Genética 01

Prévia do material em texto

V e t e r i n a r i a n D o c s 
www.veterinariandocs.com.br 
 
 
 
 
1 
www.veterinariandocs.com.br 
Genética 
 
 
Introdução 
 
Conceitos 
Gene: segmento de DNA que é expresso para produzir um produto funcional, o 
que pode ser RNA ou polipeptídeo. 
3 partes: seqüência reguladora, seqüência codificadora e seqüência terminadora. 
Éxons: parte codificadora de um gene 
Ínrtons: parte não codificadora de um gene, são removidos pelo splicing de 
modo que só os éxons são incluídos no mRNA. Quase todos os genes de histonas não 
têm íntrons. 
 Função: papel importante no controle da expressão gênica, os íntrons 
permitem que os éxons de um gene sejam agrupados de formar diferentes, fazendo com 
que um gene sintetize proteínas diferentes, isso é chamado de splicing alternativo. 
Também facilita a recombinação entre regiões codificadoras de proteínas, processo 
conhecido como embaralhamento de éxons. 
Genoma: termo usado para designar o complemento total de DNA de um 
conjunto de cromossomos em uma célula. 
 Procariotos: é organizado de uma forma que proporciona economia de 
espaço e de energia para a replicação do organismo, ‘organismos de replicação rápida’. 
Apresentam um único cromossomo circular. (haplóides). Presença de seqüências 
codificantes em ambas as fitas de DNA. 
 
2 
www.veterinariandocs.com.br 
 Eucariotos: genes interrompidos (éxons e íntrons). São organismos que 
apresentam o material genético nuclear de cada célula dividido em dois ou mais 
cromossomos. Genoma maior que o dos procariotos. 
Valor C: é uma grandeza característica de cada espécie e expressa a quantidade 
total de DNA presente em seu genoma haplóide. 
Paradoxo do valor C: a impossibilidade de correlacionar o tamanho do genoma 
com a complexidade das características morfológicas do organismo. 
Eucariotos: presença de núcleo individualizado. 
Procariotos: ausência de núcleo individualizado. 
Operon: um grupo de genes adjacentes transcritos como um único mRNA. 
Empacotamento do DNA: o DNA de uma célula apresenta um comprimento total 
de quase 2 metros. Portanto, é necessária uma compactação organizada que permita o 
armazenamento em uma microscópica célula. 
 Como ocorre: a dupla hélice de DNA dá voltas em uma estrutura 
composta de proteínas básicas (histonas). DNA + histonas: Nucleossomo. Alças de 
solenóide prendem-se ao esqueleto do cromossomo por proteínas ácidas. 
Genoma extranuclear: (genoma mitocondrial) a mitocôndria possui genoma 
próprio, estas organelas se auto- duplicam e segregam ao acaso. Herança materna. 
Cromatina: as principais proteínas são as histonas. 
Centrômero: assegura a distribuição correta dos cromossomos duplicados. 
Servem de sítios de associação das cromátides irmãs. 
Telômeros: papel na replicação e manutenção do cromossomo. Transcriptase 
reversa: replica as seqüências dos telômeros. 
Seqüência de DNA repetitivo: mais de 50% do DNA dos mamíferos são 
compostos por seqüências de DNA altamente repetitivos. Estas seqüências incluem as 
repetições de seqüência simples assim como os elementos repetitivos que a moveram ao 
longo do genoma através de RNA ou DNA intermediários. 
Processamento de RNA: as alterações que ocorrem nos rRNAs e tRNAs são 
principalmente modificações de bases e são comuns tanto em procariotos como em 
eucariotos. (alguns tRNAs contem íntrons que devem ser retirados). 
Maturação de RNAs: os diferentes RNAs recém-sintetizados no processo de 
transcrição são chamados pré-RNAs, transcritos primários ou, ainda, precursores de 
RNAs. Muitas vezes, estes pré-RNAs não constituem em uma molécula funcional 
(RNA maduro). Só se tornando um RNA funcional após sofrerem uma série de 
modificações pós-transcricionais, as quais chamamos de processamento de RNA. 
 
3 
www.veterinariandocs.com.br 
mRNAs de procariotos, com raras exceções, não sofrem processamento. Já mRNAs de 
eucariotos são altamente modificados, as modificações são de vários tipos: adição de 
nucleotídeo na extremidade 5’ (tradução, proteção). Adição de nucleotídeos na 
extremidade 3’ (poliadenilação – estabilidade). Retirada de fragmentos que 
interrompem as seqüências funcionais dos mRNAs (retirada de íntrons). 
Retirada de íntrons: de 3 formas: spliceossomos (complexo protéico), auto-
splicing (há 2 tipos de íntrons, 1 e 2) e alguns íntrons de tRNAs são retirados por 
endonucleases. 
 
