Genética_Molecular__2012_HC_MP

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Data Assunto Responsável 
28/01 Genética Molecular (P3) Messias 
04/02(07/
02 
Ligação e Crossing over: (P3) Messias/Sergio 
Aguardar Débora 
18/02 Ligação e Crossing over: 
Mapas de Ligação (P3) 
Messias/Sergio 
25/02 (Prova III) Messias/Sergio 
04/03 Probabilidade na Herança; (P4) 
Análise de Pedigree 
Messias/ Sergio 
11/03 Genética de Populações (P4) Messias/ Sergio 
18/03 Genética de Populações (P4) Messias/ Sergio 
25/03 Prova IV Messias/Sergio 
 
01/04 Final Todos 
Cronograma das aulas; Sala 118 E1 ( das 9 às 12 h) 
 
Genética Molecular 
Introdução 
Disciplina: Genética Aplicada 
Prof. Messias Gonzaga Pereira 
Prof. Colaborador: Helaine C. C. Ramos 
Genética Molecular 
Introdução 
• Livros 
 
– Genética na Agropecuário - Ramalho (Livro texto) 
– Introdução à Genética – Griffiths et.al. 
– Conceitos de Genética – Klug et al. 
– Engenharia genética - 
– Internet.... 
 
Conteúdo 
• Plano analítico 
 
– Introdução 
– Importância 
– Componentes básicos do ácido nucléico 
– Replicação do DNA 
– Transcrição 
– Código Genético 
– Tradução 
 
Introdução 
• Genética clássica versus Genética molecular 
• Genética clássica – As leis que controlam a 
hereditariedade 
• Existe uma clara integração dos princípios clássicos e 
moleculares 
• Genética Mendeliana – Conceitual - Fundamentos 
• Citogenética – base nos cromossomos 
Introdução 
• Lema: “Composição química, estrutura e função 
estão intimamente relacionados” 
 
• Conhecer a base molecular da herança: 
– Qual a constituição química e estrutura do gene – 
material genético? 
– Como ele funciona para produzir os fenótipos que 
observamos? 
– Por que existem tantas diferenças entre os indivíduos? 
Natureza química do material genético 
• A maioria das pesquisas foram realizadas com 
bactérias e vírus: 
– Ciclo reprodutivo muito curto; 
– Fácil manuseio em laboratório; 
– Grande número de descendentes; 
– Menor complexidade do material genético; 
 
• Após o trabalho de Mendel aumentou o interesse 
em se conhecer a constituição química do material 
hereditário. 
Natureza química do material genético 
• O pensamento da época 
• Havia relutância em aceitar o DNA como responsável pela 
transmissão genética por ser muito simples. 
• O DNA teria que reunir as seguintes características: 
– Capacidade de auto-replicação 
– Capacidade de codificar informações em grande número 
 
• Resultado dos primeiros estudos 
• Conhecimento dos “blocos” constitutivos do DNA, mas a sua 
estrutura não era conhecida. Estes blocos são nucleotídeos 
formados de: Desoxirribose, Base nitrogenada, Fosfato 
 
HISTÓRICO 
1915 – THOMAS MORGAN 
Concluiu que os genes estavam organizados de maneira linear nos cromossomos 
Propôs, pela 1ª vez, uma correlação entre um gene (genótipo) e uma 
característica física (fenótipo) 
 
1941 – BEADLE e TATUM 
Demonstraram que os genes agiam através da regulação de diferentes eventos 
químicos 
 
HIPÓTESE: UM GENE UMA ENZIMA 
Erwin Chargaff estabeleceu proporções entre as 
bases nitrogenadas 
• A quantidade de nucleotídeos pirimidínicos (T+C) é 
sempre igual a quantidade total de nucleotídeos 
purínicos (A+G) 
• A Quantidade de T = A; C = G 
• A Quantidade de A+T é diferente de G + C 
• A relação A + T / G + C é espécie específica 
 
