Genética Graduacao aula01

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Estrutura, organização e 
replicação do genoma
Objetivos desta aula
• Relacionar os cromossomos com a 
segregação de características genéticas
• Apresentar os cromossomos como 
unidade física da herança
• Apresentar estrutura e organização dos 
cromossomos humanos em diferentes 
graus de condensação
• Relacionar a duplicação cromossômica 
com a replicação do DNA
Genética Mendeliana Clássica
Genética Mendeliana Clássica
Genética Aplicada a Medicina - 2007 
- I
Onde estão as partículas 
hereditárias de Mendel?
De Mendel aos Cromossomos
• Comportamento cromossômico durante formação dos gametas 
(meiose) – Walter Suton e Theodor Boveri (1902)
• Espécies que apresentam cromossomos diferindo em tamanho e 
forma, permitiram mostrar que os cromossomos existem em 
pares e que eles segregam independente durante meiose (Ex. 
Elinor Carothers (1913) trabalhando com gafanhotos)
• A descoberta da herança ligada ao sexo
– L. Doncaster e G.H. Raynor (1906) trabalhando com mariposas
– William Bateson, trabalhando com cor de plumagens de 
galinhas
• Diferenças no padrão de herança de acordo com o sexo do 
genitor e genes distribuídos ao longo dos cromossomos
– Thomas Hunt Morgan e seus estudantes Calvin Bridges e 
Alfred Suttertevant, trabalhando com Drosophila melanogaster
Teoria cromossômica da herança
Genética Aplicada a Medicina - 2007 
- I
Teoria cromossômica da 
herança
Genética Aplicada a Medicina - 2007 
- I
Gametogênese
Gametogênese
Genética Aplicada a Medicina - 2007 
- I
Formação de Gametas
Cromossomos 
heteromorfosElinor Carothers
Gafanhotos
Cromossomos heteromorfos segregando independentemente durante a meiose
Genética Aplicada a Medicina - 2007 
- I
Herança ligada ao sexo em D. 
melanogaster
 Trabalho de 
Calvin 
Bridges 
realizado 
nos 
laboratórios 
de Thomas 
Hunt 
Morgan
Ligação genética
• Bateson e Punnet, através da análise 
da herança para cor de flor e forma 
de grãos de pólen em ervilha-de-
cheiro
• Desvios da relação 9:3:3:1
• Genes localizados no mesmo 
cromossomo
• Combinações não parentais
aA
B b
A
B
A
B
a
b
a
b
A
B
A
b
a
B
a
b
aA
B B
aA
b b
cC
D d
C
D
C
D
c
d
c
d
cC
D d
C
D
c
d
1/4 1/4 1/4 1/4
1/4 1/4 1/4 1/4
1/2 1/2
Crossing over 
entre os locos em 
100% das 
meioses
Crossing over 
entre os locos em 
0% das meioses
aA
B b
A
B
A
B
a
b
a
b
A
B
A
b
a
B
a
b
AA
B b
aa
B b
1/4 1/4 1/4 1/4
aA
B b
A
B
A
B
a
b
a
b
A
B
A
B
a
b
a
b
AA
B B
aa
B b
1/4 1/4 1/4 1/4
AB= 3/4
Ab=1/4
aB=1/4
Ab=3/4
Crossing over 
entre os locos em 
50% das meioses
Utilização da fração de recombinantes na construção de 
mapas genéticos
• Idealizado por Alfred Sturtevant (aluno de Thomas Hunt Morgan)
 
 “Morgan asked Sturtevant, still an undergraduate at 
the time, to make some sense of the data on crossing-
over between different linked genes. In one night, 
Sturtevant developed a method for describing relations 
between genes that is still used today. In Sturtevant's own 
words, "In the latter part of 1911, in conversation with 
Morgan, I suddenly realized that the variations in strength 
of linkage, already attributed by Morgan to differences in 
the spatial separation of genes, offered the possibility of 
determining sequences in the linear dimension of a 
chromosome. I went home and spent most of the night (to 
the neglect of my undergraduate homework) in producing 
the first chromosome map." 
