Bases moleculares da hereditariedade 2017

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BASES MOLECULARES DA 
HEREDITARIEDADE
MÓDULO 1
PROF. MURILO DRUMMOND
DEPTO BIOLOGIA / UFMA
2017
Base moleculares da 
hereditariedade
 Identidade de ser vivo: material hereditário
Características:
Procarioto Eucarioto 
Núcleo não sim
Membrana nuclear não sim
Material genético DNA DNA
Visibilidade dos 
cromossomos na DC não sim
Ribossomos sim sim
Outras organelas não sim
Parede celular rígida sim não
Exemplos: Bactérias, Fungos 
Cianobactérias Protozoários
Archaea Algas, vegetais e animais
superiores
Base moleculares da hereditariedade
Acidos nucléicos: estrutura quimica
Base moleculares da hereditariedade
Acidos nucléicos: estrutura quimica
Nucleotídios
Todos os nucleotídeos apresentam uma estrutura em comum:
radical fosfato
pentose
Base moleculares da hereditariedade
Acidos nucléicos: estrutura quimica
Base moleculares da hereditariedade
Acidos nucléicos: estrutura quimica
Base moleculares da hereditariedade
Acidos nucléicos: estrutura quimica
Base moleculares da hereditariedade
Acidos nucléicos: estrutura quimica
Durante a replicação do 
DNA as duas fitas velhas 
ou mães servem de 
molde para cada fita 
nova ou filha
complementar, que está 
sendo sintetizada.
Fita nova
Fita velha
Complementariedade
▪ Paradoxo de valor C
A quantidade de DNA nas células
haplóides de um organismo não está
relacionada à sua complexidade
evolutiva.
▪ Paradoxo de valor G
A quantidade de genes nas células
haplóides de um organismo não está
relacionada à sua complexidade
evolutiva
Genome size does not correlate well with 
gene number or with apparent organism 
complexity
Closely related organisms can have 
genome sizes that vary by 100x
Human genome is 30x 
smaller than some plant 
genomes
Numero de cromossomos eucariotas
Organismo Nome Numero 
Comum cromossomos diplóides
_____________________________________________________
Myrmecia pilosula Formiga 2
Felis catus Gato 38
Homo sapiens Humano 46
Canis familiaris Cão 78
Ophioglossum reticulatum Samambaia 1260
(G Paradox)
▪ Tipos de DNA
 DNA nuclear
Não repetitivo 
Moderadamente repetitivo
Altamente repetitivo
 DNA mitocondrial
▪ Tipos de DNA
 DNA nuclear
 Não repetitivo
 Cópias únicas
 Genes estruturais 
 Enzimas
 Hormônios
 Receptores
 Proteínas estruturais
 Proteínas reguladoras
▪ Tipos de DNA
 DNA nuclear
 Moderadamente repetitivo
 Pequeno numero de cópias
 Pseudogenes
 Famílias multigênicas
 Famílias gênicas clássicas
 RNAs ribossômicos
 RNAs transportadores
 Superfamílias gênicas
 Sistema HLA
 Receptores das células T
▪ Tipos de DNA
 DNA nuclear
 Altamente repetitivo (responde por 30% a 40% do genoma)
 Repetições em tandem
 DNA satélite (10% a 15%)
 DNA minissatélite
 DNA telomérico ~6 pb em sequência de 10.000 a 15.000 pb
 DNA hipervariável ~9 a 24 pb
 DNA microssatélite (associado a algumas doenças hereditárias 
– Huntington, X Frágil, etc)
 Disperso (10% a 15% do genoma)
 Pequenos elementos nucleares dispersos (SINE) - ~300 pb
 Longos elementos nucleares dispersos (LINE) - ~6000 pb
 Transpósons (elementos transponíveis)
Unique or moderately repetitive
Human Genome Organization
HUMAN GENOME
Genes and gene-
related sequences
Extragenic 
DNA
Nuclear genome
3000 Mb
30-40000 genes?
Mitochondrial genome
16.6 kb
37 genes
Coding 
DNA
Noncoding 
DNA
Unique or 
low copy 
number
Moderate to 
highly 
repetitive
Pseudogenes Gene 
fragments
Introns,
untranslated
sequences, etc.