1953 – James Watson e Francis Crick 
• propuseram a “Dupla 
hélice” baseando-se 
nos dados de Rosalind 
e Wilkins e nas 
relações de Chargaff 
• Começa a era da 
Biologia 
Molecular 
Todos os nucleotídeos apresentam uma estrutura em 
comum: 
radical fosfato 
pentose 
ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS 
Açúcares 
ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS 
Pirimidinas 
Purinas 
ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS 
O grupo hidroxil ligado ao 
carbono 3 da pentose de um 
nucleotídeo forma uma ligação 
fosfodiéster com o fosfato do 
outro nucleotídeo 
DNA 
• Duas fitas de polinucleotídeos associadas formando uma estrutura 
de dupla hélice onde as pentoses e os radicais fosfato compõe a fita 
e as bases projetam-se para o interior da mesma 
 
• As fitas mantêm-se unidas através da formação de pontes de 
hidrogênio entre as bases o que contribui para a estabilidade da 
dupla hélice 
 
 . Adenina (A) pareia com Timina (T) através de 2 pontes de 
hidrogênio 
 . Guanina (G) pareia com Citosina (C) através de 3 pontes de 
hidrogênio 
DNA 
Antiparalelismo 
Complementaridade 
Semiconservativa 
out/2007 19 
Dupla Hélice do DNA 
- As bases são hidrofóbicas, e a molécula de 
DNA é constituída de duas hélices pareadas. 
 
- Duas cadeias polinucleotídicas ligam-se por 
forças termodinâmicas (fracas), formando uma 
molécula de DNA. 
Propriedades Químicas e Físicas do DNA 
Estrutura do RNA 
• Principais diferenças entre RNA e DNA: 
– O açúcar é a ribose; 
– A timina é substituída pela 
Uracila (U); 
– Apresenta uma única fita; 
– Os seguintes pareamentos 
 são observados: A/U e G/C. 
Tipos de RNA 
• RNA mensageiro 
• Responsável pelo transporte da informação genética 
do núcleo até o citoplasma. 
• RNA ribossômico 
• Maior proporção do RNA celular. Após se associar com 
proteínas ribossômicas formam os ribossomos , cuja 
função é participar da síntese de proteínas. 
• RNA transportador 
• Moléculas pequenas de RNA (73-93 nucleotídeos) que 
tem a função de receptar e transportar aminoácidos. 
Tipos de RNA 
Tipos de RNA 
tRNA 
rRNA 
Funções do material genético 
Material genético 
 Replicação 
Armazenamento da informação 
 Expressão de informações 
Variação por mutação 
Replicação 
Dogma central da 
biologia molecular 
Replicação do DNA 
São necessárias várias 
enzimas e proteínas para 
copiar uma dupla hélice de 
DNA. 
Evento essencial e complexo. 
 
REPLICAÇÃO 
• Dois filamentos da dupla hélice se 
desenrolam como a abertura de um zíper 
• Duas cadeias atuam como moldes para a 
deposição de nucleotídeos livres 
• Polimerização – catalisado pela DNA 
polimerase 
• Cada molécula filha é metade velha e metade 
recém-polimerizada (semiconservativo) 
 
Modos de replicação 
Experimento de Meselson-Stahl 
Centrifugação de equilíbrio de sedimentação 
Replicação 
semiconservativa em 
eucariotos 
Experimento com pontas de raiz 
de feijão-fava. 
 
 DNA marcado com 3H-timidina 
(precursor radioativo do DNA). 
 
Técnica: Auto-radiografia 
Unidades de replicação 
 A enzima DNA-polimerase orienta a síntese de DNA 
 Presença dos 4 
desoxirribonucleotídeos 
 
 Fita molde de DNA 
 
Iniciador de RNA 
Iniciação da síntese de DNA 
Síntese de DNA 
Desenrolamento da dupla hélice 
 Proteínas helicases  desestabilizam a 
dupla hélice. 
 Proteínas SSBPs  estabilizam a 
conformação aberta. 
 DNA-girase  DNA-topoisomerase. 
 DNA + complexo de polimerases + enzimas 
associadas  replissomo. 
Síntese contínua e descontínua 
Síntese da fita líder e da fita tardia 
Origem das forquilhas em procariotos 
Fitas da hélice são desenroladas  
forquilha de replicação. 
 
 Formação do REPLICON (segmento 
de DNA replicado). 
 