Replicação 
 
Replicação: 3 etapas: início, alongamento e terminação. É um processo semi-
conservativo. 
DNA polimerase: papel na replicação e no reparo do DNA em eucariotos e em 
procariotos. Todos DNA polimerases sintetizam na direção 5’->3’. 
Forquilha de replicação: as fitas do DNA são separadas e servem como moldes 
para a síntese de 2 novas fitas na forquilha de replicação. Uma das fitas novas (fita 
líder) é sintetizada continuamente e a outra (fita atrasada) é formada pela união de 
pequenos fragmentos de DNA que são sintetizados reversamente com relação a direção 
da replicação. As DNA polimerases e várias outras proteínas atuam de maneira 
coordenada para sintetizar as fitas contínuas e descontínuas. 
As origens e a iniciação da replicação: a replicação do DNA é iniciado em 
origens de replicação específicas, as quais contém sítios de ligação para proteínas que 
iniciam o processo 
Telômero, telomerase, replicando as extremidades dos cromossomos: as 
seqüências repetidas, situadas nas extremidades cromossomais, são replicadas pela ação 
de uma transcriptase reversa (telomerase) que carrega seu próprio molde de RNA. 
Reparo de DNA: 
 -Reversão direta de lesão: alguns poucos tipos comuns de lesões tais como 
dímeros de pirimidinas e resíduos de guanina alquilados, são reparados pela reversão 
direta da lesão. 
 -Reparo por excisão: a maioria é reparada pela remoção do DNA lesado. A falha 
é resultante é preenchida por DNA recém sintetizado, usado como molde a fita integra. 
 
4 
www.veterinariandocs.com.br 
 -Reparo sujeito a erro: DNA polimerases especializados são capazes de replicar 
o DNA complementar a um sítio de DNA lesado, embora a ação dessas polimerases 
resulte em uma alta freqüência de incorporação de bases incorretas. 
 -Reparo por recombinação: o DNA lesado pode ser substituído por 
recombinação com uma molécula integra. Esse mecanismo desempenha m papel 
importante no reparo de lesões encontradas durante a replicação do DNA, bem como no 
reparo de quebras da fita dupla. 
DNA polimerases: síntese de DNA (adiciona nucleotídeos na extremidade 3’ OH de 
uma região pareada do DNA, possibilitando o crescimento da cadeia no sentido 5’3’) 
Replicação: pode ser unidirecional ou bidirecional. 
Aparato proteico (auxiliam DNApolimerase): 
 -DNA girase: auxilia no desenrolamento do DNA 
-Helicase: promove a separação das duas fitas para o inicio da duplicação. 
-Primase: síntese do iniciador de RNA. 
-Dna ligase: uma enzima que sela as quebras de uma fita de DNA. 
Fragmentos de okasaki: pequenos fragmentos de DNA que são unidos para formar a 
fita descontínua de DNA. (semi descontínua) 
Terminação da replicação: 
 -unidirecional: começa e termina no mesmo ponto 
 -bidirecional: começa num ponto e as fitas se sobrepõem, terminam em pontos 
diferentes. 
Adição de nucleotídeos: sempre na direção 5’3’ 
*Nem todos os organismos têm o DNA como material genético. Como o retrovírus, tem 
RNA fita simples e a transcriptase reversa sintetiza cDNA. 
 
Transcrição 
 
Transcrição: processo pelo qual são sintetizados todos os RNAs da célula. 
O primeiro nucleotídeo transcrito é demarcado +1, e é geralmente uma purina (A ou G) 
A transcrição inicia-se no promotor e prossegue em direção ao terminador. 
 
