Resumo de genética

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Genes: local onde as instruções genéticas necessárias para manter o organismo vivo ficam. Genes são elementos que contêm a informação que determina as características de uma espécie como um todo, bem como as de um indivíduo. A informação contida nos genes é copiada e transmitida de uma célula para as células-filhas milhões de vezes durante a vida de um organismo multicelular, sobrevivendo a esse processo praticamente sem alterações. Unidades funcionais da hereditariedade. Segmento de DNA que contém as instruções para produzir uma proteína ou moléculas de RNA (as moléculas de RNA executam uma diversidade de funções estruturais e catalíticas nas células).
O número de genes está correlacionado com a complexidade do organismo.
Informação genética: nada mais é do que instruções para a produção de proteínas (macromoléculas que realizam a maioria das funções celulares – formam “tijolos” das estruturas celulares, enzimas que catalisam todas as reações químicas, regulam a expressão gênica, permitem que as células se comuniquem uma com as outras, e se movam-). As propriedades e as funções de uma célula são determinadas quase que inteiramente pelas proteínas que elas produzem.
Cromossomos: estruturas com forma de cordão, presentes no núcleo das células eucarióticas onde a informação genética se encontrava e era transmitida aos seus descendentes. São compostos por ácido desoxirribonucleico e proteínas (portador da informação genética) Além de genes, há um excesso de DNA intercalante que parece não conter informação relevante (“lixo de DNA”, indicando que sua utilidade para a célula ainda não foi comprovada e que a sequência específica desse DNA pode não ter mesmo importância). A diferença nesse DNA em excesso, o conteúdo de DNA no genoma de organismos similares pode variar centenas de vezes em tamanho, mesmo contendo praticamente o mesmo número de genes. A forma como o genoma é dividido nos cromossomos também difere de uma espécie de eucarioto para outra.
A estrutura helicoidal dupla do DNA (é o material genético) resolveu o problema de como a informação contida nessa molécula é copiada ou replicada. Também forneceu as primeiras indicações de como a molécula de DNA utiliza a sequência de suas subunidades para codificar as instruções para produzir proteínas.
DNA: consiste em duas longas cadeias polipeptídicas (fita ou cadeia de DNA) compostas por 4 tipos de subunidades nucleotídicas. As ligações de hidrogênio entre as bases dos nucleotídeos (compostos de açúcares - desoxirribose - com cinco carbonos, aos quais um ou mais grupos fosfatos estão ligados, e uma base - adenina, timina, citosina e guanina - contendo nitrogênio) mantêm as cadeias unidas. Os nucleotídeos estão covalentemente ligados a uma cadeia por açucares e fosfatos (açúcar-fosfato-açúcar-fosfato-...). A forma na qual as subunidades nucelotídicas estão ligadas confere uma polaridade química à fita de DNA. Essa polaridade na cadeia é indicada pela denominação das extremidades como extremidade 3’ (hidroxila ou “cavidade”) e extremidade 5’ (fosfato ou “protuberância”).
A estrutura tridimensional do DNA – dupla hélice – é decorrente das características químicas e estruturais de suas duas cadeias polinucleotídicas. Todas as bases estão voltadas para o interior da dupla hélice, e o esqueleto de açúcar-fosfato encontra-se na região externa. 
A base mais robusta, com dois anéis (uma purina) forma par com uma base com um anel único (uma pirimidina) -> A=T e CΞG. Essa complementaridade de bases permite que os pares de bases sejam dispostos em um arranjo energético mais favorável no interior da dupla-hélice. A cada 10 pares de base, as duas cadeias se enrolam uma ao redor da outra para formar a dupla-hélice. Os membros de cada par de bases somente encaixam-se na dupla-hélice se as duas fitas da hélice estiverem na posição antiparalela (somente se a polaridade de uma fita estiver em orientação oposta à da outra fita). Uma consequência desse pareamento de bases é que cada fita contém uma sequência complementar à sequência de nucleotídeos da outra.
O DNA codifica a informação por meio da ordem de nucleotídeos ao longo da fita. Cada base pode ser considerada como uma letra de um alfabeto de quatro letras que escrevem mensagens biológicas na estrutura química do DNA.
As propriedades de uma proteína, as quais são responsáveis pela sua função biológica, são determinadas por sua estrutura tridimensional que, por sua vez, são determinadas pela sequência linear de aminoácidos que a compõem ( essa sequência depende da sequência de nucleotídeos de um gene) E correspondência exata entre as quatro letras do alfabeto nucleotídeos e as vinte letras do alfabeto dos aminoácidos das proteínas – código genético – só foi descoberta após uma década do descobrimento da dupla-hélice.
Expressão gênica: a célula converte a sequência nucleotídica de um gene em um sequência de nucleotídeos na molécula de RNA, e então na sequência de aminoácidos da proteína.
