[GENÉTICA] RESUMO

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! Ciências teóricas e sistemática biológica "
! DNA, genes, código genético e mutação
! Alinhamento de seqüências
! Mudanças evolutivas em seqüências de nucleotídeos
! Otimização em espaços contínuos e discretos
! Árvores filogenéticas – Introdução
! Inferência filogenética – critério de matrizes de distâncias
! Inferência filogenética – critério de parcimônia
! Inferência filogenética – critério de verossimilhança máxima
! Busca
! Confiabilidade
! Discussão de trabalhos em sistemática molecular 
Princípios de Sistemática Molecular
Princípios de Sistemática Molecular
1. Genes, código genético e mutação
SEQÜÊNCIAS DE NUCLEOTÍDEOS
GENOMAS E REPLICAÇÃO DE DNA
GENES E ESTRUTURA GÊNICA
Genes codificadores de proteínas
Genes especificadores de RNA
Pseudogenes
Tradução e código genético
Mutação
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• SEQÜÊNCIAS DE NUCLEOTÍDEOS
– Informação hereditária dos organismos 
vivos
• Ácido desoxiribonucleico  DNA
• Duas fitas complementares  dupla hélice
• Nucleotídeos
– Purinas  Adenina (A) e Guanina (G)
– Pirimidinas  Timina (T) e Citosina (C)
• Abreviações
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• SEQÜÊNCIAS DE NUCLEOTÍDEOS
– Informação hereditária dos organismos 
vivos
• Duas cadeias de DNA são unidas por pontes de 
hidrogênio
• Purina ⇔ Pirimidina
– Ligação fraca (A T)
– Ligação forte (G C)
• G:C e A:T  pareamento canônico de bases
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• SEQÜÊNCIAS DE NUCLEOTÍDEOS
– Informação hereditária dos organismos vivos
• A molécula de DNA é polarizada, com uma 
extremidade tendo um radical fósforo (P) no 
carbono 5′ do terminal do nucleotídeo e a outra 
extremidade tendo uma hidroxila livre ( OH) 
no carbono 3′
• A direção das pontes de fosfodiester determina a 
natureza da molécula
– 5′CCAAT 3′ ≠ 3′CCAAT 5′
• Por convenção, os nucleotídeos em uma molécula 
de DNA são escritos na ordem de transcrição
– Direção 5′ 3′
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• SEQÜÊNCIAS DE NUCLEOTÍDEOS
– Informação hereditária dos organismos vivos
• Dupla hélice de DNA tem duas fitas dispostas em 
ordenação anti-paralela ou de complementaridade 
reversa 
• A fita pesada contém mais que 50% das purinas, A 
e G
• A fita leve contém mais que 50% das pirimidinas, 
C e T
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• SEQÜÊNCIAS DE NUCLEOTÍDEOS
– Informação hereditária dos organismos 
vivos
• O comprimento de uma fita simples de 
ácidos nucleicos é medido pelo número de 
nucleotídeos
• O comprimento de uma fita dupla de ácidos 
nucleicos é medido em pares de bases (bp)
– milhares de pares de bases (kilobases, Kb)
– milhões de pares de bases (megabases, Mb)
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• GENOMAS E REPLICAÇÃO DE DNA
– Genoma  the entire complement of genetic
material carried by an individual
– A replicação do DNA ocorre antes da 
divisão celular
– Durante a replicação, cada uma das fitas 
de DNA serve como um molde para a 
formação de uma nova fita
– Replicação conservativa
• Cada célula resultante da divisão celular 
recebe uma dupla hélice contendo uma fita 
“antiga” e uma fita “nova”
• GENOMAS E REPLICAÇÃO DE DNA
– Origem de replicação
• Local onde as duas fitas do DNA parental 
foram separadas
• Replicação segue em ambas direções
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• GENES E ESTRUTURA GÊNICA
– Definição de gene
• Um segmento de DNA que codifica uma 
cadeia polipeptídica ou especifica uma 
molécula funcional de RNA
• Uma seqüência de DNA ou RNA genômico
que é essencial para uma função específica
– A realização de uma função não exige que o gene 
seja traduzido ou mesmo transcrito
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• GENES E ESTRUTURA GÊNICA
– Tipos de genes
• Genes que codificam proteínas (= Genes estruturais)
– Genes transcritos em RNA e traduzidos em proteínas
• Genes que especificam RNA (=Genes estruturais)
– Genes que são somente transcritos
• Genes não-transcritos
