fase da vida da célula</p><p>que a antecede: a intérfase. Então, estudaremos a meiose, pois falhas nesse processo podem gerar</p><p>mutações que alteram grande parte de um cromossomo ou cromossomos inteiros, causando</p><p>mutações</p><p>cromossômicas.</p><p>50WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>A compreensão dos eventos que ocorrem na mitose e na meiose é imprescindível para</p><p>o entendimento da genética do câncer, que estudaremos ainda nesta unidade. Veremos que o</p><p>câncer se desenvolve a partir de mutações que interferem no ciclo de vida de uma célula, fazendo</p><p>com que ela se divida de maneira descontrolada.</p><p>3.1 Ciclo Celular</p><p>Durante a vida de uma célula, ela passa numerosas vezes e de maneira cíclica por dois</p><p>eventos: intérfase e mitose. A mitose é o processo de divisão celular propriamente dito, mas não</p><p>há mitose se não houver intérfase, estado no qual a célula passa a maior parte da vida (Figura 8).</p><p>Figura 8 - Ciclo celular. À esquerda, a intérfase com as fases G1, S e G2. À direita, a mitose e suas quatro fases. Fonte:</p><p>Junqueira e Carneiro (2012).</p><p>3.1.1 Intérfase</p><p>A intérfase corresponde ao período entre duas mitoses sucessivas. Este é um período</p><p>fundamental da vida da célula, pois, se ela não receber um estímulo para se dividir, permanecerá</p><p>em uma subfase da intérfase, denominada G1, realizando todas as funções básicas para que a</p><p>célula sobreviva e desempenhe a sua função no tecido ao qual ela pertence. Durante a intérfase,</p><p>a expressão gênica e as atividades metabólicas são extremamente ativas e são fundamentais para</p><p>manutenção das células viáveis e funcionais. Por outro lado, se uma célula receber um estímulo</p><p>para se dividir, ela deverá se preparar para que a divisão (mitose) seja perfeita, e que duas células-</p><p>filhas sejam formadas com cromossomos e genes idênticos aos da célula-mãe. Essa preparação</p><p>também ocorre durante a intérfase. Desse modo, a intérfase é um período primordial, tanto para</p><p>as funções celulares normais quanto para a divisão correta das células. São reconhecidas três fases</p><p>na intérfase: G1, S e G2 (Figura 8).</p><p>Terminada a divisão de uma célula, as duas células-filhas estarão em G1. Nesse período,</p><p>a síntese de RNA e proteínas que, como veremos adiante, é interrompido durante a mitose, será</p><p>retomada. Embora algumas proteínas tenham picos de síntese ao longo de G1, a maioria delas, do</p><p>total existente na célula, é sintetizada continuamente durante toda essa fase. A célula ficará em G1</p><p>até que receba um estímulo para se dividir. Neste momento, a célula passará a se preparar para a</p><p>próxima fase, denominada fase S.</p><p>51WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Na fase S, ocorre a duplicação do DNA. Este processo precisa ser extremamente preciso.</p><p>Se houver mutações no DNA, elas serão duplicadas na fase S e transmitidas para as células-filhas.</p><p>Se o genoma não for integralmente duplicado, as células-filhas apresentarão desbalanço gênico. A</p><p>síntese de algumas enzimas imprescindíveis para a fase imediatamente subsequente do ciclo, a fase</p><p>S, como as enzimas catalisadoras da síntese de trifosfatos de desoxirribonucleosídeos, enzimas da</p><p>síntese das DNA polimerase e enzimas ativadoras dos genes que codificam as proteínas histonas,</p><p>deve ocorrer em G1, pois elas aumentam em quantidade no início da fase S.</p><p>Para garantir que a célula entre na fase S com o DNA íntegro para ser duplicado e com</p><p>todo o aparato enzimático e proteico necessário, existem pontos de controle do ciclo na fase G1.</p><p>Um dos pontos de controle é chamado de ponto de restrição ou ponto R. Este será</p><p>transposto apenas quando as proteínas sintetizadas em G1, que serão usadas na fase S, estiverem</p><p>em quantidade suficiente, permitindo então à célula transpor o ponto R e iniciar S. Uma vez que</p><p>tenha passado pelo ponto R, a célula estará comprometida a entrar na fase S e prosseguir até o</p><p>final do ciclo de divisão, mesmo na ausência de estímulos adicionais.</p><p>Outro mecanismo de controle que ocorre em G1 é a interrupção temporária do ciclo</p><p>nesta fase, induzida pela presença de danos no DNA, para que os mecanismos de reparo operem</p><p>antes da fase de duplicação. Em células de mamíferos, o sinal de parada em G1 é dado por uma</p><p>proteína conhecida como p53, cujos níveis intracelulares aumentam em resposta a eventuais</p><p>danos no DNA, impedindo que a célula prossiga e replique o DNA danificado. A transmissão</p><p>desses danos às células-filhas, que pode estar relacionada com a perda de funções da p53, resulta</p><p>em acúmulo de mutações e instabilidade do genoma, que contribuem para o desenvolvimento</p><p>de câncer. Em diversos tipos de câncer humano, são observadas mutações da p53, com perda</p><p>de sua função sinalizadora. Assim, se uma lesão no DNA for detectada, ocorrerá interrupção da</p><p>progressão do ciclo celular até que o reparo seja realizado ou, se o dano for excessivo, até que a</p><p>célula seja instruída a morrer por apoptose.</p><p>O início da síntese do DNA marca o início do período S e, na grande maioria dos casos, é</p><p>um ponto de não retorno do ciclo, que leva necessariamente à divisão celular. Durante o período</p><p>S, a célula duplica seu conteúdo de DNA. Células eucariontes têm um genoma enorme que deve</p><p>ser replicado com alta fidelidade uma única vez a cada ciclo celular. Soma-se a isso o fato de que,</p><p>em células eucariontes, o DNA nuclear apresenta-se na forma de fibras de cromatina, formando</p><p>um complexo com proteínas histonas. Portanto, é a cromatina que deve sofrer duplicação no</p><p>período S, o que exige que não só o conteúdo de DNA seja duplicado, mas também a quantidade</p><p>de histonas. Contrariando o que acontece com todas as demais proteínas celulares, as histonas</p><p>são as únicas proteínas cuja síntese está confinada à fase S, ocorrendo simultaneamente com a</p><p>síntese de DNA. É neste período também que os primórdios de novos centríolos são observados,</p><p>formando-se perpendicularmente a cada membro do par de centríolos existentes.</p><p>No período G2, ocorrem os preparativos necessários para a próxima mitose. Sabe-se</p><p>que, antes de a célula passar pelo ponto de transição G2/M, é criticamente fundamental que a</p><p>replicação tenha sido completada e que possíveis danos do DNA tenham sido completamente</p><p>reparados. Um dos mais bem definidos pontos de checagem do ciclo celular ocorre, então, em G2,</p><p>no qual a célula permanece até que todo o seu genoma seja completamente replicado e reparado</p><p>antes de ser igualmente repartido e transmitido a cada célula-filha. Existem mecanismos sensores</p><p>de natureza molecular ainda desconhecida que detectam qualquer anormalidade na replicação e</p><p>enviam sinais negativos para o sistema de controle do ciclo, bloqueando a ativação das moléculas</p><p>que desencadeiam a entrada em mitose.</p><p>52WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Nesse período, ainda são sintetizadas as proteínas não histônicas (condensinas e coesinas), que</p><p>vão se associar aos cromossomos durante a sua condensação na mitose. Também ocorre acúmulo</p><p>de um complexo proteico citoplasmático, o dímero denominado complexo ciclina-Cdk, que tem</p><p>importância no controle de todo o ciclo. Ele é considerado o regulador geral da transição de G2</p><p>para M, induzindo a entrada em mitose e sendo responsável por quatro eventos típicos dessa fase:</p><p>condensação cromossômica, ruptura do envoltório nuclear, montagem do fuso, degradação da</p><p>proteína ciclina (Figura 9).</p><p>Figura 9 - Esquema resumido dos mecanismos que controlam os eventos bioquímicos e celulares do ciclo celular.</p><p>No início de G1, a enzima Cdk está dissociada da ciclina e, portanto, inativa. Durante G1, enquanto a célula cresce,</p><p>as ciclinas de G1 se acumulam. Quando alcançam um nível crítico, elas se ligam e ativam a enzima Cdk. O complexo</p><p>quinase ativado fosforila substratos apropriados necessários para desencadear a síntese de DNA, e, então, as cicli-</p><p>nas de G1 são degradadas e o complexo quinase é desativado. Em G2, as ciclinas mitóticas se acumulam, ligam-se</p><p>à enzima Cdk e ativam-na. O complexo M-Cdk ativado fosforila novos substratos, direcionando a célula por meio</p><p>da mitose. Então, a rápida degradação das</p><p>ciclinas de M leva à inativação da quinase Cdk, o que dirige a célula para</p><p>completar a mitose e entrar na intérfase do próximo ciclo celular. Enzimas fosfatases agem, tanto em G1 como em</p><p>M, revertendo os efeitos quinase dos complexos ciclina-Cdk. R= ponto de restrição. M= mitose. Fonte: Junqueira e</p><p>Carneiro (2012).</p><p>3.1.2 Mitose</p><p>A mitose ocorre em uma ampla variedade de tecidos e órgãos e tem como resultado a</p><p>produção de células-filhas somáticas com número diploide (2n) de cromossomos, que na espécie</p><p>humana é 46. A mitose é a fase em que a célula de fato de divide, porém todos os eventos da mitose</p><p>são desencadeados na intérfase. Embora o processo mitótico seja contínuo, são diferenciadas as</p><p>etapas de prófase, prometáfase, metáfase, anáfase e telófase (Figura 10).</p><p>53WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Na prófase, ocorre o início da condensação cromossômica, processo fundamental para</p><p>evitar o emaranhamento ou rompimento do material genético durante a sua distribuição às células-</p><p>filhas. Desse processo participam as condensinas, proteínas não histônicas que foram produzidas</p><p>em G2. A condensação é induzida pelo complexo ciclina Cdk (Figura 9), acumulado em G2,</p><p>que, quando ativado, fosforila as condensinas. As condensinas fosforiladas, por sua vez, ligam-</p><p>se à cromatina e promovem a condensação progressiva das fibras até formar os cromossomos.</p><p>Várias evidências indicam que a fosforilação das histonas H1 e H3, pelo complexo ciclina Cdk,</p><p>também contribui para o processo de condensação. Em consequência da condensação progressiva</p><p>e também da ação da ciclina Cdk, que fosforila componentes do complexo de transcrição, a</p><p>cromatina vai se tornando inativa, deixando de transcrever RNA, até que, finalmente, a síntese de</p><p>RNAm e RNAr param e a de RNAt se reduz consideravelmente. Com a interrupção da transcrição</p><p>de RNAr, novas moléculas constituintes da região fibrilar do nucléolo deixam de ser sintetizadas e</p><p>este é desorganizado. Na fase S, houve a duplicação dos centríolos, que agora começam a migrar</p><p>para os polos da célula. A partir dos centríolos, serão montadas as fibras do fuso, compostas</p><p>por microtúbulos, que são componentes do citoesqueleto. A mitose aberta caracteriza-se pela</p><p>desintegração completa do envoltório nuclear para permitir o acesso dos microtúbulos aos</p><p>cromossomos. Física e temporalmente coordenada com outros eventos do ciclo, quando os</p><p>cromossomos estão quase em fase final de condensação e os centríolos ocupam posições opostas,</p><p>ocorre a desmontagem do envoltório nuclear, que envolve modificações em todos os seus</p><p>componentes. Com a ruptura do envoltório nuclear, alguns microtúbulos se prendem na altura</p><p>dos centrômeros dos cromossomos. Estes passam a ser chamados de microtúbulos cinetocóricos.</p><p>São eles os responsáveis por direcionar os cromossomos para a região equatorial da célula. A</p><p>transição entre a prófase e a metáfase é denominada prometáfase.</p><p>Na metáfase, os cromossomos estão em grau máximo de compactação, alinhados no centro</p><p>da célula e os microtúbulos estão associados aos cromossomos. À medida que os microtúbulos</p><p>encurtam, as cromátides-irmãs são levadas para os polos opostos da célula e neste momento se</p><p>reconhece a anáfase. Como será visto adiante, muitos tumores são caracterizados por um estado</p><p>de desequilíbrio genético resultante de erros mitóticos na distribuição dos cromossomos para as</p><p>células-filhas.</p><p>Após a separação das cromátides-irmãs, ocorre a inativação do complexo ciclina Cdk,</p><p>resultando no término da mitose, em uma fase denominada telófase. Com a inativação do</p><p>complexo cliclina CdK (Figura 9), todos os eventos que haviam sido desencadeados por ele serão</p><p>revertidos. Ocorrerá descompactação do material genético com consequente reorganização do</p><p>nucléolo e retomada da expressão gênica e remontagem do envoltório nuclear. O citoplasma será</p><p>dividido, surgindo duas células-filhas idênticas entre si e idênticas à célula que deu origem a elas.</p><p>Estas células agora estão em G1 da intérfase.</p><p>54WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 10 - Esquema geral das fases da mitose. Fonte: De Robertis e Hib (2017).</p><p>3.2 Meiose</p><p>A meiose é o processo de divisão das células germinativas para a produção de gametas</p><p>(Figura 11). Em geral, a meiose consiste em duas divisões celulares, denominadas meiose I</p><p>e meiose II, com apenas um ciclo de replicação do DNA, que resulta na produção de quatro</p><p>gametas, cada um contendo metade do número de cromossomos (n=23) encontrado nas células</p><p>somáticas. A meiose I é subdividida em prófase I, metáfase I, anáfase I e telófase I. A meiose II é</p><p>subdividida em fases que recebem os mesmos nomes, porém seguidos do número II.</p><p>55WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 11 - Esquema geral da meiose mostrando o pareamento dos cromossomos homólogos, a troca de alguns de</p><p>seus segmentos e a segregação dos cromossomos. Os cromossomos provenientes de cada progenitor estão represen-</p><p>tados em azul e vermelho, respectivamente. Fonte: De Robertis e Hib (2017).</p><p>As etapas iniciais da meiose I envolvem eventos muito diferentes daqueles do início</p><p>da mitose (Figura 12). Com exceção desses acontecimentos característicos das etapas iniciais</p><p>da meiose, que serão descritos a seguir, os demais eventos são muito similares aos da mitose,</p><p>sejam eles citoplasmáticos, como a montagem e desmontagem do fuso, ou nucleares, como a</p><p>desorganização e reorganização do nucléolo. Por isso, daremos ênfase na descrição dos eventos</p><p>característicos da meiose e daqueles que, se alterados, podem gerar mutações cromossômicas.</p><p>56WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 12 - Mitose e meiose comparadas. Fonte: Pierce (2017).</p><p>O período da prófase I é subdividido em cinco subfases (Figura 11, Quadro 1) e é o mais</p><p>demorado de toda a meiose. Essa demora se dá porque, durante a prófase I, ocorre o evento chave</p><p>da meiose: o pareamento dos cromossomos homólogos. Este pareamento, exclusivo da meiose,</p><p>é importante para garantir a posterior disjunção (separação) apropriada dos cromossomos</p><p>homólogos, que se separam um do outro de tal maneira que cada célula-filha receba um membro</p><p>de cada par de cromossomos e para que ocorram trocas de segmentos entre os cromossomos</p><p>homólogos de origem paterna e materna, fenômeno este chamado de recombinação genética ou</p><p>crossing over (Figura 13). Na meiose feminina da espécie humana, cada cromossomo tem um</p><p>homólogo, de modo que os dois cromossomos X pareiam e se recombinam como os outros pares</p><p>de cromossomos homólogos. Na meiose masculina, existe um problema porque os cromossomos</p><p>X e Y são muito diferentes. Todavia, os cromossomos X e Y pareiam e trocam material genético.</p><p>O pareamento dos cromossomos X e Y ocorre apenas pela região pseudoautossômica, localizada</p><p>nas extremidades de seus braços p, onde ocorre o crossing over. O crossing over, que ocorre</p><p>entre todos os homólogos, é muito importante para garantir a variabilidade genética, porém, se</p><p>houver erros durante este processo, como crossing over desigual ou troca desigual de cromátides-</p><p>irmãs, podem ocorrer deleções ou duplicações no genoma. Também, a falha em recombinar-</p><p>se corretamente leva à separação errada de homólogos durante a meiose I, o que é uma causa</p><p>frequente de anormalidades cromossômicas como a síndrome de Down, como será visto adiante.</p><p>57WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Subfase Eventos</p><p>Leptóteno Os cromossomos, que já se replicaram du-</p><p>rante a fase S precedente, começam a se</p><p>compactar.</p><p>Zigóteno Os cromossomos homólogos começam a se</p><p>parear e são unidos por um complexo sinap-</p><p>tonêmico.</p><p>Paquíteno Os cromossomos, pareados, apresentam-se</p><p>mais compactados e trocam partes</p><p>entre si, no</p><p>processo denominado crossing over.</p><p>Diplóteno O complexo sinaptonêmico é desmontado.</p><p>Diacinese Os cromossomos estão em grau máximo de</p><p>compactação.</p><p>Quadro 1 – Subfases da prófase I da meiose. Fonte: A autora.</p><p>Figura 13 - Após a separação completa dos cromossomos homólogos, as células-filhas das duas cromátides de cada</p><p>cromossomo são mistas, pois contêm segmentos cromossômicos paternos e maternos. Fonte: Pimentel, Gallo e</p><p>Santos-Rebouças (2017).</p><p>A metáfase I inicia-se, assim como na mitose, quando o envoltório nuclear desaparece e</p><p>os microtúbulos das fibras do fuso têm acesso aos cromossomos que estão em grau máximo de</p><p>compactação, pareados e alinhados no centro da célula.</p><p>Na anáfase I, os dois membros de cada par de homólogo se separam e cada cromossomo,</p><p>com as duas cromátides-irmãs unidas, é puxado para os polos das células, um processo</p><p>denominado disjunção. Neste processo, cada célula-filha recebe uma cópia de cada par de</p><p>homólogo, de modo que o número de cromossomos é reduzido ao meio. Os conjuntos originais de</p><p>cromossomos materno e paterno são separados em combinações aleatórias. Muitos erros podem</p><p>surgir nesta fase. Alguns resultam em interrupção meiótica e morte da célula, enquanto outros</p><p>levam à segregação errada dos cromossomos na anáfase. Por exemplo, ambos os homólogos</p><p>podem se movimentar para o mesmo polo, em vez do polo oposto, durante a anáfase I. Este</p><p>processo patogênico, denominado não disjunção, resulta em mutações cromossômicas, como</p><p>será discutido na próxima seção.</p><p>58WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Na telófase I, dois conjuntos de cromossomos haploides encontram-se agrupados nos</p><p>polos opostos das células. A célula então se divide em duas células-filhas e entra em intérfase</p><p>meiótica. Este período de intérfase é curto e não existe fase S, ou seja, não há nova duplicação do</p><p>DNA.</p><p>A meiose II segue à meiose I sem uma etapa intercalada de duplicação do DNA. As duas</p><p>células-filhas resultantes da meiose I, que agora contêm metade do número de cromossomos,</p><p>passarão por uma segunda divisão, de modo que ao final serão formadas quatro células. Após</p><p>uma nova etapa de prófase, aqui denominada prófase II, em que serão montados novos fusos</p><p>a partir dos microtúbulos, as células entram em metáfase, dispondo os cromossomos na região</p><p>equatorial. Na anáfase II, como na mitose habitual, as cromátides se separam e migram para</p><p>os polos opostos da célula. Na telófase II, última etapa da meiose II, ocorre a divisão celular</p><p>propriamente dita, e surgem quatro células com metade do número de cromossomos das células</p><p>somáticas da espécie.</p><p>4. MUTAÇÃO CROMOSSÔMICA</p><p>As espécies diferem na forma como seus genomas estão distribuídos entre os cromossomos.</p><p>Não há correlação entre o número de cromossomos e a complexidade do desenvolvimento</p><p>de um organismo. Da mesma forma, genes de função semelhante estão espalhados entre os</p><p>cromossomos. Não há correlação entre um determinado cromossomo e uma determinada parte</p><p>do corpo ou processo metabólico. Os cromossomos são simplesmente as estruturas que reúnem</p><p>e distribuem a informação genética de uma geração celular para a próxima durante a mitose e a</p><p>meiose.</p><p>As mutações cromossômicas podem ser classificadas em dois grandes grupos:</p><p>- Mutações cromossômicas numéricas: alteram o número de cromossomos de um</p><p>indivíduo ou de uma célula, podendo haver cromossomos extras ou cromossomos ausentes.</p><p>- Mutações cromossômicas estruturais: alteram a estrutura do cromossomo, mas, com</p><p>algumas exceções que serão estudadas a seguir, não alteram o número de cromossomos.</p><p>4.1 Mutações Cromossômicas Numéricas</p><p>As alterações cromossômicas numéricas tendem a ser muito mais graves que as mutações</p><p>gênicas, porque muitos genes diferentes e, portanto, vários processos bioquímicos estão envolvidos</p><p>e são alterados. De modo semelhante, as alterações dos cromossomos ou regiões cromossômicas</p><p>ricas em genes tendem a ser muito mais graves clinicamente do que os defeitos que envolvem</p><p>partes do genoma pobres em genes.</p><p>As mutações cromossômicas numéricas podem ser classificadas em dois tipos: poliploidia</p><p>e aneuploidia.</p><p>59WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>4.1.1 Poliploidia</p><p>Na poliploidia, todo o conjunto cromossômico de um indivíduo ou de uma célula</p><p>está alterado, por exemplo, para uma espécie em que o conjunto normal de cromossomos</p><p>seja representado por 2n (diploide), um poliploide seria 3n (triploide) ou 4n (tetraploide). Na</p><p>espécie humana, em que o número normal de uma célula somática é 2n=46, o triploide seria</p><p>3n= 69. Em animais, a poliploidia, geralmente, não é tolerada. Em seres humanos, a poliploidia</p><p>pode ser resultante de um evento raro chamado poliespermia, que ocorre quando mais de um</p><p>espermatozoide fecunda simultaneamente um óvulo, ou de um erro durante a telófase da meiose,</p><p>de modo que os núcleos haploides não se separam e o gameta permanece 2n (Figura 14). Estes</p><p>casos são letais no início do desenvolvimento, resultando em aborto espontâneo. Estima-se que</p><p>11% de todos os abortos espontâneos tenham cariótipo triploide. Por outro lado, a poliploidia é</p><p>comum em plantas (Figura 15); aproximadamente 40% de todas as plantas com flores e de 70 a</p><p>80% das gramíneas são poliploides. Elas incluem várias plantas agriculturalmente importantes,</p><p>tais como trigo, aveia, algodão, batatas e cana-de-açúcar.</p><p>Figura 14 - Principais causas para o surgimento de triploidia.Fonte: Pimentel, Gallo e Santos-Rebouças (2017).</p><p>Figura 15 - Vegetais poliploides de significado agrícola ou hortícola: A) crisântemo (tetraploide). B) morango (octa-</p><p>ploide). C) algodão (tetraploide). D) banana (triploide). Fonte: Snustad e Simmons (2018).</p><p>60WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>4.1.2 Aneuploidia</p><p>A aneuploidia é o tipo mais comum e clinicamente significante de distúrbio cromossômico</p><p>humano, ocorrendo em, pelo menos, 5% de todas as gestações conhecidas.</p><p>A aneuploidia caracteriza-se pela perda ou ganho de um ou mais cromossomos, sejam</p><p>autossômicos ou sexuais. Isso ocorre, normalmente, por erros durante a meiose, resultando em</p><p>não disjunção cromossômica, o que resulta em separação inadequada de um par de cromossomos</p><p>durante uma das duas divisões meióticas, geralmente durante a meiose I (Figura 16). Neste caso,</p><p>todas as células do indivíduo terão a aneuploidia. A não disjunção também pode ocorrer em uma</p><p>divisão mitótica após a formação do zigoto. Se isso ocorrer em uma divisão de clivagem inicial,</p><p>o indivíduo pode ter, pelo menos, duas linhagens de células com cariótipo diferente, o que se</p><p>denomina mosaicismo (Figura 17).</p><p>Figura 16 - Os aneuploides podem ser produzidos pela não disjunção na meiose I, na meiose II e na mitose. Os ga-</p><p>metas resultantes da meiose com não disjunção se combinam com um gameta (com o cromossomo azul) resultante</p><p>da meiose normal para produzir os zigotos. Fonte: Pierce (2017).</p><p>61WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 17 - Mosaicismo por não disjunção mitótica. Fonte: Pimentel, Gallo e Santos-Rebouças (2017).</p><p>As alterações em cromossomos sexuais em geral são mais toleradas, sendo mais comumente</p><p>vistas em crianças nascidas vivas do que as aneuploidias de cromossomos autossômicos. Isso</p><p>ocorre devido à inativação X, como também ao baixo conteúdo de genes do Y, minimizando as</p><p>consequências clínicas do desequilíbrio do cromossomo sexual. Na concepção, a ocorrência é</p><p>provavelmente semelhante, mas a aneuploidia de autossomos é mais provável de ser perdida em</p><p>abortos.</p><p>As aneuploidias que resultam em um cromossomo ausente são coletivamente chamadas</p><p>de monossomias (somente um representante de um cromossomo em particular); aquelas que</p><p>resultam em um cromossomo extra abo são denominadas trissomias (três cromossomos</p><p>no lugar</p><p>do par normal de um cromossomo em particular).</p><p>4.1.2.1 Monossomias</p><p>A monossomia de um cromossomo inteiro quase sempre é letal. Não existem monossomias</p><p>de autossomos compatíveis com a vida. A única monossomia compatível com a sobrevida pós-</p><p>natal é a monossomia do cromossomo X, que produz uma condição conhecida como síndrome</p><p>de Turner.</p><p>Síndrome de Turner</p><p>As pessoas afetadas possuem 45 cromossomos, sendo 44 autossômicos e apenas um</p><p>cromossomo sexual, sendo este o X. A notação cariotípica é 45, X. Pela ausência de cromossomo</p><p>Y, indivíduos portadores dessa monossomia são mulheres. Comumente são de baixa estatura,</p><p>apresentam uma frouxidão da pele que se estende entre o pescoço e os ombros (Figura 18).</p><p>Normalmente apresentam inteligência próxima do normal com algumas funções cognitivas</p><p>específicas prejudicadas.</p><p>62WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 18 - A Síndrome de Turner resulta de um único cromossomo X. Fonte: Griffiths et al. (2016).</p><p>4.1.2.2 Trissomias</p><p>A trissomia pode existir em qualquer parte do genoma, mas a trissomia de um cromossomo</p><p>inteiro raramente é compatível com a vida.</p><p>Existem apenas três distúrbios de cromossomos autossômicos, compatíveis com</p><p>a sobrevida pós-natal, em que ocorre trissomia de um cromossomo inteiro: trissomia do 13,</p><p>trissomia do 18 e trissomia do 21. Isso ocorre pelo fato de estes três cromossomos autossômicos</p><p>possuírem o menor número de genes ativos. A trissomia nos autossomos com um maior número</p><p>de genes é incompatível com a vida e, portanto, leva a abortos espontâneos precocemente.</p><p>Trissomias em cromossomos sexuais são mais toleráveis.</p><p>Trissomias de cromossomos autossômicos:</p><p>Síndrome de Down (Trissomia do cromossomo 21)</p><p>A síndrome de Down sem dúvida é a mais conhecida entre as trissomias humanas. Entre</p><p>as trissomias de cromossomos autossômicos, também é a que permite uma maior sobrevida.</p><p>Indivíduos com síndrome de Down têm expectativa de vida média de 50 anos de idade. Isso</p><p>ocorre pelo fato de o cromossomo 21, entre os autossômicos, ser o que apresenta o menor</p><p>número de genes ativos, de modo que alterações nesse cromossomo alteram um número menor</p><p>de características, sendo compatível com a vida e garantindo maior sobrevida.</p><p>63WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Os indivíduos com Down normalmente apresentam retardo mental moderado, face</p><p>achatada e larga, olhos com prega epicântica, estatura baixa, mãos curtas com apenas uma prega</p><p>palmar, língua protrusa (Figura 19). As mulheres podem ser férteis e os homens geralmente são</p><p>inférteis. O cariótipo desses indivíduos é representado como 47, XX + 21 ou 47, XY +21. Na</p><p>maioria dos casos, a trissomia do cromossomo 21 resulta de não disjunção na meiose (Figura 20),</p><p>entretanto alguns casos podem ocorrer por translocação robertsoniana e mosaicismo, como será</p><p>discutido adiante.</p><p>Figura 19 - A Síndrome de Down resulta de uma cópia extra do cromossomo 21. Fonte: Griffiths et al. (2016).</p><p>64WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 20 - A não disjunção meiótica do cromossomo 21 e a origem da síndrome de Down. A não disjunção na</p><p>meiose I produz gametas anormais, que ou têm duas cópias do cromossomo 21 (duplo-21) ou não têm nenhuma</p><p>cópia desse cromossomo (nulo-21). A não disjunção na meiose II produz um gameta com dois cromossomos-irmãos</p><p>idênticos (duplo-21) e um gameta sem cromossomo 21 (nulo-21). Fonte: Snustad e Simmons (2018).