Tandemly 
repeated
or clustered 
repeats
Interspersed
repeats
Two rRNA
genes
22 tRNA
genes
13 polypeptide-
encoding genes
~30% ~70%
~10% ~90%
80% 20%
▪ Tipos de DNA
 DNA mitocondrial
 DNA circular
 Cadeia dupla
 No interior das mitocôndrias
 Sem crossing-over, sem introns, sem histonas
 Sem sistema de reparo
 Pequena diferença no código genético
 Taxa de mutação 20 x maior do que DNA nuclear
 16000 pb
 Possui 2 genes para RNA ribossômico, 22 para RNA 
transportador e 13 genes para polipeptídeo da cadeia 
respiratória (produção de ATP)
 Herança exclusivamente materna
 Doenças: Neuropatia ótica hereditária de Leber, Sindrome de 
Pearson, Sindrome de Kearns-Sayre, etc
Herança mitocondrial
DNA MITOCONDRIAL
▪ Tipos de RNA
 RNA heterogêneo (RNAhn), pré-RNA 
mensageiro (pré-RNAm), RNA 
primário ou transcrito primário
 RNA mensageiro (RNAm)
 RNA transportador (RNAt)
 RNA ribossômico (RNAr)
▪ Tipos de RNA
 RNA heterogêneo (RNAhn), pré-RNA mensageiro 
(pré-RNAm), RNA primário ou transcrito primário
 Particula ribonucleoprotéica de 5.000 a 50.000 b
 Regiões de introns e exons
 Introns eliminados pelas ribozimas num processo 
denominado spliccing
 Cerca de 90% do RNA é degradado, os 10% restantes 
vão para o RNAm
▪ Tipos de RNA
 RNA mensageiro (RNAm)
 Somente éxons
 350 a 5.000 b
 Capping – adição de sequência lider
 Poliadenilação – adição de cauda poli-A
▪ Tipos de RNA
 RNA transportador (RNAt)
 De 70 a 90 b
 Formato de folha de trevo
 Alça com 3 bases complementares 
(anticódon)
▪ Tipos de RNA
 RNA ribossômico (RNAr)
 De 100 a 5.000 b
 Forma os ribossomos (associado a mais de 50 
proteínas diferentes)
 Atua na interação entre o RNAm e o RNAt na 
etapa de tradução, facilitando o 
reconhecimento entre códons e anticódons e 
auxiliando na ligação desses aos ribossomos
FIM
BASES MOLECULARES DA 
HEREDITARIEDADE
MÓDULO 2
PROF. MURILO DRUMMOND
DEPTO BIOLOGIA / UFMA
2017
▪ Características
 Leitura feita em trincas de bases (códon)
 Degenerado ou redundante
 Não ambíguo
 Sem superposição
 Continuo
 Universal
 Códons de iniciação (AUG - metionina) e de 
finalização (UAA, UAG, UGA)
Base moleculares da hereditariedade
O Código Genético
Base moleculares da hereditariedade
O Código Genético
▪ Duplicadora
 DNA-helicase
 DNA-polimerase
 DNA-ligase
 Forquilha de replicação
 Separadas por 30 a 300 kb
 Em unidades de replicação – de 20 a 80 origens
 Primase – primer
 Fragmentos de Okazaki
▪ Comanda a sintese protéica
Base moleculares da hereditariedade
Funções do DNA
Duplicação do DNA
(click na seta vermelha para ver o vídeo)
http://youtu.be/d1A4bJqmINU
Sintese protéica
DNA
1. Regulação transcricional
HnRNA
2. Regulação no
processamento do
RNA primário
3. Regulação no
transporte do
mRNA para o
citoplasma
RETÍCULO 
ENDOPLASMÁTICO
RUGOSO
4. Regulação da
síntese proteíca
Proteína
sintetizada
5. Regulação
pós-síntese
1. DNA Polimerases
2. Endonucleases
3. Helicases 
4. Topoisomerases
5. Primases
6. Telomerases 
PRINCIPAIS ENZIMAS ENVOLVIDAS 
(SISTEMA DE REPLICAÇÃO DO DNA) 
Gene
RNA polimerase
hnRNA
mRNA
Citoplasma
Transcrição
Processamento (splicing)
Núcleo
Tradução
polipeptídio
Unidade de transcrição
E1 E2 E3
I1 I2 I3 I4
Etapas da síntese protéica
(click nas setas vermelhas para ver os vídeos)
▪ TRANSCRIÇÃO
▪ SPLICING
 Snurps (ribonucleoproteína) Capping - guanina
 Poliadenilação – poli(A)
▪ TRADUÇÃO 
http://youtu.be/nNjbYfhfgIo
http://youtu.be/bQvukfT3MJc
http://youtu.be/DcCnmPeutP4
Síntese Protéica
▪ TRANSCRIÇÃO
 Envolve :
 RNA-polimerase (3 tipos):
 RNA-polimerase I –Transcreve RNAr
 RNA-polimerase II –Transcreve RNAm
 RNA-polimerase III-Transcreve RNAt
 Fatores de transcrição –
 Posicionamento correto da RNA-polimerase no promotor, 
 Separação das fitas de DNA para a transcrição, 
 Liberação da RNA-polimerase do promotor quando a 
transcrição se inicia.
Etapas da transcrição
▪ Etapas
 Reconhecimento do molde 
 FT+RNA-polimerase – bolha de transcrição
 Iniciação
 Elongação
 Finalização
• 1) TFIID liga-se a região TATA;
• 2) A eles se ligam o FTIIA e o TFIIB.
• 2) A seguir o TFIIF e a RNA-
polimerase II se ligam ao complexo.
• 3) TFIIE, TFIIH e TFIIJ então se 
juntam ao complexo.
• 4) TFIIH usa ATP para fosforilar a 
RNA-polimerase II, mudando a sua
conformação de forma que a RNA-
polimerase é liberada do complexo
e é capaz de iniciar a transcrição. 