Genoma: é a série completa de informações do DNA de um organismo que contêm a informação para todas as proteínas e moléculas de RNA que o organismo irá sintetizar durante sua existência. O termo genoma também é usado para descrever o DNA que contém essa informação. A quantidade de informação contida nos genomas encontra-se dispersa. Além de outras informações críticas, o genoma contém instruções para cerca de 24 mil proteínas distintas. Uma pequeno percentual do genoma humano codifica proteínas ( sequências intercalantes e não-codificantes são os íntrons; as sequências codificiantes são os éxons). A maioria dos organismos com genoma compacto não possui íntrons (isso explica o tamanho muito menor desses genes e também a proporção muito mais alta de DNA codificante em seus cromossomos). Além dos éxons e íntros, cada gene está associado a sequências de DNA reguladoras, as quais são responsáveis por assegurar que cada gene será ativado e desativado no devido tempo, expresso no nível adequado e apenas em determinados tipos celulares.
A descoberta da estrutura do DNA revelou o princípio que torna possível copiar informação: cada fita de DNA contém uma sequência de nucleotídeos que é exatamente complementar à sequenciada fita associada, cada fita pode atuar como molde para síntese de uma nova fita complementar -> Semi-conservativa.
Envelope nuclear: delimita o núcleo onde o DNA se encontra nas células eucarióticas e ocupa 10% do volume celular total. Constituído por duas membranas de bicamada lipídica concêntricas. Essas membranas são perfuradas em intervalos por grandes poros nucleares, que transportam moléculas entre o núcleo d o citoplasma. O envelope está diretamente ligado à extensa membrana do retículo endoplasmático, que se estende do núcleo ao citoplasma. Permite que muitas proteínas que atuam no DNA sejam concentradas onde são necessárias à célula e mantém as enzimas nucleares separadas das enzimas citoplasmáticas (característica crucial para o funcionamento adequado das células eucarióticas).
Lâmina nuclear: rede de filamentos intermediários que sustenta o núcleo mecanicamente. Ocorre a formação de uma fina rede de camadas dentro do núcleo logo abaixo da membrana nuclear interna.
Cromossomos: consiste em uma única e enorme molécula de DNA linear com proteínas associadas que dobram e empacotam a fina fita de DNA em uma estrutura mais compacta. Além das proteínas envolvidas no empacotamento do DNA, os cromossomos também estão associados a muitas proteínas e moléculas de RNA necessárias aos processos de expressão gênica, replicação e reparo do DNA. Cada célula humana contém 46 cromossomos - 22 pares comuns para ambos os sexos e um par de cromossomos sexuais - .
Cromossomo bacteriano: molécula de DNA (onde os genes estão) normalmente circular em que está associado com proteínas (diferentes/funções das proteínas dos eucariotos) que o empacotam e o condensam.
Cromossomos homólogos: cromossomos maternos e paternos.
Cromossomos não-homólogos: cromossomos sexuais do macho -> o X é adquirido pela mãe e o Y é adquiridopelo pai.
Cromatina: complexo DNA e proteínas.
Hibridização de DNA: técnica em que uma fita de ácidos nucleicos marcada é usada como uma sonda para localizar uma fita complementar. Essa técnica pode ser usada para distinguir os cromossomos humanos “pintando” cada um com uma cor diferente. Essa coloração dos cromossomos normalmente é realizada na mitose (fase M do ciclo celular) quando os cromossomos estão especialmente compactados e são de fácil visualização. Outra forma mais tradicional de distinguir os cromossomos é utilizar corantes que produzem um padrão de listras características ao longo de cada cromossomo mitótico. O padrão de bandas de cada cromossomo é único e permitiu a identificação e a numeração inicial de cada cromossomo (caso uma parte de um cromossomo seja perdida ou trocada entre cromossomos, essas alterações podem ser detectadas por diferenças no padrão de bandas ou no padrão de coloração dos cromossomos).
Cariótipo humano: representação dos 46 cromossomos mitóticos.
Célula somática, ou seja, não germinativa, contém dois de cada tipo de cromossomo e mais dois sexuais.
Cromossomo humano aberrante: possui maior comprimento quando comparado com o seu par.
A quantidade de éxons é infinitamente menor que a quantidade de íntrons, o que dificulta muito sua determinação onde ele se inicia e termina e quais são eles no meio do “mar de DNA”. A identificação desses genes requer abordagens para extrair informações do genoma humano como uma baixa proporção sinal/ruído. Essas sequências com uma função foram relativamente conservadas durante a evolução, enquanto sequências sem função são livres para sofrer mutações aleatórias. A estratégia é, portanto, comparar as sequências humanas ás regiões correspondentes em um genoma relacionado, como camundongos. Regiões com estreita similaridade são conhecidas como regiões conservadas (incluem éxons funcionais importantes e sequências reguladoras do DNA). As regiões não-conservadas representam DNAs cujas sequências geralmente não são críticas.