 Origem da replicação em 
procariontes  região oriC 
 
 Uma origem bidirecional 
 
 Final da replicação  região ter 
Origens múltiplas da replicação em 
eucariotos 
Forquilha de replicação eucariótica 
Transcrição 
Processo de transferência da informação dadupla fita de DNA para uma molécula de RNA 
complementar. 
Transcrição 
• DNA – Encontrado no núcleo 
• Proteínas – Sintetizadas no citoplasma 
• É necessário um intermediário. 
• Através de marcação se comprova que o RNA 
é sintetizado no núcleo e depois se desloca 
para o citoplasma onde são sintetizadas as 
proteínas – Bom candidato na transferência de 
informações DNA para Proteinas. 
Transcrição 
• É realizada por um complexo enzimático cuja 
enzima chave é a RNA polimerase, composta 
de várias subunidades e que realiza a 
polimerização do RNA a partir de um molde 
de DNA. (Uma das fitas do DNA e não ambas) 
Transcrição 
• Esse processo ocorre em três etapas 
principais, a iniciação, o alongamento e o 
término, 
w
w
w
.i
cb
.u
fm
g.
b
r/
..
./
gr
u
p
o
1
/t
ra
n
sc
ri
ca
o
.h
tm
 
 RNA mensageiro 
 
RNA ribossômico 
 
RNA transportador 
Promotores 
• Os promotores são seqüências de DNA 
específicas importantes para o início da 
transcrição. Tais seqüências são reconhecidas 
por algumas proteínas específicas, chamadas 
de fatores de transcrição, que trazem a RNA 
polimerase para realizar a montagem dos 
RNAs. 
Etapas do processamento pós-
transcricional 
spliceosomo 
• Outra grande modificação que ocorre no pré-mRNA é a 
remoção dos Introns pelo processo chamado de splicing. O 
splicing requer a presença de três seqüências no Intron: o 
final do Intron é chamado splice site 5’ e a outra terminação é 
o splice site 3; a terceira seqüência é o branch point, que é 
uma adenina que está a 18 a 40 nucleotídeos do splice site 3’. 
A remoção de um Intron é um processo em dois passos: (1) a 
terminação 5’ é clivada e ligada ao branch point; (2) a 
terminação 3’ é clivada e as duas terminações são unidas. 
Estas reações ocorrem em um complexo chamado 
spliceosomo, que consiste em diversas moléculas de RNA e 
proteínas. 
Recomposição alternativa 
• Um processo que ocorre com freqüência é o 
splicing alternativo, no qual um único pré-
mRNA é processado em formas diferentes 
para produzir diferentes tipos de mRNA 
através da união de diferentes Codons, o que 
resulta na produção de diferentes formas de 
proteínas a partir de um único DNA. 
Transcrição 
• A transcrição em eucariontes é bem mais complexa 
que em procariontes. Nos eucariontes a transcrição 
ocorre no núcleo, enquanto a tradução ocorre no 
citoplasma. Já nos procariontes tal separação celular 
não existe, sendo os dois processos muito bem 
acoplados no espaço. A separação temporal e 
espacial desses dois processos nos eucariontes 
permite a eles uma melhor regulação da expressão 
gênica. 
Daniel
Realce
Transcrição em eucariotos e em 
procariotos 
Código genético 
• A sequencia de pares de nucleotídeo dita a 
sequencia de aa nas proteínas. (Código) 
• Códigos são não superpostos 
• Cada código – trincas – 
• Quatro letras – 64 combinações 
• 20 aas – excesso de codons. 
• O código é dito degenerado – diferentes codons, 
mesmo aa; alguns codons não codificam nada. 
• Redundância do código genético. 
 
Decifrando o código genético 
• tRNA é que reconhece o códon. 
• Anticodon – no tRNA – se pareiam com as 
bases do códon. 
• Alguns genes não codificam proteínas – 
codificam RNA (tRNA e rRNA) que são 
componentes do aparelho traducional. 
Decifrando o código genético 
• Redundante mas não Ambíguo 
• Diz-se que o código genético é redundante por 
existirem vários códons que codificam o mesmo 
aminoácido. Por exemplo, os códons UCU, UCC,UCA 
e UCG codificam todos o aminoácido Serina (Ser). 
Este fenômeno é também apelidado de 
degenerescência. Já o contrário não é possível e não 
existe nenhum códons que possa codificar mais do 
que um único aminoácido e, logo, nunca é ambíguo. 
Decifrando o código genético 
• Universalidade 
• Afirma-se que o Código Genético é universal porque 
os códons têm o mesmo significado em quase todos 
os organismos. Assim, o códons AAU codifica o 
aminoácido Asparagina (Asn) tanto num ser humano 
como num babuíno. 
• Obtido em 
"http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3digo_gen%C3
%A9tico" 
Síntese de proteínas 
 