Formação do complexo de transcrição
FIM
BASES MOLECULARES DA 
HEREDITARIEDADE
MÓDULO 3
PROF. MURILO DRUMMOND
DEPTO BIOLOGIA / UFMA
2013
Regulação Gênica
▪ Genes de manutenção
▪ Genes estruturais
▪ Genes reguladores
▪ Procariotos
 Sistema operon lac (Escherichia coli)
▪ Eucariotos
Síntese enzimática em bactérias 
▪ a) por indução 
:provocada por vias 
anabólicas p. ex. adição 
de lactose.
▪ b) por repressão: 
provocada por vias 
catabólicas, p. ex. 
quando se adiciona 
triptofano este não 
precisará mais ser 
sintetizado
MUTAÇÕES - são mudanças na sequência 
dos nucleotídeos do material genético de um organismo
▪ Tipos
 Quanto a ocorrência
 Mutante
 Selvagem (mais comum)
 Quanto a dimensão
 Gênicas, ou pontuais, ou de ponto
 Cromossômicas
 Quanto a indução
 Espontâneas
 Induzidas
 Quanto ao tipo de célula
 Somática
 Gamética
Continua...
▪ Tipos
 Quanto a alteração de base
 Substituição
 Deleção
 Adição
 Quanto ao efeito
 Silenciosa – não troca aa*
 Neutra – troca aa, não altera proteína*
 Com sentido trocado – troca aa, altera proteína*
 Sem sentido – terminação prematura da transcrição*
 Mudança na leitura do CG – troca toda as sequência de aa a 
partir do ponto da mutação
*Substituição
MUTAÇÕES DE PONTO
TAC ACG AGG TGG TGA CCG CCT TAT AAT GGA ATT
ATG TGC TCC ACC ACT GGC GGA ATA TTA CCT TAA
DNA
MET,CIS,SER,TRE,TRE,GLI,GLI,ILE, LEU,PRO,fim
Proteína N
AUG UGC UCC ACC ACU GGC GGU AUA UUA CCU UAA RNA
MET,CIS,SER,TRE,TRE,GLI,GLI,ILE, LEU,PRO,fim Proteína N
MET,CIS,TRE,TRE,TRE,GLI,GLI,ILE, LEU,PRO,fim
Proteína N
AUG UGC ACC ACC ACU GGC GGA AUA UUA CCU UAA RNA
TAC ACG AGG TGG TGA CCG CCA TAT AAT GGA ATT DNA
Mutação silenciosa
TAC ACG TGG TGG TGA CCG CCT TAT AAT GGA ATT DNA
Mutação neutra
3’ 5’
5’ 3’
RNAAUG UGC UCC ACC ACU GGC GGA AUA UUA CCU UAA
3’5’
MET,CIS, CIS,TRE,TRE,GLI,GLI,ILE, LEU,PRO,fim
Proteína AN
AUG UGC UGC ACC ACU GGC GGU AUA UUA CCU UAA RNA
MET,CIS,TRE,TRE,TRE,GLI,fim
Proteína AN
AUG UGC ACC ACC ACU GGC UGA AUA UUA CCU UAA RNA
TAC ACG ACG TGG TGA CCG CCA TAT AAT GGA ATT DNA
Mutação com sentido trocado (missense)
TAC ACG TGG TGG TGA CCG ACT TAT AAT GGA ATT DNA
Mutação sem sentido (non sense)
MUTAÇÕES DE PONTO
TAC ACG AGG TGG TGA CCG CCT TAT AAT GGA ATT
ATG TGC TCC ACC ACT GGC GGA ATA TTA CCT TAA
DNA
3’ 5’
5’ 3’
MET,CIS,SER,TRE,TRE,GLI,GLI,ILE, LEU,PRO,fim Proteína N
RNAAUG UGC UCC ACC ACU GGC GGA AUA UUA CCU UAA
3’5’
MET,CIS, CIS,ASN,HIS,TRI,ARG,ASN,ILE,SER,LEU Proteína AN
AUG UGC UGC A(A)C CAC UGG CGG UAU AUU ACC UUA A RNA
TAC ACG ACG T(T)G GTG ACC GCC A TA T AA TGG AAT T DNA
Mutação com mudança de leitura
MUTAÇÕES DE PONTO
TAC ACG AGG TGG TGA CCG CCT TAT AAT GGA ATT
ATG TGC TCC ACC ACT GGC GGA ATA TTA CCT TAA
DNA
3’ 5’
5’ 3’
MET,CIS,SER,TRE,TRE,GLI,GLI,ILE, LEU,PRO,fim Proteína N
RNAAUG UGC UCC ACC ACU GGC GGA AUA UUA CCU UAA
3’5’
Agentes mutagênicos
 Tipos
 Agentes físicos
 Ionizantes
 Raio-X, Gama, particulas a e b, 
 Não ionizantes
 UV – faixa de frequência mais baixa, monitores de 
vídeo, etc
 Agentes químicos
FIM