</p><p>Síndrome de Edwards (Trissomia do cromossomo 18)</p><p>O segundo cromossomo com menor número de genes ativos é o 18. Uma pequena</p><p>quantidade de genes a mais que o cromossomo 21 determina uma severidade bem maior quando</p><p>ocorre a trissomia do 18. Cerca de 95% dos conceptos com trissomia do 18 são abortados</p><p>espontaneamente, e aqueles que sobrevivem geralmente não vivem mais de um ano após o</p><p>nascimento. Esses indivíduos apresentam retardo mental grave, baixa implantação das orelhas,</p><p>pescoço curto, pés deformados, mãos fechadas, problemas cardíacos, dentre outros. O cariótipo</p><p>desses indivíduos é representado como 47, XX + 18 ou 47, XY + 18.</p><p>Aproximadamente uma criança em 850 nasce com a síndrome de Down, e entre</p><p>os nativivos ou fetos de mães com 35 anos de idade ou mais, a incidência de</p><p>trissomia do 21 é muito maior. Para saber mais sobre a relação entre a idade</p><p>materna avançada e a síndrome de Down, acesse:</p><p>SIMÕES, V. F. S. F. et al. Síndrome de Down: Correlação com a idade materna</p><p>avançada. Revista Uningá, Maringá, v. 50, n. 1, p. 17-22, 2016. Disponível em:</p><p>http://revista.uninga.br/index.php/uninga/article/view/1320/939 .</p><p>65WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Síndrome de Patau (Trissomia do cromossomo 13)</p><p>O cromossomo 13 apresenta um pouco mais de genes ativos que os cromossomos 18 e 21,</p><p>por isso, dentre as três trissomias de autossômicos, é a que determina menor expectativa de vida.</p><p>Cerca de metade das crianças morre no primeiro mês de vida. As crianças apresentam retardo</p><p>mental grave, cabeça pequena, testa proeminente, olhos pequenos, fenda labial e palatina e vários</p><p>outros problemas. O cariótipo desses indivíduos é representado como 47, XX + 13 ou 47, XY +</p><p>13.</p><p>Trissomias de cromossomos sexuais:</p><p>Síndrome de Klinefelter (47, XXY)</p><p>Pela presença do cromossomo Y, estes indivíduos são exclusivamente do sexo masculino.</p><p>O fenótipo tende a ser brando e variável, de modo que muitos casos, provavelmente, não são</p><p>detectados. Em geral são altos e magros. Parecem normais até a puberdade, quando algumas</p><p>características surgem, como o não desenvolvimento testicular e das características sexuais</p><p>secundárias (Figura 21). Normalmente são inférteis e podem apresentar mamas desenvolvidas.</p><p>Esses pacientes têm um risco aumentado de apresentar dificuldades de aprendizagem. Cerca de</p><p>metade dos casos resulta de erros na meiose paterna devido à falha na recombinação normal</p><p>Xp/Yp na região pseudoautossômica. Entre os casos de origem materna, os erros podem ocorrer</p><p>na meiose I e na meiose II. Ainda podem ocorrer erros mitóticos pós-zigóticos que levam ao</p><p>mosaicismo. Cerca de 15% dos indivíduos com Klinefelter são mosaicos, com fenótipos bastante</p><p>variáveis.</p><p>Figura 21 - A Síndrome de Klinefelter resulta da presença de dois cromossomos X e um cromossomo Y. Fonte:</p><p>Griffiths et al. (2016).</p><p>66WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Síndrome de 47, XYY</p><p>Os indivíduos com esta condição normalmente não apresentam fenótipo anormal.</p><p>Tendem a ter inteligência e fertilidade normais. Esta trissomia provavelmente decorre de erros</p><p>durante a meiose II paterna, produzindo espermatozoide YY.</p><p>Trissomia do X (47, XXX)</p><p>Em geral, estas mulheres tendem a apresentar fenótipo normal. Como grupo, tendem</p><p>a ser mais altas que a média das mulheres e ter uma incidência um pouco maior de dificuldade</p><p>de aprendizagem. Geralmente são férteis. Nas células 47, XXX, dois dos cromossomos X são</p><p>inativados. Na maioria dos casos, o erro ocorre na meiose I materna.</p><p>5. MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS ESTRUTURAIS</p><p>As mutações estruturais decorrem da quebra de cromossomos, seguida por um rearranjo</p><p>anormal. Estas alterações tendem a ser menos comuns que as aneuploidias, mas também podem</p><p>ocorrer em todas as células de uma pessoa, ou na forma de um mosaico. Essas mutações podem</p><p>ser divididas em dois grupos: balanceadas e não balanceadas.</p><p>5.1 Mutações Cromossômicas Estruturais Balanceadas</p><p>Os rearranjos cromossômicos que ocorrem sem perda ou ganho de material genético são</p><p>denominados balanceados.</p><p>5.1.1 Inversões</p><p>Uma inversão ocorre quando um cromossomo sofre duas quebras e os segmentos são</p><p>religados ao cromossomo de modo invertido (Figura 22). Se as quebras ocorrerem em braços</p><p>diferentes de modo que o centrômero</p><p>esteja incluído na região invertida, a inversão é chamada</p><p>pericêntrica. Se as quebras ocorrerem no mesmo braço, a inversão é paracêntrica. As inversões</p><p>podem gerar mutações gênicas nos pontos de quebra, entretanto geralmente não geram um</p><p>fenótipo anormal nos seus portadores. A importância clínica se dá para a progênie, uma vez</p><p>que as inversões alteram os gametas. Cromossomos com inversões precisam fazer um laço físico</p><p>para permitir que seus genes pareiem com suas cópias homólogas no outro cromossomo. Isso</p><p>resultará em alterações cromossômicas se a recombinação ocorrer na região invertida na prófase</p><p>I da meiose. As inversões pericêntricas podem levar tanto a duplicações quanto a deleções de</p><p>segmentos cromossômicos; as inversões paracêntricas podem gerar cromossomos acêntricos ou</p><p>dicêntricos.</p><p>67WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 22 - Inversões pericêntrica e paracêntrica. O cromossomo foi quebrado em dois pontos, e o segmento entre</p><p>eles foi invertido. Uma inversão pericêntrica (A) modifica o tamanho dos braços do cromossomo, porque o centrô-</p><p>mero está incluído na inversão. Já na inversão paracêntrica (B), isso não ocorre, porque exclui o centrômero. Fonte:</p><p>Snustad e Simmons (2018).</p><p>5.1.2 Translocações</p><p>As translocações resultam da quebra e troca de segmentos entre cromossomos não</p><p>homólogos. Os dois principais tipos são a translocação robertsoniana e a translocação recíproca.</p><p>A translocação robertsoniana ocorre entre dois cromossomos acrocêntricos que sofrem</p><p>quebras próximas à região do centrômero, perdem seus braços curtos e fundem os braços longos. O</p><p>cariótipo balanceado resultante possui apenas 45 cromossomos. Os portadores dessa translocação</p><p>são clinicamente normais, visto que os braços curtos que são perdidos contêm genes que codificam</p><p>RNAr e esses genes se repetem em múltiplas cópias em outros cromossomos. Entretanto, os</p><p>portadores de translocação robertsoniana podem produzir gametas desbalanceados, embora</p><p>também possam produzir gametas normais. Uma das translocações mais comuns em seres</p><p>humanos ocorre entre os cromossomos 14 e 21, a qual é representada por t(14q21q). Portadores</p><p>dessa translocação podem originar crianças com trissomia do 21 por translocação (nascido vivo),</p><p>trissomia do 14 por translocação (aborto precoce), monossomia do 14 ou do 21 (aborto precoce),</p><p>portador de t(14q21q) (nascido vivo) ou com conjunto cromossômico normal (nascido vivo).</p><p>Dessa maneira, um casal cujo homem ou mulher seja portador de uma translocação entre os</p><p>cromossomos 14 e 21 poderá ter filhos com síndrome de Down, abortos recorrentes e filhos sem</p><p>qualquer alteração cromossômica (Figuras 23 e 24).</p><p>Figura 23 - Representação de uma translocação robertsoniana balanceada entre os cromossomos 14 e 21. Quebra em</p><p>braços curtos dos cromossomos 14 e 21 com fusão dos braços longos e perdas dos braços curtos. Fonte: Pimentel,</p><p>Gallo e Santos-Rebouças (2017).</p><p>68WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 24 - Os portadores da translocação correm maior risco de terem filhos com a síndrome de Down. Fonte:</p><p>Pierce (2017).</p><p>Na translocação recíproca, dois cromossomos não homólogos sofrem quebras e</p><p>trocam os segmentos quebrados (Figura 25). Como a troca é recíproca, não ocorre alteração</p><p>no número de cromossomos. Translocações recíprocas são relativamente comuns e geralmente</p><p>não causam danos, embora sejam mais comuns em indivíduos com retardo mental do que na</p><p>população normal. Também, são mais comumente encontradas em casais que tiveram abortos</p><p>espontâneos recorrentes, pelo fato de estar associada a um alto risco de gametas desbalanceados</p><p>e, consequentemente, descendentes com alterações.</p><p>Como será estudado ainda nesta unidade, alterações cromossômicas estão associadas</p><p>a diversos tipos de câncer e translocações recíprocas podem causar leucemias. Por exemplo, a</p><p>leucemia promielocítica aguda é causada por uma translocação recíproca entre os cromossomos</p><p>15 e 17, e a leucemia mieloide crônica é causada por translocação recíproca entre os cromossomos</p><p>9 e 22.</p><p>Figura 25 - Rearranjo cromossômico: Translocação. Fonte: Pierce (2017).</p><p>69WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>5.2 Mutações Cromossômicas Estruturais Não Balanceadas</p><p>Nas alterações não balanceadas, ocorre ganho ou perda de material genético (Figura 26).</p><p>Figura 26 - Rearranjos cromossômicos: A) Duplicação. B) Deleção. Fonte: Pierce (2017).</p><p>5.2.1 Duplicações</p><p>As duplicações ocorrem quando a mutação produz uma cópia extra de alguma região</p><p>cromossômica, o que leva a uma trissomia parcial. Se comparada às deleções, as duplicações</p><p>tendem a ter efeito menor sobre o desenvolvimento. Mas tanto as deleções quanto as duplicações</p><p>alteram a quantidade de material genético, o que muda a quantidade de proteína produzida</p><p>quando os genes estão ativos. Isso pode causar um desbalanço em processos bioquímicos em</p><p>todo o corpo.</p><p>Síndrome de Pallister-Killian</p><p>Esta síndrome resulta de uma duplicação de todo ou de parte do braço curto do</p><p>cromossomo 12. Os indivíduos afetados passam a apresentar trissomia ou tetrassomia de genes</p><p>específicos presentes na região duplicada, o que leva a uma série de alterações ao nascimento,</p><p>dependendo da extensão duplicada. Os pacientes exibem traços craniofaciais característicos e</p><p>retardo mental.</p><p>5.2.2 Deleções</p><p>As deleções consistem na perda de material genético de um cromossomo, o que gera uma</p><p>monossomia parcial. As manifestações clínicas são extremamente variáveis dependendo de quais</p><p>genes e de quantos deles são deletados.</p><p>70WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Deleção do braço curto do cromossomo 5</p><p>Indivíduos que possuem uma deleção no braço curto do cromossomo 5 apresentam a</p><p>síndrome cri-du-chat, também conhecida como síndrome do miado do gato. Os pacientes com</p><p>esta deleção possuem face arredondada, choro semelhante ao miado de um gato, alterações</p><p>cardíacas, microcefalia e retardo mental de moderado a grave. Em muitos casos, a deleção é de</p><p>origem esporádica; de 10 a 15% dos casos são resultado de pais portadores de translocação.</p><p>6. GENÉTICA DO CÂNCER</p><p>As células cancerosas são células</p><p>com o DNA danificado que escaparam dos</p><p>mecanismos de controle do ciclo celular.</p><p>O câncer começa quando uma única</p><p>célula sofre uma mutação que faz com</p><p>que ela se divida em uma taxa rápida e</p><p>anormal. A célula prolifera, dando origem</p><p>a um clone de células, sendo que cada qual</p><p>tem a mesma mutação. Como as células</p><p>do clone se dividem mais rapidamente</p><p>que o normal, elas se sobrepõem às</p><p>outras células. Mutações adicionais</p><p>surgem em algumas das células do clone</p><p>e acentuam a capacidade de essas células</p><p>se dividirem. As alterações genéticas que</p><p>vão se acumulando nas células cancerosas</p><p>afetam um número crescente de genes</p><p>que controlam o reparo do DNA e a</p><p>divisão celular (Figura 27). Dessa forma,</p><p>o clone original de células neoplásicas</p><p>funciona como um reservatório de células</p><p>geneticamente instáveis, conhecidas como</p><p>células tronco do câncer.</p><p>Figura 27 - Pela evolução clonal, as células tumorais adquirem</p><p>múltiplas mutações que permitem que se tornem cada vez mais</p><p>agressivas e proliferativas. Para preservar o espaço, é usada uma</p><p>seta pontilhada para representar uma segunda célula do mesmo</p><p>tipo em cada caso. Fonte: Pierce (2017).</p><p>71WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Assim, diante de mutações cumulativas, o câncer não é uma doença simples ou única,</p><p>mas um nome usado para descrever as mais violentas formas de neoplasia (novo crescimento),</p><p>um processo de doença caracterizado por divisão celular descontrolada, que leva a uma massa ou</p><p>tumor. Entretanto, para que o tumor seja um câncer, ele deve também ser maligno, o que</p><p>significa</p><p>que as células do tumor são capazes de se destacar e invadir tecidos vizinhos ou espalhar-se para</p><p>outras regiões do corpo, onde se estabelecem tumores secundários, um processo denominado</p><p>metástase. Os tumores que não invadem não são cancerosos, mas são referidos como benignos</p><p>(Figura 28).</p><p>Figura 28 - Desenhos esquemáticos que mostram algumas diferenças entre o tumor benigno (desenho do alto) e os</p><p>tumores malignos (desenhos de baixo). Observe que o tamanho das células e dos núcleos é mais regular no tumor</p><p>benigno. A variabilidade nuclear e a capacidade de invadir os tecidos vizinhos e de se propagar pelos vasos sanguí-</p><p>neos e linfáticos, originando metástases, são características dos tumores malignos, nos quais as células perdem a</p><p>capacidade de aderência mútua, invadem os vasos e são levadas pelo sangue e pela linfa, sendo levadas a colonizar</p><p>órgãos distantes (metástases). Fonte: Junqueira e Carneiro (2012).</p><p>Diante do exposto, entendemos que o câncer é uma doença fundamentalmente genética,</p><p>ou seja, decorrente de alterações no material genético. Quando a mutação inicial que leva ao</p><p>câncer é herdada através da linhagem germinativa, o câncer é dito hereditário. Quando mutações</p><p>surgem em uma célula somática que então se divide e prossegue para desenvolver um câncer,</p><p>este é denominado esporádico. Neste contexto, independentemente de ocorrer repetidamente</p><p>em muitas pessoas de uma família, como uma característica hereditária, ou esporadicamente em</p><p>uma pessoa, como resultado de uma mutação somática, as mutações são centrais para a origem</p><p>da sua progressão (Figura 29).</p><p>72WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 29 - O câncer é o resultado de um processo de várias etapas que requer várias mutações. Se uma ou mais das</p><p>mutações necessárias for herdada, são necessárias menos mutações adicionais para produzir o câncer e este tenderá a</p><p>ocorrer nas famílias. Na imagem, foram usadas, como exemplo, mutações para o retinoblastoma, um tumor maligno</p><p>que se desenvolve na retina. Fonte: Pierce (2017).</p><p>A maioria dos cânceres é esporádica, e muitos são influenciados por fatores ambientais.</p><p>Vários fatores ambientais contribuem para o câncer, mas os que têm os maiores efeitos incluem</p><p>fumo, dieta, obesidade, álcool e radiação ultravioleta (Figura 30). Outros fatores ambientais que</p><p>induzem o câncer são alguns tipos de substâncias químicas, como benzeno (usado como solvente</p><p>industrial), benzo[a]pireno (encontrado no cigarro) e bifenis policlorados (PCBs, usados em</p><p>transformadores industriais e capacitores). A maioria dos fatores ambientais associados com o</p><p>câncer causa mutações somáticas que estimulam a divisão celular.</p><p>73WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 30 - Desenho esquemático que ilustra a proteção exercida pelo pigmento melanina contra a ação deletéria dos</p><p>raios ultravioleta do sol sobre as células da epiderme, camada mais superficial da pele. Os grânulos de melanina se</p><p>localizam preferencialmente na região supranuclear, formando um capuz protetor para o DNA. Os raios ultravioleta</p><p>podem lesionar o DNA, levando a mutações sucessivas, que acabam tornando a célula cancerosa. A) A ilustração</p><p>representa a pele escura, na qual a proteção oferecida pela melanina é máxima. B) As pessoas de pele clara têm me-</p><p>nos melanina e epiderme mais sensível aos raios ultravioleta. C) No albinismo, ocorre ausência total de melanina</p><p>em todas as células, o que torna a pele dos albinos muito sensível ao sol. Em consequência, a incidência de câncer de</p><p>pele é baixa nas pessoas de pele escura, maior nas de pele clara e alta nos albinos. Nas três ilustrações, MB indica a</p><p>membrana basal que separa a epiderme da segunda camada da pele, a derme, não representada no desenho. Fonte:</p><p>Junqueira e Carneiro (2012).</p><p>6.1 Alterações que Podem Desencadear o Câncer</p><p>6.1.1 Mutações gênicas</p><p>Os genes que participam da formação de tumores são principalmente os que, nas</p><p>células normais, estão envolvidos com o controle do ciclo celular, reparo do DNA danificado e</p><p>apoptose. O ciclo celular é o processo normal pelo qual as células sofrem crescimento e divisão.</p><p>Normalmente, o progresso pelo ciclo celular é rigorosamente regulado, de modo que as células se</p><p>dividem apenas quando são necessárias mais células, quando todos os componentes necessários</p><p>para divisão estão presentes e quando o DNA foi replicado sem danos. Às vezes, entretanto,</p><p>surgem erros em um ou mais dos componentes que regulam o ciclo celular. Esses erros fazem as</p><p>células se dividirem em momentos ou taxas inadequados, levando ao câncer.</p><p>Os tipos mais prevalentes de câncer são derivados de populações de células</p><p>que se dividem ativamente, por exemplo, células epiteliais do intestino, pulmões</p><p>ou glândula prostática. As formas mais raras de câncer desenvolvem-se de</p><p>populações celulares que tipicamente não se dividem, por exemplo, células</p><p>diferenciadas musculares ou nervosas.</p><p>74WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>6.1.1.1 Mutações em genes que atuam no controle do ciclo celular</p><p>Existem dois tipos básicos de sinais que regulam o ciclo celular: as moléculas que</p><p>estimulam a divisão celular e as que inibem. Duas grandes classes de genes estão envolvidas</p><p>com estes processos: genes de proliferação, que codificam proteínas que normalmente auxiliam</p><p>a divisão celular, denominados proto-oncogenes, e genes de antiproliferação, que codificam</p><p>proteínas que normalmente auxiliam na aplicação de freios que suspendem o ciclo celular nos</p><p>pontos de checagem, denominados genes supressores de tumores. Muitas células cancerosas têm</p><p>mutações nos oncogenes e nos genes supressores de tumor (Figura 31).</p><p>Figura 31 - Oncogenes e genes supressores de tumor contribuem para o câncer, mas seus modos de ação e dominân-</p><p>cia são diferentes. Fonte: Pierce (2017).</p><p>Quando os proto-oncogenes estão alterados e entram em atividade codificando suas</p><p>proteínas nas ocasiões em que não são necessárias ou, quando produzem proteínas modificadas,</p><p>promovem a multiplicação desordenada das células, que se convertem em malignas e passam a</p><p>ser chamados de oncogenes (Quadro 2).</p><p>Quadro 2 - Alguns exemplos de proto-oncogenes, genes normais que, por mutação, originam oncogenes. Fonte:</p><p>Junqueira e Carneiro (2012).</p><p>75WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Uma mutação que inativa um gene de antiproliferação, que pode libertar células das</p><p>restrições normais de multiplicação celular, também resulta em proliferação celular excessiva.</p><p>Assim, os genes de antiproliferação presentes na célula normal são denominados genes supressores</p><p>tumorais (Quadro 3).</p><p>Quadro 3 - Alguns exemplos de genes supressores de tumor. Fonte: Junqueira e Carneiro (2012).</p><p>Em uma célula, existem duas cópias de cada gene supressor tumoral, ambas as cópias do</p><p>gene devem ser perdidas ou inativadas para que haja perda de controle de proliferação, pois uma</p><p>única cópia é geralmente suficiente para a regulação do ciclo celular. Ao contrário, apenas uma</p><p>cópia de um proto-oncogene precisa ser mutada em um oncogene para que ocorra um efeito</p><p>semelhante (Figura 31).</p><p>Um gene supressor de tumor é o BRCA1; as suas mutações estão associadas com maior</p><p>risco de câncer de mama e ovário. O BRCA1 produz uma proteína que normalmente ajuda no</p><p>reparo de quebras de fita dupla no DNA (Quadro 4).</p><p>Quadro 4 - Riscos de câncer durante a vida em portadores de mutações BRCA1 ou BRCA2 em comparação com a</p><p>população em geral. Fonte: Nussbaum, Mclnnes e Willard (2016).</p><p>Outro gene supressor de tumor é o p53, que codifica uma proteína de mesmo nome. A</p><p>proteína p53 estimula a transcrição de genes cujos produtos impedem que as células que sofreram</p><p>danos no DNA entrem na fase S do ciclo mitótico, permitindo assim que o DNA danificado seja</p><p>reparado, ou ativa um conjunto de genes cujos produtos no final causam a morte da célula quando</p><p>o dano no DNA não pôde ser corrigido. Células que não possuem p53 funcional têm dificuldade</p><p>em realizar este controle. Se tais células progridem para as divisões celulares subsequentes,</p><p>mutações adicionais podem se acumular. Aproximadamente 50% de todos os tumores malignos</p><p>humanos apresentam mutação no gene p53 (Quadro 3).</p><p>76WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Embora os oncogenes, ou os genes supressores de tumor mutantes, ou ambos sejam</p><p>necessários para produzir o câncer, as mutações nos genes de reparo do DNA podem aumentar a</p><p>probabilidade de adquirir mutações nesses genes.</p><p>6.1.1.2 Mutações em genes de reparo do DNA</p><p>Como os mecanismos de reparo do DNA normalmente eliminam muitas das mutações</p><p>que surgem, as células com sistemas de reparo do DNA com defeito estão mais propensas a reter</p><p>mutações do que as células normais, incluindo mutações que regulam a divisão celular, por isso,</p><p>mutações nos genes que codificam a maquinaria celular de reparo estão associados com vários</p><p>tipos de câncer.</p><p>6.1.1.3 Mutações em genes envolvidos com a apoptose</p><p>As células do câncer apresentam mutações cromossômicas, danos no DNA e outras</p><p>anomalias celulares que normalmente estimulariam a apoptose e evitariam sua proliferação.</p><p>Entretanto, essas células têm mutações nos genes que regulam a apoptose e, portanto, não entram</p><p>em morte celular programada, o que permite que a célula sobreviva e se prolifere. Tal célula tem o</p><p>potencial de formar um clone que pode tornar-se canceroso se obtiver a capacidade de se dividir</p><p>descontroladamente.</p><p>Outro fator que pode impedir a célula de entrar em apoptose e, portanto, contribuir para</p><p>o progresso do câncer é a ativação inadequada da enzima telomerase. Como visto na Unidade I, a</p><p>telomerase é uma enzima presente em algumas células do nosso corpo que são capazes de replicar</p><p>as extremidades teloméricas que, naturalmente, são encurtadas a cada ciclo de divisão celular.</p><p>Esse encurtamento leva à morte celular programada, de forma que as células somáticas são</p><p>capazes apenas de fazer um número limitado de divisões celulares. Em muitas células tumorais,</p><p>entretanto, as sequências que regulam a expressão do gene da telomerase sofrem mutação,</p><p>permitindo que a enzima seja expressa e a célula se torne capaz de se dividir de forma ilimitada.</p><p>Essa mutação permite que as células do câncer se dividam indefinidamente.</p><p>6.1.2 Mutações cromossômicas</p><p>Além de mutações gênicas, a maioria dos tumores tem células com mutações</p><p>cromossômicas. Por muitos anos, os geneticistas se perguntavam se essas mutações cromossômicas</p><p>eram a causa ou o resultado do câncer. Alguns tipos de tumores estão associados com mutações</p><p>cromossômicas específicas; por exemplo, a maioria dos casos de leucemia mielocítica crônica</p><p>está associada com uma translocação recíproca entre os cromossomos 22 e 9 (Quadro 5 e Figura</p><p>32). Esses tipos de associações sugerem que as mutações cromossômicas contribuem para a</p><p>causa do câncer. Até o momento, muitos cânceres não estão associados com tipos específicos de</p><p>anomalias cromossômicas e agora sabemos que mutações gênicas individuais contribuem para</p><p>muitos tipos de câncer. Contudo, a instabilidade cromossômica é uma característica geral das</p><p>células cancerosas, fazendo com que elas acumulem mutações de cromossomos, que afetam os</p><p>genes individuais e podem contribuir para o processo do câncer. Assim, parece que as mutações</p><p>cromossômicas são tanto a causa quanto o resultado do câncer.</p><p>77WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Quadro 5 - Translocações cromossômicas características em tumores malignos humanos selecionados. Fonte: Nus-</p><p>sbaum, Mclnnes e Willard (2016).</p><p>Figura 32 - Uma translocação recíproca entre os cromossomos 9 e 22 é responsável pela leucemia mielocítica crôni-</p><p>ca. Fonte: Pierce (2017).</p><p>Pelo menos, três tipos de rearranjos cromossômicos, deleções, inversões e translocações</p><p>estão associados com determinados tipos de câncer. As deleções podem surgir com a perda de</p><p>um ou mais genes supressores de tumor. As inversões e translocações contribuem para o câncer</p><p>de várias formas. Primeiro, os pontos de quebra cromossômica que acompanham essas mutações</p><p>podem ficar dentro dos genes supressores de tumor, prejudicando sua função e levando à</p><p>proliferação celular. Segundo, as translocações e inversões podem produzir sequências a partir de</p><p>dois genes diferentes, gerando uma proteína de fusão que estimula algum aspecto do progresso</p><p>do câncer. A maioria dos tumores avançados tem células que exibem uma variedade incrível de</p><p>anomalias cromossômicas, incluindo cromossomos extras, cromossomos ausentes e rearranjos</p><p>cromossômicos.</p><p>Já foram identificados vários genes que contribuem para a instabilidade genômica e</p><p>levam a cromossomos extras ou cromossomos ausentes (aneuploidia). A aneuploidia nas células</p><p>somáticas em geral surge quando os cromossomos não se separam adequadamente na mitose. As</p><p>células normais têm um ponto de verificação da montagem do fuso que monitora a montagem</p><p>adequada do fuso mitótico; se os cromossomos não estão adequadamente fixos aos microtúbulos</p><p>na metáfase, o início da anáfase é bloqueado. Algumas células cancerosas têm alelos mutantes</p><p>para os genes que codificam proteínas que participam do ponto de verificação; nessas células,</p><p>a anáfase é iniciada, apesar da montagem incorreta do fuso ou da ausência desse, e surgem</p><p>anomalias cromossômicas.</p><p>78WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>6.1.3 Fatores epigenéticos</p><p>Mudanças epigenéticas são alterações na estrutura da cromatina que afetam a expressão</p><p>gênica e são observadas em muitas células de câncer. As células de câncer têm alterações</p><p>importantes na metilação do DNA e na estrutura do DNA. Um tipo de alteração epigenética</p><p>observada nas células de câncer é um nível geral de menos metilação de DNA (hipometilação). A</p><p>metilação do DNA está associada com a repressão da transcrição. É possível que a hipometilação</p><p>leve à transcrição dos oncogenes, que estimulam o câncer. Alguns indícios também sugerem que</p><p>a hipometilação causa instabilidade cromossômica, uma marca de muitos tumores. Embora o</p><p>nível geral de metilação do DNA seja menor nas células de câncer, algumas regiões específicas</p><p>têm metilação extra (são hipermetiladas). Esse excesso de metilação pode inibir a transcrição de</p><p>genes supressores de tumor, estimulando, assim, o desenvolvimento do câncer.</p><p>As proteínas histonas nos nucleossomos, unidade fundamental da cromatina, estão</p><p>modificadas de forma anormal nas células de câncer. A modificação das proteínas histonas,</p><p>incluindo metilação e acetilação, altera a estrutura da cromatina e afeta a transcrição. Os padrões</p><p>globais de acetilação das histonas estão alterados nas células de câncer.