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Roberta Freitas – T14 1 • É a ciência que estuda como as características dos seres vivos são transmitidas hereditariamente e como ocorre a variação genética entre os indivíduos. Conceit iniciais: ® Genoma: é o código genético de um ser vivo, uma sequência de DNA que possui antes todas as informações hereditárias daquele organismo; ® Bases nitrogenadas: São estruturas formadas a partir de carbono, hidrogênio e nitrogênio, compondo o “alfabeto” genético do nosso corpo; ® Código genético: relação entre as trincas de aminoácidos; ® Gene: segmento de DNA responsável por características geneticamente herdadas; ® DNA: armazena informações genética; ® RNA: síntese proteica, intermediadora das informações presentes no DNA; ® Nucleotídeos: unidades pequenas que compõe as fitas duplas de DNA. ® Gene: fragmento de DNA que carrega a informação que determina as características. ® Alelo: versão específica que o gene pode ter, determina como a característica vai aparecer no individuo. Principais requisit do m. genético ® Armazenamento: capacidade de armazenar informações para o desenvolvimento do organismo. ® Replicação: produzir cópias fiéis para transmitir informações às células-filhas ou `a próxima geração. ® Variação: sofrer mutações, aumentando a variabilidade genética e a evolução da espécie. Localização do material genético ® O DNA se localiza no núcleo celular, em células eucarióticas. ® Dentro do núcleo, o DNA está organizado em cromossomos. ® O DNA nuclear humano está organizado em 46 cromossomos (23 pares). Organização ® O DNA é organizado a partir de sua condensação em uma fita de cromatina, formando 46 cromossomos homólogos. DNA mitocondrial ® Está organizado de maneira circular, porém contendo várias cópias ® A mitocôndria possui alta semelhança com a bactéria, levando a teoria da endossimbiose, na qual uma célula maior fagocitou e aproveitou a capacidade de produção energética da mitocôndria. ® O DNA não-nuclear provém do citoplasma do óvulo, portanto é de origem materna. Genética Roberta Freitas – T14 2 ® O núcleo já é uma divisão do DNA masculino e do feminino. Herança matrilinear ® O padrão de herança do DNA mitocondrial é diferente daquele do DNA nuclear, já que o DNA mitocondrial passa por herança matrilinear. ® Ou seja, distúrbios genéticos causados por mutações mitocondriais, jamais serão transmitidos pelo pai. Mutação ® Pode haver uma mistura de mitocôndrias normais e anormais no corpo, conhecida como heteroplasmia, distribuídas aleatoriamente aos óvulos durante a meiose. ® Ou seja, há a possibilidade de uma criança não herdar a doença mitocondrial. Transmião do genoma ® Genoma: é o conjunto de genes que codificam ou não proteínas, determinando aspectos da embriogênese. ® Mitose: É a divisão das células somáticas (2n), formando duas células filhas com cromossomos e genes idênticos aos seus (clones). Regula o crescimento e a diferenciação tecidual. ® Meiose: Processo pelo qual as células diploides (2n) dão origem a gametas haploides (n) – células germinativas. Ocorre através de uma etapa de replicação do DNA, seguida de duas divisões celulares. É responsável pela formação dos gametas. ® Células somáticas (2n): possuem dois conjuntos de cromossomos (um de cada progenitor) e formam a maior parte do corpo. ® Células germinativas (n): São células precursoras dos gametas, ou seja, são responsáveis pela reprodução sexual. Crsing over ® O pareamento de cromossomos permite a troca de segmentos entre cromossomos homólogos de origem paterna e materna, fenômeno denominado de recombinação ou crossing-over. ® Sua principal função é aumentar a variabilidade