Aula 03 e 04 genéticaa

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GENÉTICA 
Aula 3- O Genoma Humano 
O Genoma Humano - Aula 3 
GENÉTICA 
Não existe nenhuma substância tão importante quanto o DNA. 
Por carregar em sua estrutura a informação hereditária que 
determina as estruturas de proteínas, é a principal molécula 
da vida. O papel essencial do DNA na genética foi estabelecido 
somente em meados do século XX, mas nossa fascinação pela 
hereditariedade remonta há vários séculos. 
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A forma molecular do DNA permite um 
número infinito de variações da informação 
hereditária que ele transmite; e variações 
estruturais. 
 
A natureza hereditária de todo o 
organismo vivo é definida por seu GENOMA, 
que consiste em uma longa sequencia de 
ácido nucleico, que fornece a informação 
necessária para construir o organismo. 
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Utilizamos o termo “informação”, porque o genoma por si só 
não desempenha qualquer papel ativo na construção do 
organismo: na realidade, é a sequencia das subunidades 
individuais (bases) do ácido nucleico que determina as 
características hereditárias. Por meio de uma complexa série 
de interações, essa sequencia é utilizada para produzir todas 
as proteínas do organismo no momento e local apropriados. 
 
 
 
 
 
 
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A primeira definição de GENE como uma unidade funcional se 
seguiu à descoberta de que genes individuais eram 
responsáveis pela produção de proteínas específicas. 
 
 
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A diferença na natureza química entre o DNA do gene e o seu 
produto proteico levou ao conceito de que um gene codifica 
uma proteína. Isso, por sua vez, levou à descoberta de um 
aparato complexo que permite à sequencia de DNA de um 
gene originar a sequencia de aminoácidos de uma proteína. 
 
Um gene consiste em uma sequencia de DNA que é 
responsável pela codificação de uma determinada proteína. 
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A biologia celular define os genes como “A sequencia de DNA 
que contém as informações necessárias para produzir uma 
molécula de RNA mensageiro e, a partir dele, elaborar uma 
proteína”. 
 
 
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Em 1953 James Watson e 
Francis Crick, baseados em 
vários trabalhos da época sobre 
o DNA, o descreveram como 
uma dupla fita, enrolada em 
hélice ao redor de um eixo, 
sendo as fitas antiparalelas. 
 
 
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Cada NUCLEOTÍDEO que constitui o DNA 
apresenta um açúcar desoxirribose, um grupo 
fosfato e bases nitrogenadas. 
As únicas diferenças entre os quatro 
nucleotídeos são as bases nitrogenadas 
purinas (Adenina- A e Guanina- G) e 
pirimidinas (Citosina- C e Timina- C). 
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No DNA, as bases nitrogenadas das duas fitas estão voltadas 
para o interior da hélice e pareiam de forma complementar 
entre si, na qual Adenina se liga a Timina através de duas 
pontes de hidrogênio e Guanina se liga a Citosina por três 
pontes de hidrogênio. (figura 1). 
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O pareamento dessas bases nitrogenadas é dita 
complementar e antiparalela, ou seja, as duas fitas de DNA 
correm em direções opostas. Para a formação dos ácidos 
nucleicos, os nucleotídeos são covalentemente ligados 
através de ligações fosfodiéster que se estabelecem entre o 
FOSFATO de um nucleotídeo (ligado ao carbono 5’ da pentose) 
e a HIDROXILA de outro nucleotídeo (ligada ao carbono 3’ da 
pentose). 
 
 
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Ligação fosfodiéster 
Orientação das fitas de DNA 
BASE 
BASE 
PENTOSE 
PENTOSE 
FOSFATO 
FOSFATO 
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Outra molécula importante é o 
RNA ou ácido ribonucleico, 
que diferente do DNA, 
apresenta o açúcar RIBOSE e a 
URACILA em vez de timina. 
 
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Diferenças entre DNA e RNA 
O DNA se diferencia do RNA nos seguintes aspectos: 
a. O açúcar do DNA é a desoxirribose enquanto que o do RNA 
é a ribose. 
 
 
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Diferenças entre DNA e RNA 
b. O DNA contém a timina e o RNA a uracil. 
c. O DNA é um filamento duplo e o RNA é um monofilamento. 
d. O DNA apresenta uma molécula longa e o RNA uma 
molécula curta. 
 
 
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O Dogma Central da Biologia Molecular 
Determinado primeiro por Francis Crick, em 1958, para quem a 
informação genética armazenada na DNA flui por intermédio 
do RNA para proteína. 
 
 
 
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DUPLICAÇÃO (REPLICAÇÃO) 
Como o DNA é copiado repetidas vezes? 
Ao final da divisão celular, as células-filhas herdam as mesmas 
informações genéticas contidas na célula progenitora. Como 
essa informação se encontra no DNA, essas moléculas de DNA 
devem se replicar. A replicação é o processo pelo qual uma 
molécula de DNA se duplica dando origem a duas moléculas 
idênticas a molécula inicial e envolve um conjunto de 
proteínas. 
 
