AULA 3 O GENOMA HUMANO

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O GENOMA HUMANO
AULA 3
PROFESSORA MARIA CRISTINA PAMPLONA DA SILVA
mariacristinapamplona@gmail.commariacristinapamplona@gmail.com
Ao final desta aula, você será capaz de:
� Definir genoma e gene;
� Definir nucleotídeos;
� Explicar a replicação ou duplicação do DNA;
Diferenciar DNA de RNA;� Diferenciar DNA de RNA;
� Descrever o processo de tradução;
� Julgar a importância das mutações para a
evolução dos organismos;
� Explicar os mecanismos de reparo do DNA.
O GENOMA
� Consiste no conjunto completo de
cromossomos de qualquer organismo em
particular.
� Este compreende, portanto, uma série de� Este compreende, portanto, uma série de
moléculas de DNA, cada uma contendo
muitos genes.
� A definição final de um genoma está na
determinação da sequência de DNA de
cada cromossomo.
COMPOSIÇÃO DO GENOMA
�Fisicamente, o genoma pode ser
dividido em algumas moléculas
diferentes de ácidos nucleicos;
�Funcionalmente, pode ser dividido
em genes.
Histórico
� O Botânico dinamarquês Wilhelm Johannsen
foi o primeiro a usar a palavra "gene", em
1909, para descrever as unidades
fundamentais da hereditariedade.
Em 1910, Thomas Hunt Morgan mostrou que � Em 1910, Thomas Hunt Morgan mostrou que 
os genes estavam presentes em 
cromossomos. 
� No século XX, estudos focaram na estrutura 
física do DNA e nos processos de replicação e 
transcrição do RNA. 
GeneGene
�A biologia celular define os genes
como “A sequência de DNA que
contém as informações necessáriascontém as informações necessárias
para produzir uma molécula de RNA
e, se esta corresponder a um RNA
mensageiro, a partir dele, elaborar
uma proteína”.
CROMOSSOMOS CROMOSSOMOS 
E E E E 
GENESGENES
PROJETO GENOMA
� Foi fundado em 1990 
pelo Instituto Nacional 
de Saúde 
estadunidense (NIH) e 
constituiu um esforço constituiu um esforço 
internacional para o 
mapeamento do 
genoma humano e as 
sequências de todos os 
nucleotídeos. 
O projeto finalizou em 2003, com o sequenciamento de 99% 
do genoma humano. No entanto, ainda é preciso saber o 
número de genes. Estima-se cerca de 25 mil.
PROJETO GENOMA
� Considerando o paradigma central (um gene –
uma proteína), 25 mil genes, seriam 25 mil
proteínas correspondentes. Mas este número
de proteínas parece ser insuficiente para todade proteínas parece ser insuficiente para toda
as funções processadas dentro das células
humanas.
� Uma resposta a esta questão é encontrada
em duas particularidades dos genes de
eucariotos:
PROJETO GENOMA
� Alguns genes são capazes de gerar várias
proteínas, não sendo necessariamente um
gene para cada proteína formada, e além
disso, após a tradução, muitas modificaçõesdisso, após a tradução, muitas modificações
podem acontecer em uma proteína.
� É estimado que, a partir dos 25 mil genes,
podem ser codificadas mais de um milhão de
proteínas diferentes.
ÁCIDOS NUCLEICOSÁCIDOS NUCLEICOS
NUCLEOTÍDEONUCLEOTÍDEO
BASES NITROGENADASBASES NITROGENADAS
PURINAS
PIRIMIDINAS
ESTRUTURA DA DUPLA HÉLICE ESTRUTURA DA DUPLA HÉLICE -- DNADNA
PONTE DE HIDROGÊNIOPONTE DE HIDROGÊNIO
DNA
5'- 3': O sentido da 
vida
Em uma extremidade 
da fita do DNA está 
Tira da Mafalda utilizada em teste
do vestibular da UFSCar em 2004
(Joaquín Salvador Tejón).
livre a hidroxila do 
carbono-5 da primeira 
pentose e na outra 
está livre a hidroxila do 
carbono-3 da última 
pentose. Na fita 
complementar este 
sentido é invertido.
LIGAÇÃO FOSFODIÉSTERLIGAÇÃO FOSFODIÉSTER
BASES BASES 
NITROGENADASNITROGENADASBASES BASES NITROGENADASNITROGENADAS
ÁCIDOS NUCLEICOSÁCIDOS NUCLEICOS
DNA RNA
� PENTOSE: desoxirribose
BASES NITROGENADAS: 
� PENTOSE: ribose
BASES NITROGENADAS: � BASES NITROGENADAS: 
A,TT,C,G
� FILAMENTO DUPLO
� MOLÉCULA LONGA
� BASES NITROGENADAS: 
A,U,U,C,G.