</p><p>6.1.4 Vírus</p><p>Os vírus são responsáveis por vários tipos de câncer em animais e existem indícios de</p><p>que alguns vírus contribuem para alguns tipos de câncer em humanos. Tanto vírus com genoma</p><p>de DNA como vírus com genoma de RNA podem causar tumores benignos e malignos. Os vírus</p><p>com genoma de DNA causadores de tumores contêm genes que codificam proteínas com a função</p><p>de remover o bloqueio para que as células entrem no ciclo mitótico e proteínas que paralisam os</p><p>pontos de checagem do ciclo, em que a proliferação celular inapropriada seria bloqueada. Os</p><p>vírus com genoma de RNA podem conter oncogenes que são cópias, geralmente defeituosas,</p><p>de proto-oncogenes existentes nas células e adquiridos por esses vírus em infecções anteriores</p><p>(Figura 33).</p><p>79WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 33 - Os retrovírus causam câncer ao (A) promover mutação e rearranjo de proto-oncogenes ou (B) inserir</p><p>promotores</p><p>próximos dos proto-oncogenes. Fonte: Pierce (2017).</p><p>6.2 Vias Genéticas para o Câncer</p><p>Na maioria dos casos, a formação de um tumor maligno não é atribuível à ativação</p><p>descontrolada de um único proto-oncogene ou à inativação de um único gene supressor tumoral.</p><p>Em vez disso, a formação de tumor, o crescimento e a metástase geralmente dependem do</p><p>acúmulo de mutações em vários genes diferentes. Assim, as vias genéticas para o câncer são</p><p>diversas e complexas (Exemplo: progressão do câncer colorretal – Figura 34).</p><p>80WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 34 - As mutações em múltiplos genes contribuem para o progresso do câncer colorretal. Fonte: Pierce (2017).</p><p>81WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Você já parou para pensar que, na maioria dos casos, o câncer é uma doença</p><p>típica de pessoas idosas? As mutações que dão origem ao câncer não ocorrem</p><p>todas ao mesmo tempo, mas em sequência, normalmente por um período</p><p>de muitos anos. Quando uma nova população de células mutantes cresce, ela</p><p>evolui lentamente: ocorrem novas mutações ao acaso e algumas são favorecidas</p><p>pela seleção natural. Eventualmente, surgem células que possuem todas as</p><p>anormalidades necessárias para desencadear o câncer. Tipicamente, pelo menos</p><p>cinco ou seis mutações independentes devem ocorrer em uma única célula</p><p>para criar todas as propriedades necessárias. Para o tumor tornar-se invasivo,</p><p>são necessárias outras mudanças que permitam a invasão da lâmina basal do</p><p>epitélio pelas células, a fim de que elas possam instalar-se e sobreviver em outros</p><p>locais. O câncer, portanto, é uma doença típica de pessoas idosas, porque leva</p><p>um longo tempo para que uma linhagem celular acumule um grande número de</p><p>mutações somáticas. Ocasionalmente, são encontrados indivíduos que herdaram</p><p>mutações em sua linhagem germinativa em um gene supressor de tumor ou</p><p>em um oncogene. Para essas pessoas, o número de mutações adicionais para</p><p>o desenvolvimento de câncer é menor, e a doença ocorre em maior frequência</p><p>e numa idade menor. As famílias que possuem essas mutações são, portanto,</p><p>propensas ao desenvolvimento de câncer.</p><p>82WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>CONSIDERAÇÕES FINAIS</p><p>Nesta unidade, aprendemos que erros durante a replicação do DNA, agentes ambientais e</p><p>falhas nos mecanismos de reparo do DNA são os principais responsáveis por mutações.</p><p>As mutações podem ocorrer em células somáticas ou germinativas. Ao contrário das</p><p>mutações em células somáticas, as mutações em células germinativas podem ser transmitidas ao</p><p>longo das gerações.</p><p>Quando uma mutação altera apenas um gene, é denominada mutação gênica. Quando</p><p>uma mutação altera vários genes, em um mesmo cromossomo, ou um cromossomo inteiro, é</p><p>denominada mutação cromossômica.</p><p>Existem mutações silenciosas, ou seja, que não causam nenhum efeito no indivíduo.</p><p>Existem mutações que causam efeitos não prejudiciais à sobrevivência. Existem mutações que</p><p>tornam o indivíduo predisposto a uma determinada doença. Existem mutações que geram</p><p>doenças. E existem mutações que impedem o desenvolvimento e a sobrevivência dos indivíduos.</p><p>8383WWW.UNINGA.BR</p><p>U N I D A D E</p><p>03</p><p>SUMÁRIO DA UNIDADE</p><p>INTRODUÇÃO ...............................................................................................................................................................85</p><p>1MENDELISMO E PRINCÍPIOS BÁSICOS DA HERANÇA .........................................................................................86</p><p>1.1 MONOIBRIDISMO ...................................................................................................................................................86</p><p>1.2 DIIBRIDISMO .........................................................................................................................................................88</p><p>1.3 APLICAÇÕES DOS PRINCÍPIOS DE MENDEL .....................................................................................................89</p><p>1.3.1 QUADRADO DE PUNNETT ..................................................................................................................................90</p><p>1.3.2 LINHA BIFURCADA ............................................................................................................................................. 91</p><p>2. HERANÇA MONOGÊNICA APLICADA A SERES HUMANOS ................................................................................ 91</p><p>2.1 HISTÓRIA FAMILIAR E HEREDOGRAMAS ...........................................................................................................92</p><p>2.2 PADRÕES DE HERANÇA .......................................................................................................................................93</p><p>2.2.1 HERANÇA AUTOSSÔMICA RECESSIVA ............................................................................................................93</p><p>MENDELISMO, PADRÕES DE HERANÇA, EXTENSÃO E</p><p>EXCEÇÕES ÀS LEIS DE MENDEL,HERANÇA COMPLEXA</p><p>PROF.A DRA. DÉBORA FURLAN RISSATO</p><p>ENSINO A DISTÂNCIA</p><p>DISCIPLINA:</p><p>GENÉTICA E BIOLOGIA MOLECULAR</p><p>84WWW.UNINGA.BR</p><p>2.2.2 HERANÇA AUTOSSÔMICA DOMINANTE ..........................................................................................................94</p><p>2.2.3 HERANÇA RECESSIVA LIGADA AO X ................................................................................................................95</p><p>2.2.4 HERANÇA DOMINANTE LIGADA AO X ..............................................................................................................96</p><p>2.2.5 HERANÇA LIGADA AO Y ..................................................................................................................................... 97</p><p>2.3 EXTENSÕES E MODIFICAÇÕES DO MENDELISMO ............................................................................................ 97</p><p>2.3.1 CONSANGUINIDADE ............................................................................................................................................ 97</p><p>2.3.2 DOMINÂNCIA INCOMPLETA E CODOMINÂNCIA ............................................................................................98</p><p>2.3.3 MUTAÇÃO NOVA .................................................................................................................................................98</p><p>2.3.4 PENETRÂNCIA E EXPRESSIVIDADE VARIÁVEL ...............................................................................................98</p><p>2.3.5 HERANÇA INFLUENCIADA PELO SEXO E LIMITADA AO SEXO ......................................................................99</p><p>2.3.6 ALELOS MÚLTIPLOS .......................................................................................................................................... 100</p><p>2.3.7 MOSAICISMO ..................................................................................................................................................... 102</p><p>2.3.8 HERANÇA MATERNA MITOCONDRIAL ............................................................................................................ 103</p><p>3. GENÉTICA METABÓLICA ........................................................................................................................................ 104</p><p>4. EFEITOS AMBIENTAIS E FENÓTIPO ..................................................................................................................... 104</p><p>5. HERANÇA MULTIFATORIAL E/OU HERANÇA POLIGÊNICA ............................................................................... 105</p><p>6. GENÉTICA DE POPULAÇÕES ................................................................................................................................. 105</p><p>CONSIDERAÇÕES FINAIS ...........................................................................................................................................</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>Sejam muito bem-vindos à Genética e Biologia Molecular, a ciência da informação!</p><p>Ciência da informação??? Sim! É a ciência que estuda o material que contém a informação que</p><p>codifica as características de todos os seres vivos, a maneira pela qual estas informações são</p><p>transmitidas ao longo das gerações e o modo pelo qual é possível manipular esse material genético</p><p>em busca de mutações, tratamento de doenças e identificação de indivíduos.</p><p>Embora a Genética seja relativamente nova, é uma das áreas da ciência que mais</p><p>avança. Este avanço trouxe uma grande compreensão da organização e do funcionamento</p><p>desse material genético que contém tanta informação. Isso contribuiu para o surgimento da</p><p>biologia molecular, que garantiu o avanço de muitas outras áreas, como agricultura, indústria</p><p>farmacêutica, biotecnologia e medicina. A genética e a biologia molecular se fazem presentes em</p><p>nosso dia a dia, quando observamos que animais de uma mesma espécie têm muitas semelhanças</p><p>ou quando lemos um noticiário sobre teste de paternidade ou identificação de indivíduos em</p><p>cenas de crimes; em nossa alimentação, quando ingerimos grãos geneticamente modificados; em</p><p>nossos tratamentos, quando utilizamos medicamentos produzidos em bactérias ou outras células</p><p>geneticamente modificadas; bem como na compreensão de doenças genéticas que acometem</p><p>nossos amigos ou familiares.</p><p>Mas qual é o material que contém tantas informações e que ainda pode ser modificado? É</p><p>o DNA! Em virtude da importância do DNA, muitos esforços têm sido feitos para estudá-lo até os</p><p>mínimos detalhes. Então, vamos estudá-lo! Nesta unidade, conheceremos a estrutura do material</p><p>genético, como ele se organiza no núcleo das células, a maneira pela qual ele se duplica e como a</p><p>informação nele contida é expressa.</p><p>6WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>1. HISTÓRICO</p><p>Embora a genética tenha se desenvolvido e se tornado conhecida durante o século XX, sua</p><p>origem está baseada no trabalho de Gregor Mendel, publicado em 1866. Ele estudou as regras que</p><p>controlam a transmissão de diferentes características em ervilhas e concluiu que existem fatores</p><p>hereditários responsáveis pelas características estudadas. Atualmente, os fatores de Mendel são</p><p>conhecidos como genes. A comunidade científica da época não deu a devida importância ao</p><p>trabalho de Mendel e ele passou a se dedicar a outras atividades. O significado de sua descoberta</p><p>foi compreendido somente em 1900, quando três pesquisadores começaram independentemente</p><p>a fazer experimentos com plantas e chegaram a conclusões similares às de Mendel. O significado</p><p>dessas conclusões foi reconhecido e muitos pesquisadores começaram a fazer estudos genéticos</p><p>similares, usando vegetais, animais e microrganismos. Os resultados desses trabalhos mostraram</p><p>que a transmissão de muitas características, de fato, seguia as regras de Mendel. Nesse momento, a</p><p>comunidade científica começou a se perguntar: “O que é um gene?”, “Qual a sua natureza física?”.</p><p>Estas perguntas foram respondidas em meados do século XX, quando se demonstrou</p><p>que os genes são constituídos por ácido desoxirribonucleico (DNA). Então, levantou-se outra</p><p>questão: “Como as moléculas de DNA podem armazenar a informação genética?” Em 1953, esta</p><p>questão começou a ser respondida, quando James Watson e Francis Crick deduziram o modo de</p><p>organização do DNA, o qual será descrito a seguir.</p><p>2. ESTRUTURA E ORGANIZAÇÃO DO MATERIAL</p><p>GENÉTICO</p><p>2.1 Ácidos Nucleicos</p><p>Os ácidos nucleicos são moléculas informacionais que controlam os processos básicos</p><p>do metabolismo celular, a síntese de macromoléculas, a diferenciação celular e a transmissão</p><p>da informação genética de uma célula para as suas descendentes. Em nossas células, existem</p><p>dois tipos de ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA), os</p><p>quais são constituídos por nucleotídeos. O DNA constitui o depósito da informação genética.</p><p>Esta informação é copiada em moléculas de RNA mensageiro, cujas sequências de nucleotídeos</p><p>contêm o código que determina a sequência de aminoácidos das proteínas.</p><p>Os nucleotídeos são formados por três elementos: (1) um resíduo de ácido fosfórico, (2)</p><p>uma desoxirribose e (3) uma base nitrogenada (Figura 1).</p><p>Figura 1 - Nucleotídeo. Fonte: Pierce (2017).</p><p>O ácido fosfórico consiste em um átomo de fósforo ligado a quatro átomos de oxigênio</p><p>(Figura 2) e apresenta-se na mesma configuração no DNA e no RNA. Os grupos fosfatos</p><p>frequentemente levam uma carga negativa, o que confere caráter ácido aos ácidos nucleicos.</p><p>7WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>A pentose é um açúcar de cinco carbonos, numerados 1´, 2´, 3´, e assim por diante (Figura 3).</p><p>No DNA, a pentose é a desoxirribose e no RNA é a ribose. Estas são ligeiramente diferentes em</p><p>estrutura. A ribose tem um grupo hidroxila (-OH) ligado ao carbono 2´, enquanto a desoxirribose</p><p>tem um átomo de hidrogênio (-H) nessa posição e, portanto, contém um átomo de oxigênio a</p><p>menos. Esta pequena diferença química é reconhecida por todas as enzimas celulares, produzindo</p><p>assim funções específicas para cada ácido nucleico. Além disso, o átomo adicional de oxigênio</p><p>no nucleotídeo de RNA torna-o mais reativo e menos estável quimicamente que o DNA. Por esse</p><p>motivo, o DNA é mais adequado para armazenar a informação genética.</p><p>Figura 2 - Ácido fosfórico. Fonte: Pierce (2017).</p><p>Figura 3 - Pentoses. Fonte: Pierce (2017).</p><p>As bases nitrogenadas são de dois tipos: púricas e pirimídicas. As púricas têm dois anéis</p><p>fundidos entre si, enquanto as pirimídicas possuem apenas um anel heterocíclico. As bases púricas</p><p>são: adenina (A) e guanina (G), presentes tanto no DNA quanto no RNA. As bases pirimídicas</p><p>são: citosina (C), presente em ambos os ácidos nucleicos, timina (T), presente somente no DNA,</p><p>e uracila (U) somente no RNA (Figura 4).</p><p>8WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 4 - Bases Nitrogenadas. Fonte: Snustad e Simmons (2018).</p><p>Cada molécula de ácido nucleico é um polímero resultante da união sucessiva de</p><p>nucleotídeos por meio de ligações fosfodiéster. Nestas ligações, os fosfatos unem o carbono 3´ da</p><p>pentose de um nucleotídeo com o carbono 5´ da pentose do nucleotídeo seguinte. A extremidade</p><p>da molécula que contém a pentose com o C5´ livre é chamada extremidade 5´ e a que possui a</p><p>pentose com o C3´ livre é denominada extremidade 3´ (Figura 5).</p><p>9WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 5 - Ligações fosfodiéster em fitas de DNA e RNA. Fonte: Nelson e Cox (2014).</p><p>2.1.1 Ácido desoxirribonucleico</p><p>A molécula de DNA consiste em duas cadeias de nucleotídeos unidas por ligações</p><p>de hidrogênio. Tais ligações se estabelecem entre os pares de bases nitrogenadas graças à</p><p>complementariedade entre adenina e timina (A-T) e citosina e guanina (C-G). Apesar de, em</p><p>diferentes moléculas de DNA, a sequência de bases ao longo das cadeias variar consideravelmente,</p><p>em uma mesma molécula de DNA, as sequências das duas cadeias são complementares (Figura</p><p>6).</p><p>10WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>As cadeias nucleotídicas no DNA estão dispostas em hélice com rotação para a direita,</p><p>compondo uma dupla hélice em torno de um mesmo eixo central. A direção das ligações 3´e 5´</p><p>fosfodiéster de uma cadeia é inversa em relação à da outra cadeia, por isso, as duas cadeias são</p><p>antiparalelas. Assim, em cada extremidade da molécula de DNA, uma das cadeias de nucleotídeos</p><p>termina em 3´e a outra em 5´ (Figura 6).</p><p>Figura 6 - Ilustração de uma dupla hélice de DNA mostrando a polaridade química oposta (dos dois filamentos e da</p><p>ligação de hidrogênio entre timina (T) e adenina (A) e entre citosina (C) e guanina (G)). O pareamento</p><p>108</p><p>85WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>Nas Unidades I e II, aprendemos que o DNA é o material que codifica todas as nossas</p><p>características e que este é transmitido de uma célula para outra durante a divisão celular e dos</p><p>genitores para os seus descendentes.</p><p>É muito comum as pessoas dizerem: “esta criança tem os olhos iguais aos da mãe, já o</p><p>nariz é igual ao do pai”; ou, “esta criança é a cara do pai, a mãe apenas gerou”. Você já parou para</p><p>se perguntar como a característica da criança “é escolhida”, ou seja, o que determina que uma</p><p>criança tenha, por exemplo, os olhos castanhos iguais aos do pai e não azuis como os da mãe, ou</p><p>o contrário? Você já refletiu sobre o motivo pelo qual genitores com tipo sanguíneo diferente, por</p><p>exemplo, a mãe com tipo A e o pai com tipo B, podem ter filhos com sangue A, B, AB ou O? Como</p><p>é possível que nos filhos “apareçam” tipos sanguíneos diferentes dos pais? Se um dos genitores</p><p>tiver uma determinada mutação gênica, que resulte em uma doença, qual é a probabilidade de</p><p>que seus descendentes tenham a mesma doença?</p><p>Nesta unidade, estudaremos como as informações dos genitores são transmitidas para</p><p>sua prole e, dessa forma, responderemos as questões acima. Vimos brevemente, no início da</p><p>Unidade I, que Gregor Mendel é considerado o pai da genética, portanto, iniciaremos a unidade</p><p>enfatizando a importância das descobertas de Mendel e, na sequência, aprenderemos sobre os</p><p>diferentes padrões de transmissão de características. Ao final da unidade, estudaremos alguns</p><p>padrões que são exceção às regras propostas por Mendel em 1866.</p><p>86WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>1 MENDELISMO E PRINCÍPIOS BÁSICOS DA HERANÇA</p><p>1.1 Monoibridismo</p><p>Gregor Mendel foi um monge austríaco, que, após concluir o seminário, tornou-se</p><p>padre e professor. Por se destacar como professor, foi indicado a uma universidade onde cursou</p><p>matemática, química, entomologia, paleontologia, botânica e fisiologia vegetal. A partir de então,</p><p>já no monastério onde residiria, passou a realizar experimentos com ervilhas. Além de observar</p><p>as características das plantas, Mendel fez cálculos matemáticos, o que tornou seus resultados mais</p><p>interessantes.</p><p>Mendel iniciou seus experimentos cruzando plantas que diferiam em apenas uma</p><p>característica, a textura da semente, por isso, denominado cruzamento monoíbrido (Figura 1).</p><p>Mendel denominou os genitores de geração parental (P), a primeira geração de descendentes de</p><p>F1 e a segunda geração de descendentes de F2. Neste primeiro experimento, o monge cruzou</p><p>ervilhas de semente lisa com ervilhas de semente rugosa e avaliou a transmissão do gene</p><p>que codifica tal característica. Ao analisar os resultados, verificou que a característica rugosa</p><p>“desaparecia” na geração F1 e reaparecia na geração F2. Este fato levou Mendel a concluir que</p><p>cada planta tinha obrigatoriamente dois fatores genéticos que codificam uma característica, hoje</p><p>estes fatores são denominados alelos (formas alternativas de um mesmo gene). Por convenção, os</p><p>alelos são representados por letras, por exemplo, R para semente lisa e r para semente rugosa. As</p><p>plantas cruzadas na geração P tinham dois alelos iguais, denominados homozigotas, aquelas lisas</p><p>eram RR e aquelas rugosas, rr.</p><p>Como na geração F1 apareceram apenas sementes lisas, Mendel concluiu que os alelos</p><p>se separam durante a meiose, de modo que cada gameta recebe uma cópia do alelo. Assim, os</p><p>gametas das plantas de semente lisa continham um alelo R e os gametas das plantas de semente</p><p>rugosa, um alelo r. Com a união dos gametas da geração parental, as plantas da geração F1</p><p>herdaram um alelo de cada, denominadas heterozigotas, sendo Rr. Mendel então denominou o</p><p>alelo R dominante em relação ao r, pois mesmo em cópia única, a sua característica foi expressa</p><p>(Figura 1).</p><p>87WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 1 - Os cruzamentos monoíbridos de Mendel revelaram o Princípio da Segregação e o Conceito de Dominân-</p><p>cia. Fonte: Pierce (2017).</p><p>88WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>1.2 Diibridismo</p><p>Além dos cruzamentos monoíbridos, Mendel também cruzou variedades de ervilhas que</p><p>tinham duas características diferentes, denominado cruzamento diíbrido. Ele cruzou plantas</p><p>de ervilhas homozigotas com sementes lisas e amarelas, com plantas homozigotas de sementes</p><p>rugosas e verdes e observou em F1 descendentes lisas e amarelas. Ele então fez autofertilização</p><p>de F1 e obteve o seguinte resultado em F2: 315 sementes lisas e amarelas; 101 sementes rugosas e</p><p>amarelas; 108 sementes lisas e verdes e 32 sementes rugosas e verdes, uma razão aproximadamente</p><p>9:3:3:1, ou seja, 9/16 dos descendentes eram lisas e amarelas; 3/16 eram rugosas e amarelas; 3/16</p><p>eram rugosas e verdes; e 1/16 era rugosa e verde. Desse modo, Mendel estabeleceu um terceiro</p><p>princípio: o princípio da segregação independente, o qual afirma que os alelos em diferentes loci</p><p>se separam independentemente um do outro (Figura 2).</p><p>Os princípios determinados por Mendel nos cruzamentos monoíbridos deram</p><p>origem à 1ª Lei de Mendel. Snustad e Simmons (2018) resumiram a análise feita</p><p>por Mendel nesses cruzamentos em dois princípios:</p><p>1. O princípio da dominância: em um heterozigoto, um alelo pode ocultar a</p><p>presença de outro. Esse princípio é uma afirmação sobre a função genética.</p><p>Alguns alelos controlam claramente o fenótipo, mesmo quando estão presentes</p><p>em uma única cópia.</p><p>2. O princípio da segregação: em um heterozigoto, dois alelos diferentes</p><p>segregam-se um do outro durante a formação dos gametas. Esse princípio é</p><p>uma afirmação sobre a transmissão genética. Um alelo é transmitido fielmente</p><p>à próxima geração, mesmo que esteja presente com um alelo diferente em um</p><p>heterozigoto. A base biológica desse fenômeno é o pareamento e a subsequente</p><p>separação de cromossomos homólogos durante a meiose, processo que foi</p><p>discutido na Unidade II.</p><p>Os princípios determinados por Mendel nos cruzamentos diíbridos deram origem</p><p>à 2ª Lei de Mendel. Snustad e Simmons (2018) resumiram a análise feita por</p><p>Mendel nesses cruzamentos no terceiro princípio:</p><p>3. O princípio da distribuição independente: os alelos de diferentes genes são</p><p>segregados, de maneira independente uns dos outros. No entanto, nem todos os</p><p>genes obedecem ao princípio da distribuição independente.</p><p>89WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 2 - Os cruzamentos diíbridos de Mendel revelaram o Princípio da Segregação Independente. Fonte: Pierce</p><p>(2017).</p><p>1.3 Aplicações dos Princípios de Mendel</p><p>Os princípios de Mendel podem ser utilizados para se prever os resultados de cruzamentos,</p><p>quando se conhece a base genética de uma característica. Discutiremos dois procedimentos: o</p><p>quadrado de Punnett e a linha bifurcada.</p><p>90WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>1.3.1 Quadrado de Punnett</p><p>Este método de determinação dos prováveis resultados de um cruzamento pode</p><p>ser aplicado quando há participação de um ou dois genes na determinação da característica.</p><p>O quadrado de Punnett corresponde a um quadro com duas colunas, contendo os gametas</p><p>produzidos por um dos genitores, e duas linhas contendo os gametas produzidos pelo outro</p><p>genitor. Feita a intersecção, obtêm-se os possíveis genótipos (constituição gênica em um locus</p><p>específico) da prole (Figura 3).</p><p>Figura 3 - O quadrado de Punnett pode ser usado para determinar os resultados de um cruzamento genético. Fonte:</p><p>Pierce (2017).</p><p>91WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>1.3.2 Linha bifurcada</p><p>Este método pode ser aplicado quando se deseja</p><p>prever o resultado de um cruzamento com</p><p>dois ou mais genes envolvidos. Vamos considerar um intercruzamento de ervilhas heterozigotas</p><p>para três genes de distribuição independente, um que controla a altura da planta, outro que</p><p>controla a cor da semente e um terceiro que controla a textura da semente. Esse é um cruzamento</p><p>triíbrido – Dd Gg Ww × Dd Gg Ww – que pode ser dividido em três cruzamentos monoíbridos</p><p>– Dd × Dd, Gg × Gg e Ww × Ww – porque todos os genes têm distribuição independente. Para</p><p>cada gene, esperamos que os fenótipos apareçam na proporção de 3:1. Assim, por exemplo,</p><p>Dd × Dd produzirá uma proporção de 3 plantas altas:1 planta anã. Usando o método da linha</p><p>bifurcada, é possível combinar essas razões separadas em uma razão fenotípica geral para a prole</p><p>do cruzamento (Figura 4).</p><p>Figura 4 - O método da linha bifurcada para prever o resultado de um intercruzamento com três genes de distribui-</p><p>ção independente em ervilhas. Fonte: Snustad e Simmons (2018).</p><p>2. HERANÇA MONOGÊNICA APLICADA A SERES</p><p>HUMANOS</p><p>A aplicação dos princípios de Mendel à genética humana começou logo depois da</p><p>redescoberta de seu artigo em 1900. No entanto, como não é possível fazer cruzamentos</p><p>controlados com seres humanos, o progresso foi obviamente lento. Todavia, a motivação para</p><p>compreender a hereditariedade humana foi muito forte e, hoje, a despeito de todos os obstáculos,</p><p>conhecemos milhares de genes humanos.</p><p>As características encontradas em uma pessoa normal ou em um indivíduo com uma</p><p>doença, se determinadas por um único gene, são denominadas heranças monogênicas e seguem</p><p>o modelo de segregação monoíbrido descrito por Mendel.</p><p>92WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>2.1 História Familiar e Heredogramas</p><p>Em seres humanos, o estudo de herança de uma determinada característica é bastante</p><p>dependente da compreensão da história familiar. Para isso, utiliza-se o heredograma, que é a</p><p>representação gráfica de uma história familiar, usando símbolos padronizados (Figura 5) por</p><p>meio do qual é possível observar a transmissão de uma característica entre os membros de uma</p><p>família.</p><p>Desse modo, o levantamento de informações relacionadas a determinada condição que é</p><p>transmitida em uma família constitui o primeiro passo para avaliar se a característica em questão</p><p>tem caráter monogênico. A partir destas informações, deve-se montar o heredograma com o</p><p>maior número possível de dados de indivíduos em diferentes gerações. Assim, será possível</p><p>estabelecer o padrão de herança das características (Figura 6).</p><p>Figura 5 - Símbolos comumente usados em heredogramas. Fonte: Nussbaum, Mclnnes e Willard (2016).</p><p>93WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 6 - Heredograma de uma família com síndrome de Waardenburg, a qual é caracterizada por surdez, pele</p><p>clara, problemas visuais e topete branco. O probando (P) é a pessoa a partir da qual esse heredograma é iniciado.</p><p>(Obs. Os indivíduos 1, 2 e 3 da geração II mostram união múltipla em outra forma possível de representação). Fonte:</p><p>Pierce (2017).</p><p>2.2 Padrões de Herança</p><p>De acordo com a localização cromossômica do gene, a herança monogênica pode ser</p><p>denominada autossômica, se for determinada por um gene situado em um autossomo, ou ligados</p><p>ao cromossomo sexual, quando o gene estiver localizado no cromossomo X.