Aula 1 e 2 Genética na Medicina e Material Genético 1

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Nesta aula estaremos abordando os seguintes temas:
� O papel da Genética na Medicina
� Bases Moleculares da Hereditariedade:
� Estrutura do DNA e RNA
� Organização dos Genes nas Moléculas de DNA
� Organização do Material Genético de Vírus, Bactérias, e
Eucariontes.
� Compactação do DNA para formação de cromossomos
Serei médico! O que me importa a genética?
Programa Nacional de Triagem Neonatal (Brasil, 2001)
Política Nacional de Atenção Integral em Genética Clínica no SUS (Brasil, 2009)
Política Nacional de Saúde da Pessoa com Deficiência (Brasil, 2010)
Política Nacional de Atenção Integral às Pessoas com Doenças Raras (Portarias
199 e 981 de 2014)
Serei médico! O que me importa a genética?
Você certamente se deparará com 
problemas genéticos ao longo da sua
vida profissional…
Genética: uma especialidade médica
� que lida com o diagnóstico, o tratamento e o controle dos
distúrbios hereditárias.
� atuação da genética médica estendeu-se além dos
distúrbios genéticos, pela percepção do papel cada vez
mais abrangente do gene na determinação da saúde do
indivíduo.
� Hoje em dia os geneticistas médicos e humanos fazem
parte da elite que estuda a fronteira do conhecimento
humano, investigando os determinantes da variabilidade
e hereditariedade no Homem.
Pontos importantes a serem compreendidos...
� a existência de formas alternativas (alelos) de um
gene numa população, sem que isto implique em
doença, mas apenas, e na maior parte das vezes, em
variedade;
� a existência de fenótipos similares, ocasionados por
mutações e variações em genes e regiões distintas
(loci distintos) do genoma;
Pontos importantes a serem compreendidos...
� a importância das interações gene-a-gene e gene-
ambiente na determinação das doenças. 
� o papel das mutações somáticas no câncer e no 
envelhecimento;
� a exequibilidade do diagnóstico pré-natal e de testes 
pré-sintomáticos;
� a expectativa da terapia gênica.
Um dos maiores problemas
Termos da genética
O que significam?
DNA
Cariótipo
Cromossomos homólogos
Cromátides Irmãs
Número diploide
Replicação
Mitose
Meiose
Transcrição
RNA
Tradução
Mutação
Alelo
Locus
Homozigoto
Heterozigoto
Dominante
Recessivo
Codominante
Leis de Mendel
Herdabilidade
Genético
Hereditário
Penetrância
Expressividade
Má formação
Deformação
Congênito
Aconselhamento Genético
Que tal nos 
familiarizarmos 
com estes 
termos???
Genética Estudo da hereditariedade
Como as características são passadas de pais para filhos?
Antes de Darwin e Mendel...
Miniatura do ser humano no espermatozóide
espermatozóide seria a semente
o óvulo o terreno de plantação
Teoria do pré-formismo
Herança por mistura
O espermatozóide e o óvulo continham uma amostra de
essências de várias partes do corpo parental, que se misturavam para
formar o padrão do novo indivíduo
Antes de Darwin e Mendel...
Lei de uso e desuso (1808)
Se o ambiente sofre modificações, os organismos procuram adaptar-se
a ele.
Características adquiridas podem ser herdadas
Lamarck
Seleção natural
Os indivíduos de uma mesma espécie apresentam variações em todos
os caracteres, não sendo portanto idênticos entre si.
Os organismos mais bem adaptados ao meio têm maiores chances de
sobrevivência do que os menos adaptados, deixando um número
maior de descendentes.
Darwin (1808 -1882) 
Darwin era 
contemporâneo
de Mendel, mas 
nunca se 
encontraram
1900
Hugo de Vries
Carl Correns
Erich von Tschermak 
Independentemente 
chegaram às mesmas 
conclusões de Mendel
1866 Mendel Características são herdadas devido a 
FATORES (ALELOS DE GENES)
Hereditariedade funciona de maneira previsível e consistente
SUTTON-BOVERI
1903 - cromossomos eram responsáveis pela base 
física da herança mendeliana
� Cromossomos em pares
Walter Sutton
1877 - 1916
� Teoria cromossômica da herança
� Genética de drosófila (mosca da fruta)
� Explicava a modificação das características em
populações ao longo do tempo
� Integrou, finalmente, Mendel e Darwin
THOMAS H MORGAN
Final do século XIX e primeira parte do século XX
Muitos estudos sobre padrões de herança genética
Genótipo Fenótipo
Características 
herdáveis
Manifestações externas 
de um genótipo
Gêmeos monozigóticos
Criado em regiões quentes Fenótipo A
Criado em regiões frias Fenótipo B
Ambiente
Final do século XIX e primeira parte do século XX
Genótipo Ambiente
Fenótipo
Epigenética
Informações extras
“A epigenética é definida como modificações do genoma que são
herdadas pelas próximas gerações, mas que não alteram a sequência do 
DNA"
Meu Deus!!!!!!!!!!!!
Lamarck estava correto???????
"Lamarquismo é a ideia de que características adquiridas podem
modificar o padrão de expressão gênica, e esse padrão de 
expressão gênica pode ser hereditariamente transmitido.'
Se considerarmos que...