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Genes, código genético e mutação
• GENES E ESTRUTURA GÊNICA
– Transcrição
•Síntese de uma molécula complementar 
de RNA a partir de um molde de DNA
– A transcrição de genes estruturais é 
realizada por RNA polimerases
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• GENES E ESTRUTURA GÊNICA
– Genes codificadores de proteínas
• Partes transcritas e não-transcritas
• Partes não-transcritas são designadas de acordo 
com sua localização relativa as partes transcritas
– Regiões “flanqueadoras” 5′ e 3′
– 5′  seqüências específicas (sinais) que 
determinam initiation, tempo, timing, and tissue
specificity of the transcription process
– Seqüências reguladoras que promovem o 
processo de transcrição
» seqüências promotoras - região promotora
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Genes, código genético e mutação
• GENES E ESTRUTURA GÊNICA
– Genes codificadores de proteínas
• Regiões “flanqueadoras” 5′ e 3′
– 3′  sinais para o término do processo de 
transcrição
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Genes, código genético e mutação
• GENES E ESTRUTURA GÊNICA
– Genes codificadores de proteínas
• RNA transcrito = RNA mensageiro precursor 
(pré-mRNA)
• Fita “antisense”  fita do DNA da qual o pré-
mRNA é transcrito
• Fita “sense”  fita complementar não-transcrita 
que é idêntica em seqüência ao pré-mRNA
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Genes, código genético e mutação
• GENES E ESTRUTURA GÊNICA
– Genes codificadores de proteínas
•Pré-mRNA
– Introns  seqüências transcritas que são 
“spliced out” durante o processamento do 
pré-mRNA
– Exons  seqüências que permanecem no 
mRNA após o “splicing”
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• GENES E ESTRUTURA GÊNICA
– Genes especificadores de RNA
• São transcritos em RNA mas não são traduzidos 
em proteínas
– Pseudogenes
• Um gene inativo originado de um gene 
ancestral ativo
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• TRADUÇÃO E CÓGIGOS GENÉTICOS
– Síntese de proteínas envolve um 
processo de decodificação
•Informação genética presente em uma 
molécula de mRNA é traduzida em 
aminoácidos através de RNA 
transportadores (tRNA)
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• TRADUÇÃO E CÓGIGOS GENÉTICOS
– Síntese de proteínas envolve um processo 
de decodificação
• Informação genética presente em uma molécula 
de mRNA é traduzida em aminoácidos através 
de RNA transportadores (tRNA)
• tRNA  Molécula pequena, 70-90 nucleotídeos 
de comprimento
• Cada um dos 20 aminoácidos tem pelo menos 
um tipo de tRNA
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Genes, código genético e mutação
• TRADUÇÃO E CÓGIGOS GENÉTICOS
– Síntese de proteínas envolve um processo 
de decodificação
• Tradução envolve o reconhecimento sequencial
de triplas de nucleotídeos adjacentes não-
sobrepostos, codon, por uma seqüência 
complementar de três nucleotídeos, anti-codon, 
no tRNA
• tRNA que reconhece o codon UUA e carrega o 
aminoácido leucina é designado
Leu
UUAtRNA
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• TRADUÇÃO E CÓGIGOS GENÉTICOS
– Síntese de proteínas envolve um processo 
de decodificação
• Tradução inicia em um codon de iniciação e 
prossegue que um codon de parada seja 
encontrado
• A fase na qual a seqüência é traduzida é 
determinada pelo codon de iniciação
– Quadro de leitura (reading frame)
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• TRADUÇÃO E CÓGIGOS GENÉTICOS– Síntese de proteínas envolve um processo de 
decodificação
• Código genético  Conjunto de regras que 
determina a correspondência entre os codons e os 
aminoácidos
• Código genético universal (padrão)
• 43 = 64 codons possíveis
• 61 codons especificam aminoácidos (codons sense) 
e 3 determinam o término da tradução (codon stop)
– UAA, UAG, UGA
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Genes, código genético e mutação
» TRADUÇÃO E CÓGIGO GENÉTICO
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Genes, código genético e mutação
• TRADUÇÃO E CÓGIGOS GENÉTICOS