Harmonia conservada: genes que permanecem na mesma ordem em espécies diferentes.
Ciclo celular: fornece uma separação temporal entre a duplicação dos cromossomos e sua separação entre as duas células-filhas. Durante a interfase, os cromossomos são duplicados e durante a mitose eles tornam-se altamente condensados (cromossomos mitóticos) e são separados e distribuídos nos dois núcleos-filhos. Durante a divisão celular, esse estado condensado é importante para permitir a separação correta dos cromossomos duplicados pelo fuso mitótico. Nos períodos do ciclo celular em que as células não estão em divisão, os cromossomos estão estendidos, e muito de sua cromatina apresenta-se como cordões finos, alongados e emaranhados no núcleo, de forma que os cromossomos individuais não são facilmente distinguidos (cromossomos interfásicos) Nessa fase que a informação genética é lida.
Origem de replicação: local em que a duplicação do DNA é iniciada. Os cromossomos eucarióticos possuem muitas origens de replicação para assegurar que todo o cromossomo seja replicado rapidamente. 
Centrômeros: sequência especializada de DNA que permite que uma cópia de cada cromossomo duplicado e condensado seja levada para as células-filhas no momento da divisão celular. Um complexo proteico chamado de cinetócoro é formado no centrômero e liga o fuso mitótico aos cromossomos duplicados, permitindo que eles sejam separados.
Telômeros: sequência especializada de DNA forma os telômeros, as extremidades dos cromossomos. Os telômeros contêm sequências nucleotídicas repetidas que permitem que as extremidades dos cromossomos sejam eficientemente replicadas. Os telômeros também desempenham a função: as sequências de DNA repetidas, juntamente com as regiões adjacentes a elas, formam estruturas que evitam que as extremidades cromossômicas sejam confundidas com uma molécula de DNA quebrada que necessita de reparo pela célula.
Cromatina: complexo de duas proteínas (histonas e proteínas cromossômicas não-histonas) com o DNAnuclear eucariótico. As histonas estão presentes em enormes quantidades nas células , de forma que a sua massa total na cromatina é praticamente igual à do DNA.
Nucleossomo: primeiro e mais básico nível de organização cromossômica. “contas em um colar” ou “colar de pérolas”. O colar é o DNa e cada conta ou pérola consiste em DNA enrolado em um núcleo de proteínas formado de histonas (complexo de oito proteínas de histonas). A organização dos nucleossomos foi determinada após seu isolamento da cromatina compactada pela digestão com enzimas específicas – nucleases – que degrada o DNA clivando-o entre os cernes dos nucelossomos. Após a digestão por um curto período, o DNA exposto entre as partículas dos nucleossomos – DNA de ligação – é degradado. Cada partícula do cerne do nucleossomo é separada por um segmento de DNA de ligação, o qual pode variar de alguns até cerca de 80 pares de nucleotídeos. A formação do nucleossomo converte uma molécula de DNA em uma fita de cromatina com aproximadamente um terço de seu comprimento inicial. A estrutura da partícula do cerne do nucleossomo apresenta um cerne de histonas em forma de disco ao redor do qual o DNA se encontra fortemente enrolado com 1,7 volta para esquerda. As quatro histonas que formam o cerne são relativamente pequenas e apresentam um motivo estrutural um motivo estrutural comum – dobra de histonas – formado por três alfa hélice ligadas por duas alças. Na formação do nucleossomo, primeiro as histonas ligam-se umas às outras para formar os dímeros H3-H4 e H2A-H2B, e os dímeros H3-H4 combinam-se para tetrâmeros. Um tetrâmero H3-H4 então se combina com dois dímeros H2A-H2B para formar o octômero compacto do cerne, ao redor do qual o DNA é enrolado. Mais de 1/5 dos aminoácidos em cada cerne de histonas são lisinas e arginina (cadeias laterais básicas) e suas cargas positivas neutralizam a carga negativa do esqueleto fosfodiéster do DNA. O caminho do DNA em torno do cerne de histonas não é regular – o dobramento requer uma substancial compressão da cavidade menor da hélice de DNA; alguns dinucleotídeos na cavidade menor são mais fáceis de comprimir e algumas sequências de nucleotídeos ligam-se aos nucleossomos mais fortemente que outras. Cada uma das histonas do cerne possui uma “cauda” N-terminal de aminoácidos que se projeta para fora do cerne histona-DNA – essas caudas estão sujeita a diferentes tipos de modificações covalentemente, que por sua vez controlam aspectos críticos da estrutura e função da cromatina.