5 
www.veterinariandocs.com.brProcariotos: 
A RNA polimerase e a transcrição: RNA polimerases constituídas de 
subunidades α,β,β’,δ e ω. A transcrição é iniciada pela ligação de δ nas seqüências 
promotoras. Após a síntese dos 10 primeiros nucleotídeos do DNA, o núcleo central da 
polimerase se dissocia de δ e progride ao longo do molde de DNA à medida que alonga 
a cadeia de RNA. Então, a transcrição continua até que a polimerase encontre um sinal 
de terminação. 
Os repressores e o controle negativo da transcrição: o modelo prototípico para 
a regulação gênica em bactérias é o operon, o qual é regulado pela ligação de um 
repressor a seqüências específicas de DNA próximos ao promotor. 
Controle positivo da transcrição: alguns genes bacterianos são regulados através 
de atividades transcriocionais em vez de repressores. 
Eucariotos: 
RNA polimerase: as células eucarióticas contem 3 RNA polimerases nucleares 
distintas que transcrevem os genes codificando para mRNAs (polimerase II), rRNAs 
(polimerases I e III) e tRNAs (polimerase III). 
Fatores gerais da transcrição e a iniciação da transcrição pela rna polimerase 
II: as RNA polimerases eucarióticas não se ligam diretamente nas seqüências 
promotoras, elas exigem proteínas adicionais (fatores gerais de transcrição) para 
iniciarem a transcrição. As seqüências promotoras de muitos genes transcritos pela 
RNA polimerase II são identificados pela proteína de ligação (TATA), a qual recruta 
fatores de transcrição adicionais e a RNA polimerase para o produtor. 
TATA BOX: uma seqüência de DNA reguladora encontrada nos promotores de 
muitos genes eucarióticos transcritos pela RNA polimerase II. 
Transcrição pela RNA polimerase I e II: As RNA polimerases I e II também 
necessitam de fatores de transcrição adicionais para se ligarem aos promotores do genes 
para rRNA,tRNA e alguns snRNA. 
Etapas da transcrição: reconhecimento do promotor, iniciação, alongamento e 
término. 
Rna polimerases: enzimas que catalisam a síntese de RNA. Atuam sempre no 
sentido 5’3’. Não necessitam de primer e são compostas de múltiplas subunidades. 
Repressores eucarióticos: a expressão gênica em células eucarióticas é regulada 
tanto por repressores quanto por ativadores. Alguns repressores interferem com a 
ligação de ativadores ou de fatores gerais de transcrição do DNA. Outros repressores 
contêm domínios de expressão discretas que inibem a transcrição através da interação 
com fatores gerais da transcrição, com ativadores transcricionais ou co-repressores que 
afetam a estrutura da cromatina. 
 
6 
www.veterinariandocs.com.br 
Regulação da transcrição por RNAs não codificantes: a inativação do 
cromossomo X fornece um exemplo da regulação gênica por RNA não codificante em 
mamíferos. 
Processamento e reciclagem do RNA: 
 -Mecanismos de splicing: os splicing do pré-mRNA nucleares acontecem 
em grandes complexos chamados Spliceossomos, compostos por proteínas e RNAs 
nucleares pequenos. Os snRNAs identificam seqüências junto aos sítios de splicing dos 
pré-mRNA e catalisam a reação de splicing. Alguns RNAs mitocondriais e bacterianos 
sofrem auto-splicing, processo no qual a reação de splicing é catalisada por seqüências 
de íntrons. 
 -Splicing alternativo: Os éxons podem ser unidos em várias combinações 
como resultado do splicing alternativo, o qual fornece um mecanismo importante para o 
controle tecido-específico da expressão gênica em eucariotos complexos. 
Degradação de RNA:: Os íntrons são degradados nos interiores da células e os 
mRNAs anormais, que não apresentam fases abertas de leitura, são eliminados pelo 
decaimento do mRNA mediado pela falta de sentido. Os mRNAs funcionais de 
eucariotos são degradados a taxas diferenciadas, gerando um mecanismo adicional para 
o controle da expressão gênica. Em alguns casos as taxas de degradação do RNA são 
regulados por sinais extra-celulares. 
Elementos reforçadores (enhancers): uma seqüência transcricional reguladora 
que pode estar localizada em um local distante do promotor. Aumentam a expressão dos 
genes. Podem estar a 5’ do promotor, após o terminador ou até muito distantes dos 
genes que reforçam. Sua ação requer proteínas que se expressam apenas em algumas 
células. 
Terminação: RNAs sintetizados pela RNA pol. III: terminação em regiões muito 
semelhantes àquelas dos terminadores ρ independentes. RNAS sintetizados pela RNA 
pol. I: terminação em seqüências específicas localizadas a 1000nt além do final dos 
RNAs processados. RNAs sintetizados pela RNA pol II: terminação em seqüências 
difusas que ocorrem a uma distância variável após o final dos RNAs processados. 
Fatores de transcrição: as RNAs polimerases de eucariotos sempre necessitam 
de fatores de transcrição (TFs) para iniciar a transcrição. Estes fatores são proteínas 
específicas que reconhecem os promotores eucarióticos e permitem a ligação da RNA 
polimerase. 
 