</p><p>2.2.1 Herança autossômica recessiva</p><p>Na herança autossômica recessiva, a doença se expressa na mesma proporção em</p><p>indivíduos do sexo masculino e feminino e somente em homozigotos para o gene mutante. Os</p><p>genitores de um probando são sempre heterozigotos para o alelo mutante. A característica é</p><p>encontrada tipicamente na irmandade do probando e não nos seus pais, sua prole ou outros</p><p>parentes (Figura 7), sendo que o risco de recorrência na irmandade é de 25% (Figura 8).</p><p>Figura 7 - Heredograma típico mostrando herança autossômica recessiva. Fonte: Nussbaum, Mclnnes e Willard</p><p>(2016).</p><p>94WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 8 - Risco de expressão fenotípica para a herança autossômica recessiva. Fonte: A autora.</p><p>2.2.2 Herança autossômica dominante</p><p>Na herança autossômica dominante, a doença se expressa na mesma proporção em</p><p>indivíduos do sexo masculino e feminino que são heterozigotos para o gene mutante. Os</p><p>homozigotos para as doenças autossômicas dominantes são raros. Os genitores de um probando</p><p>geralmente são afetados (Figura 9), exceto em caso de mutações novas ou casos de penetrância</p><p>de expressividade variável, que serão estudados adiante. A partir de um genitor afetado, qualquer</p><p>criança tem 50% de chance de herdar a característica (Figura 10), que é transmitida de uma</p><p>geração para a geração seguinte.</p><p>Figura 9 - Heredograma típico mostrando herança autossômica dominante. Fonte: Nussbaum, Mclnnes e Willard</p><p>(2016).</p><p>Figura 10 - Risco de expressão fenotípica para a herança autossômica dominante. Observe que a probabilidade de</p><p>transmissão do alelo mutado é a mesma sendo a mãe ou o pai afetado. Fonte: A autora.</p><p>95WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>2.2.3 Herança recessiva ligada ao X</p><p>A herança recessiva ligada ao X incide muito mais em indivíduos do sexo masculino que</p><p>do sexo feminino, visto que os homens apresentam apenas um cromossomo X. O homem não</p><p>transmite o alelo mutante para seus filhos, somente para suas filhas, sendo que todas as filhas</p><p>de homens afetados serão heterozigotas (Figura 11). As mulheres heterozigotas geralmente não</p><p>são afetadas, mas algumas manifestam a condição em níveis variados de gravidade, determinada</p><p>pelo padrão de inativação do X (discutido na Unidade I). Os filhos homens dessas mulheres</p><p>heterozigotas têm 50% de chance de herdar o alelo mutante (Figura 12).</p><p>Figura 11 - Padrão de heredograma demonstrando um distúrbio recessivo ligado ao X, tal como a hemofilia A,</p><p>transmitida de um homem afetado através das mulheres para um neto e um bisneto afetados. Fonte: Nussbaum,</p><p>Mclnnes e Willard (2016).</p><p>Figura 12 - Risco de expressão fenotípica para a herança recessiva ligada o X. A. Homem afetado x Mulher não</p><p>portadora. B. Homem não afetado x Mulher heterozigota. O alelo selvagem no locus da hemofilia ligada ao X é re-</p><p>presentado por XH com um H maiúsculo, e o alelo mutante por um Xh com um h minúsculo. Fonte: Adaptado de</p><p>Nussbaum, Mclnnes e Willard (2016).</p><p>96WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>2.2.4 Herança dominante ligada ao X</p><p>Na herança dominante ligada ao X, a doença acomete tanto homens como mulheres.</p><p>Todas as filhas de um homem afetado receberão o cromossomo X com o gene mutante do pai,</p><p>porém exibirão expressão mais leve do fenótipo pela inativação do X. Todos os filhos de um</p><p>homem afetado serão normais, porque eles recebem apenas o cromossomo Y do pai (Figura</p><p>13). Os filhos de ambos os gêneros de uma mulher heterozigota têm 50% de chance de herdar o</p><p>fenótipo (Figura 14).</p><p>Figura 13 - Padrão de heredograma demonstrando um distúrbio dominante ligado ao X. Fonte: Nussbaum, Mclnnes</p><p>e Willard (2016).</p><p>Figura 14 - Risco de expressão fenotípica para a herança dominante ligada o X. A. Homem não portador x Mulher</p><p>heterozigota. B. Homem afetado x Mulher não portadora. O alelo selvagem para o locus do raquitismo hipofosfatê-</p><p>mico é representado por Xd, e o alelo mutante, por XD. Fonte: Adaptado de Nussbaum, Mclnnes e Willard (2016).</p><p>97WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>2.2.5 Herança ligada ao Y</p><p>O cromossomo Y humano é um cromossomo pequeno que contém apenas 78 genes</p><p>codificantes de proteínas. Cerca de dois terços desse cromossomo correspondem a sequências de</p><p>DNA não codificantes. A função dos genes ativos ligados ao Y está relacionada à determinação</p><p>do sexo masculino e à espermatogênese. Dessa maneira, quando mutações estão presentes no</p><p>cromossomo Y, elas tendem a afetar a diferenciação do sexo masculino ou levar à infertilidade.</p><p>Por isso, na espécie humana, não são reconhecidos distúrbios ligados ao cromossomo Y, uma vez</p><p>que, quando presentes, normalmente tornam o homem incapaz de deixar descendentes. Assim,</p><p>mutações no cromossomo Y tendem a surgir por mutação nova (será estudado adiante).</p><p>2.3 Extensões e Modificações do Mendelismo</p><p>No início do século XX, o trabalho de Mendel tornou-se conhecido e vários pesquisadores</p><p>passaram a repetir seus experimentos com outros organismos. Neste momento, perceberam que</p><p>as leis de Mendel não eram válidas apenas para ervilhas, mas sim para outros vegetais e para</p><p>animais, incluindo os seres humanos. Entretanto, tais pesquisadores começaram a encontrar</p><p>algumas exceções às regras de Mendel, cujo padrão de transmissão era mais complexo que a</p><p>herança dominante e a recessiva observadas nas ervilhas. Estas descobertas não significavam</p><p>que Mendel estava errado, mas que seus princípios não eram por si só suficientes para explicar a</p><p>herança de todas as características genéticas. Hoje se sabe que, para um gene, podem existir mais</p><p>de dois alelos, e cada alelo pode ter um efeito diferente no fenótipo. No início desta unidade,</p><p>vimos que pelas Leis de Mendel é possível prever os resultados de cruzamentos genéticos. Agora</p><p>vamos estudar vários fatores adicionais que podem alterar as razões fenotípicas previstas por</p><p>Mendel.</p><p>2.3.1 Consanguinidade</p><p>O cruzamento entre parentes é denominado cruzamento consanguíneo. Este tipo de</p><p>cruzamento aumenta a probabilidade de que um alelo mutante idêntico (recessivo), herdado de</p><p>um ancestral comum, seja colocado em homozigose, aumentando a probabilidade de doenças de</p><p>caráter autossômico recessivo. A presença de consanguinidade entre os genitores de um paciente</p><p>com um distúrbio genético é uma forte evidência de que o distúrbio foi herdado de maneira</p><p>autossômica recessiva (Figura 15).</p><p>Figura 15 - Heredograma no qual a consanguinidade parental sugere herança autossômica recessiva. A seta indica o</p><p>probando. Fonte: Nussbaum, Mclnnes e Willard (2016).</p><p>98WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>2.3.2 Dominância incompleta e codominância</p><p>Uma das contribuições mais importantes de Mendel para o estudo da hereditariedade</p><p>é o conceito de dominância, que determina que um organismo tem dois diferentes alelos para</p><p>uma característica, mas o traço codificado por apenas um dos alelos é observado no fenótipo.</p><p>Como visto anteriormente, com a dominância, o heterozigoto tem o mesmo fenótipo que um dos</p><p>homozigotos. Entretanto, alguns alelos não exibem relação de dominância completa.</p><p>Existem casos em que o homozigoto apresenta uma condição muito mais grave que</p><p>o heterozigoto e pode ser letal. Este tipo de herança é denominado dominância incompleta.</p><p>Outro tipo de interação entre os alelos é a codominância, na qual o heterozigoto expressa</p><p>simultaneamente os fenótipos de ambos os homozigotos. Um exemplo de codominância é</p><p>observado no tipo sanguíneo MN. Os homozigotos com genótipo LMLM expressam o antígeno M</p><p>nas suas células vermelhas do sangue e têm o tipo sanguíneo M. Os homozigotos com o genótipo</p><p>LNLN expressam o antígeno N e têm o tipo sanguíneo N. Os heterozigotos com genótipo LMLN</p><p>exibem a codominância e expressam os antígenos M e N; seu tipo sanguíneo é MN.</p><p>2.3.3 Mutação nova</p><p>Muitas condições de caráter dominante com significado médico ocorrem devido a uma</p><p>mutação nova e espontânea que surge no gameta de um dos genitores que não é acometido pela</p><p>doença. Um indivíduo com um distúrbio autossômico dominante causado por uma mutação</p><p>nova parecerá um caso isolado na família. Porém, a partir do surgimento da mutação, o indivíduo</p><p>está sob o risco de transmiti-la para a sua prole, seguindo os princípios de herança autossômica</p><p>dominante.</p><p>2.3.4 Penetrância e expressividade variável</p><p>Na maioria das condições genéticas, todos os indivíduos que têm um mesmo genótipo</p><p>particular expressam o fenótipo esperado com a gravidade esperada. Entretanto, outras condições</p><p>não são totalmente expressas ou podem variar significativamente em seus sinais, sintomas e</p><p>gravidade clínica, inclusive entre membros de uma família que compartilham o mesmo genótipo</p><p>deletério.</p><p>Quando um mesmo alelo se expressa fenotipicamente em uma pessoa e não produz efeito</p><p>detectável em outra, se diz que o alelo exibe penetrância. Define-se penetrância como sendo a</p><p>probabilidade de o efeito de um alelo mutante se manifestar ou não no nível de fenótipo. Quando</p><p>a frequência da expressão do fenótipo é menor do que 100%, o distúrbio é dito como tendo</p><p>penetrância incompleta ou reduzida (Figura 16). A penetrância incompleta é observada nas</p><p>pessoas com polidactilia, a condição que produz dedos extras nos pés ou nas mãos. Às vezes,</p><p>as pessoas têm o alelo para polidactilia (como confirmado pelo fato de que seus filhos herdam a</p><p>polidactilia), mas têm o número normal de dedos.</p><p>99WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 16 - Heredograma demonstrando falha de penetrância na mãe do probando (seta). Fonte: Nussbaum, Mcl-</p><p>nnes e Willard (2016).</p><p>Para algumas doenças, comumente se observa acentuada variação nos efeitos fenotípicos</p><p>produzidos por um mesmo gene em diferentes indivíduos, ou seja, uma mutação pode não</p><p>resultar nas mesmas características clínicas em todos os seus portadores. Quando a gravidade da</p><p>doença difere em pessoas que possuem exatamente o mesmo genótipo, o fenótipo é dito como</p><p>tendo expressividade variável. Em uma mesma família, dois indivíduos portadores dos mesmos</p><p>genes mutantes podem ter alguns sinais e sintomas em comum, enquanto outras manifestações</p><p>da doença podem ser bem diferentes. A polidactilia, além da penetrância incompleta, exibe</p><p>expressividade variável. Algumas pessoas com esse quadro têm dedos extras nos pés e nas mãos</p><p>que são totalmente funcionais, enquanto algumas têm apenas um pequeno pedaço de pele a mais.</p><p>A penetrância incompleta e expressividade variável são causadas pelos efeitos de outros</p><p>genes e fatores ambientais que podem alterar ou suprimir completamente o efeito de um gene</p><p>particular.</p><p>2.3.5 Herança influenciada pelo sexo e limitada ao sexo</p><p>Como visto anteriormente, os distúrbios autossômicos recessivos geralmente apresentam</p><p>frequência e gravidade iguais entre homens e mulheres. Porém, existem exceções. A expressão</p><p>de algumas doenças autossômicas recessivas é influenciada pelo sexo, ou seja, o distúrbio se</p><p>expressa em ambos os gêneros, porém com frequência ou gravidade diferentes. Um exemplo é a</p><p>hemocromatose hereditária, mais comum em homens. Indivíduos acometidos pela hemocromatose</p><p>hereditária apresentam aumento da absorção do ferro proveniente da alimentação, o que pode</p><p>causar sobrecarga e danos sérios no coração, no fígado e no pâncreas.</p><p>Distúrbios com herança autossômica dominante também podem apresentar uma</p><p>proporção diferente entre homens e mulheres. Nestes casos, uma alteração é transmitida de</p><p>forma autossômica, mas se expressa apenas em um gênero e é denominada limitada ao sexo. Um</p><p>exemplo é a puberdade precoce limitada aos homens, um distúrbio autossômico dominante no</p><p>qual os meninos afetados desenvolvem características sexuais secundárias e sofrem o estirão de</p><p>crescimento puberal por volta dos 4 anos de idade. Neste caso, ocorre transmissão direta de pai</p><p>para filho, evidenciando que se trata de uma forma autossômica e não ligada ao X.</p><p>100WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>2.3.6 Alelos múltiplos</p><p>Embora grande parte dos genes apresentem dois alelos, alguns genes exibem mais de</p><p>duas formas alélicas dentro de um grupo de organismos. Neste caso, diz-se que o locus tem alelos</p><p>múltiplos. Embora possam existir mais</p><p>de dois alelos entre indivíduos de uma mesma espécie,</p><p>o genótipo de cada indivíduo terá sempre apenas dois alelos. A herança das características</p><p>codificadas pelos alelos múltiplos não é diferente da herança das características codificadas por</p><p>dois alelos, exceto que é possível uma maior variedade de genótipos e fenótipos.</p><p>O gene que codifica o sistema sanguíneo ABO, localizado no cromossomo 9, se apresenta</p><p>em três formas alélicas: IA, IB e i. Entre estes alelos, existe relação de dominância e codominância:</p><p>os alelos IA e IB são dominantes sobre i (IA>i e IB>i) e codominantes entre si (IA = IB). O alelo IA</p><p>produz o antígeno A, o alelo IB produz o antígeno B e o alelo i não codifica antígeno (O). Por</p><p>exemplo: um indivíduo com tipo sanguíneo AB tem genótipo IA IB e expressa os dois antígenos</p><p>que se apresentam na superfície das hemácias; enquanto um indivíduo com tipo sanguíneo O</p><p>tem genótipo ii e não produz antígeno. O antígeno presente na superfície da hemácia determina</p><p>o anticorpo que estará presente no plasma. Um indivíduo que expresse o antígeno A, por</p><p>exemplo, não produz anticorpos para tal antígeno, mas produz anticorpos para o antígeno B,</p><p>denominados anti-B (Figura 17). Esta relação antígeno-anticorpo determina combinações</p><p>compatíveis e incompatíveis nas transfusões de sangue e transplante de tecidos ou órgãos. Uma</p><p>combinação compatível é aquela na qual as hemácias do doador não possuem antígenos A ou</p><p>B que correspondam aos anticorpos presentes no soro do receptor. Embora teoricamente haja</p><p>doadores universais (grupo O) e receptores universais (grupo AB), um paciente deve ser receptor</p><p>de seu próprio grupo ABO, exceto nas emergências.</p><p>A hemocromatose hereditária é um fenótipo autossômico recessivo, influenciado</p><p>pelo sexo, de cinco a 10 vezes mais comum em homens do que em mulheres. Qual</p><p>seria o motivo para a menor incidência em mulheres? Acredita-se que a menor</p><p>incidência da doença em mulheres se deva à menor ingestão de ferro na dieta,</p><p>menos uso de álcool e maior perda desse íon pela menstruação (NUSSBAUM;</p><p>MCLNNES; WILLARD, 2016).</p><p>101WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 17 - Fenótipo e genótipo para o sistema ABO (A) e possíveis transfusões de sangue (B). Fonte: Pierce (2017).</p><p>Para melhor compreensão do sistema ABO, assista ao vídeo,</p><p>disponível em:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=Mgxs5fZHF8Y . No vídeo,</p><p>é utilizado o termo aglutinogênio em vez de antígeno. Estes</p><p>termos são sinônimos. O locutor fala que o sangue tipo O é</p><p>doador universal. Não podemos nos esquecer de que, embora</p><p>teoricamente haja doadores universais (grupo O) e receptores</p><p>universais (grupo AB), um paciente deve ser receptor de seu</p><p>próprio grupo ABO, exceto nas emergências. E mesmo nas emergências, tem que</p><p>se considerar também o fator Rh e não apenas o ABO. Neste aspecto, apenas o</p><p>sangue O Rh- pode ser considerado doador universal.</p><p>102WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>2.3.7 Mosaicismo</p><p>O mosaicismo corresponde à presença de duas ou mais linhagens celulares, geneticamente</p><p>diferentes, porém derivadas de um único zigoto, em um indivíduo ou em um tecido. As diferentes</p><p>linhagens surgem por mutações que ocorrem em uma única célula após a concepção, seja na</p><p>vida pré-natal ou na vida pós-natal; a partir da mutação, todas as células derivadas da célula</p><p>mutada carregarão a alteração. Uma causa comum de mosaicismo é a não disjunção nas divisões</p><p>mitóticas pós-zigóticas iniciais. Por exemplo, um zigoto com um cromossomo 21 adicional pode</p><p>perder o cromossomo extra em uma divisão mitótica e continuar a se desenvolver como um</p><p>mosaico 46/47, +21. Normalmente há uma ampla variabilidade de fenótipos entre pacientes</p><p>mosaicos, possivelmente refletindo a proporção variável de células, como trissomia do 21 no</p><p>embrião durante o desenvolvimento.</p><p>Figura 18 - Representação esquemática de uma mutação que ocorre após a concepção, durante as divisões celulares</p><p>mitóticas. Fonte: Nussbaum, Mclnnes e Willard (2016).</p><p>Além de ser extremamente importante em processos de transfusão, o fator Rh</p><p>está relacionado à eritroblastose fetal, também denominada doença hemolítica</p><p>do recém-nascido. Para mais informações, leia o artigo:</p><p>NARDOZZA, L. M. M. et al. Bases moleculares do sistema Rh e suas aplicações</p><p>em obstetrícia e medicina transfusional. Rev. Assoc. Med. Bras., [s. l.], v. 56, n. 6,</p><p>p. 724-728, 2010. Disponível em:</p><p>http://www.scielo.br/pdf/ramb/v56n6/v56n6a26.pdf .</p><p>103WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>2.3.8 Herança materna mitocondrial</p><p>Os padrões de herança descritos até agora foram explicados por mutações no genoma</p><p>nuclear. Entretanto, alguns distúrbios hereditários ocorrem por alterações no genoma mitocondrial.</p><p>Na herança materna mitocondrial, a doença é observada tanto em homens como em mulheres,</p><p>porém a transmissão da mutação é exclusivamente materna (Figura 19). Isso ocorre pelo fato de</p><p>as mitocôndrias dos espermatozoides não serem transmitidas no momento da fertilização. Assim,</p><p>o genoma mitocondrial do zigoto é determinado exclusivamente pelas mitocôndrias encontradas</p><p>no citoplasma do ovócito. Como o DNA mitocondrial se replica de forma autônoma do DNA</p><p>nuclear e as mitocôndrias segregam nas células-filhas de modo independente dos cromossomos</p><p>nucleares, a proporção de mitocôndrias que carregam uma mutação no DNA mitocondrial</p><p>pode diferir entre as células somáticas. Essa heterogeneidade é denominada heteroplasmia e tem</p><p>participação no fenótipo variável da doença mitocondrial (Figura 20).</p><p>Figura 19 - Heredograma da neuropatia óptica hereditária de Leber, uma forma de cegueira de início na vida adulta,</p><p>causada por defeitos no DNA mitocondrial. Note que nenhum homem afetado transmite a doença. Fonte: Nuss-</p><p>baum, Mclnnes e Willard (2016).</p><p>Figura 20 - Segregação replicativa de uma mutação mitocondrial em heteroplasmia. A repartição aleatória dos ale-</p><p>los mutantes e selvagens das mitocôndrias por múltiplos ciclos de mitose produz uma coleção de células-filhas com</p><p>grande variação na proporção de mitocôndrias mutantes e selvagens presentes em cada célula. A disfunção celular e</p><p>tecidual ocorre quando a porção de mitocôndrias portadoras da mutação excede um limiar. mtDNA, DNA mitocon-</p><p>drial; N, núcleo. Fonte: Nussbaum, Mclnnes e Willard (2016).</p><p>104WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>3. GENÉTICA METABÓLICA</p><p>As vias bioquímicas que ocorrem em todas as nossas atividades celulares são controladas</p><p>por enzimas. De modo geral, as alterações genéticas metabólicas são causadas por mutações nos</p><p>genes que codificam enzimas das numerosas vias bioquímicas.</p><p>Há mais de 100 anos, o médico inglês Archibald Garrod designou o conjunto de doenças</p><p>metabólicas de caráter hereditário como erros inatos do metabolismo. Esse pesquisador foi</p><p>pioneiro na descrição desse tipo de doença, demonstrando uma série de distúrbios bioquímicos</p><p>que se apresentavam caracteristicamente familiares. Ele observou que uma enzima funcionalmente</p><p>alterada prejudica uma via metabólica, levando ao desenvolvimento da doença.</p><p>Em sua maioria, os distúrbios genéticos metabólicos têm caráter autossômico recessivo,</p><p>ou seja, o indivíduo acometido é homozigoto, tem dois alelos mutantes. O indivíduo heterozigoto</p><p>é normal, porque o alelo normal produz enzima suficiente para que a via bioquímica seja normal.</p><p>Distúrbios genéticos metabólicos envolvem diferentes vias: vias dos carboidratos, vias</p><p>dos aminoácidos, vias do ciclo da ureia, vias de transporte e vias de degradação.</p><p>Por exemplo, a intolerância à lactose é um distúrbio metabólico de via de carboidrato.</p><p>Indivíduos com esta condição têm mutação na região promotora do gene LCT, localizado no</p><p>cromossomo 2q21. Esta mutação afeta a atividade transcricional desse gene, o</p><p>qual codifica a</p><p>enzima responsável por quebrar a lactose em glicose + galactose. Com a ingestão de carboidratos,</p><p>o indivíduo pode apresentar diarreia, dor abdominal, flatulência, náuseas, vômitos, entre outros.</p><p>A fenilcetonúria (PKU) é um distúrbio metabólico de via dos aminoácidos. Indivíduos com esta</p><p>condição têm mutação no gene PAH, localizado no cromossomo 12q23.2. Esse gene codifica a</p><p>enzima fenilalanina hidroxilase, que converte o aminoácido fenilalanina em tirosina. A deficiência</p><p>dessa enzima resulta em intolerância à fenilalanina e pode causar microcefalia, epilepsia, grave</p><p>retardo mental, entre outros.</p><p>4. EFEITOS AMBIENTAIS E FENÓTIPO</p><p>Até aqui nós estudamos que os genes determinam as nossas características e que, se</p><p>herdamos genes mutados, podemos ter doenças. Porém, os genes não têm ação isolada, na</p><p>verdade, eles atuam no contexto de um ambiente e em conjunto com outros genes. As diferenças</p><p>ambientais podem ser tão importantes quanto as diferenças genéticas na expressão fenotípica. De</p><p>fato, o mesmo genótipo pode ser expresso de formas bastante diferentes à medida que um fator</p><p>ambiental relevante muda.</p><p>Para entendermos como o ambiente pode influenciar um fenótipo, vamos tomar como</p><p>exemplo a fenilcetonúria, estudada no tópico acima. Como vimos, as características prejudiciais da</p><p>PKU estão relacionadas com um aminoácido específico, a fenilalanina, ingerida na alimentação.</p><p>Crianças com PKU alimentadas com dieta normal ingerem fenilalanina suficiente para provocar</p><p>as manifestações mais graves da doença. No entanto, crianças que seguem dietas com restrição</p><p>de fenilalanina geralmente crescem sem comprometimento mental grave. Como a PKU pode ser</p><p>diagnosticada em recém-nascidos, é possível reduzir seu impacto clínico se for instituída dieta</p><p>com restrição de fenilalanina para crianças com PKU, logo depois do nascimento. Dessa forma,</p><p>pode-se manipular um fator ambiental – a dieta – para modificar um fenótipo que, não fosse isso,</p><p>provocaria uma doença grave.</p><p>105WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>5. HERANÇA MULTIFATORIAL E/OU HERANÇA</p><p>POLIGÊNICA</p><p>A herança multifatorial envolve interações entre vários genes (herança poligênica),</p><p>que têm efeito aditivo (componente genético), e o ambiente (componente ambiental). Os dois</p><p>componentes contribuem para o desenvolvimento de determinada doença. Os padrões de</p><p>herança das doenças multifatoriais não seguem os padrões estudados na genética mendeliana</p><p>e nas alterações cromossômicas. Os riscos de recorrência são determinados com base em dados</p><p>empíricos e de estudos populacionais.</p><p>Algumas características bastante comuns são determinadas por vários genes que, em</p><p>associação com o ambiente, determinam o fenótipo, por exemplo, altura, peso, pressão arterial</p><p>e inteligência. Também, algumas doenças, principalmente da vida adulta, têm participação de</p><p>fatores ambientais, embora exista uma contribuição genética de vários genes, por exemplo,</p><p>câncer, diabetes, hipertensão arterial, alcoolismo, doença de Alzheimer, esquizofrenia, transtorno</p><p>bipolar, entre outros.</p><p>6. GENÉTICA DE POPULAÇÕES</p><p>Uma população é um grupo de indivíduos da mesma espécie. A genética de populações</p><p>analisa a quantidade e a distribuição dos genes nas populações e as forças que controlam a</p><p>variação genética.</p><p>Uma característica clara da vida é a variabilidade. Seus colegas de curso apresentam</p><p>variação na cor dos olhos, cor do cabelo, pigmentação da pele, altura, peso, características faciais,</p><p>tipo sanguíneo e suscetibilidade para numerosas doenças e distúrbios. É improvável que dois</p><p>colegas na turma tenham a mesma aparência. Na verdade, existe mais variação genética nas</p><p>populações do que é visível no fenótipo.</p><p>O ambiente biológico também pode influenciar a expressão fenotípica dos genes.</p><p>A calvície em seres humanos é um exemplo bem conhecido. Nesse caso, o fator</p><p>biológico relevante é o sexo. A calvície prematura é causada por um alelo com</p><p>expressão diferente nos dois sexos. Tanto os homens homozigotos quanto</p><p>heterozigotos para esse alelo desenvolvem áreas de calvície, mas somente as</p><p>mulheres homozigotas têm tendência à calvície, que geralmente é limitada a uma</p><p>rarefação geral dos fios. A expressão desse alelo provavelmente é desencadeada</p><p>pelo hormônio masculino testosterona. As mulheres produzem quantidade muito</p><p>menor desse hormônio e, portanto, raramente correm o risco de desenvolver áreas</p><p>calvas. A natureza da calvície é considerada uma herança influenciada pelo sexo e</p><p>mostra que fatores biológicos podem controlar a expressão dos genes.</p><p>106WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Ao estudar esta variabilidade, a genética de populações está envolvida com fatores genéticos, tais</p><p>como mutação e reprodução, e com fatores ambientais e sociais, tais como seleção e migração,</p><p>os quais, juntos, determinam simultaneamente a frequência e a distribuição de alelos e genótipos</p><p>em famílias e comunidades.</p><p>Uma ferramenta importante na genética de populações é o modelo matemático. Como</p><p>geralmente uma população é muito grande para ser estudada, vamos analisar uma amostra de</p><p>indivíduos, representativa dessa população, para aprendermos a calcular a frequência de alelos</p><p>que determinam os tipos sanguíneos MN. Como visto anteriormente, esses tipos sanguíneos são</p><p>determinados por dois alelos: LM, que determina o tipo sanguíneo M, e LN, que determina o tipo</p><p>sanguíneo N. Indivíduos heterozigotos LMLN têm sangue do tipo MN. Para estimar as frequências</p><p>dos alelos LM e LN, temos que calcular a incidência de cada alelo entre todos os alelos da amostra.</p><p>Faremos isso utilizando os dados da Tabela 1:</p><p>Tabela 1 - Frequência dos tipos sanguíneos MN. Fonte: Snustad e Simmons (2018).</p><p>a. Número total de alelos na amostra: Cada indivíduo da amostra tem dois alelos do gene</p><p>do tipo sanguíneo; assim, se temos 6.129 indivíduos, o número total de alelos na amostra</p><p>será o dobro do tamanho da amostra: 2 × 6.129 = 12.258.</p><p>b. Frequência do alelo LM: Os indivíduos homozigotos LMLM têm 2 alelos LM (1.787x2). Os</p><p>heterozigotos LMLN têm 1 alelo LM (3.039). Se somarmos a quantidade total desse alelo</p><p>e dividirmos pelo número total de alelos da amostra, teremos a frequência de LM: [(2 ×</p><p>1.787) + 3.039]/12.258 = 0,5395.</p><p>c. Frequência do alelo LN: Os indivíduos homozigotos LNLN têm 2 alelos LN (1.303x2). Os</p><p>heterozigotos LMLN têm 1 alelo LN (3.039). Se somarmos a quantidade total desse alelo</p><p>e dividirmos pelo número total de alelos da amostra, teremos a frequência de LN: [(2 ×</p><p>1.303) + 3.039]/12.258 = 0,4605.</p><p>Se considerarmos que p representa a frequência do alelo LM e q representa a frequência</p><p>do alelo LN, podemos estimar que, na população da qual a amostra foi retirada, p = 0,5395 e q =</p><p>0,4605. Como LM e LN representam 100% dos alelos desse gene específico, podemos dizer que: p</p><p>+ q = 1.</p><p>Será que as frequências alélicas podem ser usadas para prever as frequências fenotípicas?