 
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O primeiro passo para a replicação do DNA é a abertura das 
fitas, feita pela enzima HELICASE, que quebra as ligações de 
hidrogênio entre os nucleotídeos complementares. Como as 
fitas encontram-se em formato de hélices com o 
desenrolamento das fitas, as regiões adjacentes sofrem um 
“superenrolamento”, o que dificultaria a continuação do 
processo. 
 
 
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Outras enzimas entram em 
ação, as TOPOISOMERASES, 
que resolvem esse problema 
fazendo cortes em uma das 
fitas de DNA, que se 
desenrola, e religando-as, 
diminuindo a tensão 
provocada por esse 
“superenrolamento”. 
 
 
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Simultaneamente, enquanto as fitas vão se separando, novos 
nucleotídeos vão se pareando. Esse pareamento é realizado 
pela enzima DNA-polimerase. Contudo, a DNA-polimerase não 
pode sintetizar outra fita a partir de nucleotídeos livres, ela 
precisa de um PRIMER (ou iniciador; pequeno fragmento com 
cerca de 10 nucleotídeos). Esse processo ocorre em vários 
pontos da molécula ao mesmo tempo, pois o genoma é muito 
grande e demoraria muito para ser replicado. 
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Assim, as enzimas DNA polimerase reconhecem na molécula 
de DNA várias regiões chamadas origens de replicação (ORI), 
local de início da replicação. Quando em uma origem de 
replicação se abre a dupla hélice do DNA forma-se a chamada 
bolha de replicação. A bolha de replicação dá lugar a uma 
estrutura em forma de Y denominada forquilha de replicação. 
 
 
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Esse o processo é considerado SEMICONSERVATIVO, pois a 
produção de novas moléculas de DNA se dá através de ambas 
as fitas servirem de molde para que ocorra a síntese de novas 
fitas. Desta forma, no final da replicação haverá duas 
moléculas de DNA onde, cada uma possuirá uma fita molde e 
uma fita nova, por isso é semiconservativo. 
 
 
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As DNA-polimerases atuam adicionando um nucleotídeo por 
vez na extremidade 3´ livre de uma cadeia polinucleotidica em 
formação, que se encontre emparelhada com a cadeia molde. 
 Por isso dizemos que a síntesede DNA ocorre no 
 sentido 5´-> 3´ 
As DNA-polimerases só adicionam um nucleotídeo à cadeia em 
crescimento se o último estiver corretamente emparelhado ao 
nucleotídeo correspondente da cadeia molde. 
 
 
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Caso isso não ocorra, as DNA-polimerases removem o 
nucleotídeo da extremidade 3´ livre incorretamente 
emparelhado, para que ocorra o emparelhamento do 
nucleotídeo correto. Essa propriedade das DNA-polimerases é 
denominada ATIVIDADE EXONUCLEOTÍDICA 3´=>5´. 
Essa atividade exonucleotídica 3´=>5´ é um mecanismo 
autocorretor que permite conferir o último nucleotídeo 
incorporado, corrigindo seus próprios erros de incorporação à 
medida que se movem ao longo do DNA molde. Esta atividade é 
chamada ATIVIDADE EDITORIAL. 
 
 
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As fitas de DNA são antiparalelas, e a DNA polimerase caminha 
em um sentido no DNA (5´=>3´), apenas uma das fitas será 
sintetizada continuamente, e tem o nome de FITA CONTÍNUA 
e a outra fita será sintetizada descontinuamente, chamada 
FITA DESCONTÍNUA. 
 
 
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A síntese da fita descontínua é feita em pequenas partes. 
Desta forma, a fita descontínua é formada de pequenos 
fragmentos de aproximadamente 100 bases chamados 
fragmentos de Okazaki, que possuem esse nome devido ao seu 
descobridor, Reiji Okazaki. 
Os fragmentos de Okazaki são ligados uns aos outros pela 
enzima DNA-ligase. Ao final do processo de replicação as duas 
fitas de DNA já estão terminadas e naturalmente se enrolam 
formando a dupla hélice. 
 
 
 
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TRANSCRIÇÃO 
De certa forma similar à replicação, a transcrição é um 
processo que se utiliza de uma fita molde (um pedaço) de 
DNA para a formação de uma fita simples de RNA. O processo 
ocorre no núcleo celular (ou no citoplasma dos procariotos) e 
a enzima RNA-polimerase separa a dupla-fita na região 
específica para que haja a transcrição do gene específico, 
região chamada promotora, produzindo uma fita antiparalela. 
 