genética. Bas nitrogenadas • Adenina e Guanina (purinas) • Timina e Citosina (pirimidinas) ® O RNA possui Uracila, no lugar da Timina. Roberta Freitas – T14 3 Nucltíds ® São unidades fundamentais para a estrutura dos ácidos nucleicos (DNA e RNA); ® Regra de Chargaff: A quantidade de Adenina é igual a de Timina e a de Guanina é igual a de Uracila ® Sobre a pentose (açúcar): No DNA é desoxirribose e no RNA é Ribose; ® No DNA o pareamento ocorre: A=T (- forte) / G≡C (+ forte) ® A ligação C-G possui 3 pontes de hidrogênio, ou seja, é mais forte. A ligação T-A Possui apenas 2 pontes, sendo mais suscetível a quebra de ligação BP significa par de base, que representará o tamanho do DNA, por exemplo 3,2 Bilhões de BP ou PB. Erutura geral do DNA: o Fitas antiparalelas; o Longos polímeros (união de vários monômeros) de nucleotídeos; o Ligações de hidrogênio; o Ligações glicosídicas; o Ligações fosfodiéster; o Dupla hélice/helicoidal. Graus de organização do DNA: ® Proteínas histonas: Atuam como “carretéis” que enrolam o DNA. ® Cromatina: condensado do DNA com as proteínas histonas. ® Cromossomo: Molécula de DNA altamente condensada. Ligaçõ de hidrogênio ® BASE - BASE ® Conectam as duas fitas entre si, formando pares de bases ® A=T (- forte) / G≡C (+ forte) Ligaçõ glicídicas ® AÇÚCAR – BASE Ligaçõ ffodiéer ® AÇÚCAR - GRUPO FOSFATO ® Cria a cadeia de açúcar-fosfato que forma o esqueleto do DNA. Cromatina: ® É a estrutura que organiza o DNA dentro do núcleo das células eucarióticas. Basicamente, é o DNA compactado. ® Consiste em DNA enrolado em torno de 8 proteínas histonas, formando uma estrutura chamada de nucleossomo. ® O conjunto de nucleossomos formam a cromatina. ® Pode ter dois estados principais: o Eucromatina (menos condensada e é ativa na transcrição) o Heterocromatina (mais condensada e geralmente inativa). Roberta Freitas – T14 4 Erutura d cromsom human 1) A formação do cromossomo envolve a compactação da cromatina (DNA e proteínas associadas) durante a divisão celular. 2) A cromatina, inicialmente menos condensada, se enrola e se organiza em estruturas mais compactas, denominadas de cromossomos. 3) A condensação torna os cromossomos mais curtos e espessos, facilitando sua segregação durante a divisão celular. Este processo ocorre durante a metáfase. Centrômero ® É a região específica do cromossomo na qual as duas cromátides-irmãs se unem. ® O seguimento acima do centrômero é chamado de braço curto (p) e o de baixo é o braço longo (q). Cinetócoro ® É um complexo proteico que se forma sobre o centrômero e permite a ligação das fibras do fuso e a segregação dos cromossomos. Telômer ® São regiões do DNA repetitivas localizadas nas extremidades dos cromossomos. ® Evitam que as extremidades dos cromossomos se quebrem ou se fundam com outros. ® Impedem que o DNA perca informações importantes durante as divisões celulares. ® Controlam o envelhecimento celular, pois cada vez que a célula se divide, os telômeros encurtam. Genoma mitocondrial ® Está situado dentro das mitocôndrias; ® Herdado exclusivamente da mãe; ® Codifica 37 genes: 13 codificadores de proteínas, 22 de tRNA e 2 de rRNA. ® É essencial na produção de ATP pelo processo de respiração celular; ® Participa na regulação do metabolismo celular; ® Importância: o Doenças mitocondriais: mutações no mtDNA podem causar doenças relacionadas a energia (ex.: músculos e cérebro são muito afetados). o Estudos evolutivos e forenses: como é herdado só da mãe e sofre poucas recombinações, é usado para rastrear linhagens maternas e até identificar indivíduos. Roberta Freitas – T14 5 Dogma central ® É um conceito que explica como que ocorre o fluxo da