Utilização da fração de recombinantes na 
construção de mapas genéticos
• Vamos entender a lógica de Sturtevant
– Imagine o seguinte cruzamento teste
» AaBb x aabb
– Vamos aos resultados:
• A_B_ - 165 - Parentais
• A_bb - 21 - Recombinantes
• aaB_ - 23 - Recombinantes
• Aabb - 191- Parentais
11 %
11 umA B
Distância versus recombinação
Utilização da fração de 
recombinantes na construção 
de mapas genéticos
• A fração de recombinantes está 
relacionada com a distância entre os 
locos
• Assim se analisarmos 100 indivíduos e 
encontrarmos um recombinante 
teremos 1% de recombinantes (1 
unidade de mapa)
• Hoje denominada 1 cM
• Fração máxima de recombinantes: 50%
Mapa genético para Drosophila melanogaster
Ora, se dentro de uma lógica testável é possível dispor 
características herdáveis aos longos dos cromossomos, não 
resta dúvida de que estes são a unidade física da herança
A partícula hereditária de 
Mendel está localizada no 
 Todos nesta sala não devem ter a 
menor dúvida sobre esta afirmativa e 
devem ser capazes de utilizar 
argumentos convincentes para 
demover incrédulos de qualquer outra 
idéia sobre a unidade física da 
herança.
A biomolécula da 
hereditariedade
Em sendo os cromossomos a unidade 
física da herança, qual a molécula da 
hereditariedade?
Todos vocês já sabem que é o DNA 
(Ácido Desoxiribonucléico). Mas como 
este conhecimento foi construído, 
vocês sabem?
Descoberta do DNA
• Em 1869 começou a trabalhar com 
células brancas (leucócitos)
• Coletava curativos em hospitais
• Pus é rico em células brancas
• Utilizava solução salina para retirar pus 
dos curativos
• O pus tratado com solução alcalina 
tinha as células lisadas e o núcleo 
precipitado
• Dos núcleos isolou um composto 
químico, que ele denominou nucleína
• Encontrou nucleína em todas células 
que estudou
• Identificou que a nucleína era rica em 
fósforo
• Richard Altmann em 1889 (aluno de 
Miescher – trabalhando com esperma 
de Salmão) deu o nome de ácidos 
nucléicos, substancia somente 
encontrada nos cromossomas
Friedrich Miescher 
Composição química do DNA
• Por volta de 1900 sabia que a 
nucleína era constituída por proteínas 
e ácido desoxirribonucléico
• Identificou que o DNA era constituído 
por nucleotídeos
• E que cada nucleotídeo era 
constituído um grupo de fósforo, um 
açúcar e uma base nitrogenada
• Imaginava que o DNA era constituído 
por blocos de quatro bases 
nitrogenadas sempre na mesma 
ordem
• Este pensamento o fazia pensar que 
as proteínas é que codificavam a 
informação genética, pois estas eram 
constituídas por 20 aminoácidos 
Phoebus Aaron Theodor Levene 
DNA como molécula da hereditarieda
 Experimento de Frederick Griffith, realizado em 1928
Princípio transformante de Griffiths
•Injeção de bactérias sem parede 
celular e não patogênicas
•Camundongos continuam vivos
•Injeção de bactérias com parede 
celular e patogênicas
•Camundongos morrem
•Injeção de bactérias com parede 
celular e patogênicas mortas por 
aquecimento
•Camundongos continuam vivos
•Bactérias sem parede celular são 
misturadas com bactérias com 
parede celular tratadas com calor
•Camundongos morrem
•Bactérias com parede celular são 
recuperadas dos camundongos 
mortos
O DNA como molécula da hereditariedade
O principio transformante de Griffiths é o DNA
• Avery- McLoad -McCarthy
Maclyn McCarty, 1936 Colin Munro MacLeod, 1936 Oswald Avery, 1930 
The Journal of 
Experimental 
Medicine 79:137–
156. 1944
Experimentos de Avery-McLoad-McCarthy, 1944
Experimentos de Avery-McLoad-
McCarthy, 1944
• Bactérias patogênicas mortas por calor
• Preparo do extrato de bactérias
• Tratamento do extrato
– Enzimas para digestão de Carboidratos
– Enzimas para digestão de Lipídeos
– Enzimas para digestão de Ácido Ribonucléico
– Enzimas para digestão de Ácido Desoxirribonucléico