</p><p>G. H. Hardy, matemático britânico, e Wilhelm Weinberg, médico alemão, descreveram uma</p><p>relação matemática entre as frequências alélicas e as frequências genotípicas, o que se denomina</p><p>princípio de Hardy-Weinberg. Para um gene com dois alelos (A e a, por exemplo) em equilíbrio</p><p>em uma população, com frequências alélicas de p e q, respectivamente, as frequências genotípicas</p><p>são determinadas pela equação de Hardy-Weinberg: (p + q =1)2 ou p2 + 2pq + q2= 1. De acordo</p><p>com essa equação, as frequências genotípicas são: AA= p2, Aa= 2pq e aa= q2.</p><p>107WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Vejamos o exemplo de Dudek e Wiley (2009):</p><p>Um estudo recente de anemia falciforme, uma doença de caráter autossômico recessivo,</p><p>documentou 10 casos novos em cada 6.250 pessoas em uma população. Qual é a frequência do</p><p>alelo (q) do gene da anemia falciforme nessa população? Qual é a frequência do alelo</p><p>(p) nessa</p><p>mesma população? Qual é a frequência de portadores heterozigotos na referida população?</p><p>Resposta: Dez novos casos em 6.250 pessoas significam que a anemia falciforme ocorre</p><p>nessa população com uma frequência de 1 em 625 ou 0,0016 (10/6.250). Todos os genótipos</p><p>contendo o gene da anemia falciforme incluem os homozigotos (aa= q2) e os heterozigotos (Aa=</p><p>2pq). O único genótipo que produz anemia falciforme é o homozigoto aa, de modo que q2=</p><p>0,0016. A raiz quadrada desse valor é q=0,04, ou seja, a frequência do alelo (q) do gene da doença</p><p>falciforme é 0,04. Para sabermos a frequência do alelo (p) do gene normal da doença falciforme,</p><p>vamos voltar à fórmula p + q = 1. Substituindo valor: p + 0,04 = 1. Isso significa que p = 1 –</p><p>0,04, então, p = 0,96. A frequência do alelo normal (p) do gene normal é 0,96. A frequência dos</p><p>portadores heterozigotos é 2pq. Isso significa que 2pq = 2(0,96)(0,04) = 0,0768. A frequência dos</p><p>portadores heterozigotos é 0,0768.</p><p>108WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>3</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>CONSIDERAÇÕES FINAIS</p><p>Nesta unidade, vimos que as leis de Mendel ainda são válidas para o reconhecimento</p><p>e estudo dos padrões de herança das características hereditárias. Porém, deve-se levar em</p><p>consideração que existem exceções às regras de Mendel.</p><p>De modo geral, o padrão de herança das características, dependendo do cromossomo</p><p>alterado, pode ser autossômico ou ligado ao X. Quando uma única cópia mutante é suficiente</p><p>para expressão do fenótipo, diz-se que a herança é dominante, quando duas cópias mutantes são</p><p>necessárias, diz-se que a herança é recessiva.</p><p>Estes padrões clássicos de herança podem ser modificados de acordo com o número de</p><p>alelos do gene, o sexo do indivíduo portador da mutação, fatores ambientais, entre outros.</p><p>109109WWW.UNINGA.BR</p><p>U N I D A D E</p><p>04</p><p>SUMÁRIO DA UNIDADE</p><p>INTRODUÇÃO .................................................................................................................................................................111</p><p>1 ENZIMAS DE RESTRIÇÃO ......................................................................................................................................... 112</p><p>2 ELETROFORESE ........................................................................................................................................................ 114</p><p>3 SOUTHERN BLOTTING E SONDAS .......................................................................................................................... 116</p><p>4 NORTHERN BLOTTING ............................................................................................................................................. 119</p><p>5 WESTERN BLOTTING .............................................................................................................................................. 119</p><p>6 VETORES E CLONAGEM DE GENES ........................................................................................................................ 120</p><p>7 PCR ............................................................................................................................................................................. 120</p><p>8 SEQUENCIAMENTO ................................................................................................................................................. 124</p><p>9 APLICAÇÃO DAS TÉCNICAS DE BIOLOGIA MOLECULAR ..................................................................................... 128</p><p>TÉCNICAS DE BIOLOGIA MOLECULAR</p><p>E APLICAÇÕES</p><p>PROF.A DRA. DÉBORA FURLAN RISSATO</p><p>ENSINO A DISTÂNCIA</p><p>DISCIPLINA:</p><p>GENÉTICA E BIOLOGIA MOLECULAR</p><p>110WWW.UNINGA.BR</p><p>9.1 PRODUTOS FARMACÊUTICOS .............................................................................................................................128</p><p>9.2 PRODUTOS AGRÍCOLAS E PECUÁRIOS ..............................................................................................................129</p><p>9.3 DIAGNÓSTICO DE DOENÇAS GENÉTICAS E INFECCIOSAS ..............................................................................129</p><p>9.4 TERAPIA GÊNICA .................................................................................................................................................. 131</p><p>9.5 IDENTIFICAÇÃO DE INDIVÍDUOS ........................................................................................................................132</p><p>CONSIDERAÇÕES FINAIS ...........................................................................................................................................135</p><p>111WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>Nas unidades anteriores, estudamos o material genético, a forma como ele é expresso,</p><p>como é transmitido para as células-filhas e como é transmitido ao longo das gerações, seja na</p><p>forma normal ou alterada. Como vimos na Unidade I, a estrutura do DNA foi descrita, em 1953,</p><p>pela dupla de pesquisadores Watson e Crick, e isso levou a uma revolução científica considerável.</p><p>Embora aparentemente simples agora, a descrição do material genético resultou em uma</p><p>revolução biotecnológica, criando um ramo totalmente novo na ciência – a biologia molecular.</p><p>Como vimos, os genes são o foco central da genética e, assim, claramente seria desejável</p><p>isolar um gene de interesse (ou alguma região do DNA) do genoma em uma quantidade adequada</p><p>para estudo. Mas como um segmento de DNA específico pode ser isolado de um genoma inteiro?</p><p>Além disso, como ele pode ser isolado em quantidades suficientes para analisar características do</p><p>DNA, tais como a sua sequência de nucleotídeos e o seu produto proteico? Isso é possível graças</p><p>às eficientes técnicas de biologia molecular.</p><p>Por isso, nesta unidade, vamos estudar as técnicas que possibilitam uma análise detalhada</p><p>tanto dos estados normais e anormais dos genes quanto da expressão de milhares de genes nos</p><p>estados normal e patológico. Essas técnicas vêm permitindo a caracterização de mutações que</p><p>provocam doenças genéticas, a compreensão do modo pelo qual essas mutações afetam a saúde</p><p>e a utilização dessas informações para melhorar o diagnóstico e o tratamento de doenças. Essas</p><p>técnicas também possibilitam aos pesquisadores criar genes a partir de componentes derivados</p><p>de diferentes espécies e expressar esses novos genes tanto em bactérias quanto em células</p><p>eucarióticas.</p><p>Além disso, essas técnicas também vêm sendo usadas para criar vários produtos</p><p>comerciais, incluindo fármacos, hormônios, enzimas e plantações. A biotecnologia surgiu com</p><p>o uso dessas técnicas para desenvolver novos produtos. Na Medicina, a genética molecular é</p><p>usada para sondar a natureza do câncer, diagnosticar doenças genéticas e infecciosas, produzir</p><p>fármacos e tratar distúrbios hereditários.</p><p>Dá-se o nome de tecnologia do DNA recombinante a um conjunto de técnicas moleculares</p><p>para localizar, isolar, alterar e estudar segmentos de DNA. O termo recombinante é usado porque</p><p>o objetivo é combinar o DNA de duas fontes distintas. Os genes de duas bactérias diferentes</p><p>podem ser unidos, por exemplo, ou um gene humano pode ser inserido em um cromossomo</p><p>viral. Comumente chamada de engenharia genética, a tecnologia do DNA recombinante agora</p><p>inclui muitas técnicas moleculares que podem ser usadas para analisar, alterar e recombinar</p><p>praticamente qualquer sequência de DNA de várias fontes.</p><p>Em resumo, as técnicas de biologia molecular são aquelas que utilizam ácidos nucleicos</p><p>provenientes de amostras biológicas para a realização dos mais diversos procedimentos. Para a</p><p>realização das análises moleculares com eficiência, é necessária a separação dos ácidos nucleicos</p><p>do restante dos constituintes das células, por meio de técnicas de extração de DNA ou RNA.</p><p>Após a obtenção de amostras de DNA, devem ser realizadas etapas de análise desse material. Para</p><p>alguns métodos, é necessário o uso de enzimas</p><p>de restrição.</p><p>112WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>1 ENZIMAS DE RESTRIÇÃO</p><p>A capacidade de criar DNA recombinante tornou-se possível por meio da descoberta de</p><p>uma classe de enzimas denominadas enzimas de restrição (também chamadas de endonucleases</p><p>de restrição) que reconhecem e clivam sequências específicas de nucleotídeos, denominadas</p><p>sítios de restrição, na dupla hélice no DNA.</p><p>Essas enzimas são produzidas naturalmente pelas bactérias e usadas na defesa contra</p><p>vírus. Diferentes bactérias produzem diferentes enzimas de restrição que reconhecem diferentes</p><p>sequências nucleotídicas no DNA. O nome de uma enzima de restrição é constituído pela primeira</p><p>letra do gênero, pelas duas primeiras letras da espécie que produz a enzima, e por uma letra que</p><p>designe a linhagem. A primeira enzima de restrição identificada em uma linhagem bacteriana é</p><p>designada por I, a segunda por II, e assim por diante. Assim, a endonuclease de restrição EcoRI</p><p>foi a primeira (I) enzima identificada na linhagem RY13 em Escherichia coli (Quadro 1).</p><p>As sequências reconhecidas pelas enzimas de restrição têm 4 a 8 pb de comprimento</p><p>(Quadro 1). A maioria das sequências de reconhecimento é um palíndromo, ou seja, ambos os</p><p>filamentos apresentam a mesma sequência de nucleotídeos, em orientação antiparalela, quando</p><p>lidos de 5´ para 3´. Por exemplo, a EcoRI reconhece a sequência abaixo e faz um corte em cada</p><p>filamento entre o G e o A adjacente (setas vermelhas). A clivagem gera dois fragmentos com</p><p>pontas unifilamentares.</p><p>Algumas enzimas de restrição, como a EcoRI, fazem cortes deixando dois a quatro</p><p>nucleotídeos de uma fita sem par em cada extremidade resultante (no exemplo anterior, ficam</p><p>quatro nucleotídeos sem par). Esses nucleotídeos sem pares são chamados de extremidades</p><p>adesivas ou coesivas (Figura 1a), pois formam pares de bases entre si ou com extremidades</p><p>adesivas complementares de outros fragmentos de DNA. Outras enzimas de restrição clivam</p><p>ambas as fitas do DNA sem deixar nenhuma base sem par nas extremidades que são denominadas</p><p>extremidades cegas (Figura 1b). Veja os fragmentos cegos gerados pela ação da enzima PvuI:</p><p>113WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Enzima Microrganismo que pro-</p><p>duz a enzima</p><p>Sequência de reconhe-</p><p>cimento</p><p>Tipo de extremidade de</p><p>fragmento produzida</p><p>EcoRI Escherichia coli Coesiva</p><p>EcoRII Escherichia coli Coesiva</p><p>HaeIII Haemophilus aegyptius Cega</p><p>HindIII Haemophilus influenzae Coesiva</p><p>PvuII Proteus vulgaris Cega</p><p>Quadro 1 – Características de algumas enzimas de restrição. Fonte: Adaptado de Pierce (2017).</p><p>Figura 1 - Clivagem de moléculas de DNA por enzimas de restrição. As enzimas de restrição reconhecem e clivam</p><p>apenas sequências específicas, deixando tanto as extremidades adesivas (a) (com fitas simples salientes) quanto as</p><p>extremidades cegas (b). Fonte: Nelson e Cox (2014).</p><p>A digestão de amostras do DNA genômico com enzimas de restrição gera uma série</p><p>de fragmentos. Por exemplo, em um genoma normal, a clivagem com EcoRI gera 1 milhão de</p><p>fragmentos. Como essa enzima cliva o DNA exclusivamente em locais que tenham a sequência</p><p>5´GAATTC3´, se houver alteração em uma única base de um sítio de clivagem, o sítio não</p><p>será reconhecido e clivado, de modo que o número de fragmentos será menor que o esperado.</p><p>Considerando que existe mais de mil enzimas de restrição, que reconhecem diferentes sequências,</p><p>a clivagem do genoma com essas enzimas reflete a composição particular de bases e sequências</p><p>de diversas regiões do genoma.</p><p>114WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Uma molécula de DNA digerida com uma enzima que gera ponta coesiva terá duas</p><p>extremidades unifilamentares idênticas. Quaisquer duas moléculas de DNA (de uma bactéria e</p><p>do homem, por exemplo) que tenham sido geradas por digestão com a mesma enzima de restrição</p><p>podem ser unidas pela interação de suas pontas complementares por uma enzima chamada DNA</p><p>ligase (Figura 3). Esta ligação cria uma molécula de DNA recombinante com uma ponta derivada,</p><p>por exemplo, de uma bactéria e outra ponta derivada do ser humano.</p><p>Figura 2 - Recombinação de fragmentos clivados com a mesma enzima de restrição. Fonte: Pierce (2017).</p><p>Como vimos, ao terminar uma reação com enzima de restrição, teoricamente, são</p><p>gerados numerosos fragmentos. Mas como ter certeza de que a enzima de restrição utilizada de</p><p>fato clivou o DNA? Se clivou, será que originou todos os fragmentos possíveis, ou um número</p><p>menor? Quais são os tamanhos dos fragmentos gerados? Após o término de uma reação com</p><p>enzima de restrição, a eletroforese em gel fornece meios para responder a estas perguntas.</p><p>2 ELETROFORESE</p><p>A eletroforese é uma técnica utilizada para separar macromoléculas com base no seu</p><p>tamanho e carga elétrica (Figura 3). Existem vários tipos diferentes de eletroforese; a eletroforese</p><p>em gel é usada para separar as moléculas de DNA. Os géis são porosos e podem ser de agarose</p><p>(um carboidrato derivado de algas) ou de acrilamida (um polímero sintético). Os géis de agarose</p><p>são melhores para separar moléculas grandes (maiores que algumas centenas de nucleotídeos),</p><p>enquanto os géis de acrilamida são melhores para separar pequenas moléculas de DNA.</p><p>115WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Durante a preparação do gel, uma solução de agarose ou poliacrilamida é transferida</p><p>para um molde e se solidifica, ficando com aspecto de gelatina. Na extremidade do gel, são feitos</p><p>pequenos poços para que a solução contendo os fragmentos de DNA seja adicionada. Por meio</p><p>de eletrodos, uma corrente elétrica passará pelo gel. Como o grupo fosfato de cada molécula de</p><p>DNA tem carga elétrica negativa, os fragmentos de DNA migram para a extremidade positiva</p><p>do gel. Os fragmentos menores de DNA migram mais rapidamente do que os maiores, de modo</p><p>que os fragmentos se separam de acordo com o seu tamanho. Para comparação, fragmentos de</p><p>DNA de tamanho conhecido são colocados em outro poço. Ao final do processo, compara-se a</p><p>distância de migração dos fragmentos desconhecidos com a distância percorrida pelos fragmentos</p><p>conhecidos, podendo-se determinar o tamanho dos fragmentos desconhecidos. Os fragmentos</p><p>de tamanhos distintos formarão bandas distintas no gel. As bandas podem ser visualizadas por</p><p>meio da coloração do DNA com brometo de etídio, que causa a fluorescência do DNA na luz</p><p>ultravioleta. Se as bandas estiverem bem separadas, uma banda individual pode ser cortada do gel</p><p>e a amostra de DNA pode ser purificada a partir da matriz de gel. Portanto, a eletroforese de DNA</p><p>pode ser diagnóstica (demonstrando os tamanhos e as quantidades relativas dos fragmentos de</p><p>DNA presentes) ou preparativa (útil no isolamento de fragmentos de DNA específicos).</p><p>Figura 3 - Eletroforese em gel de agarose. Fonte: Pierce (2017).</p><p>116WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>3 SOUTHERN BLOTTING E SONDAS</p><p>Quando se digere todo o DNA genômico por enzimas de restrição, são produzidos muitos</p><p>fragmentos, de modo que a eletroforese produz um esfregaço contínuo de DNA e nenhuma</p><p>banda discreta (Figura 4, à esquerda). Uma sonda pode identificar um fragmento nessa mistura,</p><p>com a utilização de uma técnica desenvolvida por E. M. Southern, denominada Southern blotting.</p><p>A característica essencial dessa técnica é a transferência das moléculas de DNA separadas por</p><p>eletroforese em gel para membranas de nitrocelulose ou náilon e a detecção de um segmento de</p><p>interesse por meio de uma sonda. Uma sonda é uma molécula de DNA ou RNA, marcada com</p><p>radioatividade, com uma sequência de base complementar a uma sequência no gene de interesse.</p><p>As bases em uma sonda pareiam apenas com as bases em uma sequência complementar</p><p>e, se</p><p>adequadamente marcada, a sonda pode ser usada para localizar um gene específico ou outra</p><p>sequência de DNA. A técnica de Southern requer os seguintes passos (Figura 5):</p><p>- O DNA é cortado por uma ou mais enzimas de restrição.</p><p>- Os fragmentos obtidos são separados por eletroforese em gel.</p><p>- O gel é colocado em solução alcalina para desnaturar a fita dupla de DNA.</p><p>- Os fragmentos de DNA separados e desnaturados são transferidos para uma membrana</p><p>de nitrocelulose.</p><p>- A membrana é colocada em meio contendo a sonda para hibridização (ligação) com o</p><p>segmento de interesse.</p><p>- A membrana é lavada para retirar as sondas que não hibridizaram.</p><p>- A membrana é exposta a um filme radiográfico para detectar a radioatividade emitida</p><p>pela sonda.</p><p>- O filme é revelado e as bandas indicam as posições dos segmentos de DNA de interesse</p><p>(Figura 4, à direita).</p><p>117WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 4 - Detecção de uma deleção do gene receptor de androgênio ligado ao X por Southern blotting. À esquerda:</p><p>Quando o DNA genômico de membros de uma família é digerido por uma enzima de restrição e o DNA é marcado</p><p>com um corante fluorescente depois da eletroforese, todas as amostras parecem ser as mesmas. À direita: Depois do</p><p>Southern blotting e da hibridização com uma sonda para o gene que codifica um receptor de androgênio humano. O</p><p>indivíduo com a síndrome da insensibilidade aos androgênios apresenta deleção para este gene. (O indivíduo com</p><p>insensibilidade aos androgênios apresenta cariótipo 46, XY, mas fenotipicamente é feminino e consequentemente é</p><p>representado no heredograma por um círculo). Fonte: Nussbaum, Mclnnes e Willard (2008).</p><p>118WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 5 - O Southern blotting e a hibridização com sondas podem localizar alguns fragmentos específicos em um</p><p>grande conjunto de DNA. Fonte: Pierce (2017).</p><p>Os princípios dos procedimentos usados para separar moléculas de RNA e proteínas são</p><p>basicamente iguais, mas empregam técnicas um pouco diferentes em razão das propriedades</p><p>específicas de cada classe de macromolécula. São denominadas Northern e Western blotting,</p><p>respectivamente.</p><p>119WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>4 NORTHERN BLOTTING</p><p>A técnica de Northern blotting permite determinar o tamanho e a abundância de RNAm</p><p>a partir de um gene específico numa amostra de RNA. Esta técnica é bastante parecida com a de</p><p>Southern blotting, com algumas particularidades. O RNA não é clivado pelas enzimas de restrição</p><p>utilizadas na análise do DNA, pois transcritos diferentes de RNA são naturalmente de tamanhos</p><p>diferentes. Embora, originalmente, o RNA tenha fita simples, antes da eletroforese se utiliza</p><p>uma substância química desnaturante, para evitar que as moléculas de RNA adotem estruturas</p><p>secundárias, o que alteraria seu padrão de migração eletroforética. Depois da transferência para</p><p>membrana apropriada, o blotting de RNA é hibridizado em sondas do mesmo modo que no</p><p>Southern blotting.</p><p>5 WESTERN BLOTTING</p><p>A técnica de Western blotting, também conhecida como imunoblotting, é semelhante às</p><p>técnicas descritas anteriormente, porém utilizada para examinar uma ou mais proteínas (Figura</p><p>6). Como algumas proteínas são formadas por duas ou mais cadeias polipeptídicas, utiliza-se um</p><p>detergente para desnaturação proteica. Os polipeptídeos são separados por eletroforese em gel e</p><p>transferidos, novamente por campo elétrico, para uma membrana de nitrocelulose. A membrana</p><p>é colocada em solução contendo anticorpos primários capazes de reconhecer e se ligar à proteína.</p><p>A membrana é lavada para remoção dos anticorpos não ligados a proteínas. Acrescenta-se então</p><p>um anticorpo secundário, marcado radioativamente, capaz de se ligar ao anticorpo primário. Por</p><p>autorradiografia, identifica-se o anticorpo secundário, e consequentemente a proteína (Figura 7).</p><p>Figura 6 - Western blotting mostrando a presença ou ausência da proteína muscular distrofina (seta) nos extratos</p><p>proteicos de pacientes com a forma grave de Duchene ou a forma branda de Becker de uma distrofia muscular ligada</p><p>ao X. Fonte: Nussbaum, Mclnnes e Willard (2008).</p><p>120WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 7 - Western blotting (m= membrana). Fonte: Watson et al. (2015).</p><p>6 VETORES E CLONAGEM DE GENES</p><p>Algumas vezes, é necessário isolar um gene em particular ou outras sequências de DNA</p><p>em grandes quantidades para maiores estudos. Até há algum tempo a multiplicação de sequências</p><p>de DNA era realizada por meio de cultura de colônias de bactérias e leveduras. Esse processo,</p><p>denominado clonagem, se caracteriza pelo isolamento e inserção de fragmentos de DNA em</p><p>vetores, que podem ser plasmídios, cosmídios ou vírus, os quais são introduzidos em células</p><p>procarióticas por procedimento denominado transformação genética. Nesse método, as bactérias</p><p>e leveduras (transgênicas), ao se reproduzirem, multiplicam os fragmentos de DNA nelas</p><p>inseridos, clonando, assim, essas sequências. As grandes dificuldades do processo de clonagem</p><p>consistem na manutenção e distribuição entre os pesquisadores dos bancos de clones, que foram</p><p>superadas então com a invenção da PCR.</p><p>7 PCR</p><p>A amplificação de um segmento de DNA por meio de clonagem em bactérias ou leveduras</p><p>é um procedimento in vivo. Atualmente utiliza-se uma técnica in vitro pela reação em cadeia</p><p>da polimerase, frequentemente denominada PCR. Por meio desta técnica, uma sequência pode</p><p>ser amplificada um milhão de vezes ou mais em apenas algumas horas. A replicação por PCR</p><p>requer: um molde de DNA, a partir do qual uma nova fita de DNA pode ser copiada, e um par de</p><p>iniciadores ou primers com um grupo 3´-OH ao qual podem ser adicionados novos nucleotídeos.</p><p>Como vimos na Unidade I, uma molécula de DNA tem duas fitas de nucleotídeos, portanto, cada</p><p>uma pode servir como molde e a quantidade de DNA dobra em cada evento de replicação por</p><p>PCR.</p><p>Para realizar a técnica de PCR, é necessário adicionar a um tubo: o DNA de interesse que</p><p>será amplificado, a DNA polimerase, os quatro nucleotídeos que compõem uma molécula de</p><p>DNA, primers e sais necessários para a reação. Este tubo é inserido em uma máquina, denominada</p><p>termociclador, que produz as mudanças rápidas de temperatura necessárias para as diferentes</p><p>etapas de PCR.</p><p>121WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>A PCR inclui três etapas (Figura 8):</p><p>1ª etapa: O DNA genômico que contém a sequência a ser amplificada é aquecido à</p><p>temperatura de 90°C a 100°C por cerca de 15 segundos para romper as ligações de hidrogênio</p><p>entre as fitas e assim produzir os moldes de fita única necessários.</p><p>2ª etapa: A solução é resfriada entre 30° e 65°C por 30 a 60 segundos. Esta etapa é necessária</p><p>para que os primers se liguem (anelem) às regiões do DNA que se deseja amplificar.</p><p>3ª etapa: A solução é novamente aquecida a 72°C. Nessa temperatura, a DNA polimerase</p><p>sintetiza as novas fitas de DNA a partir dos moldes de fita simples e utilizando os nucleotídeos</p><p>disponíveis no meio.</p><p>Estas etapas são repetidas várias vezes, até que seja alcançado o nível desejado de</p><p>amplificação. A amplificação ocorre de maneira geométrica. Uma dupla-hélice de DNA produz</p><p>duas duplas-hélices depois de um ciclo de replicação, 4 depois de dois ciclos, 8 depois de três</p><p>ciclos, 16 depois de quatro ciclos, 1.024 depois de dez ciclos, e assim por diante. Depois de 30</p><p>ciclos de amplificação, haverá mais de um bilhão de cópias da sequência de DNA.</p><p>Figura 8 - A reação em cadeia da polimerase é usada para amplificar até quantidades muito pequenas de DNA.</p><p>Fonte: Pierce (2017).</p><p>Como descrito, na PCR, são realizados ciclos de temperatura e a temperatura</p><p>pode chegar até 100°C. A DNA polimerase</p><p>é uma enzima e enzimas desnaturam</p><p>em temperaturas tão elevadas. Então, como é possível realizar uma técnica que</p><p>utiliza temperatura tão elevada e que tem uma enzima como elemento principal?</p><p>Nas reações de PCR, utiliza-se uma enzima proveniente de uma bactéria termófila:</p><p>Thermus aquaticus. Bactérias desta espécie estão adaptadas à vida em águas</p><p>que atingem altas temperaturas, aproximadamente 80°C. A enzima é denominada</p><p>Taq DNA polimerase (iniciais do gênero e da espécie da bactéria), apresenta</p><p>temperatura ótima de atividade a 72°C e permanece ativa (não desnatura) nas</p><p>altas temperaturas que a PCR atinge (BRUNO, 2017).</p><p>122WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Após seu estabelecimento, algumas variações da PCR foram desenvolvidas:</p><p>PCR multiplex: neste tipo de PCR, ocorre amplificação de diferentes regiões em uma só</p><p>reação. Para isso, se utiliza mais de um par de primers, promovendo amplificação de fragmentos</p><p>de diferentes tamanhos em um mesmo tubo.</p><p>RT PCR: neste tipo de PCR, utiliza-se inicialmente a enzima transcriptase reversa (RT)</p><p>(por isso, a denominação RT PCR) e como molde moléculas de RNA, em vez de moléculas de</p><p>DNA. A RT é uma enzima de vírus de genoma de RNA. A ação dessa enzima determina a síntese</p><p>de molécula de DNA complementar (cDNA) ao RNA, que é então amplificado por PCR. Esse</p><p>tipo de PCR permite análise da expressão de genes porque é parte de RNA mensageiro.</p><p>Nested PCR: neste tipo de PCR, utilizam-se dois pares de primers complementares à</p><p>sequência alvo. Inicialmente é realizada a amplificação com o par mais externo e, posteriormente,</p><p>o produto dessa PCR é amplificado com um par interno ao primeiro (aninhado), que utilizará os</p><p>fragmentos multiplicados na primeira reação como molde. Com o uso dos dois pares de primers,</p><p>aumenta-se a sensibilidade da PCR.</p><p>PCR em tempo real: na PCR em tempo real, além dos dois pares de primers que</p><p>determinam a amplificação de determinada região do DNA-alvo, é adicionada uma sonda</p><p>complementar à região do DNA localizada entre dois primers, contendo, em uma extremidade,</p><p>uma molécula fluorescente (fluoróforo) e, na outra extremidade, uma molécula inibidora. Na</p><p>sonda íntegra, a molécula inibidora impede a emissão de fluorescência. Durante a reação de</p><p>síntese, a sonda hibridiza-se ao DNA-alvo e é degradada pela atividade 5´-3´exonuclease da</p><p>enzima Taq polimerase, resultando na emissão de fluorescência. A emissão de fluorescência é</p><p>medida a cada ciclo, permitindo acompanhar o seu aumento ao longo da reação, geralmente</p><p>por um computador acoplado ao termociclador (por isso, a denominação “em tempo real”). A</p><p>quantidade de fluorescência emitida pela reação irá aumentar exponencialmente conforme as</p><p>moléculas são sintetizadas, sendo proporcional à quantidade inicial de DNA-alvo. Esta técnica</p><p>permite a quantificação precisa de DNA e tem sido utilizada para quantificação de patógenos</p><p>virais e bacterianos em amostras biológicas, na genotipagem de variantes genéticas, na avaliação</p><p>dos níveis de expressão gênica e na detecção de produtos transgênicos em alimentos.