informação genética. ® Sempre que um tecido se recupera de uma lesão, renova células ou forma gametas, o ciclo celular é induzido por estímulos internos e externos à célula. Ciclo celular ® Está associado acapacidade de distribuir material genético igualmente as células filhas, com alta fidelidade, pois qualquer erro pode ser catastrófico. Mite ® Está associada a renovação celular, regeneração do tecido e crescimento do organismo. ® Mantem a ploidia da célula mãe nas células filhas (2n = 46) Meie ® Formação dos gametas. ® Reduz pela metade o número de cromossomos nas células filhas. Eímul e regulação ® Sinais externos: hormônios, fatores de crescimento e mitógenos. ® Sinais internos: produção de ciclinas (complexos ciclinoquinases) • Ciclina: são proteínas que atuam no ciclo celular, produzidas em cada fase para ativar quinases, como as ciclinas A, B, D e E. • Quinase (Cdk): são enzimas dependentes de ciclinas que fosforilam proteínas alvo especificas, para acontecer o processo do ciclo celular. Progrsão Complexo ciclinoquinase ® Ligação entre ciclina e uma quinase, que leva a progressão do ciclo celular. CKI (inibidor de cicloquinase) ® O CKI é capaz de interromper a atividade do complexo, inibindo o progresso. A manipulação de ciclinas, CDK e CKI é a base para o desenvolvimento de novas formas de terapia medicamentosa. Primeira fase – G1 Ciclo Celul Roberta Freitas – T14 6 ® Crescimento celular para que as células filhas não sejam menor que a célula mãe. ® Para a célula progredir da fase G1 para S, é necessária a atuação do complexo ciclina D- CDK4/CDK6 sobre a RB. Proteínas RB (retinoblastoma) ® A proteína RB é produzida pelo gene RB1, um supressor tumoral. Ela evita a replicação desnecessária da célula ® Na fase G0 a pRB está ativa e ligada ao fator de transcrição E2F ® Na fase G1 a PRB suprime a transcrição da E2F Transição ® A proteína pRB inativa fatores de transcrição não fosforilados, atuando na quiescência (GO). Quando fosforilada por ciclina D1 – CDK4/CDK6, libera E2F em G1, que por sua vez induz a expressão de genes essenciais para a transição de G1 para S. Segunda fase - S ® Ocorre na fase S a replicação do DNA, a qual envolve a criação de cópias idênticas do genoma celular, necessária para células somáticas e germinativas. O processo ocorre em todo o genoma, formando duas novas fitas a partir das existentes. Terceira fase – G2 ® Continuidade ao crescimento celular, síntese de RNA e de proteínas e fim da replicação do centrossomo. Roberta Freitas – T14 7 Conceit iniciais ® Helicase: Enzima que separa as fitas de DNA, rompendo as ligações de hidrogênio. ® Primase: Produz os primers de RNA que iniciam a síntese da nova fita ® DNA polimerase: Adiciona nucleotídeos, formando a nova fita de DNA. ® Ligase: Une fragmentos de Okazaki na fita descontínua ® Proteínas RPA (Proteínas de replicação A): Mantém as fitas simples estáveis, impedindo que se recombinem. ® Primers: Pequenos trechos de RNA que servem de ponto de partida para a DNA polimerase. ® Topoisomerase: Alivia tensões geradas pela abertura da dupla hélice, cortando e religando o DNA. ® Supertorções: Enrolamentos excessivo que surgem quando a hélice é aberta, corrigidas pela topoisomerase. ® Fragmentos de Okazaki: Pequenos segmentos de DNA sintetizados na fita descontínua. ® Exonuclease: Remove os primers e corrige erros na replicação. ® Telômeros: Sequências repetitivas nas extremidades dos cromossomos que protegem o DNA da degradação. Introdução ® A replicação do DNA é necessária quando a célula somática precisa gerar cópias idênticas dela mesma e quando as células germinativas precisam ser formadas; ® A replicação do DNA é semiconservativa; ® O