• Extrato tratado misturado com bactérias não patogênicas 
vivas
• Somente extrato tratado com enzima para digestão doácido desoxirribonucléico removeu a capacidade 
transformante do extrato de bactérias patogênicas
Alfred Hershey and Martha 
Chase, 1952
Alfred Hershey and Martha Chase, 
1952
• Experimento com Bacteriófago
• Marcação com S35 e P32
• Enxofre marca proteínas e fósforo marca DNA 
• Incubação entre bacteriófago e bactérias 
• Separação dos bacteriófagos e bactérias
• S35 no sobrenadante
• P32 no precipitado
• Corrobora os experimentos de Avery-McLoad
Conclusão do trabalho de 
Avery e McLoad
A evidência apresentada corrobora a hipótese de que o ácido 
nucléico do tipo desoxirribose é a unidade fundamental do princípio 
transformante em Pneumococcus Tipo III
Neste momento da aula você deve ser 
capaz de defender de maneira 
convincente que o DNA é a Molécula 
da hereditariedade
Composição química do ácido 
desoxiribonucléico
Nucleotídios
• Os nucleotídios, unidades básicas dos 
ácidos nucléicos, são constituídos de
– Uma base nitrogenada (anel 
heterocíclico de átomos de 
carbono e nitrogênio)
– Uma pentose (açúcar com cinco 
carbonos)
– Um grupo fosfato (molécula com 
um átomo de fósforo cercado por 
4 oxigênios) 
Bases Nitrogenadas
• As bases nitrogenadas são de dois tipos: 
– Púricas: Adenina (A) e Guanina (G) 
– Pirimídicas: Timina (T), Citosina (C) e Uracil (U)
• As purinas são constituídas de dois anéis fundidos de 5 e 6 átomos 
• e as pirimidinas de um único anel de 6 átomos
• Apenas quatro tipos diferentes de bases são encontrados em um dado polímero de ácido 
nucléico
– No DNA as bases constituintes são A, G, C, e T enquanto no RNA são A, G, C, e U
• Uracila e Timina são moléculas bastante relacionadas, diferindo apenas pelo grupo metila encontrado no átomo C5 
do anel pirimídico da Timina 
Bases Nitrogenadas
Resíduos de Açúcar 
• Dois tipos de pentoses são 
encontrados nos ácidos nucléicos
– Ribose e desoxirribose 
• Diferem uma da outra pela presença ou 
ausência do grupo hidroxila no C 2' da 
pentose. É baseado nesta característica que os 
ácidos nucléicos recebem o nome RNA 
(ribose) ou DNA (desoxirribose)
•Os carbonos da desoxirribose são 
numerados sequencialmente da direita 
para a esquerda.
 
•O primeiro carbono é 1' (lê-se como um 
linha), o segundo é 2' (dois
linha), e assim sucessivamente. 
•A base nitrogenada liga-se ao carbono 1', 
•e o grupo fosfato ao carbono 5'. 
•O nucleotídeo abaixo é ligado 
covalentemente ao carbono
•3'. 
•Isto permite que uma longa fita seja 
construída. 
Resíduos de Açúcar 
(desoxiribose)
Resíduos de Açúcar 
• A pentose é o elo de 
ligação entre a base e o 
grupo fosfato
– De um lado, o Nitrogênio 9 
das purinas ou o 
Nitrogênio 1 das 
pirimidinas liga-se ao C1' 
da pentose e, de outro 
lado, o grupo carboxila do 
átomo de C5' da pentose 
participa da ligação éster 
com o grupo fosfato
DNA – os nucleotídeos
• Desoxiribonucleotídeos
Genética Humana
Nucleotídeos
Ligação fosfodiéster
Em direção à compreensão da 
estrutura do ácido desoxirribonucléico
Prof. Rinaldo Pereira
Estrutura do DNA
• Erwin Chargaff
– Relação entre quantidade de bases 
nitrogenadas em vários organismos
– A=T e C=G
Estrutura do DNA
• Rosalind Franklin, 1952
– Cristalografia de Raio X de DNA em 
trabalho colaborativo com Maurice 
Wilkins
Estrutura do DNA
• James Watson e Francis Crick, 1953
Pontes de hidrogênio 
Watson-Crick
Estrutura do DNA
• A molécula de DNA é uma 
dupla hélice cujas cadeias 
estão unidas por pontes de 
hidrogênio estabelecidas 
entre purinas e pirimidinas 
complementares
– Adenina sempre 
pareia com Timina (A 
= T) 
– e Guanina com 
Citosina (G = C)
 
Estrutura do DNA
• Dupla hélice 
antiparalelas
• Sugestão de um 
mecanismo de 
replicação para o 
DNA
DNA conformação B
DNA e Histonas