� FILAMENTO SIMPLES
� MOLÉCULA CURTA
INFORMAÇÃO GENÉTICAINFORMAÇÃO GENÉTICA
DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIADOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA
TranscriptaseTranscriptase ReversaReversa
RNA DNA RNA PROTEÍNAS
TRANSCRIPTASE REVERSATRANSCRIPTASE REVERSA
DUPLICAÇÃO DUPLICAÇÃO OU REPLICAÇÃO DO OU REPLICAÇÃO DO DNADNA
1 kb = 1.000 pares de bases
DUPLICAÇÃO OU REPLICAÇÃO DO DNADUPLICAÇÃO OU REPLICAÇÃO DO DNA
� O DNA tem como função servir de molde
para sua própria duplicação.
� A duplicação ocorre no núcleo.
� Este processo acontece porque ao final� Este processo acontece porque ao final
da duplicação celular, as células filhas
herdam as mesmas informações
genéticas contidas nas células
progenitoras e, como essa informação
se encontra no DNA , essas moléculas
de DNA devem se replicar.
Enzimas envolvidas na duplicação do DNAEnzimas envolvidas na duplicação do DNA
DNA helicase: A enzima liga-se à cadeia de
DNA e desliza sobre esta, quebrando as
ligações entre as duas cadeias de
nucleotídeos - ligações de hidrogênio -
DNA-polimerase: liga um grupo de
nucleotídeos que se pareiam com os
nucleotídeos da molécula-mãe.
nucleotídeos - ligações de hidrogênio -
ficando então as duas cadeias de DNA
separadas.
Enzimas envolvidas na duplicação do DNAEnzimas envolvidas na duplicação do DNA
DNA primase: atua no início da replicação,
sintetizando o primer necessário para começar a
síntese da cadeia leading, e também, durante todo
o processo, sintetizando os primers necessários
TOPOISOMERASES: desenrola as fitas das
regiões que sofrem um “superenrolamento”,
fazendo cortes nas fitas de DNA, que se
desenrola, e religando-as, diminuindo a tensão
provocada por esse “superenrolamento”.
para o início da síntese de cada fragmento de
Okazaki.
Duplicação ou replicação do DNADuplicação ou replicação do DNA
5’3’
5’
REPLICAÇÃO OU DUPLICAÇÃO DO DNA
A cadeia que cresce no mesmo sentido que o deslocamento da forquilha de
replicação, e cuja síntese ocorre continuamente, é chamada de cadeia leading
A cadeia que cresce no sentido oposto ao deslocamento da forquilha de
replicação, e cuja síntese ocorre descontinuamente, é chamada de cadeia
lagging.
RNA
O DNA tem como função passar
a informação genética nele
O DNA tem como função passar
a informação genética nele
contida para as moléculas de
RNA.
A transcrição do DNA em um RNA
A transcrição de um segmento do DNA em uma fita de
RNA é feita pela RNA polimerase, que reconhece
sequências específicas do DNA, conhecidas como
promotoras (por serem sequências de nucleotídeos
que promovem o início da transcrição). Em eucariotos,que promovem o início da transcrição). Em eucariotos,
há três RNA polimerases (I, II e III) que participam da
produção de RNAr, RNAt e RNAm.
acentuadoresacentuadores dodo processoprocesso dede transcriçãotranscrição
TRANSCRIÇÃOTRANSCRIÇÃO
TIPOS DE RNATIPOS DE RNA
TIPOS DE RNA TIPOS DE RNA 
1)RNAm(mensageiro): 
•Produzido pelo DNA no núcleo; 
•Leva a “mensagem” ao citoplasma, apresenta códons; 
• Associa-se aos ribossomos; 
2) RNAr (ribossômico): 2) RNAr (ribossômico): 
•Catalisam a reação entre dois aminoácidos para formar proteína; 
•Matéria-prima para formar os ribossomos; 
3) RNAt (transportador): 
•É uma molécula pequena com ≈ 80 nucleotídeos; 
•Apresenta-se torcida sobre si mesma; 
•Em certa região, apresenta 3 bases livres, chamadas anti-códon; 
•Captura os aminoácidos do citoplasma e os leva aos ribossomos; 
ÉXON ÍNTRON
Sítio de
poliadenilação
Sítio de
terminaçãoDNA
Formação do transcrito primário
FORMAÇÃO DO mRNA MADURO
Capeamento da região 5’, 
Splicing de RNA e
Poliadenilação 3’RNA Cap
AAAA
TRADUÇÃO
PROTEÍNA
TRANSCRIÇÃO E A TRADUÇÃOTRANSCRIÇÃO E A TRADUÇÃO
Ocorre no 
núcleo 
Ocorre no citoplasma 
Descoberta do código genético
O código genético foi desvendado por Marshall Nirenberge
Heinrich Matthaei, no início da década de 1960, por meio de
experimentos com uso de células bacterianas que eram
rompidas (lisadas), mas que mantinham capacidade de
produzir proteínas quando adicionava-se RNA. Com esteproduzir proteínas quando adicionava-se RNA. Com este
modelo, foi possível estudar tanto a transcrição como a
síntese proteica.