</p><p>123WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Apesar de suas limitações, a PCR se tornou uma das ferramentas mais usadas na biologia</p><p>molecular. As tecnologias de PCR são “atalhos” para muitas aplicações que necessitam de grande</p><p>quantidade de uma sequência de DNA específica. Esses procedimentos permitem que os cientistas</p><p>obtenham dados estruturais definitivos sobre genes e sequências de DNA quando há pouco DNA.</p><p>Uma aplicação importante é no diagnóstico de doenças humanas hereditárias, sobretudo em casos</p><p>de diagnóstico pré-natal, nos quais o DNA fetal disponível é limitado. A PCR é usada também</p><p>para detectar vírus em amostras de sangue por meio da adição de primers complementares a</p><p>sequências de DNA virais conhecidas à reação. Se houver DNA viral, os primers se ligarão a este e</p><p>a PCR amplificará um fragmento de DNA de tamanho conhecido. O achado de um fragmento de</p><p>DNA de tamanho adequado em um gel indica a existência de DNA viral na amostra de sangue.</p><p>Os modernos testes de diagnóstico para infecção pelo HIV, o agente responsável pela AIDS, usam</p><p>este tipo de amplificação da PCR das sequências do HIV. Outra aplicação importante ocorre em</p><p>casos forenses de identificação de pessoas, pelo DNA isolado de amostras muito pequenas de</p><p>tecido. Graças à amplificação por PCR, é possível identificar as sequências de DNA em diminutas</p><p>quantidades de DNA isoladas de algumas gotas de sangue, sêmen ou até mesmo fios de cabelo</p><p>humanos. Assim, a PCR do perfil de DNA (análise da impressão digital do DNA) tem papel</p><p>importante nos casos jurídicos em que há dúvida sobre a identidade de uma pessoa.</p><p>De acordo com Pierce (2017), a reação em cadeia da polimerase é usada</p><p>atualmente no lugar da clonagem de genes, mas tem algumas limitações. Primeiro,</p><p>o uso de PCR requer o conhecimento prévio de pelo menos parte da sequência</p><p>do DNA-alvo para permitir a construção dos primers. Segundo, a capacidade da</p><p>PCR em amplificar quantidades muito pequenas de DNA torna a contaminação</p><p>um problema grave. Quantidades mínimas de DNA da pele dos funcionários do</p><p>laboratório ou pequenas partículas no ar podem entrar no tubo de reação e serem</p><p>amplificadas com o DNA-alvo. É necessário técnica laboratorial cuidadosa e o</p><p>uso de controles para contornar este problema. Uma terceira limitação da PCR</p><p>é a acurácia. Diferente das outras DNA polimerases, a Taq polimerase não tem a</p><p>capacidade de revisar e, sob as condições da PCR, ela incorpora um nucleotídeo</p><p>incorreto a cada 20.000 pb. Foram isoladas novas DNA polimerases estáveis sob</p><p>calor com a capacidade de revisar, dando mais precisão aos resultados da PCR.</p><p>Uma quarta limitação é o tamanho dos fragmentos que podem ser amplificados</p><p>pela Taq polimerase padrão que, em geral, é de menos de 2.000 pb. Ao usar uma</p><p>combinação de Taq polimerase e uma DNA polimerase com capacidade de revisar,</p><p>e ao modificar as condições reacionais, os investigadores conseguiram estender</p><p>a amplificação da PCR para fragmentos maiores, mas até esses fragmentos estão</p><p>limitados a um comprimento de 50.000 pb ou menos.</p><p>124WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>8 SEQUENCIAMENTO</p><p>Como estudamos anteriormente, a PCR pode ser utilizada para diversas finalidades, tais</p><p>como: detecção de um microrganismo, detecção de alelos de um gene que causam uma doença,</p><p>produção de organismos transgênicos, elaboração de fármacos, entre outros. Essas aplicações têm</p><p>em comum a necessidade do conhecimento prévio de uma sequência de nucleotídeos contendo o</p><p>gene ou o segmento gênico de interesse. Um método molecular muito importante para determinar</p><p>de forma rápida a sequência de bases do DNA é a técnica conhecida como sequenciamento de</p><p>DNA (ou método de terminação de Sanger).</p><p>Os processos de sequenciamento requerem uma quantidade considerável de DNA,</p><p>portanto, antes de ser sequenciado, um fragmento de DNA deve ser amplificado por PCR. Os</p><p>métodos de sequenciamento baseiam-se na produção de fragmentos de DNA de comprimentos</p><p>crescentes, os quais têm início em um ponto comum e têm um dos quatro tipos de nucleotídeos</p><p>em suas extremidades terminais.</p><p>Como vimos na Unidade I, o DNA é construído a partir de nucleotídeos que se unem por</p><p>uma ligação fosfodiéster, a qual envolve o OH ligado ao carbono 3´de um nucleotídeo e o fosfato</p><p>do nucleotídeo adjacente. No processo de sequenciamento, além dos nucleotídeos normais, são</p><p>utilizados nucleotídeos que não possuem o OH ligado ao carbono 3´, denominados terminadores</p><p>de cadeia (Figura 9). À medida que estes nucleotídeos são incorporados à fita, a síntese do DNA</p><p>para, pois não podem ser mais adicionados nucleotídeos, porque não existe um grupo 3´-OH</p><p>para formar uma ligação fosfodiéster com um nucleotídeo seguinte.</p><p>Figura 9 - A. Estrutura</p><p>do trifosfato de desoxirribonucleosídio (dNTP), o substrato normal para síntese de DNA. B.</p><p>Estrutura do trifosfato de didesoxirribonucleosídio (ddNTP), que não tem um grupo OH no átomo do carbono 3´.</p><p>Fonte: Pierce (2017).</p><p>Nas técnicas pioneiras de sequenciamento, são utilizados quatro tubos e em cada tubo são</p><p>adicionadas: as moléculas de DNA que serão sequenciadas, várias unidades de primers, grande</p><p>quantidade dos quatro nucleotídeos normais (dNTP), pequena quantidade de um dos quatro</p><p>nucleotídeos sem OH no carbono 3´(ddNTP) e a DNA polimerase.</p><p>125WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>O sequenciamento tem início com a desnaturação do DNA que se deseja analisar para se obter</p><p>moléculas unifilamentares. Em seguida, o primer se liga à extremidade 3’ de uma das cadeias.</p><p>A DNA polimerase então inicia a síntese de uma fita complementar. Como existe mais dNTP</p><p>do que ddNTP na mistura reacional, dNTP é incorporado com maior frequência, permitindo</p><p>que a síntese do DNA continue. Mas, quando ddNTP é incorporado, o crescimento da fita para.</p><p>Por exemplo, vamos considerar que no tubo 1 tenha ddNTP de adenina (ddATP). Todas as</p><p>vezes que a DNA polimerase ler uma T na fita molde e incorporar um ddATP (ou seja, uma A</p><p>sem OH), o alongamento da fita cessará. A incorporação de ddATP à nova fita ocorre de forma</p><p>aleatória em diferentes posições em diferentes cópias, produzindo um conjunto de cadeias de</p><p>DNA de diferentes comprimentos (Figura 10), cada uma terminando no nucleotídeo modificado</p><p>que existe no tubo. Para ler a sequência, os fragmentos de DNA dos quatro tubos voltam a ser</p><p>desnaturados e são separados, lado a lado, por eletroforese, de modo que as fitas de DNA de</p><p>diferentes comprimentos, com um único nucleotídeo terminal, possam ser distinguidas. Após</p><p>a eletroforese, a localização e os tamanhos das fitas de DNA no gel são revelados com o uso de</p><p>marcadores radioativos ou químicos e a sequência do DNA é lida integrando-se às posições das</p><p>bandas (Figura 10).</p><p>Figura 10 - Método de sequenciamento. A leitura da sequência de DNA é feita da seguinte maneira: observe que a</p><p>banda mais perto do fundo do gel é a do tubo que tinha a reação ddGTP, o que significa que o primeiro nucleotídeo</p><p>sintetizado tinha guanina (G). A próxima banda para cima está no tubo com ddATP, então o próximo nucleotídeo</p><p>na sequência é adenina (A) e assim por diante. Dessa forma, a sequência é lida a partir da parte inferior para a parte</p><p>superior do gel, com os nucleotídeos próximos do fundo correspondendo à extremidade 5′ da fita de DNA recém-</p><p>-sintetizada e os que estão próximos do topo correspondem à extremidade 3′. Lembre-se de que a sequência obtida</p><p>não é a do DNA-alvo, mas a do seu complemento. Fonte: Pierce (2017).</p><p>126WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Já existe uma técnica de sequenciamento muito mais rápida do que a que acaba de ser</p><p>descrita. A reação também utiliza os ddNTPs, mas eles são marcados com um de quatro corantes</p><p>fluorescentes, aplicando-se uma cor determinada a cada tipo de nucleotídeo (A, T, G e C). Neste</p><p>caso, as quatro reações de sequenciamento podem ocorrer no mesmo tubo de teste e podem</p><p>ser colocadas no mesmo poço durante a eletroforese. As máquinas para sequenciamento mais</p><p>recentes fazem a eletroforese em tubos capilares com gel. Cada corante emite fluorescência de um</p><p>comprimento de onda característico, que é lido pelo escâner óptico. Uma vez que o instrumento</p><p>separa os fragmentos marcados de acordo com seu comprimento, um raio laser excita os corantes</p><p>e revela suas posições. O resultado é uma sequência de cores lida eletronicamente correspondente</p><p>à ordem em que estão os nucleotídeos no DNA. A informação é alimentada em um computador</p><p>para interpretação e os resultados são impressos como um conjunto de picos em um gráfico</p><p>(Figura 11).</p><p>Para melhor compreensão do processo de sequenciamento,</p><p>assista ao vídeo disponível em:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=Uma54mKcR40 . Trata-</p><p>se de uma animação gráfica que mostra o processo de</p><p>sequenciamento de Sanger.</p><p>127WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 11 - Sequenciamento automatizado. Fonte: Pierce (2017).</p><p>Métodos mais novos, chamados de tecnologias de sequenciamento de próxima geração,</p><p>vêm sendo desenvolvidos e fazem sequenciamento centenas de vezes de modo mais rápido e</p><p>menos dispendioso que o tradicional método de sequenciamento de Sanger. As tecnologias de</p><p>sequenciamento de próxima geração fazem o sequenciamento em paralelo, o que significa que</p><p>centenas de milhares ou até milhões de fragmentos de DNA são sequenciados simultaneamente.</p><p>Algumas novas técnicas, como o pirosequenciamento, comercializado pela Roche®, e o</p><p>sequenciamento por síntese, da Illumina, levaram à evolução dos sequenciamentos para os</p><p>estudos em larga escala. Esses métodos se baseiam no sequenciamento de milhares de segmentos</p><p>de DNA ao mesmo tempo, o que promove a possibilidade de produzir enorme quantidade de</p><p>sequências em menor tempo. Esse tipo de abordagem levou ao desenvolvimento dos estudos</p><p>chamados de análises em larga escala e à chamada tecnologia de sequenciamento de última</p><p>geração (Next Generation Sequence Technology – NGS).</p><p>128WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>9 APLICAÇÃO DAS TÉCNICAS DE BIOLOGIA</p><p>MOLECULAR</p><p>9.1 Produtos Farmacêuticos</p><p>A tecnologia do DNA recombinante permitiu a modificação de algumas bactérias para</p><p>produção de produtos que puderam ser utilizados no tratamento de algumas doenças. Em</p><p>1979, por exemplo, por meio de bactérias modificadas, começou a se produzir e vender insulina</p><p>humana. Até então, a insulina era obtida de porcos, mas alguns pacientes não toleravam bem tal</p><p>insulina. Com o uso de enzimas de restrição, foi possível isolar o gene humano que codifica a</p><p>insulina e introduzi-lo em bactérias que passaram a expressar a própria insulina humana, que foi</p><p>isolada e comercializada. O gene humano que codifica a insulina e o plasmídio de uma bactéria</p><p>são cortados com a mesma enzima de restrição, criando, em ambos, extremidades coesivas e</p><p>complementares. O gene humano então é inserido no plasmídio e este na bactéria. A bactéria</p><p>passa a replicar e expressar o plasmídio e consequentemente o gene da insulina. A insulina é</p><p>então isolada e pode ser aplicada em diabéticos.</p><p>Além da insulina, a tecnologia do DNA recombinante permitiu a produção de outros</p><p>produtos farmacêuticos como fatores de coagulação e hormônio do crescimento, utilizados em</p><p>hemofílicos e crianças com deficiência de crescimento, respectivamente.</p><p>A genética molecular vem avançando para os estudos conhecidos como de</p><p>larga escala. Graças ao desenvolvimento das grandes redes computacionais,</p><p>como a internet, estamos vivendo o momento de internacionalização e ciência</p><p>sem fronteiras. O resultado mais imediato dessa nova abordagem é a formação</p><p>de inúmeros consórcios de pesquisadores que, em diversos países e centros de</p><p>pesquisa, podem reunir dados que são acumulados em grandes bancos. Exemplos</p><p>desses consórcios são: o International Histocompatibility Working Group (http://</p><p>www.ihwg.org/); International HapMap Project (http://hapmap.ncbi.nlm. nih.</p><p>gov/); Human Genome Diversity Project (http://hsblogs.stanford.edu/mor- rison/</p><p>human-genome-diversity-project/). Podemos afirmar que, após o projeto Genoma</p><p>Humano, vem ocorrendo o desenvolvimento de grandes bancos de dados em</p><p>genoma, transcriptoma e proteoma que, por sua vez, são acumulados em maior</p><p>velocidade do que os pesquisadores podem utilizá-los. Assim, surge a figura do</p><p>bioinformata, ou seja, o profissional que está envolvido tanto no desenvolvimento</p><p>e na utilização de programas de análise computacionais quanto nos temas</p><p>e problemas em biologia. A bioinformática surge, então, da interação entre</p><p>de bases no</p><p>DNA, T com A e C com G, é determinado pelo potencial de ligação de hidrogênio das bases. S= açúcar 2-desoxirri-</p><p>bose; P = um grupo fosfato. Fonte: Snustad e Simmons (2018).</p><p>2.1.2 Ácido ribonucleico</p><p>A estrutura do RNA é semelhante à do DNA, exceto pela presença de ribose no lugar da</p><p>desoxirribose e de uracila no lugar da timina. Uma diferença adicional entre o RNA e o DNA é</p><p>que o RNA, na maioria dos organismos, é formado por uma única cadeia de nucleotídeos. Dos</p><p>pontos de vista funcional e estrutural, existem três tipos principais de RNA: 1) RNA mensageiro</p><p>(RNAm); 2) RNA de transferência ou transportador (RNAt); 3) RNA ribossômico (RNAr). Os</p><p>três atuam na síntese proteica.</p><p>O RNAm contém a informação genética, copiada do DNA, que determina a sequência</p><p>de aminoácidos da proteína. O RNAr, associado a proteínas, compõe o ribossomo, que é uma</p><p>grande máquina molecular que guia a montagem da cadeia de aminoácidos pelos RNAm e RNAt.</p><p>O RNAt identifica e transporta os aminoácidos até o ribossomo no processo de síntese proteica.</p><p>11WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>2.2 Compactação do DNA</p><p>Mesmo nos organismos que têm as menores quantidades de DNA, o tamanho do</p><p>material genético excede muito o tamanho da célula. O cromossomo da bactéria Escherichia coli,</p><p>por exemplo, é uma molécula única de DNA, que, se totalmente esticado, seria cerca de 1000</p><p>vezes maior do que a célula na qual ele reside. As células somáticas humanas, normalmente,</p><p>contêm 46 moléculas de DNA e, em média, cada molécula de DNA, se estivesse completamente</p><p>estendida, mediria cerca de 4 cm de comprimento. Consequentemente, se estivessem estendidas</p><p>sequencialmente, 46 moléculas de tal tamanho dariam um comprimento total de aproximadamente</p><p>1,8 metros; portanto, não poderiam estar contidas em um núcleo com um diâmetro de somente</p><p>5 a 10 µm. Este problema foi resolvido com a compactação das moléculas de DNA.</p><p>A maioria dos genomas bacterianos consiste em uma única molécula de DNA circular, a</p><p>qual forma complexos com várias proteínas que ajudam a compactá-lo. O genoma de eucariotos</p><p>está associado principalmente a proteínas histonas, que participam da sua compactação.</p><p>A compactação do DNA eucariótico não é estática, pois o nível de compactação muda no</p><p>curso do ciclo celular. O ciclo celular é dividido em intérfase e mitose ou fase M. Na intérfase, os</p><p>genes são transcritos, ou seja, sintetizam RNA e o DNA é duplicado, em preparação para a divisão</p><p>celular, que corresponde à fase M. O DNA está em um estado relativamente descompactado na</p><p>intérfase, quando é denominado cromatina e em grau máximo de compactação na metáfase (fase</p><p>da mitose), quando é denominado cromossomo. Porém, embora o DNA na intérfase seja menos</p><p>intensamente compactado que o DNA mitótico, ele ainda está intensamente compactado; ele</p><p>apenas está um pouco menos compactado.</p><p>2.2.1 Cromatina</p><p>O material genético encontra-se na forma de cromatina durante a intérfase. A cromatina</p><p>corresponde ao complexo formado entre DNA eucarioto e proteínas. As proteínas mais abundantes</p><p>na cromatina são as histonas, as quais são essenciais para a compactação do DNA. A quantidade</p><p>em massa de histonas é, aproximadamente, igual à do DNA total do núcleo, em uma razão de 1:1.</p><p>Essas proteínas apresentam forte caráter básico, pois são ricas nos aminoácidos básicos (carga</p><p>positiva), arginina e lisina. Estas cargas positivas atraem as cargas negativas no ácido fosfórico do</p><p>DNA, o que mantém o DNA associado às histonas.</p><p>Existem cinco tipos principais de histonas – denominadas H1, H2A, H2B, H3 e H4 – as</p><p>quais são muito similares entre diferentes espécies de eucariotos, pois a sequência de aminoácidos</p><p>dessas proteínas foi altamente conservada durante a evolução.</p><p>A unidade estrutural básica da cromatina é denominada nucleossomo. Cada nucleossomo</p><p>é constituído por 200 pares de bases (pb) de DNA associados a um octâmero de histonas. O</p><p>octâmero é formado por duas moléculas de cada uma das histonas H2A, H2B, H3 e H4 (Figura</p><p>7). Nucleossomos adjacentes se associam por intermédio do DNA de ligação. O conjunto de</p><p>nucleossomos representa o primeiro nível de compactação da cromatina e apresenta 10 nm de</p><p>diâmetro. A compactação do DNA nessa fibra cromatínica de 10 nm encurta o seu comprimento</p><p>em seis vezes aproximadamente.</p><p>12WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 7 - Nucleossomo. Fonte: Snustad e Simmons (2018).</p><p>O segundo nível de compactação da cromatina é representado pela fibra de 30 nm,</p><p>denominada solenoide. Esta se forma quando a histona H1 associa-se ao DNA de ligação que</p><p>chega ao centro do nucleossomo e o deixa. Com isso, os nucleossomos dobram-se sobre si</p><p>mesmos para formar uma estrutura densa, bem compacta (Figura 8).</p><p>A cromatina cada vez mais se compacta, no entanto, até o momento, pouco se sabe sobre</p><p>a organização da cromatina em níveis mais compactados. As fibras de 30 nm organizam-se em</p><p>grandes laços ou alças de comprimento variado, que nascem de um eixo proteico constituído por</p><p>proteínas não histônicas (Figura 8).</p><p>Figura 8 - Níveis de organização e compactação do DNA. Fonte: Pierce (2017).</p><p>13WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Cerca de 10% da cromatina, a qual contém os genes que são ativamente transcritos, está</p><p>na forma de fibra de 10 nm, ou seja, menos compactada. A maioria da cromatina do núcleo</p><p>interfásico parece estar na forma de fibras de 30 nm. Desta forma, a compactação do DNA em</p><p>cromatina resolve o problema de espaço dentro do núcleo, porém compactação significa que grande</p><p>parte do DNA não está prontamente acessível para ser transcrita. Assim, são reconhecidos dois</p><p>tipos básicos de cromatina, a eucromatina e a heterocromatina. A cromatina menos compactada</p><p>recebe o nome de eucromatina, a qual tem o DNA transcricionalmente ativo. A heterocromatina</p><p>corresponde à cromatina mais compactada e, por isso, transcricionalmente inativa. No entanto, a</p><p>cromatina é altamente dinâmica; setores da cromatina que aparecem como hetecromatina em um</p><p>tipo celular ou em uma etapa da sua diferenciação, em outros tipos celulares e em outras etapas,</p><p>se apresentam com eucromatina.</p><p>É na forma de cromatina ativa que o DNA se expressa na célula, pois nessa forma ele</p><p>pode ser transcrito nos diferentes tipos de RNA. Existem mecanismos importantes para alterar</p><p>a estrutura da cromatina e assim garantir a expressão gênica. Por exemplo, a acetilação das</p><p>histonas presentes na região central do nucleossomo diminui a interação dessas proteínas com o</p><p>DNA. Assim, a fibra de 30 nm torna-se mais instável, o que impede uma compactação maior da</p><p>cromatina e favorece a transcrição (o processo de transcrição será estudado no item 3.2). Além</p><p>disso, existem as proteínas de remodelamento da cromatina, que serão discutidas no item 3.2.2.</p><p>2.2.2 Cromossomos</p><p>À medida que a célula entra em mitose, o DNA torna-se extremamente compactado para</p><p>que possa ser distribuído entre as células-filhas sem se entrelaçar ou quebrar. O grau máximo de</p><p>compactação do DNA é atingido em uma fase da mitose denominada metáfase; neste momento,</p><p>o DNA é denominado cromossomo. Acredita-se que as alças das fibras de cromatina de 30</p><p>nm dobrem-se sobre si mesmas para formar o cromossomo metafásico compacto das células</p><p>mitóticas, nas quais o DNA está compactado quase 1000 vezes. A cromatina compactada dessa</p><p>forma não pode mais ser usada como molde para a síntese de RNA, de modo que a transcrição</p><p>cessa durante a mitose.</p><p>Eletromicrografias indicam que o DNA no cromossomo metafásico está organizado em</p><p>grandes alças ancoradas a um esqueleto proteico, o qual é constituído por mais de 30 proteínas</p><p>acídicas diferentes. Assim, o cromossomo metafásico é formado por um esqueleto central de</p><p>proteínas não histônicas, ao qual a fibra cromatínica de 30 nm se associa</p><p>o</p><p>conhecimento de engenharia de softwares, a matemática, a estatística, a ciência</p><p>da computação e a biologia molecular (PIMENTEL; GALLO; SANTOS-REBOUÇAS,</p><p>2017).</p><p>129WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>9.2 Produtos Agrícolas e Pecuários</p><p>Na agricultura, o uso da tecnologia do DNA recombinante permitiu o desenvolvimento</p><p>de culturas geneticamente modificadas (denominadas transgênicas) resistentes a herbicidas, vírus</p><p>e outros patógenos. Um transgênico bastante conhecido é o milho bt, que apresenta resistência</p><p>a insetos. Esta linha de milho tem incorporado em seu genoma um gene da bactéria Bacillus</p><p>thuringensis, que produz uma substância que é tóxica para os insetos, mas inofensiva para os</p><p>mamíferos.</p><p>Na pecuária, as técnicas de biologia molecular permitem maior produtividade. Por</p><p>exemplo, o gene do hormônio de crescimento pode ser aplicado em gado leiteiro para aumentar</p><p>a produtividade de leite.</p><p>9.3 Diagnóstico de Doenças Genéticas e Infecciosas</p><p>As técnicas moleculares permitem a identificação das mutações e a clonagem de muitos</p><p>genes responsáveis pelas doenças. Isso torna possível o desenvolvimento de sondas que detectam</p><p>as mutações e permite que a doença seja diagnosticada antes do desenvolvimento dos sintomas.</p><p>Além disso, as técnicas disponíveis permitem o desenvolvimento de tratamentos mais eficazes.</p><p>Estão disponíveis testes genéticos que permitem o diagnóstico de doenças ainda no</p><p>período fetal e outros que permitem o diagnóstico de doenças como a fibrose cística, anemia</p><p>falciforme e leucemias, em crianças e adultos. Também é possível avaliar se o indivíduo tem</p><p>predisposição a desenvolver um determinado tipo de câncer, permitindo, em alguns casos,</p><p>condutas que minimizem a probabilidade de a doença se instalar.</p><p>Além do diagnóstico de doenças genéticas, as técnicas de biologia molecular permitem</p><p>o diagnóstico rápido e preciso de doenças infecciosas e parasitárias, bem como a avaliação da</p><p>salubridade de água e alimentos.</p><p>Durante muito tempo, o diagnóstico de doenças infecciosas requeria cultura dos agentes</p><p>causadores da doença, o que demandava muito tempo. Atualmente, por meio da PCR e do uso</p><p>de primers específicos, é possível, a partir de material coletado do paciente, amplificar o DNA do</p><p>agente infeccioso e rapidamente chegar ao diagnóstico correto.</p><p>Saiba mais sobre o milho transgênico acessando:</p><p>http://bit.ly/37gwVrv . Acesso em: 8 nov. 2019.</p><p>130WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>No caso de doenças determinadas por mutações de substituição de nucleotídeos,</p><p>a amplificação por PCR dos alelos “mutante” e “normal” desse gene produz</p><p>fragmentos de mesmo tamanho. Assim, após a PCR, uma alternativa é efetuar</p><p>a digestão desses fragmentos com enzima de restrição que apresente sítio de</p><p>clivagem na posição que os fragmentos diferem, gerando um polimorfismo de</p><p>comprimentos de tamanho de restrição (RFLP, Restriction Fragments Length</p><p>Polymorphism), sendo este método denominado PCR/RFLP. O diagnóstico</p><p>molecular de doenças genéticas pode também ser realizado por sequenciamento</p><p>ou pela hibridização de sondas específicas complementares à sequência dos</p><p>diferentes alelos (Southern blot) (BRUNO, 2017).</p><p>Um requisito importante para a realização dos testes moleculares é o conhecimento</p><p>total ou parcial da sequência de nucleotídeos do patógeno, a fim de desenhar</p><p>primers que funcionem como sondas complementares específicos ao DNA do</p><p>patógeno. Assim, coleta-se material do indivíduo e realizam-se os procedimentos</p><p>de extração de DNA do indivíduo e juntamente do patógeno, no caso de indivíduos</p><p>infectados. Neste caso, apenas o DNA do patógeno será amplificado na PCR, em</p><p>razão da especificidade dos primers à sequência de DNA do agente causador da</p><p>doença, determinando um resultado positivo (BRUNO, 2017).</p><p>Em 2015, a mídia divulgou amplamente a decisão da atriz Angelina Jolie de</p><p>remover mamas, ovários e tubas uterinas. A atriz descobriu, por meio de testes</p><p>genéticos, que apresentava mutações nos genes BRCA1 e BRCA2, responsáveis</p><p>por câncer de mama e ovário. De maneira preventiva, a atriz optou por remover</p><p>mamas, ovários e tubas uterinas, minimizando, assim, a chance de desenvolver</p><p>câncer nesses órgãos. Para saber mais sobre este caso, leia o artigo:</p><p>MEDEIROS, K. K. P. et al. Angelina Jolie: explorando risco em relação ao câncer de</p><p>mama. Revista de Medicina e Saúde de Brasília, Brasília, DF, v. 5, n. 1, p. 114-127,</p><p>2016. Disponível em:</p><p>https://portalrevistas.ucb.br/index.php/rmsbr/article/view/6606/4332 .</p><p>131WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>9.4 Terapia Gênica</p><p>Até há alguns anos, quando se falava em doenças genéticas, logo se pensava em doença</p><p>incurável, uma vez que parecia impossível “consertar” um gene mutado. Porém, a tecnologia do</p><p>DNA recombinante despertou a possibilidade de se tratar doenças genéticas no seu nível mais</p><p>básico, o gene, e assim desenvolveu-se a terapia gênica. Embora ainda de maneira cautelosa,</p><p>a terapia gênica vem sendo usada como tratamento experimental para algumas doenças. Esta</p><p>terapia consiste na transferência de cópia normal de um gene para células que possuem alelos</p><p>mutantes de tal gene.</p><p>Vários modos de transferência de genes vêm sendo estudados. O elemento responsável</p><p>por levar a cópia do gene até a célula do paciente é denominado vetor. Dentre os vários vetores</p><p>estudados, os virais têm se mostrado eficientes.</p><p>Como vimos, as enzimas de restrição permitem a união de fragmentos de DNA,</p><p>possibilitando a criação de moléculas de DNA recombinante. Desse modo, na terapia gênica,</p><p>a cópia normal do gene e o DNA do vetor são cortados com a mesma enzima de restrição. A</p><p>molécula recombinante (gene de interesse + DNA viral) é transferida para um vírus. O vírus é</p><p>colocado em contato com as células para que libere o seu material genético e induza a célula a</p><p>produzir cópias e expressar o gene nela inserido (Figura 12). Este gene introduzido na célula é</p><p>chamado transgene. Quando a terapia gênica é bem-sucedida, o transgene sintetiza o produto</p><p>gênico ausente e restaura o fenótipo normal no paciente.</p><p>Os estudos com terapia gênica, até o momento, concentram-se em introduzir o transgene</p><p>em células somáticas. Portanto, embora possa melhorar muito a condição do paciente, a terapia</p><p>gênica não altera as células gaméticas e a mutação pode ser transmitida para os descendentes.