sentido da fita é 5’-3’e 3-5’, por essa razão ela é antiparalela; ® A replicação ocorre pelas duas direções do DNA. Sendo um processo bidirecional. Procs da replicação Helicase ® No início da replicação, o DNA é separado por uma enzima chamada helicase, a qual irá romper as pontes de hidrogênio e formar a forquilha. Topoisomerase ® No entanto, se as supertorções não forem removidas, o DNA voltará para a forma original. A Topoisomerase removerá as supertorções. Proteínas RPA Replicação do DNA Roberta Freitas – T14 8 ® As proteínas RPA ou SSB estabilizam as fitas únicas e mantém distância entre elas para não ocorrer uma reassociação. Primase ® Agora que as fitas únicas estão estabilizadas, a primase irá sintetizar os primers, que são 10 ribonucleotídeos que ajudam a DNA polimerase a iniciar o alongamento da fita. DNA Polimerase ® DNA polimerase adiciona os nucleotídeos complementares a fita molde a partir do primer. ® A fita nova começa a crescer no sentido 5’- 3’ e são formadas as pontes de hidrogênio entre as fitas complementares. Exonuclease ® As exonucleases são responsáveis por remover os primers presentes nas fitas. ® Essas lacunas serão preenchidas pelo DNA polimerase e por fim a DNA ligase irá fazer as ligações fosfodiéster entre os nucleotídeos da nova fita. Telômer ® Os telômeros são essenciais para proteger a informação genética dos cromossomos e estão ligados à longevidade celular. As células somáticas não replicam os telômeros, enquanto as células germinativas replicam. Verificação ® Enquanto há uma DNA polimerase alongando a fita nova, existe uma DNA polimerase com função de corrigir e checar se os pareamentos estão corretos. ® Erros na replicação do DNA tendem a produzir variantes de sequência, que podem dar origens a doenças, mas a correção reduz significativamente os erros. Final ® Ao final do processo de replicação, todos os cromossomos apresentam 2 cromátides. Roberta Freitas – T14 9 • Exonucleases: enzimas que cortam DNA/RNA pelas extremidades. • Poliadenilação: cauda poli-A no RNAm (proteção e estabilidade). • Capping: adição de capa 5’ no RNAm (proteção e tradução). • Splicing: remoção de íntrons e união de éxons. • TATA box: sequência promotora que inicia a transcrição. • Éxons: partes codificantes do gene. • Íntrons: partes não codificantes, removidas. • Ribossomo: faz a síntese de proteínas. • Códon: tripla de bases que codifica aminoácido. • RNA Polimerase: enzima que transcreve DNA em RNA. • RNAm: leva a informação genética para o ribossomo. • RNAr: compõe o ribossomo. • RNAt: carrega aminoácidos até o ribossomo. • Aminoácidos: blocos que formam proteínas. Introdução ® A transcrição é a etapa inicial da expressão genética, envolvendo a leitura e transcrição de um gene para produzir uma molécula de RNA. ® A fita molde é lida, no entanto, a fita de RNA que será construída é a transcrição da fita codificadora, em outros termos, usa a fita molde para copiar a codificadora. ® A transcrição ocorre em três etapas: 1ª Iniciação ® Acontece uma sinalização de onde a transcrição iniciará, a porção em laranja chama-se região promotora (TATA box) . 