Estudos de cinética mostraram que o DNA em um nucleossomo isolado é surpreendemente dinâmico, sendo rapidamente desenrolado e desenrolado novamente em volta do cerne do nucleossomo (a maioria do DNA em um nucleossomo isolado está, em princípio, disponível para ligação com outras proteínas). Um “afrouxamento” adicional dos contatos entre DNA e histonas na cromatina é obviamente necessário, pois as células eucarióticas contêm uma grande variedade de complexos de remodelamento da cromatina dependentes de trifosfato de adenosina (ATP). As subunidades nesses complexos que hidrolisam ATP são relacionadas às DNA-helicases na escala evolutiva, e ligam-se ao cerne de histonas do nucleossomo e à fita dupla de DNA que está enrolada ao redor do cerne. Usando a energia da hidrólise de ATP para deslocar o DNA do cerne, essa subunidade altera, temporariamente, a estrutura do nucleossomo, tornando a ligação do DNA AP cerne mais livre. Por meio de ciclos repetidos de hidrólise de ATP, os complexos de remodelamento catalisam o deslizamento do nucleossomo, e à medida que puxam o cerne do nucleossomo ao longo da dupla-hélice, elas disponibilizam o DNA nucleossômico para outras proteínas na célula. Além disso, pela cooperação com proteínas com carga negativa que atuam como chaperonas de histonas, alguns complexos de remodelamento são capazes de remover todo ou partes do cerne do nucleossomo, catalisando a troca das histonas H2A-H2B, ou remoção total do octômero do cerne do DNA. As célulaspossuem dezenas de complexos de remodelamento da cromatina dependentes de ATP, especializados em diferentes funções. A maioria são grandes complexos proteicos que contêm 10 ou mais subunidades. À medida que os genes são ativados ou desativados, esses complexos são direcionados para regiões específicas do DNA, onde atuarão localmente, influenciando a estrutura da cromatina. 
A influência mais importante no posicionamento do nucleossomo parece ser a presença de outras proteínas fortemente ligadas ao DNA. Algumas proteínas ligadas favorecem a formação de um nucleossomo adjacente. Outras criam obstáculos que forçam o nucleossomo a mover-se para outras posições. Portanto, a posição exata de um nucleossomo ao longo de um segmento de DNA depende principalmente da presença e da natureza de outras proteínas ligadas ao DNA. Devido à presença desses complexos de remodelamento dependentes de ATP, o arranjo dos nucleossomos no DNA pode ser muito dinâmico, alterando rapidamente de acordo com as necessidades da célula.
A cromatina de uma célula viva raramente apresenta a forma de colar de contas, na verdade, os nucleossomos são compactados uns em cima dos outros, produzindo arranjos regulares nos quais o DNA encontra-se altamente condensado. Assim, quando o núcleo é delicadamente lisado e colocado na tela de microscopia eletrônica, a maior parte da cromatina é vista na forma de um fibra com cerca de 30 nm de diâmetro, consideravelmente mais espessa do que a cromatina na forma de “colar de contas”. Esse compactamento ainda não foi respondido mas acreditasse que a estrutura de um tetranucleossomo, obtido por cristalografia de raios X, reforça o modelo de ziguezague para o empilhamento de nucleossomos na fibra. A microscopia crioeletrônica de segmentos mais longos sugere uma estrutura solenoide muito diferente, com nucleossomos intercalados. As ligações entre os nucleossomos formadas pelas caudas de histonas, especialmente a cauda H4, é um fator importante para demonstrar o que causa o empilhamento forte entre eles. Um outro fator importante é uma histona adicional normalmente presente na proporção 1:10 em relação aos cernes, conhecida como histona H1 (essa histona de ligação é maior do que as histonas do cerne, sendo consideravelmente menos conservada na evolução). Uma única molécula de hsitona H1 liga-se a cada nucleossomo , fazendo contato com o DNA e com a proteína, e alterando a direção do DNA quando ele sai do nucleossomo.
É possível que a fibra de 30nm encontrada nos cromossomos seja um mosaico fluido de diversas variações diferentes (histona de ligação da família H1 estava presente em arranjos nucleossomômicos mas ausente no tetranucleossomos; o DNA de ligação que conecta nucleossomos adjacentes pode variar em comprimento, provavelemente induzindo pertubações locais na estrutura; a presença de várias outras proteínas de ligação ao DNA, bem como as proteínas que se ligam diretamente às histonas, certamente irão adicionar características adicionais a qualquer arranjo nucleossômico.
Herança epigenética: estrutura pode ser transmitida diretamente de uma célula a seus descendentes. Como a memória celular resultante é fundamentada em uma estrutura proteica herdada e não em alterações da sequência de DNA. Herança que sobrepõe à herança genética com base no DNA.
A estrutura da cromatina desempenha uma função central no desenvolvimento, no crescimento e na manutenção dos organismos eucarióticos, incluindo humanos além dessas modificações ataurem como sítios de reconhecimento para módulos de proteínas que trazem complexos proteicos específicos par experessão gênica ou induzem outras funções biológicas. Uma forma particular de cromatina silencia os genes compactados a despeito de sua sequência nucleotídica – o que faz de modo que seja diretamente herdada por ambas as células-filhas na divisão celular. Há dois tipos de cromatina do núcleo em interfase de várias células de eucariotos superiores: heterocramatina (altamente condensada) e eucromatina (o resto da cromatina; menos condensada). 