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A fita formada (chamada transcrito primário), passa por um 
processo de modificação (processamento pós-transcricional), 
no qual são retiradas as “partes” que não serão utilizadas na 
síntese proteica. Essas partes são chamadas de íntrons, 
enquanto que as partes que serão utilizadas na síntese 
proteica são denominadas de éxons, formando o transcrito 
maduro. O transcrito maduro passa para o citoplasma da 
célula, onde poderá participar do processo de síntese 
proteica (tradução). 
 
 
 
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O CÓDIGO GENÉTICO E TRADUÇÃO 
 
Código genético é o conjunto de todos os códons (trinca de 
nucleotídeos) que podem ser formados através das 
combinações entre os nucleotídeos U, A, C e G (64 códons 
no total), além de definir quais são os respectivos 
aminoácidos adicionados pelos códons formados. 
 
 
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Além disso, ele é DEGENERADO, o que significa que existem 
aminoácidos que podem ser adicionados por mais de um tipo 
de códon (no total são apenas 20 tipos de aminoácidos para 64 
códons). 
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Segundo nucleotídeo 
P
ri
m
e
ir
o
 n
u
c
le
o
tí
d
e
o
 
T
e
rc
e
ir
o
 n
u
c
le
o
tí
d
e
o
 
Síntese de proteínas 
Inicia com a transferência da informação genética (gene) contida na 
sequência de nucleotídeos do DNA, que passa ao mRNA (transcrição) e 
deste à proteína (tradução). 
 Tipos de RNA 
 
 
• RNA mensageiro 
 
• RNA transportador 
 
• RNA ribossômico 
RNA ribossômico (RNAr) 
- Componente dos ribossomos - organela onde ocorre a 
síntese protéica. 
 
 
 
 RNA mensageiro (RNAm) 
 
 
- Possui a sequência de trinca (códon) 
que os aminoácidos devem ocupar na 
formação da proteína. 
 
 
* Códon = três nucleotídeos no RNAm. 
códon 
RNAm 
RNA transportador (RNAt) 
 
Transporta o aminoácido até o local da síntese proteica. 
 As moléculas de RNAt 
apresentam, em uma 
determinada região, uma 
trinca de nucleotídeos que se 
destaca, denominada 
anticódon. 
- É através do anticódon que o RNAt reconhece o local do 
RNAm onde deve ser colocado o aminoácido por ele 
transportado; 
- Cada RNAt carrega um aminoácido específico, de acordo com 
o anticódon que possui. 
RNAt 
Molécula de mRNA 
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Cys 
Met 
Ala 
5’ 3’ 
Asp 
Glu 
Phe His 
Direção do avanço do ribossomo 
Ribossomo 
Aminoácido 
tRNA 
aa livre 
códon 
Gly 
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Cys 
Met 
Ala 
5’ 3’ 
Asp 
Glu 
Phe His 
Gly 
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Asp 
Met 
Ala 
Cys 
5’ 3’ 
Glu 
Phe His 
Gly 
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Glu 
Met 
Ala 
Cys 
Asp 
5’ 3’ 
Phe 
Gly 
His 
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Phe 
Met 
Ala 
Cys 
Asp 
Glu 
5’ 3’ 
Gly 
His 
Ile 
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Gly 
Met 
Ala 
Cys 
Asp 
Glu 
Phe 
5’ 3’ 
His 
Ile 
Lys 
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
His 
Met 
Ala 
Cys 
Asp 
Glu 
Phe 
Gly 
5’ 3’ 
Ile 
Lys 
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Ile 
Met 
Ala 
Cys 
Asp 
Glu 
Phe 
Gly 
His 
5’ 3’ 
Lys 
G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A A A A 
Lys 
Met 
Ala 
Cys 
Asp 
Glu 
Phe 
Gly 
His 
Ile 
5’ 3’ 
Leu 
U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A A A A U U A 
Leu 
Met 
Ala 
Cys 
Asp 
Glu 
Phe 
Gly 
His 
Ile 
Lys 
5’ 3’ 
Met 
G A C G A A U U C G G A C A C A U A A A A U U A A U G 
Met 
Met 
Ala 
Cys 
Asp 
Glu 
Phe 
Gly 
His 
Ile 
Lys 
Leu 
5’ 3’ 
Asn 
G A A U U C G G A C A C A U A A A A U U A A U G A A C 
Asn 
Met Ala 
Cys 
Asp 
Glu 
Phe 
Gly 
His 
Ile 
Lys 
Leu 
Met 
5’ 3’ 
Pro 
U U C G G A C A C A U A A A A U U A A U G A A C C C A 
Pro 
Met Ala Cys 
Asp 
Glu 
Phe 
Gly 
His 
Ile 
Lys 
Leu 
Met 
Asn 
5’ 3’ 
Gln 
G G A C A C A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A 
Gln 
Met Ala Cys Asp 
Glu 
Phe 
Gly 
His 
Ile 
Lys 
Leu 
Met 
Asn 
Pro 
5’ 3’ 
 C A C A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A 
Met Ala Cys Asp Glu 
Phe 
Gly 
His 
Ile 
Lys 
Leu 
Met 
Asn 
Pro 
Gln 
5’ 3’ STOP 
 A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A A A A 
Ala Cys Asp Glu Phe 
Met Gly 
His 
Ile 
Lys 
 Leu 
 Met 
 Asn 
 Pro 
 Gln 
5’ 3’ STOP 
 A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A T A C 
Ala Cys Asp Glu Phe 
Met Gly 
His 
Ile 
Lys 
 Leu 
 Met 
 Asn 
 Pro 
Gln 
5’ 3’ STOP 
A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A T A C 
Ala Cys Asp Glu Phe 
MetGly 
 His 
 Ile 
 Gln Lys 
Pro Leu 
Asn Met 
 