 
 
 
 
7 
www.veterinariandocs.com.br 
Estrutura dos Ácidos Nucléicos 
 
Nucleotídeos: base + açúcar (pentose) + fosfato, base e açúcar formam a ligação 
glicosídica. 
2 tipos: ácido desoxirribonucléico (DNA) 
 Ácido ribonucléico (RNA) 
2 tipos de pentose: Ribose  RNA 
 Desoxirribose  DNA 
-Os nucleotídeos ligam-se uns aos outros por ‘pontes fosfodiéster’ 
-Estrutura primária do DNA: dupla fita 
-Características essenciais: complementaridade e antiparalelismo. 
-Propriedade fundamental entre bases: pareamento 
 
Forças que atuam na estabilidade da dupla fita de DNA: 
Pontes de hidrogênio, forças iônicas, ligações covalente, efeitos hidrofóbicos, 
forças de Van der Waals. 
Açúcar + fosfato  arcabouço 
As duas fitas apresentam-se enroladas em torno de um eixo comum (eixo da 
hélice). 
Desnaturação e renaturação do DNA: aumento da temperatura, ácidos ou álcalis, 
agentes desnaturantes (formamida, DMSO). 
 
Tradução: 
 
Como o mRNA é lido? 
É lido através do código genético: 
-Relação entre a seqüência de bases do DNA e a seqüência correspondente de 
aminoácidos na proteína. 
-Que, por sua vez, é lido em grupos de 3 nucleotídeos (trincas)  códons 
 
8 
www.veterinariandocs.com.br 
-Um códon  um aminoácido 
-Quatro bases (A,U,G,C)  64 combinações possíveis de 3 bases. 
Propriedade do código genético: degeneração: mais de um códon codifica para o 
mesmo aminoácido. Ausência de ambigüidade: cada códon corresponde a um único 
aminoácido. 
Tradução: processo pelo qual o mRNA maduro é lido ou compreendido pelo 
maquinário ribossômico (rRNA e proteínas) e pelo tRNA. Desta forma os aminoácidos 
são colocados na ordem correta em uma cadeia polipeptídica formando as proteínas. 
RNA transportador: serve como adaptador que alinha aminoácidos sobre o molde de 
mRNA. Os tRNA aminoacil sintetase ligam-se aos AA e as tRNA apropriados, que 
então, ligam-se aos códons no mRNA pelo pareamento de bases complementares. 
Ribossomo: contém 2 subunidades, que são compostas de proteínas e RNAs 
ribossomais. O rRNA é o catalisador primário da formação da ligação peptídica. 
Processo de tradução: é iniciado pela ligação do tRNA e mRNA à subunidade 
ribossomal pequena. A subunidade grande junta-se ao complexo, e a cadeia 
polipeptídica estende-se até o ribossomo alcançar um códon de terminação no 
mRNA.Uma ampla variedade de fatores não ribossomais é necessária para a iniciação, 
alongamento e terminação da tradução. 
Regulação da tradução: a tradução de mRNA específicos pode ser replicado pela 
ligação de proteínas repressoras e por proteínas que posicionam os mRNA em regiões 
específicas da célula. A tradução de alguns mRNA é controlada por RNAs não 
codificantes que direcionam e degradam m RNA homólogos pela interferênciado RNA. 
Finalmente a atividade traducional geral das células pode ser regulada pela modificação 
dos fatores de iniciação. 
Propriedades do código genético: universalidade: é o mesmo desde organismos simples 
a organismos muito complexos. Parece ter surgido muito cedo e permanecido 
conservado durante a evolução 
Características de tRNAs: são moléculas adaptadoras que transferem a informação 
contida no genoma a uma seqüência de aminoácidos que constitui as proteínas. São 
capazes de representar somente um aminoácido, ligando-se covalentemente a ele. 
Contém uma seqüência de trinucleotídeos, o anticódon, que é complementar ao códon 
do mRNA e representa um aminoácido. 
Etapas da tradução: 
 -Alongamento: o alongamento da cadeia polipeptídica inclui todos os processo, 
desde a ligação dos primeiros aminoácidos até a adição do ultimo aminoácido do 
peptídeo. Os aminoácidos são adicionados isoladamente, sendo essa a fase que ocorre 
mais rapidamente durante a síntese. Após a formação do ribossomo completo no 
 
9 
www.veterinariandocs.com.br 
processo de iniciação, o alongamento deverá ocorrer de forma contínua. Vários fatores 
de alongamento (proteínas não ribossomais) também participam desta etapa. 
 -Iniciação: nesta fase ocorre a ligação da subunidade menor do ribossomo ao 
mRNA e a montagem do ribossomo completo. Várias proteínas, chamadas de fatores de 
iniciação, irão auxiliar nos passos básicos do processo de iniciação. A tradução sempre 
começa no códon de iniciação, sendo este sempre o codificador de uma metionina 
(AUG, em procariotos também GUG e UUG). 
 -Translocação: o ribossomo realiza um movimento de translocação, avançando 
três nucleotídeos no mRNA. Com a translocação ocorrem 3 eventos coordenados: o 
tRNA não carregado é liberado no sítio P. o tRNA carregado move-se do sítio A para o 
sítio P. Uma nova trinca é exposta no sítio A. 
 -Término: a terminação da síntese de proteínas ocorre pelo aparecimento no sítio 
A de trincas específicas de terminação. No código genético, 61 códons codificam 
aminoácidos, enquanto os códons UAA, UAG e UGA são os códons de terminação. 
Existem fatores que estarão relacionados com o término da tradução. 
 