Heterocromatina: embora esteja presente em vários locais ao longo dos cromossomos, heterocromatina é especialmente concentrada em regiões específicas, particularmente nos centrômeros e telômeros. O DNA nessa forma contém poucos genes, e os genes compactados nesta região são desligados por esse tipo de compactação (geradora de tipos diferentes de compactação com características distintas, que , para a grande maioria dos genes,a torna altamente resistente à expressão gênica). Quando um gene que é normalmente expresso na eucromatina é reposicionado experimentalmente em uma região de heterocromatina, sua expressão é suspensa, e dizemos que o gene foi silenciado. 
Efeitos posicionais: diferenças na expressão gênica nos quais a atividade do gene depende da sua posição relativa à proximidade de uma região de heterocromatina no cromossomo. Esses efeitos associados à heterocromatina exibe, uma característica denominada efeito posicional variegado. A zona de inativação (local onde uma região heterocromatina se liga diretamente a uma região eucromatina, inativando-a) varia, em distância, em diferentes células de embrião precoce, mas uma vez que a condição de heterocromatina é estabelecida para um gene, ela tende ser herdada de modo estável por toda progênie da célula. Através de estudos genéticos foram descobertos produtos gênicos que aumentam ou diminuem a distribuição de heterocromatina e sua herança estável (promotores e supressores de efeito posicional variegado). Esse mecanismo de controle gênico, portanto, ajuda a explicar as lentas alterações nas histonas ao longo do tempo. 
As cadeias laterais dos aminoácidos das quatro histonas no cerne do nucleossomo estão sujeitas a uma grande variedade de modificações covalentes, incluindo acetilação de lisinas, a mono, di e trimetilação de lisinas e a fosforilação de serinas. Um grande número de modificações de cadeias laterais ocorre nas “caudas” N-terminais de histonas, relativamente sem estrutura, que se projetam para fora do nucleossomo. Entretanto, modificações específicas também ocorrem em cadeias laterais do cerne globular do nucleossomo. Todos os tipos de modificações são reversíveis. A modificação de uma cadeia lateral de um aminoácido específico em um nucleossomo é produzida por uma enzima específica, e cada uma dessas enzimas atuam apenas em um ou poucos sítios. Uma enzima diferente é responsável pela remoção de cada modificação na cadeia lateral. Cada enzima é recrutada a sítios específicos na cromatina em períodos determinados durante a vida da célula. Para a maior parte, o recrutamento inicial dessas enzimas depende de proteínas de regulação gênica que se ligam a sequências específicas de DNA nos cromossomos e são produzidas em diferentes períodos na vida do organismo. Mas, pelo menos em alguns casos, as modificações covalentes das proteínas reguladoras que causaram sua indução,e, assim, carregam uma memória da história do desenvolvimento celular. Diversos padrões de modificações covalentes são, portanto, encontrados em grupos diferentes de nucleossomos, de acordo com a sua posição exata no cromossomo e do status da célula.
As modificações das histonas são cuidadosamente controladas e apresentam consequências importantes. A acetilação das lisinas nas caudas tende a afrouxar a estrutura da cromatina, em parte porque a adição de um grupo acetil à lisina remove sua carga positiva, reduzindo a afinidade das caudas aos nucleossomos adjacentes. Porém o efeito mais profundo das modificações das histonas é sua capacidade de atrair proteínas para um segmento de cromatina que foi modificado. Essas novas proteínas determinam como e quando os genes serão expressos, além de outras funções biológicas. 
Apesar de forte conservação das sequências de aminoácidos das quatro histonas do cerne, durante milhões de anos, os eucariotos contêm algumas poucas histonas variantes que participam dos nucleossomos. Essas histonas estão presentes em quantidades muito pequenas comparadas às histonasprincipais e foram bem menos conservadas durante a evolução. Exceto pela H4, todas apresentam variantes. As histonas principais são sintetizadas especialmente durante a fase S do ciclo celular e montadas nos nucleossomos das duplas-hélices de DNA das células-filhas logo atrás da forquilha de replicação. Em contraste, a maior parte das variantes de histonas é sintetizada durante a interfase. Elas normalmente são inseridas na cromatina quase formada, que requer um processo de alteração de histonas catalisando pelos complexos de remodelamento dependentes de ATP. Esses complexos de remodelamento contêm subunidades que promovem sua ligação a sítios específicos na cromatina e também a chaperonas de histonas que carregam uma determinada variante (cada variante de histona é inserida na cromatina de forma altamente seletiva)
O número de marcações diferentes em um nucleossomo individual é enorme, visto que as modificações covalentes são mutuamente exclusivas e que essas modificações são produzidas em conjunto – milhares de combinações – além de uma diversidade adicional criada pelas variações nas histonas. As marcas nos nucleossomos resultantes das adições resutantes das adições covalentes às histonas são dinâmicas, sendo constantemente removidas e adicionadas a velocidades que dependem da localização cromossômica. As caudas das histonas continuam acessíveis mesmo com a cromatina condensada, permitindo assim um formato adequado para criar marcações que podem ser prontamente alteradas de acordo com a mudança das necessidades da célula.