– Síntese de proteínas envolve um processo 
de decodificação
• Degeneração  Existem 61 codons sense e 20 
aminoácidos
– Maioria dos aminoácidos (18 em 20) são codificados 
por mais de um codon
• Codons sinônimos  Codons diferentes que 
codificam o mesmo aminoácido
• Família de codons  Codons sinônimos que 
diferem somente na terceira posição
– Valina  GUU, GUC, GUA, GUG
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Genes, código genético e mutação
• TRADUÇÃO E CÓGIGOS GENÉTICOS
• Genoma mitocondrial animal utiliza codons
que diferem do código genético universal
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• MUTAÇÃO
– Seqüências de DNA são de um modo geral 
copiadas exatamente durante o processo de 
replicação
– Erros na replicação de DNA ou no reparo 
ocorrem e dão origem a novas seqüências
• Mutação ⇒ fonte de variação e novidade no 
processo de evolução
– Mutações podem ocorrem nas células 
germinativas ou somáticas
• Mutações somáticas não são herdadas 
– Não são importantes do ponto de vista evolutivo
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• MUTAÇÃO
– Classificação pelo comprimento da 
seqüência de DNA influenciada pelo 
evento de mutação
• Mutação de ponto
– Um único nucleotídeo é influenciado
– Classificação pelo tipo de mudança da 
seqüência de DNA influenciada pelo 
evento de mutação
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• MUTAÇÃO
– Classificação pelo tipo de mudança da 
seqüência de DNA influenciada pelo 
evento de mutação
• Substituição  Substituição de um nucleotídeo 
por outro
• Recombinação  Troca de uma seqüência por 
outra
• Deleção  Remoção de um ou mais 
nucleotídeos
• Inserção  Adição de um ou mais nucleotídeos
• Inversão  Rotação de 180° de um segmento de 
fita dupla de DNA contendo duas ou mais 
bases
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Genes, código genético e mutação
• MUTAÇÃO
• Substituição  Substituição de um nucleotídeo por 
outro
– Transição  A e G (Purinas ) ou C e T (Pirimidinas)
– Transversão  Mudanças entre uma purina e uma 
pirimidina
– Quatro tipos de transições
» A→G, G→A, C→T, T→C
– Oito tipos de transversões
» A→C, A→T, C→A, C→G
» T→A, T→C, G→C, G→T
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Genes, código genético e mutação
• MUTAÇÃO
• Substituição  Substituição de um nucleotídeo por 
outro
– Efeito sobre o produto da tradução (regiões codantes)
» Mutação sinônima  Não causa mudança no 
aminoácido especificado
» Mutação não-sinônima  Causa mudança no 
aminoácido especificado
» “Missense”  Muda o codon para outro que 
especifica um aminoácido diferente
» “Nonsense”  Muda o codon para outro que 
especifica um codon de parada
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• MUTAÇÃO
• Substituição  Substituição de um nucleotídeo por 
outro
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• MUTAÇÃO
– Taxas
• Taxa. Mat. Razão entre as variações de duas 
grandezas das quais a primeira é dependente da 
segunda. (Aurélio)
• Rate. 1. a measurement of the speed at which 
something happens. (Oxford)
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• MUTAÇÃO
– Taxas de mutação
• Estimativas indiretas a partir da taxa de 
substituição em pseudogenes
• Taxa média de mutação no DNA nuclear de 
mamíferos  3 a 5×10-9 substituições de 
nucleotídeos por sítio de nucleotídeo por ano
• Taxa varia com a região do genoma
– > 10-3 para micro-satélites
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• MUTAÇÃO
– Taxas de mutação
• Taxa de mutação no DNA mitocondrial de 
mamíferos
– Pelo menos 10 vezes mais alta que a média da taxa 
nuclear
• Taxa de mutação do virus da gripe A
– 10-2 mutações por sítio de nucleotídeo por ano
» 2 milhões de vezes mais alta que a taxa de 
mutação do DNA nuclear de vertebrados
Princípios de Sistemática Molecular
Genes, código genético e mutação
• MUTAÇÃO
– Distribuição espacial das mutações
• Mutações não ocorrem aleatoriamente 
no genoma
– Algumas regiões são mais susceptíveis a 
mutações
» Hotspots
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