Como a informação armazenada como ácido 
nucléico pode ser decodificada em proteína? 
RNA  molécula mensageira 
Trincas ribonucleotídicas 
Códon 
1 Códon  1 aminoácido 
Tradução 
Transformação da informação contida no mRNA 
em cadeias polipeptídicas que se dobram em 
moléculas de proteínas 
Peptídeo: Molécula constituída de aminoácido 
Tradução 
• O mRNA funciona como molde para síntese de 
proteínas carrega a informação genética do DNA ao 
ribossomo e indica a ordem dos aminoácidos. O 
mRNA possui três regiões primárias: 5’ não traduzida 
(5’ UTR), uma seqüência de nucleotídeos que não 
codifica aminoácidos; região codificadora da 
proteína, que compreende os Codons que 
especificam a seqüência de aminoácidos, inicia com 
com um start Codon e termina com um stop Codon; 
e 3’ não traduzida (3’ UTR), que afeta a estabilidade 
do mRNA e a tradução da seqüência codificadora da 
proteína. 
 
Tradução 
• Os tRNA são os responsáveis pela tradução. 
• tRNA – Carrega numa das pontas, 
extremidade 3’OH, um aa ligado 
covalentemente. Existe pelo menos um tRNA 
p\ra cada CODON. 
• tRNA possui uma região chamada anticodon. 
 
Tradução 
• Início da tradução em bactérias: existem sítios 
de ligação dos ribossomas ao mRNA. 
Geralmente um sítio de ligação para cada 
proteina (algumas vezes mesmo ribossoma le 
duas proteinas). Com este tipo de arranjo 
pode ter várias proteinas sintetizadas a partir 
do mesmo mRNA. 
Tradução 
• Tradução em eucariotos: sem sítio inicial de 
ligação do ribossoma ao mRNA. O ribossoma 
se liga ao início do mRNA e vai buscando 
primeiro triplete AUG de início de tradução. 
Neste caso, geralmente o primeiro AUG 
corresponde à proteina que vai ser feita. 
Tradução 
• Os ribossomos são estruturas ribonucleoproteicas 
com 2 subunidades, uma maior (50S) e outra menor 
(30S), que criam todo o ambiente onde a tradução 
vai ocorrer. 
• A tradução começa sempre no CODON AUG para 
metionina 
• Os fatores de iniciação são proteínas que vão ajudar 
o ribossomo a se ligar no mRNA e reconhecer o 1º 
CODON. 
• Ribossomo vai caminhando pela fita até 
encontrar um “stop codon” (UGA, UAA e UAG) 
seguida por uma sequência de terminação. 
• Os fatores de terminação quebram a ligação 
entre tRNA e aas e os aas então se ligam. 
• “Open read frame” – Sequência aberta de 
leitura – São sequências que podem traduzir 
um peptídeo. 
Componentes da tradução 
Componentes de tradução 
Conceitos de Genética – William S. Klug, Michael R. Cummings, Charlotte A. Spencer & Michael A. Palladino 
Alongamento da cadeia 
polipeptídica 
Finalização da 
tradução 
Relações gene-proteína 
• Todas as enzimas são proteínas. 
• Proteína – macromolécula composta de 
aminoácidos (aa) ligados em um filamento 
linear. 
• Existem 20 aa comuns nos organismos vivos. 
• Vários aa ligados por ligações peptídicas (inclui 
a remoção de uma molécula de água), 
formam um polipeptídeo. 
Tradução simultânea (Procariotos) 
Processamento pós-tradução 
 
 - Após a tradução algumas proteínas podem 
sofrer alterações: 
 - adição de fosfatos e carboidratos. 
 - clivagem de proteínas (zimogênio e pró-
insulina - 82 aminoácidos, a insulina duas cadeias 
polipeptídicas uma de 21 e outra de 30 
aminoácidos). 
Manifestação fenotípica 
Substrato Pigmentos 
coloridosFunção 
enzimática 
• Controle indireto 
• Ex: cor da flor em uma espécie vegetal 
 
• Controle direto 
• Ex: produção de colágeno (função estrutural) 
 
• Caracteres complexos 
• Ex: produção de grãos (muitos genes envolvidos) 
Manifestação fenotípica 
Genética do funcionamento do DNA 
• Qual a natureza do gene e como eles controlam o 
fenótipo? 
• Como os genes funcionam? 
– Os genes especificam a seqüência linear de aminoácidos 
nos polipeptídeos e logo nas proteínas. Assim os genes 
determinam o fenótipo. 
• Hipótese um gene – uma enzima 
– As moléculas são sintetizadas em uma série de etapas, 
cada uma delas, catalisada por uma enzima. 
 