</p><p>Figura 12 - Principais etapas da terapia gênica. Fonte: Pimentel, Gallo e Santos-Rebouças (2017).</p><p>132WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>9.5 Identificação de Indivíduos</p><p>A descoberta da possibilidade de se caracterizar moléculas de DNA, por meio do</p><p>padrão de fragmentos gerados pelas enzimas de restrição e separados por eletroforese, levou</p><p>ao desenvolvimento de métodos para identificar pessoas em investigações criminais, periciais</p><p>e de paternidade. A área que trata da identificação de indivíduos com as técnicas de biologia</p><p>molecular denomina-se genética forense.</p><p>Existem regiões intergênicas do DNA que variam muito entre os indivíduos e que</p><p>aparecem repetidas vezes no genoma em tandem, ou seja, uma em sequência da outra. Estas</p><p>sequências são conhecidas como VNTR (número variável de repetições em tandem). VNTRs com</p><p>repetições de 2 a 7 nucleotídeos são denominados microssatélites ou repetições curtas em tandem</p><p>(STRs). Este número de repetições varia entre as pessoas, portanto, quando se digere o material</p><p>genético de um indivíduo com enzimas de restrição, surge um padrão de fragmentos específico,</p><p>como se fosse uma “impressão digital” molecular (fingerprint). As STRs podem ser detectadas</p><p>com PCR e o comprimento do segmento amplificado depende do número de repetições; o DNA</p><p>de uma pessoa com mais repetições vai produzir um segmento amplificado maior que o DNA</p><p>de uma pessoa com poucas repetições. Os primers usados na reação de PCR são marcados com</p><p>fluorescência, de modo que os fragmentos de DNA resultantes possam ser detectados com um</p><p>laser. Primers de diferentes loci de STR são marcados com fluorescência de cor diferente, para</p><p>que produtos de diferentes tamanhos de diferentes loci possam ser diferenciados. Após a PCR, os</p><p>fragmentos são separados em um gel ou por eletroforese de capilaridade. A fidelidade dos perfis</p><p>de DNA na identificação de indivíduos aumenta com o número de loci polimórficos usados na</p><p>análise.</p><p>Observe a Figura 13. Nesta figura, estão mostrados os fingerprints de DNA de uma mãe,</p><p>seu filho e dois candidatos à paternidade da criança. Considerando que a criança recebe de</p><p>cada genitor um cromossomo de cada par de homólogos, aproximadamente metade dos STR</p><p>da criança deve ter sido herdada da mãe e a outra metade do pai. Desse modo, se uma banda</p><p>presente na criança não estiver presente na mãe, obrigatoriamente deverá estar presente no pai.</p><p>Nem todas as bandas dos genitores estão presentes na criança, mas todas as bandas da criança</p><p>foram herdadas de um ou outro genitor.</p><p>Em 1997, o Federal Bureau of Investigation (FBI) adotou um conjunto de 13 loci de</p><p>STR a ser usado como banco de dados padronizado em investigações criminais.</p><p>Coletivamente, esses 13 loci STR compõem o sistema combinado de índices de</p><p>DNA (CODIS, Combined DNA Index System) amplamente usado na análise do perfil</p><p>de DNA. Esses loci estão localizados em 12 cromossomos diferentes (SNUSTAD;</p><p>SIMMONS, 2018).</p><p>133WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 13 - Perfis de DNA de uma mãe, seu filho e dois homens que afirmavam ser pai da criança. As setas indicam</p><p>bandas que identificam o homem nº 2 como pai biológico. Fonte: Snustad e Simmons (2018).</p><p>Observe a Figura 14. Para simplificar, são mostrados os perfis de DNA de apenas 4 dos 13</p><p>loci STR do CODIS padronizados. Na prática, seriam comparados os perfis dos 13 loci. Na figura,</p><p>está mostrado o perfil preparado a partir de sangue seco encontrado em uma cena de crime e de</p><p>dois suspeitos. Analisando os perfis de DNA, observa-se que o sangue encontrado na cena do</p><p>crime corresponde ao perfil do suspeito 2.</p><p>Para melhor compreensão do teste de DNA, assista ao vídeo:</p><p>Teste de DNA, disponível em:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=lIR5o6ebZzw .</p><p>134WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 14 - Perfis de DNA de quatro loci STR preparados a partir de DNA isolado de sangue seco, encontrado no</p><p>local de um crime, e de sangue coletado de dois suspeitos. Na prática forense, seriam comparados os perfis de DNA</p><p>dos 13 loci STR do CODIS. Fonte: Snustad e Simmons (2018).</p><p>135WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>4</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>CONSIDERAÇÕES FINAIS</p><p>As descobertas de Mendel em 1866 foram a primeira etapa para a fantástica evolução</p><p>da genética e da biologia molecular. Mendel descreveu fatores que eram transmitidos ao longo</p><p>das gerações. Esta descrição gerou na comunidade científica da época, em 1900, a curiosidade</p><p>por entender que fatores eram estes e como era possível serem responsáveis pela transmissão de</p><p>características. Em 1953, Watson e Crick responderam essas questões, descrevendo a estrutura em</p><p>dupla hélice do DNA. Essa descoberta suscitou um novo questionamento: agora os pesquisadores</p><p>passam a se perguntar qual é a sequência de nucleotídeos do DNA. Em 2003, com a conclusão do</p><p>projeto genoma humano, essa pergunta também foi respondida.</p><p>Desde então, surgiram numerosas técnicas que permitiram a união da genética clássica</p><p>com a biologia molecular, surgindo a genética molecular.</p><p>Vimos nesta unidade que, atualmente, por meio das diferentes técnicas disponíveis, é</p><p>possível identificar mutações, garantindo um diagnóstico preciso e até anterior ao aparecimento</p><p>da doença; diagnosticar doenças infecciosas e parasitárias; realizar terapia gênica; identificar</p><p>indivíduos em cenas de crimes; identificar corpos em desastres; realizar testes de paternidade</p><p>com precisão; produzir fármacos e produtos agrícolas, dentre outros.</p><p>136WWW.UNINGA.BR</p><p>ENSINO A DISTÂNCIA</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>BRUNO, A. N. Biotecnologia II: aplicações e tecnologias. Porto Alegre: Artmed, 2017.</p><p>DE ROBERTIS, E. M.; HIB, J. De Robertis Biologia Celular e Molecular. 16. ed. Rio de Janeiro:</p><p>Guanabara Koogan, 2017.</p><p>DUDEK, R. W; WILEY, J. E. Genética humana básica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan,</p><p>2009.</p><p>GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. 11. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan,</p><p>2016.</p><p>JUNQUEIRA, L. C. U.; CARNEIRO, J. Biologia Celular e Molecular. 9. ed. Rio de Janeiro:</p><p>Guanabara Koogan, 2012.</p><p>NELSON, D.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre:</p><p>Artmed, 2014.</p><p>NUSSBAUM, R. L.; MCLNNES, R. R.; WILLARD, H. F. Thompson & Thompson Genética</p><p>Médica. 7. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2008.</p><p>NUSSBAUM, R. L.; MCLNNES, R. R.; WILLARD, H. F. Thompson & Thompson Genética</p><p>Médica. 8. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2016.</p><p>PIERCE, B. A. Genética: um enfoque conceitual. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan,</p><p>2017.</p><p>PIMENTEL, M. M. G.; GALLO, C. V. M.; SANTOS-REBOUÇAS, C. B. Genética essencial.</p><p>Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017.</p><p>SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Fundamentos de Genética. 7. ed. Rio de Janeiro: Guanabara</p><p>Koogan, 2018.</p><p>WATSON, J. D. et al. Biologia molecular do gene. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015.</p><p>como alças. Pertencem</p><p>a esse esqueleto proteico as condensinas (Figura 9).</p><p>14WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>As condensinas se associam em dímeros que, por sua vez, se associam à fibra de cromatina,</p><p>compactando-a (Figura 10).</p><p>Figura 9 - Compactação do DNA. A) Dupla hélice. B) Nucleossomos. C) Solenoide. D) Fibra de 30 nm formando</p><p>laços ou alças a partir de um eixo de proteínas não histonas. E) Nível elevado de compactação ao redor de um eixo</p><p>proteico não histona. Fonte: De Robertis e Hib (2017).</p><p>A duplicação do DNA é condição determinante para que a célula entre em divisão,</p><p>logo, o cromossomo metafásico é composto por duas moléculas de DNA, cada qual presente</p><p>em uma das duas cromátides que constituem o cromossomo. Cada cromátide, por sua vez, é</p><p>resultante da compactação da fibra cromatínica de 30 nm, como descrito anteriormente. Com a</p><p>participação de dímeros de proteínas não histonas, denominadas coesinas, as duas cromátides de</p><p>um cromossomo se unem por meio de uma região de estrangulamento, denominada constrição</p><p>primária ou centrômero (Figura 10).</p><p>Figura 10 – A) Estrutura de um dímero de moléculas de coesina ou de condensina, pois ambas apresentam a mes-</p><p>ma estrutura. B) Dímeros de condensina associados a uma fibra de cromatina, que compacta a fibra e auxilia na</p><p>formação do cromossomo. C) Moléculas de coesinas que se ligam, na altura do centrômero, às duas cromátides do</p><p>cromossomo, mantendo essas cromátides unidas. Fonte: Junqueira e Carneiro (2012).</p><p>15WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>A posição do centrômero permite a classificação morfológica dos cromossomos em</p><p>quatro tipos. Os cromossomos metacêntricos possuem centrômero em uma posição mais ou</p><p>menos central, de modo que as cromátides têm braços de mesmo tamanho. Os cromossomos</p><p>submetacêntricos apresentam o centrômero deslocado do centro, de modo que as cromátides</p><p>têm um braço curto e um longo. Os cromossomos acrocêntricos apresentam o centrômero</p><p>subterminal, deslocado para uma das extremidades, de modo que os braços curtos das cromátides</p><p>são muito pequenos. Os cromossomos telocêntricos apresentam centrômero terminal, de forma</p><p>que as cromátides têm apenas braços longos. Estes últimos não são normalmente encontrados na</p><p>espécie humana, sendo comuns em outras espécies (Figura 11). O braço curto de um cromossomo</p><p>é identificado pela letra p e o braço longo pela letra q.</p><p>Figura 11 - Classificação dos cromossomos quanto à posição do centrômero. Fonte: Pierce (2017).</p><p>Nas extremidades do cromossomo metafásico, são encontradas sequências repetitivas</p><p>de DNA, que constituem os telômeros. Os telômeros mantêm a estabilidade dos cromossomos,</p><p>impedindo a sua adesão (Figura 12).</p><p>Figura 12 - Estrutura dos cromossomos. Fonte: Pierce (2017).</p><p>16WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>O elevado grau de compactação atingido quando o DNA se encontra na forma de</p><p>cromossomo faz com que este possa ser visto como estrutura individual, a qual, quando fixada e</p><p>fotografada, pode ser isolada, classificada e ordenada com relativa facilidade.</p><p>2.3 Organização Cromossômica do Genoma Humano</p><p>Como vimos, normalmente, as células humanas contêm 46 moléculas de DNA,</p><p>consequentemente, 46 cromossomos, os quais constam de 23 pares, sendo que 22 deles estão</p><p>presentes tanto na mulher como no homem e recebem o nome de autossomos ou autossômicos.</p><p>O par restante, conhecido como par sexual, na mulher, é composto por dois cromossomos</p><p>idênticos, os cromossomos X, e no homem, por dois cromossomos bastante diferentes, pois um</p><p>deles é um cromossomo X e o outro é o pequeno cromossomo Y.</p><p>O conjunto completo de cromossomos de um organismo é chamado de cariótipo, e é</p><p>geralmente representado pela imagem dos cromossomos metafásicos ordenados em tamanho</p><p>decrescente (Figura 13). Por convenção, o maior autossomo é chamado de cromossomo 1, o</p><p>seguinte maior é chamado de cromossomo 2, e assim por diante. No caso dos dois últimos pares</p><p>de autossomos, os números originalmente atribuídos não refletem seus tamanhos reais, pois hoje</p><p>sabemos que o cromossomo 22 é ligeiramente maior que o cromossomo 21. O cromossomo X</p><p>tem tamanho intermediário e o cromossomo Y tem aproximadamente o mesmo tamanho do</p><p>cromossomo 22 (Figura 14).</p><p>Figura 13 - Cariótipo masculino (46, XY). Fonte: Snustad e Simmons (2018).</p><p>A ordem dos cromossomos por tamanho não reflete a ordem por número de genes</p><p>ativos. Algumas regiões cromossômicas são “ricas em genes”, enquanto outras são “pobres em</p><p>genes”. O cromossomo 19, por exemplo, é um dos menores cromossomos em termos de tamanho,</p><p>porém é o terceiro cromossomo em número de genes ativos, o que demonstra que ele é rico em</p><p>genes (Figura 14). Por sua vez, outros cromossomos, grandes em tamanho, possuem pequena</p><p>quantidade de genes ativos, sendo pobres em genes.</p><p>17WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 14 - Tamanho de conteúdo genético de 24 cromossomos humanos. A) Tamanho de cada cromossomo, em</p><p>milhões de pares de bases (1 milhão de pares de bases = 1Mb). Os cromossomos estão ordenados por tamanho da</p><p>esquerda para a direita. B) Número de genes identificados em cada cromossomo. Os cromossomos estão ordenados</p><p>por conteúdo genético da esquerda para a direita. Fonte: Nussbaum, Mclnnes e Willard (2008).</p><p>As mulheres possuem dois cromossomos X enquanto os homens possuem apenas</p><p>um. Além disso, o outro cromossomo sexual dos homens, o Y, possui menor</p><p>quantidade de genes que o X. Isso cria um problema, pois todos os indivíduos</p><p>devem produzir a mesma quantidade de produto gênico, mas, pelo exposto, as</p><p>mulheres têm mais cópias gênicas que os homens e, consequentemente, mais</p><p>produto gênico. Como este problema é superado? Esse problema é superado</p><p>por meio de um processo denominado compensação de dose, que torna inativa</p><p>a maior parte dos genes do cromossomo X. Isso se dá por inativação parcial e</p><p>aleatória de um cromossomo X, no sexo feminino, no início do desenvolvimento.</p><p>A quantidade de genes do cromossomo X que escapa à inativação é equivalente</p><p>à quantidade de genes presente no cromossomo Y, o que torna a quantidade de</p><p>produtos gênicos equivalente em homens e mulheres. O cromossomo inativado,</p><p>denominado corpúsculo de Barr, pode ser observado no núcleo como uma</p><p>estrutura heterocromática altamente condensada e altamente corada.</p><p>18WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Cada cromossomo carrega um subconjunto de genes que são arranjados linearmente</p><p>ao longo do DNA. Os membros de um par de cromossomos (referidos como cromossomos</p><p>homólogos) carregam informações genéticas equivalentes; isto é, eles possuem os mesmos genes</p><p>na mesma sequência. Em qualquer locus (localização física de um gene em um cromossomo)</p><p>específico, no entanto, eles podem ter formas idênticas ou levemente diferentes no mesmo gene,</p><p>chamados de alelos.</p><p>O DNA se acha representado em 75% por sequências de nucleotídeos não repetidas</p><p>(cópias únicas) ou que se repetem poucas vezes. Nestas partes, localizam-se os setores funcionais</p><p>do DNA, ou seja, os genes. Os 25% restantes do DNA correspondem à sequência de nucleotídeos</p><p>que se repetem muitas vezes, chamada DNA repetitivo. Suas funções são desconhecidas, embora</p><p>não se descarte a possibilidade de que desempenhe alguma função na estrutura dos cromossomos.</p><p>3. EXPRESSÃO GÊNICA</p><p>Como vimos, a informação genética está contida no DNA. Entretanto, a informação</p><p>codificada no genoma é verdadeiramente utilizada, para especificar funções celulares, na</p><p>forma de proteínas. A ligação molecular entre esses dois tipos relacionados de informação (o</p><p>código genético dos genes e o código de aminoácidos das proteínas) é o RNA. Estas relações de</p><p>informações</p><p>entre o DNA, o RNA e a proteína são: o DNA guia a síntese e a sequência do RNA,</p><p>processo denominado transcrição; o RNA comanda a síntese e a sequência dos aminoácidos</p><p>de uma proteína, processo denominado tradução ou síntese proteica; e proteínas específicas</p><p>estão envolvidas na síntese do DNA e do RNA, processos denominados duplicação do DNA e</p><p>transcrição, respectivamente.</p><p>3.1 Duplicação do DNA</p><p>A duplicação, também denominada replicação do DNA, é o processo de síntese de duas</p><p>moléculas de DNA idênticas entre si a partir de uma molécula de DNA molde. Este processo</p><p>ocorre somente e obrigatoriamente se a célula for se dividir e é primordial para que cada célula-</p><p>filha contenha todo o material genético que estava presente na célula-mãe, sem alterações. Este</p><p>processo ocorre durante a fase S da intérfase, que envolve, além da síntese de DNA, a síntese de</p><p>histonas para a formação da cromatina.</p><p>A natureza complementar da fita de DNA proposta por Watson e Crick sugeriu que,</p><p>durante a duplicação, cada filamento serve como um molde para a síntese de um novo filamento.</p><p>A especificidade do pareamento entre as bases (A-T, C-G) significa que apenas uma sequência</p><p>de bases pode ser especificada por cada molde, e assim duas moléculas de DNA em um par de</p><p>moldes serão idênticas às originais. Esse processo é chamado de replicação semiconservativa,</p><p>porque cada um dos filamentos originais de nucleotídeos permanece íntegro (conservado), ainda</p><p>que não sejam mais combinados na mesma molécula; a molécula original de DNA é metade</p><p>(semi) conservada durante a duplicação.</p><p>Por questões didáticas, a duplicação do DNA pode ser dividida em iniciação,</p><p>deselicoidização, alongamento e término.</p><p>19WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>3.1.1 Iniciação</p><p>A replicação dos cromossomos começa em sequências nucleotídicas específicas localizadas</p><p>ao longo do cromossomo, denominadas origens de replicação. Estas origens são marcadas por</p><p>uma sequência particular de nucleotídeos. O DNA de eucariotos contém múltiplas origens de</p><p>replicação para garantir a síntese rápida de DNA. Em procariotos, o cromossomo possui somente</p><p>uma origem de replicação. As origens de replicação são reconhecidas e liberadas por proteínas</p><p>capazes de romper as ligações de hidrogênio e iniciar a abertura da fita. A partir de cada origem</p><p>de replicação, são formadas duas forquilhas de replicação (Figura 15).</p><p>3.1.2 Deselicoidização</p><p>Após a liberação das origens de replicação, a DNA helicase se associa ao DNA e dá</p><p>continuidade à abertura da fita pelo rompimento das ligações de hidrogênio. A helicase liga-se</p><p>em cada forquilha de replicação e move-se no sentido 5´-> 3´ para longe da origem, movendo</p><p>também a forquilha de replicação (Figura 15).</p><p>À medida que a fita vai sendo aberta, proteínas ligadoras de DNA de fita única (SSB)</p><p>se associam aos dois filamentos resultantes da abertura da fita, a fim de estabilizar o DNA</p><p>unifilamentar. Na ausência das SSB, certamente os dois filamentos voltariam a se associar pela</p><p>complementariedade entre as bases nitrogenadas (Figura 15).</p><p>A abertura da fita gera uma força torcional (torque) à frente da forquilha de replicação.</p><p>Para reduzir esse torque, a DNA topoisomerase (girase) se associa à fita, logo à frente do DNA</p><p>helicase. Ela realiza uma quebra bifilamentar em um segmento da hélice do DNA, passando outro</p><p>segmento da hélice pela quebra e, então, reunindo as pontas quebradas do DNA (Figura 15).</p><p>Figura 15 - Iniciação e deselicoidização do DNA. Fonte: Pierce (2017).</p><p>20WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>3.1.3 Alongamento</p><p>A enzima responsável por copiar uma fita molde de DNA e unir nucleotídeos para</p><p>construção de uma fita nova é a DNA polimerase. Esta enzima necessita da extremidade 3´OH</p><p>de um filamento iniciador (primer) de bases já pareadas como substrato para extensão da cadeia.</p><p>Assim sendo, uma enzima denominada primase adiciona nucleotídeos de RNA, fornecendo</p><p>um primer que contém o grupamento 3´OH livre necessário para iniciar a síntese de DNA. A</p><p>DNA polimerase, então, incorpora desoxirribonucleosídeo 5´- trifosfato ao primer (Figura 16).</p><p>O nucleotídeo agora adicionado oferece uma extremidade 3´OH livre e a DNA polimerase é</p><p>capaz de continuar a síntese da fita de DNA pareando desoxirribonucleosídeos 5´- trifosfatos</p><p>com as bases correspondentes no filamento molde, formando ligação 3´, 5´- fosfodiéster com o</p><p>grupamento 3´OH na desoxirribose; isso libera um pirofosfato.</p><p>Como vimos, na síntese de DNA, novos nucleotídeos são unidos um de cada vez à ponta</p><p>3´ do filamento recém-sintetizado e não à ponta 5´; assim, novos filamentos de DNA sempre se</p><p>alongam no mesmo sentido, 5´para 3´. Ou seja, as DNA polimerases copiam uma fita molde de</p><p>DNA no sentido 3´-> 5´e produzem uma nova cadeia ou um novo filamento de DNA no sentido</p><p>5´-> 3´.</p><p>À medida que o DNA se deselicoidiza, o filamento molde que é exposto no sentido 3´-></p><p>5´permite que um novo filamento seja sintetizado continuamente, no sentido 5´-> 3´. Esse novo</p><p>filamento, que sofre replicação contínua, é chamado filamento contínuo, leading, ou líder (Figura</p><p>16).</p><p>O outro filamento é exposto no sentido 5´-> 3´. Após um curto tempo, o DNA se</p><p>deselicoidizou, e a síntese deve ser no sentido oposto ao da deselicoidização. Nesta fita, a síntese</p><p>sempre começa de novo na forquilha de replicação e continua no sentido oposto ao movimento da</p><p>forquilha até o filamento previamente duplicado do segmento de DNA. Este processo é repetido</p><p>sucessivamente, e assim, a síntese desse filamento é feita em trechos pequenos, descontínuos,</p><p>chamados fragmentos de Okazaki. O filamento que sofre duplicação descontínua é chamado</p><p>descontínuo, lagging ou tardio (Figura 16).</p><p>Os fragmentos de Okazaki são assim denominados em homenagem a Reiji</p><p>Okazaki e Tuneko Okazaki, que os descobriram no final da década de 1960. Estes</p><p>fragmentos têm cerca de 1000 a 2000 nucleotídeos em bactérias e cerca de 100</p><p>a 200 nucleotídeos em eucariotos.</p><p>21WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 16 - Alongamento do DNA. Fonte: Pierce (2017).</p><p>A DNA polimerase sintetiza moléculas de DNA com eficiência e precisão, pois ela possui</p><p>uma atividade corretora de erros que lhe permite remover um nucleotídeo com uma base incorreta</p><p>que tenha sido incorporado à fita crescente de DNA. Esta correção ocorre imediatamente antes</p><p>da adição do novo nucleotídeo à cadeia crescente.</p><p>Em procariotos, são reconhecidas três DNA-polimerases. A DNA polimerase III é a</p><p>principal enzima da duplicação. A DNA polimerase I e a DNA polimerase II têm funções no</p><p>processo de reparo. Células eucariontes apresentam, pelo menos, quatro DNA polimerases</p><p>localizadas no núcleo. As DNA polimerases α e δ (letras gregas, alfa e delta, respectivamente) são</p><p>responsáveis pela duplicação do DNA e corresponderiam à DNA polimerase III de procariotos. A</p><p>polimerase δ replica a cadeia contínua, enquanto a polimerase α replica de maneira descontínua a</p><p>outra cadeia. As polimerases ε (epsílon) e β (beta) parecem estar relacionadas com os mecanismos</p><p>de reparo.</p><p>Para formar um filamento de DNA contínuo a partir do filamento descontínuo, uma</p><p>enzima de reparo do DNA remove os primers de RNA e os substitui por DNA. Posteriormente, a</p><p>enzima DNA ligase une todos os fragmentos de DNA.</p><p>3.1.4 Término</p><p>No término da duplicação do DNA, existe uma diferença fundamental entre procariotos</p><p>e eucariotos pelo fato de o DNA de procariotos ser circular e o DNA de eucariotos ser linear.</p><p>Como visto, o grupo 3´-OH, necessário para a replicação pela DNA polimerase, é oferecido</p><p>no início da duplicação pelos primers de RNA que são sintetizados pela primase. Porém, esta</p><p>solução é temporária, porque os primers devem ser removidos e substituídos por nucleotídeos</p><p>de DNA.</p><p>Em procariotos, a replicação é terminada sempre que duas</p><p>forquilhas de replicação se</p><p>encontram, pois o alongamento ao redor de um círculo fornece um grupo 3´-OH imediatamente</p><p>em frente ao primer. Após o primer ter sido removido, os nucleotídeos de reposição de DNA</p><p>podem ser adicionados a esse grupo 3´OH (Figura 17A).</p><p>22WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Em eucariotos, os cromossomos são lineares e, portanto, têm pontas, os telômeros. Na</p><p>ponta de um cromossomo linear, não há trecho adjacente de DNA replicado para fornecer o grupo</p><p>3´-OH. Quando o primer no final do cromossomo for removido, ele não pode ser substituído</p><p>com nucleotídeos de DNA, o que produz um espaço no final dos cromossomos, sugerindo que</p><p>o cromossomo deve ficar progressivamente mais curto a cada rodada de replicação. Células</p><p>germinativas e algumas somáticas proliferativas, como células da medula óssea e do epitélio</p><p>intestinal, possuem uma enzima denominada telomerase. A telomerase carrega uma pequena</p><p>molécula de RNA, parte da qual atua como um molde para a síntese da unidade de repetição</p><p>telomérica, mantendo o comprimento dos cromossomos (Figura 17B). A maioria das células</p><p>somáticas tem pouca ou nenhuma telomerase, e os cromossomos nessas células encurtam</p><p>progressivamente a cada ciclo de divisão celular. Essas células são capazes apenas de um número</p><p>limitado de divisões, após as quais entram em morte celular.</p><p>O fato de os cromossomos das células somáticas se tornarem progressivamente</p><p>mais curtos a cada divisão celular, levando-as à morte celular, levou muitos</p><p>cientistas a suspeitarem que havia uma ligação entre o encurtamento dos telômeros</p><p>e o envelhecimento. Pesquisas com camundongos geneticamente modificados</p><p>que não expressam a telomerase mostraram sinais de envelhecimento prematuro</p><p>nesses animais, tais como surgimento de pelos grisalhos, perda de pelos e demora</p><p>na cicatrização de feridas. Uma evidência da relação entre o tamanho do telômero</p><p>e o envelhecimento em seres humanos foi obtida a partir de estudos de indivíduos</p><p>com um distúrbio denominado progéria, caracterizado por envelhecimento</p><p>precoce. Na forma mais grave de progéria, logo após o nascimento, o bebê passa a</p><p>apresentar rugas, calvície e outras manifestações do envelhecimento, e geralmente</p><p>vem a óbito na adolescência. Pesquisas com células somáticas desses indivíduos</p><p>mostram telômeros mais curtos e capacidade proliferativa diminuída quando</p><p>cultivadas em cultura. Porém, embora essas observações sugiram que o tamanho</p><p>dos telômeros está associado ao envelhecimento, o papel exato dos telômeros no</p><p>envelhecimento humano ainda é incerto.</p><p>23WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 17 - Término da replicação do DNA. A) Procariotos. B) Eucariotos. Fonte: Pierce (2017).</p><p>Para melhor compreensão do conteúdo abordado nesta</p><p>unidade, assista ao vídeo: Mecanismo de replicação do DNA,</p><p>em 3D, disponível em:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=zVaPUThUdWw . Trata-se</p><p>de uma animação gráfica que mostra os principais aspectos</p><p>da duplicação do DNA.</p><p>24WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>3.2 Transcrição</p><p>A primeira etapa na transferência de informação do gene para a proteína é a transcrição.</p><p>Durante a transcrição, um filamento de DNA em um gene é utilizado como molde para sintetizar</p><p>um filamento complementar de RNA, denominado transcrito gênico. Ao contrário da duplicação,</p><p>a transcrição de um gene ocorre apenas em um dos filamentos de nucleotídeos de DNA. O</p><p>filamento de nucleotídeos usado para a transcrição é chamado filamento molde. Na maioria</p><p>dos organismos, cada gene é transcrito de um único filamento, mas genes diferentes podem ser</p><p>transcritos de filamentos diferentes (Figura 18).</p><p>Figura 18 - Cada gene é transcrito a partir de uma fita simples de DNA. A fita de DNA é lida sempre de 3´ para 5´,</p><p>de modo que o RNA cresce de 5´ para 3´. Fonte: Pierce (2017).</p><p>O RNA apresenta uma extremidade 5´ e uma extremidade 3´. Durante a síntese, o</p><p>crescimento do RNA é sempre no sentido 5´ para 3´, ou seja, os nucleotídeos são sempre</p><p>adicionados a uma ponta em crescimento 3´. Tendo em vista que os nucleotídeos complementares</p><p>de ácido nucleico estão orientados de modo oposto, o fato de o RNA ser sintetizado de 5´ para 3´</p><p>significa que o filamento molde deve ser lido de 3´para 5´ (Figura 18).