Hipótese do código de histonas: hipótese que se baseia nas muitas combinações que parecem ter um significado específico para a célula, pois essas determinam como e quando o DNA empacotado nos nucleossomos será acessado. As marcações podem indicar: que um segmento da cromatina foi replicado recentemente ou o DNA na cromatina foi danificado e necessita de reparo ou sinalizam quando e como a expressão gênica deve ocorrer.
Complexo de leitura do código: pequenos módulos de proteínas que se ligam as marcas específicas e, juntamente com outros módulos, permitem que determinadas combinações de marcações na cromatina atraiam complexos proteicos adicionais que realizam uma função biológica apropriada e no momento certo.
Fenômeno de efeito posicional variegado requer que pelo menos algumas formas modificadas da cromatina tenham a capacidade de disseminar-se por distancias substanciais ao longo da molécula de DNA cromossômico. Como isso é possível? As enzimas que modificam as histonas nos nucleossomos – ou removem suas modificações – são partes de complexos de multissubunidades. Eles pode, inicialmente, ser trazidos a uma determinada região da cromatina por uma das proteínas de ligação ao DNA sequências-específicas – regulação gênica - . Mas após uma enzima de modificação “escrever” sua marca em um ou em alguns nucleossomos adjacentes seguem-se eventos que as assemelham a uma reação de cadeia. A enzima 	que “escreve o código”trabalha juntamente com uma proteína de leitura do código (essa proteína contém um módulo de leitura que reconhece a marca e liga-se fortemente ao nucleossomo recém-modificado, posicionando a enzima de escrita próximo ao nucleossomo adjacente) localizada no mesmo complexo proteico. Por meio de vários ciclos de escrita e leitura, a proteína de leitura pode carregar a enzima de leitura ao longo do DNA – distribuindo a marca de “mão-em-mão” pelo cromossomo. Muitos desses complexos de leitura e escrita também contêm uma proteína de remodelamento da cromatina dependente de ATP, e todos atuam em conjunto para condensar ou descondensar longos segmentos de cromatina à medida que a proteína de leitura se desloca progressivamente ao longo do DNA empacotando no nucleossomo. Esse processo pode ser derivado para genes mutantes que aumentam ou suprimem a propagação e a estabilidade da heterocromatina em testes de efeito posicional variegado.
Sequências de barreira: sequências do DNA específicas que separam um domínio de cromatina do outro. Essas formas identificadas e caracterizadas por técnicas de engenharia genética que permitem a remoção ou adição de regiões específicas de sequências de DNA nos cromossomos.
A presença de nucleossomos com variantes de histonas parece produzir marcas de longa duração na cromatina.
O centrômero está inserido em um segmento especial de heterocromatina centrica que persiste por toda a interfase, mesmo que o movimento do DNA promovido pelo centrômero ocorra apenas durante a mitose. Essa cromatina contém uma variante de histonas H3 específica de centrômeros conhecida como CENP-A, além de proteínas adicionais que empacotam os nucleossomos em arranjos especialmente densos e formam cinetócoro, a estrutura especial necessária para ligação ao fuso mitótico. 
Centrômeros consistem, em grande parte, em pequenas sequencias repetidas de DNA (DNA de satélites alfa). Essas mesmas sequencias podem ser encontradas em outras posições não-centromericas nos cromossomos, indicando que não são suficientes para promover a formação do centrômero. Os neocentrômeros (centrômeros humanos novos) formam-se espontaneamente em cromossomos fragmentados. Algumas dessas novas posições eram originalmente eucromatina e não possuíam DNA de satélites alfa. A formação de novo do centrômero requer um evento inicial de semeadura, que envolve a formação de uma estrutura especializada de DNA e proteína, e que contenha nucleossomos formados com a variante CENP-A da histona H3. Os tetrâmeros H3-H4 de cada nucleossomo na hélice de DNA original são diretamente herdados pelas hélices-filhas de DNA na forquilha de replicação. A plasticidade dos centrômeros fornece uma importante vantagem evolutiva (os cromossomos evoluem pela quebra e religião de fragmentos cromossômicos). Muitos desses eventos produzem cromossomos com dois centrômeros, ou fragmentos cromossômicos sem centrômero. Tanto a inativação de centrômeros como a capacidade de ser ativado de novo pode ocasionalmente permitir que cromossomos recém-formados sejam mantidos de modo estável, facilitando assim o processo de evolução cromossômica. O centrômero inteiro é formado como uma entidade tudo-ou-nada, sugerindo uma adição altamente cooperativa de proteínas após a semeadura; essa estrutura, uma vez formada, pode ser herdada diretamente no DNA como parte de cada ciclo de replicação cromossômica.