Assim, cientistas identificaram que a combinação de três
nucleotídeos, denominada códon, determinava a
incorporação de cada aminoácido na síntese proteica,
portanto, a unidade do código genético passou a conter três
nucleotídeos.
TRADUÇÃO E O CÓDIGO GENÉTICO
Sequência de 3 nucleotídeos do DNA forma 1 códon.
A sequência destes códons no DNA é copiada em RNAm.
1 códon codifica um aminoácido, unidade básica da estrutura 
das proteínas.
A sequência dos aminoácidos dá origem a diferentes 
proteínas.
TRADUÇÃO
CÓDIGO GENÉTICOCÓDIGO GENÉTICO
CÓDIGO GENÉTICOCÓDIGO GENÉTICO
� O código genético é dito universal devido ao fato
da mesma trinca codificar o mesmo aminoácido
em qualquer organismo. Em alguns casos certas
trincas são mais eficientemente utilizadas.
� O código genético é dito degenerado pelo fato de
existir, para um determinado aminoácido, mais de
uma trinca para codificá-lo. Apenas a metionina
(Met) e o triptofano (Trp) são codificados por um
único códon, representados por AUG e UGG,
respectivamente.
Conceito de geneConceito de gene
Um segmento de DNA que tem a informação 
necessária para a síntese de uma proteína.
Composto por :
- regiões codificantes – éxons
- regiões não-codificantes - íntrons
Estrutura do geneEstrutura do gene
EXPRESSÃO GÊNICAEXPRESSÃO GÊNICA
As diferenças que existem entre os diferentes tipos celulares é
produzida por diferenças na expressão gênica.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
As células estão frequentemente respondendo a mudanças no ambiente e aos
sinais de outras células, alterando as taxas de sínteses de determinados tipos
de proteínas.
A regulação destas respostas geralmente é controlada no nível transcricional.
Hormônios podem tanto ativar como inibir determinados genes, como os
hormônios esteroides, que penetram nas células e ligam-se a receptores
específicos, inibindo a transcrição de genes.
Há múltiplas proteínas que se ligam a sequências específicas do DNA,
conhecidas como regiões de controle da transcrição, próximas, ou não, da
região promotora.
Em eucariotos multicelulares, o controle da atividade gênica comumente
envolve um balanço entre ativadores e repressores.
MUTAÇÃO
É qualquer alteração permanente na
sequência do DNA genômico que sejasequência 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.
TIPOS DE MUTAÇÕESTIPOS DE MUTAÇÕES
�Mutações cromossômicas numéricas.
Mutações cromossômicas estruturais.�Mutações cromossômicas estruturais.
�Mutações gênicas.
MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS NUMÉRICASMUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS NUMÉRICAS
�Causadas pela má segregação de
um par cromossômico durante a
meiose, resultando em umameiose, resultando em uma
alteração no número de
cromossomos na célula. São as
mais frequentes em seres
humanos.
MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS ESTRUTURAISMUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS ESTRUTURAIS
�Ocorrem com bem menos frequência
do que as numéricas ou genômicas.
�Comumente são vistas nas células�Comumente são vistas nas células
tumorais.
�Alteram a estrutura de cromossomos
individuais. As translocações e as
inversões são exemplos deste tipo de
mutação.
Tanto as mutações
cromossômicas numéricas e
as estruturais raramente são
MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS 
perpetuadas de uma geração
para a seguinte, pois, em geral,
são incompatíveis com a
sobrevida ou com a
reprodução normal.
MUTAÇÕES GÊNICAS 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 noDNA 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.
MUTAÇÕES GÊNICAS MUTAÇÕES GÊNICAS 
MUTAÇÕES GÊNICAS MUTAÇÕES GÊNICAS 
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. Entende-
se por reparo a capacidade da maquinaria
celular de corrigir os erros causados por
mutações.