A cromatina
Organização do Cromossomo 
Linfócito humano Linfócito de rato
Cromatina
Regiões mais coradas – heterocromatina
Regiões menos coradas - eucromatina
Localização dos 
cromossomos no núcleo 
Estrutura cromossômica
• Padrões de cromatina
– Heterocromatina
• Regiões densamente coradas
– Eucromatina
• Regiões pouco coradas
Genética Aplicada a Medicina - 2007 
- I
Organização da cromatina
Cromossomo metafásico
Cromatina, cromossomos e meiose
Vamos descrever o que estamos 
vendo aqui
Genética Aplicada a Medicina - 2007 
- I
Cromossomo
Estrutura cromossômica
Estrutura tri-dimensional dos 
cromossomos
Centrômero
Telômeros
Braço longo
Braço curto
Cromátides
Cariótipo Humano
DNA nos cromossomos
DNA nos cromossomos
Nucleossomo
Nucleossomas
Primeiro nível de organização da cromatina
Genética Aplicada a Medicina - 2007 
- I
Estrutura do 
cromossomo
• Vários níveis de 
organização
• Do menos condensado 
(núcleo na interfáse) ao 
mais condensado 
(núcleo metafásico)
• DNA e proteínas
Genética Aplicada a Medicina - 2007 
- I
Nucleossomo
Estrutura do Nucleossoma
Replicação do DNA 
Replicação do DNA
• Em organismos com DNA circular 
existe uma única origem de 
replicação
• Em organismos eucariotos, existem 
várias origens de replicação 
distribuídas ao longo dos 
cromossomos
Duplicação cromossômica e 
DNA
Genética Aplicada a Medicina - 2007 
- I - Prof. Rinaldo Pereira
Replicação do DNA
• A maquinaria da replicação do DNA
– Topoisomerase
• Enzima responsável por remover a torção da dupla fita
• Desempenha este papel rompendo uma ligação fosfodiéster de uma 
fita
– Helicase
• Responsável pela abertura da dupla fita através do rompimento das 
pontes de hidrogênio
– DNA polimerase
• Adição do nucleotídeo complementar ao da fita molde
• Através da quebra das ligações de fosfato do DNTP promove a ligação 
fosfodiéster entre OH 3´e o P do carbono 5´
– Primase
• Responsável pela síntese de um pequeno fragmento de RNA (primer) 
que dará a OH 3´para DNA polimerase
• É removido durante a replicação
– Ligase
• Responsável por fazer a ligação de 3` OH e 5´P, nos intervalos após 
remoção dos primers e síntese de DNA
– Proteínas de ligação a fita simples
• Mantêm o DNA como fita simple após ação da helicase 
Replicação do DNA
• Origens de replicação
Forquilhas de replicação
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- I - Prof. Rinaldo Pereira
Origens de replicação: procariotos
Fig. 8-22
Origens de replicação: 
eucariotos
Origens de replicação: 
eucariotos
Replicação do DNA
• A replicação do DNA sempre ocorre na direção 5´-3
– Então uma fita será sintetizada de maneira contínua e a 
outra fita de maneira discontínua
– Os fragmentos sintetizados de maneira descontínua são 
chamados de fragmentos de Okazaki
Go to MCB 
1201, MCB 
1202
Helicase
“Priming”
Fig 8-27
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- I - Prof. Rinaldo Pereira
Replicação do DNA
Modelo em Procariotos
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- I - Prof. Rinaldo Pereira
Replicação do DNA
Como um dímero pode sintetizar as 
fitas contínua e descontínua ?
Go to MCB 
1203 
Coordenação de síntese da 
dupla fita
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- I - Prof. Rinaldo Pereira
Replicação do DNA
Ligação fosfodiéster pela DNA 
polimerase
Genética Aplicada a Medicina - 2007 
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Replicação do DNA
Atividade revisora 
3´-5´ exonuclease
Genética Aplicada a Medicina - 2007 
- I - Prof. Rinaldo Pereira
Replicação do DNA
Remoção dos fragmentos de Okazaki
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Replicação do DNA
Atividade da enzima Ligase
Replicação nosterminais de cromossomos
telômeros
Replicação dos telômeros
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Go to MCB 
1204
Replicação dos telômeros