Replicação, reparo e recombinação do DNA
Mutação: alteração no DNA permanente. Podem ser silenciosas (alteram um códon mais não o aminoácido codificado, ou aquelas que alteram que alteram um aminoácido sem afetar a atividade da proteína)
A sobrevivência de um organismo está relacionado com uma alta estabilidade genética.
As taxas de mutações (proporção na qual alterações visíveis acontecem nas sequências de DNA) é extremamente baixa.
Células germinativas: transmitem a informação genética do progenitor aos seus descendentes. Devem ser protegidas contra a alta taxa de mutação.
Células somáticas: formam o corpo do organismo. Devem ser protegidas das alterações genéticas (alterações nucleotídicas podem gerar células variantes que podem ou não – seleção natural – proliferar-se rapidamente ao custo do organismo) para preservar cada indivíduo. Resultado dessa proliferação desenfreada é o câncer.
Mecanismos de replicação do DNA
Uso de um DNA-molde é o processo pelo qual a sequência de nucleotídeos de uma fita é copiada em uma sequência complementar de DNA. Esse processo necessita de um reconhecimento de um nucleotídeo da fita molde com um nucleotídeo complementar livre (não polarizado) e a separação das duas fitas da hélice de DNA.
DNApolimerase: enzima que polimeriza o DNA. Os nucleotídeos que servem como substrato para essa enzima são trifosfatos de desoxirribonuclesídeo, e sua polimeralização requer um molde de DNA fita simples. Realiza a primeira etapa da correção e ocorre imediatamente antes da adição de um novo nucleotídeo à cadeia crescente. Antes de ser ligada a cadeia, a DNApolimerase altera sua conformação onde os “dedos” daenzima apertam a região do sítio ativo fazendo assim com que o pareamento correto seja mais frequente. São enzimas extremamente específicas para os tipos de cadeias de DNA que alongam, ou seja, necessita de iniciadores (fita iniciadora ou primer). Atua como uma enzima de auto-correção, que remove seus próprios erros de polimerização à medida que se desloca pelo DNA.
A forquilha de replicação é assimétrica -> a forquilha de replicação (estrutura em forma de Y; essa região de replicação ativa) é um complexo multienzimático que contem a DNApolimerase sintetiza o DNA das duas fitas. Se desloca progressivamente pela dupla hélice original. Formação dos fragmentos de Okazaki (segmentos intermediários similares; polimerizado apenas na cadeia de direção 5’->3’ e são unidos após sua síntese, formando longas cadeias de DNA. A forquilha possui uma estrutura assimétrica. A síntese da fita líder ou contínua ( fita-filha do DNA sintetizada) precede levemente a síntese da fita-filha sintetizada de modo descontínuo (fita retardada ou descontínua). A fita descontínua possui uma direção de polimerização oposta à direção do crescimento da cadeia de DNA. Podem ocorrer formas tautoméricas como por exemplo, C formar par com A.
A alta fidelidade de replicação depende:pareamento entre as bases complementares e dos mecanismos de correção que sequencialmente para corrigir qualquer pareamento incorreto (menos favorável energicamente) que possa ter ocorrido.
Correção exonucleotídica (exonuclease de correção): ocorre após os raros casos em que um nucleotídeo incorreto é covalentemente adicionado a cadeia crescente. Cliva qualquer nucleotídeo não pareado na extremidade do iniciador, continuando até que um número suficiente de nucleotídeos tenha sido removido para regenerar uma extremidade corretamente pareada, e então sintetiza a síntese de DNA.
RNApolimerases: não necessitam de atividade de correção visto que as alterações nos RNA não são transmitidos para a próxima geração e essas moléculas de RNA com defeitos ocasionais não tem maior relevância. São capazes de iniciar novas cadeias polinucleotídicas sem um iniciador.
Apenas a replicação do DNA na direção 5’->3’ permite correção eficiente dos erros. A correção de uma base mal pareada é possível apenas se esta for adicionada à extremidade 3’da cadeia de DNA.
DNAprimase: enzima especial de polimerização de nucleotídeos sintetiza pequenas moléculas de iniciadores de RNA na fita descontínua. Utiliza trifosfatos de ribonucleosídeos para sintetizar pequenos iniciadores de RNA na fita descontínua. O uso do RNA e não do DNA como iniciador traz uma vantagem para célula pois os ribonucleotídeos do iniciador automaticamente marcam essas sequencias como “cópias suspeitas” para que sejam eficientemente removidas e substituídas.
DNAligase: sistema de reparo para retirar o iniciador de RNA e substituí-lo por DNA. Liga a extremidade 3’ do novo fragmento de DNA à extremidade 5’ do fragmento anterior, completando o processo.