Mutações do material genético 
• São mudanças herdáveis que representam as bases genéticas 
da variação e, portanto, servem como matéria prima aos 
processos de melhoramento e evolução. 
 
 Gene alteração na sequência novo alelo 
 
• Causas das alterações nas sequências de DNA: 
– Substituição de bases: 
 A C Transição 
 Transversão 
 G T 
Tipos de mutação 
• Mutação silenciosa 
• Não altera a sequência de aminoácido 
• Mutação neutra 
• Ocasiona substituição de um aminoácido mas não altera a sua função 
• Mutação de sentido errado 
• A substituição de uma base do DNA resulta na substituição do aa 
• Mutação sem sentido 
• Quando a troca de bases no DNA resulta em um dos códons de 
terminação (5’UAA3’, 5’UAG 3’e 5’UGA3’) 
• Adição ou deleção de bases 
• Provoca alterações na sequência de DNA a partir do ponto que 
ocorreu a adição ou deleção 
 
Relações entre mutações gênicas e 
proteínas alteradas. 
• A mudança de um aa pode ser suficiente para 
alterar o funcionamento da proteína. 
• Uma mutação em um gene pode 
corresponder a uma mudança de um aa na 
seqüência da proteína. 
Mutações de mudança 
Genes, alelos e DNA 
• Todo DNA de um organismo constitui os seus genes? 
 Procariotos vs eucariotos 
 
• Genes 
– Possuem números muito diferentes de pares de 
nucleotídeos – segmentos de DNA diferentes em regiões 
diferentes do cromossomo 
• Alelos 
– Segmentos homólogos de DNA – números de pb iguais ou 
semelhantes 
Pontos importantes 
• Conceitos essenciais: 
– O material genético é o DNA 
– DNA – Dupla hélice composta de cadeia de 
nucleotídeos orientadas em sentidos opostos. 
– Na replicação do DNA... 
– As unidades funcionais do DNA são os genes 
– Um gene é um segmento de DNA 
• DNA RNA Produto Gênio 
 
Pontos importantes 
• Conceitos essenciais: 
– As proteínas são os determinantes principais das 
propriedades estruturais e fisiológicas 
– As características de uma espécies são codificadas 
por seus genes 
– A variação: hereditária, ambiental, ambas 
– A variação hereditária – formas variantes dos 
genes (alelos) 
 
Pontos importantes 
• O DNA é transcrito em uma molécula de de mRNA que é 
traduzido durante a síntese protéica. 
• A tradução requer tRNA e ribossomos. 
• O código genético é de trincas não-superpostas. 
• Sequências específicas sinalizam o início e o término tanto da 
transcrição quanto da tradução. 
• Em eucarióticos o RNA inicialmente transcrito é processado 
para gerar mRNA final. 
• Muitos genes eucarióticos contém segmentos de DNA 
chamados “introns”... 
• O transcrito eucarióticos primário é recomposto (remoção do 
RNA codificado pelos introns para gerar o mRNA) 
Pontos importantes 
• Transcrição – DNA-----mRNA 
• Tradução - mRNA------Proteína 
• mRNA – Traduzidos em proteínas 
• RNA funcionais 
– tRNAs – Transporte de aa para o mRNA durante a síntese protéica 
– rRNAs – Combinam-se a proteínas para formar os ribossomos, as 
máquinas para a síntese de proteínas. 
• snRNAs – RNAs pequenos nucleares – tomam parte na 
recomposição dos transcritos primários em mRNAs no núcleo. 
• snRNA + proteínas = ribonucleoproteínas (snRNPs) 
• scRNAs = RNAs pequenos citoplasmáticos – dirigem o tráfico 
de proteínas na célula eucariótica.