 
5’ 3’ 
PROTEÍNA!!! 
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CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA 
Nem todas as células do corpo expressam os mesmos genes. 
Uma única célula é capaz de expressar genes diferentes em 
diferentes momentos, em resposta a estímulos externos, 
controles do desenvolvimento ou sinais do ciclo celular. A 
expressão programada adequada de cada gene em cada célula 
é crucial para o crescimento e desenvolvimento normais das 
células, bem como do organismo como um todo. 
 
 
 
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Este tipo de controle é chamado de controle da expressão 
gênica. As células usam mecanismos de controle complexos e 
elaborados para controlar a expressão de cada gene no corpo 
humano. O controle da expressão dos genes é importante para 
que só os genes que seus produtos serão usados naquele 
momento sejam expressos e evitando assim problemas para o 
organismo. 
 
 
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MUTAÇÃO E MECANISMOS DE REPARO 
Mutação 
É defina como qualquer alteração permanente na sequencia do 
DNA genômico que seja transmitida para as próximas gerações, 
que não pode ser explicada por processos de recombinação e 
que pode resultar em perda ou ganho de funções pela célula. 
As mutações podem ser classificadas em três categorias, 
conforme a sua origem: 
genômicas, cromossômicas e gênicas. 
 
 
 
 
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Mutações Genômicas: 
Causadas pela má segregação de 
um par cromossômico durante a 
meiose, resultando em uma 
alteração no número de 
cromossomos na célula. São as 
mais frequentes em seres 
humanos. 
 
 
 
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Mutações Cromossômicas: 
Ocorrem com bem menos frequência 
do que as genômicas. Comumente 
são vistas nas células tumorais. 
Alteram a estrutura de cromossomos 
individuais. As translocações e as 
inversões são exemplos deste tipo de 
mutação. 
 
 
 
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Tanto as mutações genômicas como as cromossômicas 
raramente são perpetuadas de uma geração para a seguinte, 
pois, em geral, são incompatíveis com a sobrevida ou com a 
reprodução normal. 
 
 
 
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Mutações Gênicas 
Podem se originar por um de dois mecanismos básicos: erros 
introduzidos durante o processo normal de replicação do DNA 
ou mutações que surgiram por falha no reparo de danos ao 
DNA. Resultam em alterações em genes individuais. Variam de 
apenas um único nucleotídeo a mudanças que podem afetar 
milhares de pares de bases. 
 
 
 
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Mecanismos de Reparo 
Apesar de mutações genéticas serem de extrema importância 
para a evolução de uma espécie, a sobrevivência do indivíduo 
depende da estabilidade do seu genoma. A estabilidade resulta 
não só de um acurado mecanismo de replicação, mas também 
de mecanismos que reparem os danos que ocorrem 
continuadamente no DNA. 
 
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Entende-se por reparo a capacidade da maquinaria celular de 
corrigir os erros causados por mutações. Muitos danos sofridos 
pelo DNA podem ser reparados porque a informação genética é 
preservada em ambas as fitas da dupla-hélice, de tal forma que 
a informação perdida em uma fita pode ser recuperada a partir 
da fita complementar. 
 
 
 
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Os mecanismos existentes e conhecidos de reparação do DNA 
lesado são provavelmente universais e uma célula pode ter 
vários sistemas capazes de atuar ao mesmo tempo no DNA 
lesado. Existem vários mecanismos de reparo do DNA, mas os 
mais bem estudados e entendidos são os que acontecem em 
bactérias, principalmente em Escherichia coli. 
 
 
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Nesta aula, você: 
- Conheceu um pouco sobre o genoma, 
- Diferenciou DNA de RNA 
- Compreendeu a importância dos genes para a transmissão das 
características 
- Avaliou a importância das mutações do DNA e seu reparo para 
que seja evitado danos.