DNAhelicase: promove a abertura da dupla-hélice e fornece o molde de DNA de fita simples para que a polimerase possa atuar. Além da helicase, há também as proteínas ligadoras de DNA de fita simples. Utilizam a hidrólise de ATP para alterar sua conformação de maneira cíclica permitindo um impulso maior e mais rápido sobre a fita simples de DNA. As proteínas ligadoras de fita simples de DNA/ proteínas desestabilizadoras de hélices ligam-se fortemente e de maneira cooperativa para expor fitas simples de DNA sem encobrir suas bases, que permanecem disponíveis para o pareamento (auxiliam a helicases , estabilizando a conformação distorcida e de fita simples).
Cinta regulatória: proteína acessória que mantéma polimerase firmemente associada ao DNA enquanto está em movimento, mas a libera tão logo a polimerase encontre uma região de DNA de fita dupla. A estrutura tridimensional da proteína da cinta mostra que ela forma um grande anel ao redor da hélice de DNA. Um lado do anel liga-se por de trás da DNApolimerase, e toda a cinta desliza livremente ao longo da molécula de DNA à medida que a DNApolimerase se desloca.
Montador de cinta: complexo proteico especial que hidroliza ATP enquanto monta a cinta em um junção molde-iniciador.
Genes mutadores: aumentam bastante a taxa de mutações espontâneas. 
Sistema de reparo de pareamento incorreto: detecta o potencial de distorção na hélice de DNA que resulta da interação incorreta entre as bases não-complementares. A importância desse sistema é vista em indivíduos que herdam uma cópia defeituosa de um gene de reparo de pareamento incorreto – uma cópia do gene funcional no outro cromossomo – fazendo com que esses indivíduos apresentem uma predisposição significativa para certos tipos de câncer.
O mecanismo para distinguir uma fita recém-sintetizada da fita-molde, nos eucariotos, não depende da metilação do DNA. As fitas recém-sintetizadas sofrem clivagens transitórias (antes de serem ligadas pela DNAligase) e esses sítios de clivagem (quebra de fita simples) fornecem o sinal que direciona o sistema de correção de pareamento incorreto para a fita apropriada na célula eucariótica. Esse processo requer que as fitas recém-sintetizadas na fita contínua também sejam transitoriamente clivadas.
DNAtopoisomerase: evita o emaranhamento do DNA durante a replicação. Nuclease reversível que se liga covalentemente a um fosfato, clivando uma ligação fosfodiéster na cadeia de DNA. Essa reação é reversível, e a ligação fosfodiéster é regenerada quando a proteína é liberada.
Topoisomerase I: produz uma clivagem temporária na fita simples; essa quebra na cadeia permite que as duas porções da hélice de DNA, formadas dos dois lados da quebra, girem livremente uma em relação à outra, usando a ligação fosfodiéster na fita oposta à quebra como ponto de suporte para rotação.
Topoisomerase II: forma uma ligação covalente com ambas as fitas da hélice de DNA ao mesmo tempo, formando uma quebra de fita dupla temporária na hélice. Essas enzimas são ativadas por sítios nos cromossomos em que duas duplas-hélices se entrelaçam. Uma vez que a molécula de topoisomerase II liga-se a um desses sítios de cruzamento, a proteína utiliza a hidrólise de ATP para executar um conjunto de reações: clivagem reversível da dupla-hélice criando uma “abertura” no DNA; passagem da segunda dupla-hélice, que está próxima, pela abertura; religação da quebra e dissociação do DNA.
Origens de replicação: são as posições onde a hélice é aberta inicialmente.
O cromossomo bacteriano tem uma única origem de replicação enquanto os cromossomos eucariotos possuem múltiplas origens de replicação. A replicação do DNA nos eucariotos só ocorre durante a fase de síntese de DNA ou fase S (dura cerca de oito horas)
Complexo de reconhecimento de origem: cada sequência de DNA que atua como uma origem de replicação contém um sítio para a ligação de uma enorme proteína iniciadora com múltiplas subunidades (complexo de reconhecimento), uma sequência de DNA rica em As e Ts, portanto mais fácil de ser desenrolada, e pelo menos um sítio de ligação para proteínas que auxiliam a atrair a ORC à origem de replicação. O complexo ORC, uma vez ligado a uma origem de replicação, é sequencialmente ativado e desativado (eucariotos).
As proteínas-cinases: promovem a replicação simultaneamente impedem a formação de novos complexos pré-replicativos (constituído por: DNAhelicase mais duas proteínas inibidoras de helicases – a Cdc6 e a Cdt1 – que são adicionadas ao complexo ORC-DNA formando o.. ) até a próxima fase M quando todo o ciclo é reiniciado. -> essa estratégia fornece uma única janela de oportunidade para formação de novos complexos pré-replicativos e uma segunda janela para sua ativação e subsequente dissociação.