</p><p>A sequência codificadora de proteína em um gene é um segmento relativamente pequeno</p><p>do DNA inserido em uma molécula de DNA muito mais longa (o cromossomo). Tendo em vista</p><p>que o DNA de um cromossomo é uma unidade contínua, a maquinaria de transcrição deve</p><p>reconhecer o início de um gene, denominado promotor; transcrever o comprimento do gene,</p><p>denominado sequência codificante, e interromper na outra extremidade, denominada finalizadora</p><p>(Figura 19). Estes três estágios da transcrição são denominados iniciação, alongamento e término</p><p>(Figura 20).</p><p>Figura 19 - Unidade de transcrição. Fonte: Pierce (2017).</p><p>25WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 20 - Estágios da transcrição: Iniciação, Alongamento e Término. Fonte: Snustad e Simmons (2018).</p><p>Embora o processo geral de transcrição seja semelhante em procariotos e eucariotos,</p><p>existem diferenças importantes. As células procarióticas possuem, tipicamente, apenas um tipo</p><p>de RNA polimerase, que catalisa a síntese de todas as classes de RNA bacteriano: RNAm, RNAt</p><p>e RNAr. A maioria das células eucarióticas possui três tipos diferentes de RNA polimerase, cada</p><p>uma das quais responsável por transcrever uma classe diferente de RNA: RNA polimerase I, que</p><p>transcreve RNAr; RNA polimerase II, que transcreve pré-RNAm; e RNA polimerase III, que</p><p>transcreve RNAt.</p><p>3.2.1 Transcrição em procariotos</p><p>3.2.1.1 Iniciação</p><p>A iniciação da transcrição requer o reconhecimento da região promotora do gene. Os</p><p>promotores são sequências de nucleotídeos reconhecidas pelo aparato que realizará a transcrição.</p><p>Em procariotos, a RNA polimerase associada a um fator, denominado σ (sigma), compõe o</p><p>aparato de transcrição (Figura 21).</p><p>O aparato de transcrição se liga à região promotora e inicia a abertura da dupla hélice</p><p>de DNA por meio do rompimento das ligações de hidrogênio, formando a bolha de transcrição.</p><p>À medida que o DNA vai sendo aberto, o aparato de transcrição migra em direção ao primeiro</p><p>nucleotídeo que será transcrito, denominado nucleotídeo +1. Na transcrição, não é necessário</p><p>um primer para iniciar. Uma vez posicionado no nucleotídeo +1, o aparato de transcrição inicia</p><p>a adição de nucleotídeos para síntese do RNA.</p><p>26WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>3.2.1.2 Alongamento</p><p>O fator sigma é necessário para a ligação da RNA polimerase ao promotor e para a</p><p>iniciação. Após alguns nucleotídeos terem sido unidos pela RNA polimerase, sigma se desliga e a</p><p>RNA polimerase dá continuidade ao alongamento da molécula de RNA.</p><p>À medida que se move ao longo do molde, a RNA polimerase progressivamente desenrola</p><p>a dupla hélice de DNA à sua frente, unindo nucleotídeos à molécula de RNA de acordo com a</p><p>sequência no molde, e enrola novamente o DNA que já foi transcrito (Figura 21).</p><p>O movimento progressivo do aparato de transcrição sobre o molde de DNA gera uma</p><p>super helicoidização. As enzimas topoisomerases provavelmente aliviam o estresse associado ao</p><p>desenrolar e reenrolar do DNA na transcrição, como fazem na duplicação do DNA.</p><p>3.2.1.3 Término</p><p>A RNA polimerase adiciona nucleotídeos à ponta 3´ da molécula de RNA em crescimento</p><p>até transcrever um finalizador. O finalizador é uma sequência de nucleotídeos especiais que</p><p>atuam como um sinal em relação ao término da cadeia. O encontro com os nucleotídeos de sinal</p><p>de término inicia a liberação do RNA nascente e da enzima do molde.</p><p>Figura 21 - Transcrição em procariotos.</p><p>Fonte: Pierce (2017).</p><p>27WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>3.2.2 Transcrição em eucariotos</p><p>Como visto no item 2.2.1, o DNA eucariótico forma um complexo com as proteínas</p><p>histonas; desse modo, a estrutura da cromatina deve ser modificada antes da transcrição, para</p><p>que as proteínas necessárias à transcrição tenham acesso ao DNA. Deste processo participam</p><p>as acetiltransferases e as proteínas de remodelamento do DNA. As acetiltransferases adicionam</p><p>grupos acetil aos aminoácidos nas extremidades das histonas, o que desestabiliza a estrutura do</p><p>nucleossomo e torna o DNA mais acessível. As proteínas de remodelagem ligam-se à cromatina</p><p>e deslocam os nucleossomos dos promotores e de outras regiões importantes para a transcrição.</p><p>Em eucariotos, existem três RNA polimerases diferentes, as quais reconhecem promotores</p><p>diferentes. O reconhecimento do promotor é feito por proteínas acessórias que se ligam ao</p><p>promotor e, então, requisitam uma RNA polimerase específica (I, II ou III) para o promotor. As</p><p>proteínas acessórias pertencem a duas classes que compõem os fatores gerais de transcrição e as</p><p>proteínas ativadoras transcricionais. O promotor é dividido em duas regiões conhecidas como</p><p>promotor cerne e promotor regulador (Figura 22).</p><p>Os fatores gerais de transcrição, junto com a RNA polimerase, se ligam ao promotor</p><p>cerne e são capazes de realizar a transcrição em níveis mínimos.</p><p>As proteínas ativadoras transcricionais se ligam ao promotor regulador e são capazes de</p><p>estimular níveis altos de transcrição.</p><p>Os promotores são reconhecidos por meio de sequências de consenso. Uma das sequências</p><p>de consenso mais comuns, presente no promotor cerne, é a sequência TATAAA, situada em -25</p><p>pares de bases (pb) antes do ponto de início da transcrição (nucleotídeo +1). Esta é conhecida</p><p>como TATA box (Figura 22).</p><p>Figura 22 - Promotor de gene eucariótico transcrito pela RNA polimerase II. Fonte: Pierce (2017).</p><p>3.2.2.1 Iniciação</p><p>As acetiltransferases e as proteínas de remodelagem do DNA se ligam a ele próximo da</p><p>região promotora e modificam a estrutura da cromatina. A RNA polimerase e os fatores gerais</p><p>de transcrição (em conjunto chamados aparato basal de transcrição) se ligam no promotor</p><p>cerne, reconhecendo a sequência TATA box. Uma das proteínas começa a abertura da fita de</p><p>DNA, deselicoidizando-o parcialmente; 11 a 15 pb do DNA que circundam o sítio de início</p><p>da transcrição se separam, produzindo o DNA unifilamentar que servirá como molde para a</p><p>transcrição. Após se formar o complexo aberto, a síntese de RNA começa. As proteínas ativadoras</p><p>transcricionais se ligam ao promotor regulador e, direta ou indiretamente, fazem contato com o</p><p>aparato basal de transcrição e afetam a taxa com a qual a transcrição é iniciada.</p><p>28WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>3.2.2.2 Alongamento</p><p>Após terem sido adicionados cerca de 30 nucleotídeos de RNA, a RNA polimerase deixa</p><p>o promotor e entra no estágio de alongamento da transcrição. Muitos dos fatores de transcrição</p><p>são deixados no promotor cerne e podem servir para reiniciar rapidamente a transcrição com</p><p>outra RNA polimerase.</p><p>Assim como em procariotos, à medida que se move ao longo do molde, a RNA polimerase</p><p>progressivamente desenrola a dupla hélice de DNA à sua frente, unindo nucleotídeos à molécula</p><p>de RNA de acordo com a sequência no molde, e enrola novamente o DNA que já foi transcrito.</p><p>O movimento progressivo do aparato de transcrição sobre o molde de DNA gera uma super</p><p>helicoidização. As enzimas topoisomerases provavelmente aliviam o estresse associado ao</p><p>desenrolar e reenrolar do DNA na transcrição, como fazem na duplicação do DNA.</p><p>3.2.2.3 Término</p><p>O término da transcrição é específico para cada RNA polimerase.</p><p>A RNA polimerase I requer um fator de término.</p><p>A RNA polimerase III termina a transcrição após transcrever uma sequência finalizadora.</p><p>A RNA polimerase II não termina em sequências específicas, ela geralmente continua a</p><p>sintetizar RNA com centenas ou mesmo milhares de nucleotídeos, além da sequência necessária</p><p>para produzir RNAm. Esses nucleotídeos extras serão removidos durante o processamento do</p><p>RNA, que será descrito no item 3.3.1.</p><p>3.2.3 Principais classes de RNA</p><p>Como descrito na seção 2.1.2, existem três classes principais de RNA, as quais são</p><p>observadas em procariotos e eucariotos:</p><p>- RNA mensageiro (RNAm), o qual codifica a informação necessária para produzir cadeias</p><p>polipeptídicas (proteínas), ou seja, atua como o intermediário que transmite a informação do</p><p>DNA para a proteína;</p><p>- RNA transportador (RNAt), responsável por transportar o aminoácido correto até o</p><p>RNAm no processo de síntese proteica;</p><p>- RNA ribossômico (RNAr), que são os principais componentes dos ribossomos, que são</p><p>grandes máquinas moleculares que guiam a montagem da cadeia de aminoácidos pelos RNAm</p><p>e RNAt.</p><p>3.3 Processamento do RNA</p><p>Para se tornar funcional e estável, o RNA eucariótico sofre grandes modificações, as quais</p><p>são, coletivamente, denominadas processamento do RNA (Figura 23).</p><p>29WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>3.3.1 Processamento do RNAm</p><p>Uma diferença primordial entre procariotos e eucariotos é a presença do envoltório</p><p>nuclear delimitando o núcleo de eucariotos. Em procariotos, que apresentam ausência de</p><p>envoltório nuclear, à medida que o RNAm é transcrito, ele já vai sendo quase que simultaneamente</p><p>traduzido, de modo que não há tempo para processamento. Em eucariotos, o RNA é sintetizado</p><p>no núcleo, onde está localizado o DNA, e exportado do núcleo para o citoplasma, onde ocorre</p><p>a tradução. Antes que o RNA deixe o núcleo, ele será processado. O processamento do RNAm</p><p>ocorre em três etapas:</p><p>- Adição do CAP 5´</p><p>Consiste na adição de um nucleotídeo extra de guanina (G) na extremidade 5´ do RNAm</p><p>e adição de um grupo metila (CH3) à G recém-adicionada. A presença de CAP 5´ aumenta a</p><p>estabilidade do RNAm e auxilia na iniciação da tradução.</p><p>- Splicing</p><p>Os genes de eucariotos são compostos por segmentos denominados éxons (que se referem</p><p>às regiões expressas), que codificam partes das proteínas, e segmentos denominados íntrons</p><p>(que se referem às regiões intercalares), que separam os éxons. Assim, o RNA produzido após</p><p>a transcrição, a partir de um gene, contém tanto éxons quanto íntrons. Para que o RNAm se</p><p>torne funcional, um grande complexo molecular, denominado spliceossomo, remove os íntrons</p><p>e, simultaneamente, une os éxons, por um processo denominado splicing. Os éxons unidos</p><p>constituirão a região codificante do RNAm. A região codificante determinará a sequência de</p><p>aminoácidos da proteína, sendo que cada aminoácido é codificado por uma sequência de 3</p><p>nucleotídeos consecutivos, denominada códon.</p><p>- Adição da cauda poli-A</p><p>Muitos genes eucarióticos transcritos pela RNA polimerase II são transcritos muito</p><p>além do final da sequência codificante (item 3.2.2.3). Durante o processamento do RNAm, o</p><p>material extra na ponta 3´ é cortado e são adicionados de 50 a 250 nucleotídeos de adenina (A)</p><p>à extremidade 3´ formando uma cauda poli-A. Esses nucleotídeos não são codificados no DNA,</p><p>mas sim adicionados após a transcrição em um processo chamado poliadenilação. A cauda poli-A</p><p>confere estabilidade ao RNAm, aumentando o tempo durante o qual ele permanece intacto e</p><p>disponível para tradução antes de ser degradado; também facilita a ligação dos ribossomos ao</p><p>RNAm.</p><p>30WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 23 - Processamento do RNA mensageiro. Fonte: Pierce (2017).</p><p>3.2.2 Processamento do RNAt</p><p>O processamento do RNAt inclui mudanças químicas feitas em algumas das quatro</p><p>bases nitrogenadas padrão do RNA (A, G, C, U), que auxiliam o dobramento do RNAt em uma</p><p>estrutura em folha de trevo. Na extremidade 3´ da folha de trevo,</p><p>ocorre a remoção de um íntron</p><p>e a adição de uma trinca de nucleotídeos (CCA), compondo o braço aceptor, ao qual se liga o</p><p>aminoácido. Na base do RNAt, ocorre a remoção de um íntron e o posicionamento de uma trinca</p><p>de bases denominada anticódon, o qual será complementar a um códon presente no RNAm. Este</p><p>processamento ocorre em procariotos e eucariotos (Figura 24).</p><p>31WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 24 - Processamento do RNA transportador. Fonte: Pierce (2017).</p><p>3.3.3 Processamento do RNAr</p><p>Com exceção de um tipo de RNAr de eucariotos, os diferentes RNA ribossômicos são</p><p>codificados por um único gene, em procariotos e eucariotos. Após a transcrição, as regiões que</p><p>darão origem aos RNAr são metiladas e os íntrons são removidos, liberando diferentes RNAr. Os</p><p>RNAr se associam a proteínas para formar as subunidades ribossômicas, maior e menor (Figura</p><p>25).</p><p>Figura 25 - Processamento do RNA ribossômico. Fonte: Pierce (2017).</p><p>3.4 Síntese Proteica ou Tradução</p><p>Após processamento, o RNA maduro contém a informação necessária para sintetizar</p><p>uma proteína. Durante a síntese proteica, a sequência de nucleotídeos no transcrito de RNA é</p><p>convertida na sequência de aminoácidos da proteína originalmente codificada pelo gene. Isso é</p><p>possível graças ao código genético (Figura 26).</p><p>32WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 26 - O código genético designa os aminoácidos codificados por cada códon. Fonte: Griffiths et al. (2016).</p><p>Participam da síntese de uma proteína: o RNAm, o RNAt e o ribossomo (rever classes de</p><p>RNA no item 3.2.3).</p><p>A síntese proteica pode ser estudada em quatro estágios: carregamento do RNAt, iniciação,</p><p>alongamento e término.</p><p>3.4.1 Carregamento do RNAt</p><p>O primeiro estágio da tradução é a ligação da molécula de RNAt ao aminoácido pela</p><p>enzima aminoacil-RNAt sintetase. Cada RNAt é específico para um determinado aminoácido,</p><p>de modo que existe uma aminoacil-RNAt sintetase para cada aminoácido. Visto que há 20</p><p>aminoácidos diferentes, existem 20 dessas enzimas diferentes. Os aminoácidos se ligam por meio</p><p>do seu grupo carboxila (COO-) à adenina da sequência CCA, presente no braço aceptor do RNAt</p><p>(Figura 27).</p><p>Figura 27 - Ligação do aminoácido ao RNAt. O grupo carboxila (COO−) do aminoácido se liga ao grupo hidroxila</p><p>do átomo de carbono 2′ ou 3´ do nucleotídeo final na extremidade 3´ do RNAt, no qual a base é sempre adenina.</p><p>Fonte: Pierce (2017).</p><p>33WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>3.4.2 Iniciação</p><p>O segundo estágio no processo de síntese proteica é a iniciação, a qual compreende três</p><p>etapas (Figura 28):</p><p>1. Ligação da subunidade menor do ribossomo à extremidade 5´ do RNAm: a subunidade</p><p>menor do ribossomo reconhece o CAP 5´ do RNAm, se liga a ele e percorre o RNAm</p><p>até encontrar a trinca de bases AUG, que corresponde ao códon de início da síntese</p><p>proteica. Este códon codifica o aminoácido metionina, de modo que todas as proteínas</p><p>recém-sintetizadas têm a metionina como seu primeiro aminoácido, o qual, em geral,</p><p>é posteriormente removido por uma protease.</p><p>2. Ligação do RNAt iniciador ao RNAm pelo pareamento de bases entre o códon e o</p><p>anticódon: o RNAt que carrega a metionina (met) se associa à subunidade menor</p><p>do ribossomo e se liga ao RNAm pela interação do seu anticódon UAC, que é</p><p>complementar ao códon AUG.</p><p>3. Ligação da subunidade maior do ribossomo ao complexo de iniciação: após a ligação</p><p>do RNAt-metionina, a subunidade maior do ribossomo se associa. Após a associação</p><p>das subunidades ribossomais, o ribossomo passa a exibir três sítios: o aminoacil, ou</p><p>sítio A; o peptidil, ou sítio P; e o sítio de saída, ou sítio E.</p><p>Existem alguns mecanismos que podem alterar a expressão gênica sem alterar</p><p>a sequência de nucleotídeos do DNA. Estes mecanismos são coletivamente</p><p>denominados epigenética. Para saber mais sobre a epigenética, leia o artigo:</p><p>COSTA, E. B. O.; PACHECO, C. Epigenética: regulação da expressão gênica em</p><p>nível transcricional e suas implicações. Semina: Ciências biológicas e da saúde,</p><p>Londrina, v. 34, n. 2, p. 125-136, 2013. Disponível em:</p><p>http://www.uel.br/revistas/uel/index.php/seminabio/article/view/5142/13877 .</p><p>34WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 28 - Iniciação da tradução. Fonte: Pierce (2017).</p><p>3.4.3 Alongamento</p><p>O RNAt iniciador ocupa imediatamente o sítio P, mas todos os outros RNAt primeiro</p><p>entram no sítio A. Após a ligação do RNAt-met ao sítio P, o sítio A adjacente está desocupado.</p><p>Então, o RNAt, cujo anticódon for complementar ao códon presente no sítio A, irá se ligar a</p><p>ele, carregando o aminoácido codificado por aquele códon. Neste momento, a enzima peptidil</p><p>transferase irá catalisar uma ligação entre os aminoácidos que estão ligados aos RNAt nos sítios</p><p>P e A. Esta ligação é denominada ligação peptídica.</p><p>35WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Após a ligação entre os aminoácidos codificados pelos dois primeiros códons, o ribossomo</p><p>se movimenta ao longo do RNAm no sentido 5´->3` para leitura dos próximos códons. Este</p><p>movimento do ribossomo é denominado translocação. Como os RNAt nos sítios P e A ainda</p><p>estão ligados ao RNAm pelo pareamento códon-anticódon, eles não se movem com o ribossomo</p><p>à medida que ele se transloca. Consequentemente, o ribossomo muda, de modo que o RNAt, que</p><p>antes ocupava o sítio P, agora ocupa o sítio E, do qual ele se move para o citoplasma, onde pode</p><p>ser carregado com outro aminoácido. A translocação também faz com que o RNAt que ocupava</p><p>o sítio A (que está ligado à cadeia polipeptídica em crescimento) passe para o sítio P, deixando</p><p>livre o sítio A. Assim, o progresso de cada RNAt pelo ribossomo pode ser resumido do seguinte</p><p>modo: citoplasma-> sítio A -> sítio P-> sítio E-> citoplasma. Como descrito, o RNAt iniciador é</p><p>uma exceção, ele se liga diretamente ao sítio P e nunca ocupa o sítio A (Figura 29).</p><p>O ribossomo é translocado inúmeras vezes para que todos os códons sejam lidos e os</p><p>RNAt deixem todos os aminoácidos que irão compor a proteína.</p><p>Figura 29 - Alongamento da cadeia polipeptídica. Fonte: Pierce (2017).</p><p>3.4.4 Término</p><p>A tradução termina quando o sítio A do ribossomo é posicionado no códon de término</p><p>(UAA, UAG ou UGA). Tais códons não codificam nenhum aminoácido, de modo que o seu</p><p>aparecimento promove a desmontagem de todo o complexo com a liberação da proteína para o</p><p>citoplasma (Figura 30).</p><p>36WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Figura 30 - Término da tradução. Fonte: Pierce (2017).</p><p>Para melhor compreensão do conteúdo abordado nesta</p><p>unidade, assista ao vídeo: Mecanismo de transcrição em 3D.</p><p>Do DNA à proteína, disponível em:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=63bz_5UBtXY . Trata-se</p><p>de uma animação gráfica que mostra os principais aspectos</p><p>dos processos de transcrição e síntese proteica.</p><p>37WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>CONSIDERAÇÕES FINAIS</p><p>Nesta unidade, vimos que o DNA é o material que codifica as nossas características. No</p><p>núcleo de nossas células, existem 46 filamentos de DNA. No menor estágio de compactação, o</p><p>DNA é denominado cromatina e está transcricionalmente ativo. No maior estágio de compactação,</p><p>o DNA é denominado cromossomo e transcricionalmente inativo.</p><p>Quando o DNA está transcricionalmente ativo, ou seja, na forma de cromatina, a</p><p>informação nele contida é lida e transcrita em RNA. Distribuídos em nossos 46 filamentos</p><p>cromatínicos, existem numerosos genes. Cada gene será transcrito em um RNA. Para se tornarem</p><p>funcionais, os RNA passam por um processamento. Os RNA são de três tipos: mensageiro,</p><p>ribossômico</p><p>e transportador. Estes três RNA interagem para sintetizar uma cadeia polipeptídica.</p><p>Em resumo, aprendemos nesta unidade o dogma central da genética e biologia molecular:</p><p>3838WWW.UNINGA.BR</p><p>U N I D A D E</p><p>02</p><p>SUMÁRIO DA UNIDADE</p><p>INTRODUÇÃO ...............................................................................................................................................................40</p><p>1. CLASSIFICAÇÃO DAS MUTAÇÕES .......................................................................................................................... 41</p><p>2 MUTAÇÃO GÊNICA ..................................................................................................................................................42</p><p>2.1 ORIGEM DAS MUTAÇÕES GÊNICAS.....................................................................................................................42</p><p>2.2 TIPOS DE MUTAÇÕES GÊNICAS ..........................................................................................................................42</p><p>2.2.1 MUTAÇÃO GÊNICA DE SUBSTITUIÇÃO.............................................................................................................42</p><p>2.2.2 MUTAÇÃO GÊNICA DE INSERÇÃO OU DELEÇÃO (INDEL) ..............................................................................43</p><p>2.3 CONSEQUÊNCIAS DAS MUTAÇÕES GÊNICAS ...................................................................................................43</p><p>2.3.1 CONSEQUÊNCIAS DAS MUTAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO EM UMA REGIÃO CODIFICANTE (FIGURA 3) ....44</p><p>2.3.2 CONSEQUÊNCIAS DAS MUTAÇÕES INDEL EM UMA REGIÃO CODIFICANTE (FIGURA 4) .........................44</p><p>2.3.3 CONSEQUÊNCIAS DAS MUTAÇÕES EM UMA REGIÃO NÃO CODIFICANTE ................................................46</p><p>ALTERAÇÕES NO MATERIAL GENÉTICO E</p><p>DIVISÃO CELULAR</p><p>PROF.A DRA. DÉBORA FURLAN RISSATO</p><p>ENSINO A DISTÂNCIA</p><p>DISCIPLINA:</p><p>GENÉTICA E BIOLOGIA MOLECULAR</p><p>39WWW.UNINGA.BR</p><p>2.4 REPARO ..................................................................................................................................................................46</p><p>3. DIVISÃO CELULAR...................................................................................................................................................49</p><p>3.1 CICLO CELULAR .....................................................................................................................................................50</p><p>3.1.1 INTÉRFASE ..........................................................................................................................................................50</p><p>3.1.2 MITOSE ................................................................................................................................................................52</p><p>3.2 MEIOSE ..................................................................................................................................................................54</p><p>4. MUTAÇÃO CROMOSSÔMICA .................................................................................................................................58</p><p>4.1 MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS NUMÉRICAS ....................................................................................................58</p><p>4.1.1 POLIPLOIDIA ........................................................................................................................................................59</p><p>4.1.2 ANEUPLOIDIA .....................................................................................................................................................60</p><p>4.1.2.1 MONOSSOMIAS ................................................................................................................................................ 61</p><p>4.1.2.2 TRISSOMIAS ....................................................................................................................................................62</p><p>5. MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS ESTRUTURAIS ..................................................................................................66</p><p>5.1 MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS ESTRUTURAIS BALANCEADAS ......................................................................66</p><p>5.1.1 INVERSÕES ..........................................................................................................................................................66</p><p>5.1.2 TRANSLOCAÇÕES ...............................................................................................................................................67</p><p>5.2 MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS ESTRUTURAIS NÃO BALANCEADAS ............................................................69</p><p>5.2.1 DUPLICAÇÕES .....................................................................................................................................................69</p><p>5.2.2 DELEÇÕES ..........................................................................................................................................................69</p><p>6. GENÉTICA DO CÂNCER ..........................................................................................................................................70</p><p>6.1 ALTERAÇÕES QUE PODEM DESENCADEAR O CÂNCER ................................................................................... 73</p><p>6.1.1 MUTAÇÕES GÊNICAS .......................................................................................................................................... 73</p><p>6.1.1.1 MUTAÇÕES EM GENES QUE ATUAM NO CONTROLE DO CICLO CELULAR ................................................. 74</p><p>6.1.1.2 MUTAÇÕES EM GENES DE REPARO DO DNA ................................................................................................76</p><p>6.1.1.3 MUTAÇÕES EM GENES ENVOLVIDOS COM A APOPTOSE ...........................................................................76</p><p>6.1.2 MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS ........................................................................................................................76</p><p>6.1.3 FATORES EPIGENÉTICOS ..................................................................................................................................78</p><p>6.1.4 VÍRUS ...................................................................................................................................................................78</p><p>6.2 VIAS GENÉTICAS PARA O CÂNCER .....................................................................................................................79</p><p>CONSIDERAÇÕES FINAIS ...........................................................................................................................................82</p><p>40WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>2</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>Vimos na Unidade I a estrutura e a organização do material genético e entendemos de que</p><p>maneira a informação nele contida é expressa para formar as nossas proteínas. Vimos também</p><p>que, quando uma célula precisar se dividir, o material genético deve ser fielmente duplicado para</p><p>que as novas células tenham o material genético íntegro e idêntico à célula de origem. Assim, o</p><p>DNA deve ser uma molécula altamente estável que se replica com uma incrível precisão. Porém,</p><p>podem ocorrer mudanças na estrutura do DNA e erros de replicação. Quando esses eventos</p><p>ocorrem, o material genético é alterado e a replicação seguinte do DNA replicará também a</p><p>alteração. Com fidelidade característica, o DNA modificado será passado para a próxima geração</p><p>e todas as subsequentes. Chamamos de uma alteração herdável no material genético de mutação;</p><p>os descendentes podem ser células ou organismos, os quais são chamados mutantes.</p><p>Considerando a definição de mutação, reflita a respeito das seguintes perguntas: As</p><p>mutações sempre são prejudiciais? Quando você ouve o termo mutante, o que lhe vem à mente?</p><p>Provavelmente, grande parte dos leitores respondeu sim para a primeira pergunta. E</p><p>possivelmente, parte</p>