Controle da Expressão Gênica em Procariotos 
Níveis possíveis de controle da expressão gênica: 
-Transcrição (inicio ou final) 
-Estabilidade do mRNA 
-Tradução (inicio ou final 
-Estabilidade da proteína sintetizada 
O que é a expressão de um gene? 
Produção do produto final dos genes, e o controle da expressão gênica é o 
controle desta produção. 
Mecanismos de controle transcricional 
-Fator sigma: 
 -Regulação negativa: a regulação ocorre por meio de uma proteína 
repressora que se une ao DNA. Os genes sujeitos a controle negativo são normalmente 
expressados, a menos que a transcrição seja impedida pela ligação da proteína 
repressora ao DNA. Esta ligação do repressor ao promotor (DNA) é regulada por um 
sinal que pode induzir ou reprimir o repressor. 
 
10 
www.veterinariandocs.com.br 
 -Regulação positiva: aquela mediada por ativadores. Os ativadores 
unem-se a sítios adjacentes ao promotor, aumentando a afinidade da RNA polimerase 
por ele e favorecendo, portanto, a transcrição. Sem a presença do ativador, a ligação da 
RNA polimerase ao promotor pode ser quase nula. Esta ligação do ativador ao promotor 
(DNA) é regulada por um sinal que pode induzir ou reprimir o ativador. 
-Assim, nos sistemas induzíveis, a expressão dos genes somente ocorre quando da 
presença de um indutor. Já nos sistemas reprimíveis, a expressão somente ocorre na 
ausência do co-repressor. 
Operon como unidade transcricional e de controle da expressão gênica: O 
operon é uma unidade de expressão gênica que inclui tanto os genes estruturais como os 
elementos reguladores que controlam a sua expressão. Quando da transcrição de um 
operon a partir de seu promotor, um único mRNA é sintetizado, contendo as regiões 
codificadoras (cístrons) das diversas cadeias polipeptídicas. Este mRNA, chamado de 
policistrônico, tem cada um dos cístrons traduzido de forma independente, possuindo 
seus próprios sítios de ligação ao ribossomo, códons de iniciação e de terminação. 
Controle da expressão gênica 
 Negativo Positivo 
 
 
 
Indução 
Proteína: Repressor 
Molécula: Indutor 
Indutor + repressor: não se liga ao 
operador, OCORRE TRANSCRIÇÃO 
Apenas repressor: se liga ao operador, 
SEM TRANSCRIÇÃO. 
Proteína: Ativador 
Molécula: Indutor 
Ativador + indutor: liga-se ao operador, 
OCORRE TRANSCRIÇÃO 
Apenas o ativador: não se liga ao 
operon, SEM TRANSCRIÇÃO 
 
 
 
Repressão 
Proteína: Repressor 
Molécula: Co-repressor 
Repressor + co-repressor: liga-se ao 
operador SEM TRANSCRIÇÃO 
Apenas repressor: não se liga ao 
operador,então a RNApoli. Se liga e 
OCORRE TRANSCRIÇÃO 
Proteína: Ativador 
Molécula: Co-repressor 
Co-repressor + ativador: não se liga ao 
operon, SEM TRANSCRIÇÃO. 
Apenas o ativador: se liga ao operon, 
OCORRE TRANSCRIÇÃO 
 
Prímer: nucleotídeos de RNA que tem a extremidade 3’OH livre, então a DNA 
polimerase pode adicionar mais nucleotídeos, a partir dali. Depois os primers são 
retirados pela ação da DNA polimerase I. 
 
11 
www.veterinariandocs.com.br 
DNA polimerase III: exonuclease – correção de erros 3’5’ 
 
Gene clássico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
operadora 
promotora 
éxons 
íntrons 
Região reguladora 
Região codificadora Região terminadora 
 
12 
www.veterinariandocs.com.br 
Referências Bibliográficas 
BROWN, T.A. Genética, um Enfoque Molecular. 3ª Ed. Rio de Janeiro: Editora 
Guanabara Koogan, 1999.