2ª Alongamento ® Velocidade de aproximadamente 50 nucleotídeos sendo unidos no pré-RNA por segundo. ® Durante o alongamento, a. RNA polimerase “caminha” ao longo da fita molde, da 3’ para 5’, adicionando nucleotídeos de RNA complementares à extremidade 3’ da fita do RNA, com base complementar de A-U (não é timina, pois RNA usa uracila). Transcrição Roberta Freitas – T14 10 3ª Terminação ® A terminação do RNA começa com um sinal de poliadenilação, mas o mecanismo ainda não é totalmente compreendido. Splicing ® O Splicing faz parte do processamento pós- transcricional, e consiste na remoção de íntrons e ligação de éxons (excelentes) produzindo um RNAm finalizado. Splicing alternativo ® Splicing alternativo garante a variabilidade de proteínas, pois, basicamente, utiliza ordens distintas de éxons para produzir uma proteínadiferente, ou seja, um gene pode produzir mais de uma proteína. Capping e Poliadenilação ® Capping e Poliadenilação auxiliam no transporte do RNAm ao citoplasma e protegem contra degradação por exonucleases. Roberta Freitas – T14 11 Introdução ® É a etapa seguinte à transcrição do DNA para RNA. ® A informação transcrita do DNA (RNAm) é traduzida em uma sequência de aminoácidos e esse processo acontece no citoplasma celular, nos ribossomos. ® Para converter RNA em proteína, é essencial o código dos aminoácidos, em outros termos, para traduzir um texto, precisa de dicionário. Redundância, Especificidade e Universalidade ® Redundância: no código genético, um aminoácido pode ser codificado por diferentes trincas de códons. ® Especificidade: cada trinca codifica o mesmo aminoácido. ® Universalidade: todos os seres vivos compartilham o mesmo código genético. Sínte proteica ® Processo no qual as células produzem proteínas a partir da informação contida no material genético (DNA). ® A tradução e a transcrição são etapas da síntese proteica. Ribsom ® Localização: Citoplasma. celular ® Composição: Proteínas + RNAr ® Subunidades: • Sub menor: reconhece o lê o RNAm. • Sub maior: catalisa as ligações peptídicas e mantém a cadeia em crescimento. ® Função: “fábrica na qual a informação do DNA é traduzida em uma sequência de aminoácidos”. ® Sítios do ribossomo: • Sítio A: local de entrada do RNAt carregado com um aminoácido. • Sítio P: local onde o RNAt mantém a cadeia peptídica em crescimento. • Sítio E: local de saída do RNAt – sem o aminoácido. Código genético ® Códon: é uma trinca de nucleotídeos do RNAm. Cada códon codifica um aminoácido específico ou anuncia o início ou fim da tradução. ® Características do código genético: Tradução Roberta Freitas – T14 12 • Degenerado: mais de um códon codifica o mesmo aa. • Universal: é o mesmo, com exceção em mitocôndrias. • Códons de início: AUG • Códons de término: UAG UAA UGA RNA transportador (RNAt) ® Função: transportar aminoácidos específicos do citoplasma até o ribossomo. ® Estrutura: • Anticódon: reconhece e se liga ao códon correspondente no RNAm. • Extremidade 3’ (ou outro terminal): carrega o aminoácido correspondente. • Estrutura em ‘trevo’ (em 2D): que permite o encaixe nos ribossomos. 1º Início Objetivo: montar o complexo de iniciação para começar a tradução. ® A tradução ocorre no citoplasma, onde um ribossomo irá fazer a leitura do RNAm, começando pelo códon de iniciação (sempre AUG – MET) ® Os aminoácidos serão transportados pelo RNA transportador, que encaixará seu anticódon no códon para liberar o aminoácido. 2º Alongamento Objetivo: adicionar aminoácidos à cadeia polipeptídica. ® Reconhecimento de códons, ligação peptídica e movimento do RNA ribossômico (5’ - 3’). 3º Finalização ou terminação Objetivo: finalizar a tradução quando o polipeptídeo estiver completo. ® Quando atinge o códon de finalização (UAA), a maquinaria se solta do RNAm, que pode ser reutilizado e traduzido por mais de uma maquinaria ao mesmo tempo. ® Por fim, a cadeia de aminoácidos formará uma proteína que adquirirá uma estrutura primária, secundária, terciária ou quaternária. Roberta Freitas – T14 13 ® A expressão genética é comparada a acender uma lâmpada, onde o gene é a lâmpada que, quando ativo, produz proteína. O interruptor determina se o gene está ligado ou desligado. ® O organismo pode “ligar” ou “desligar” um gene, ele controla a intensidade da expressão de gene conforme as necessidades. Conceito ® É um conjunto de mecanismos bioquímicos que modificam a leitura e, consequentemente, a expressão dos genes. Ou seja, todo o código genético (DNA) está igualmente presente em todas as células nucleadas, mas em cada tipo de célula (tecido) há uma programação diferente. Diferenciação celular ® A epigenética molda a diferenciação das células, através da ativação de genes e inativação de genes não necessários. ® A célula tronco pode ser programada, e se especializar ao decorrer do tempo. Diferenciando, por exemplo, em uma célula do intestino ou uma célula da fibra cardíaca, o material genético entre elas não é diferente, mas, a programação de ativação e inativação que é distinta. Programação “base” ® Embora a célula tronco não tenha uma programação, ela possui genes bases que regulam a vida dela, ou seja, se um gene vier a faltar, ela morrerá. ® Gene Oct4, Sox2, Klf4 e c-Myc. Mecanismo da epigenética ® Metilação: um radical metil (-CH3) se acopla a região promotora do gene (ou genes) e impede a sua expressão. O metil não permite a RNA polimerase funcionar. ® Se o CH3 (metil) for retirado, o gene pode ser expresso. Epigenética Roberta Freitas – T14 14 Modificação nas hionas ® As histonas fazem o enovelamento do DNA, quando separamos elas, o DNA fica exposto para uma transcrição. ® Quem separa as histonas são às acetil (-COCH3) se ligando com caudas da histona, quando desacetiladas (as caudas), as histonas vão compactar e o DNA não ficará exposto para transcrição. RNA não codificante (RNA de interferência) ® Ocorre depois da transcrição do RNAm, ao invés dele sofrer a tradução, o siRNA, bloqueia a tradução ou degrada o RNAm alvo (pode estar em fita dupla) evitando a expressão de uma proteína. Imprinting parental ® Forma de expressão gênica monoalélica; ® A escolha do alelo a ser expresso é determinada pela origem parental; ® Adição de marcas epigenéticas na linhagem germinativa de um dos progenitores, mas não no outro. Inativação do cromsomo X ® Mecanismo de compensação de dose que resulta em silenciamento epigenético da maioria dos genes em um dos dois cromossomos X nas mulheres. ® O cromossomo X é inativado no início do desenvolvimento; ® A inativação do X é normalmente aleatória em células somáticas do sexo feminino; ® Ocorre mosaicismo para duas populações de células que expressam alelos de um ou outro X. Epigenética permanente ® O pâncreas não produz etanol desidrogenase devido ao gene estar permanentemente silenciado. A expressão do gene da insulina é condicionada ao aumento da glicemia, sendo desativada com a redução da taxa glicêmica. Roberta Freitas – T14 15 Dnças humanas ® Durante o envelhecimento ocorre alterações epigenéticas: mudanças na acessibilidade da cromatina, perda de histonas e heterocromatina, desequilíbrio de modificações de histonas e defeitos nos padrões de metilação do DNA. Câncer ® Alterações epigenéticas estão presentes em muitos tipos tumorais (hepático, mama, endométrio, sistema nervoso, bexiga e leucemias). Modulação ambiental ® Fatores ambientais ou de estilo de vida pode modular a expressão gênica, ativando ou desativando os genes. Transgeracional ® A fome e desnutrição na gestação pode gerar alterações epigenéticas: ® Ao nascimento: crianças com baixo peso e intolerância a glicose ® Fase adulta: suscetíveis a diabetes, obesidade e doença coronariana. ® A exposição das células germinativas (gametas) de fetos de mulheres afetadas por condições ambientais pode alterar o epigenoma. ® Algumas assinaturas epigenéticas podem ser transmitidas às gerações futuras.