O material genético tem várias 
características Essencias
�O material genético precisa conter informações complexas:
� Grande quantidade de informações
� Deve ser capaz de variar
� Deve ser estável
�O material genético precisa replicar-se fielmente
� Cópia exata
� Unicelular – multicelular
�O material genético deve condicionar o fenótipo
� Genótipo � Fenótipo
� Gene � proteína
� Mecanismo para traduzir as informações genéticas na sequência de 
aminoácidos de uma proteína.
Estruturas conhecidas – Início do Século XX
Proteínas DNA RNA
Onde ficam os genes?
http://www.educacaopublica.rj.gov.br/oficinas/biologia/experimentos1/animac
oes/a_experiencia_de_griffith.html
Genes
Três funções:
-Estocar a informação genética e transmitir com precisão dos
genitores para a prole;
- Controlar a o desenvolvimento do organismo e ditar o seu
crescimento;
- Sofrer mudanças para produzir variações que permitem os
organismos adaptar-se a modificações no ambiente.
Griffth, 1928 - Pneumococcus
Experiência de Avery et al., 1944
Se o DNA é o material genético, de que ele é formado?
3 tipos de componentes químicos
Fosfato Açúcar – 5 carbonos
(desoxirribose)
4 bases (Adenina, 
Timina, Guanina, 
Citosina)
Década de 1920
Nucleotídeo
Década de 1920
Regras de Chargaff da composição das bases
� A quantidade de T é sempre igual à quantidade
de A; A quantidade de C é sempre igual a de G.
� A quantidade de nucleotídeos pirimídicos (T +
C) é sempre igual à quantidade total de
nucleotídeos purínicos (A + G), então:
(T+C)= (A+G)
� A quantidade de A + T não é necessariamente
igual a de C+G.
Início dos anos 50 = corrida para descobrir como era a estrutura do DNA
Universidade de Cambridge King´s College of London
Francis Crick e James Watson Maurice Wilkins e Rosalind Franklin
Modelos físicos Experimentos com difração de raio-X
Watson viu esta imagem antes de ser 
publicada
O que seria isso???
A estrutura de hélice do DNA apresenta:
� Um esqueleto de açúcar-fosfato;
� 10,5 pares de base por volta da hélice;
� 34 Â em uma volta da hélice;
� Sulco maior e menor, onde ocorre as 
principais interações com proteínas e 
outros ácidos nucleicos
Estrutura tridimensional do DNA
DNA é uma dupla hélice composta de duas cadeias de nucleotídeos
mantidas juntas pelo pareamento complementar de A com T e C com G.
Composição Química dos nucleotídeos 
No DNA e no RNA, as purinas são: 
Adenina e Guanina
No DNA, as pirimidinas são:
Citosina e Timina
No RNA, as pirimidinas são:
Citosina e Uracila
Nucleotídeo:
� Fosfato
� Pentose
� DNA: 2´-desoxirribose
� RNA: ribose (2´-hidroxila)
� Base nitrogenada (base heterocíclica)
CitosinaUracila
Desaminação 
natural
Se ela estivesse no DNA não 
seria possível saber se era a 
base correta ou teria vindo de 
um erro a partir da citosina
A orientação das ligações
� entre as três 
moléculas dos 
nucleotídeos é 
essencial para se 
determinar o sentido 
da dupla fita de 
DNA. 
O
-
P
O
O
O CH2 O
H
H
O
H
H
H
Base nitrogenada
Carbono 5
O
-
P
O
O CH2 O
H
H
OH
H
H
H
Base nitrogenadaCarbono 3
A ligação entre o grupo fosfato e a pentose:
� é feita covalentemente 
através de uma ligação 
fosfodiéster com a 
hidroxila ligada ao 
carbono-5 da pentose
Todas as ligações fosfodiéster em uma 
cadeia polinucleotídica tem a mesma 
orientação, conferindo a fita linear uma 
polaridade específica, com extremidades 
5´e 3´distintas.
A ligação entre a base nitrogenada e a pentose:
� é feita covalentemente 
através de uma ligação N-
Glicosídica com a 
hidroxila ligada ao 
carbono-1 da ponte da 
pentose
As cadeias estão ligadas por pontes de hidrogênio 
5′ CCAAT 3′
Polarização do DNA
-Extremidade 5’ - radical fósforo (- P)
-Extremidade 3’ - hidroxila livre (-OH)
3′CCAAT5′
3′ GGTTA 5′ 5′GGTTA3′
É igual a:
Complementaridade reversa
ou anti-paralelas
As cadeias polinucleotídicas tem direções opostas
Portanto..
Estruturas Criciformes e palíndromos no DNA;
Comparação entre as formas B, A e Z
� B-DNA: forma mais comum,
encontrada na célula, sulco maior mais
largo e sulco menor estreito.
� A-DNA: são mais compactas e sulco
maior mais profundo e sulco menor
menos profundo do que no B-DNA.
� Z-DNA: formado apenas em alta
concentração de sal, ou em sequências
de DNA rica em CG, é orientado a
esquerda e o esqueleto apresenta
padrão em zique-zaqu, menos
compacto comparado ao B-DNA, sulco
maior muito raso e sulco menor estreito
e profundo.
Propriedades Físico-químicas
Propriedades Físico-químicas
Propriedades Físico-químicas
Como que o DNA pode ser o material genético dos 
eucariotos se o que varia são apenas as 4 bases que 
formam os nucleotídeos????
Os nucleotídeos podem estar em qualquer ordem no DNA
4 tamanho do DNA
Número de bases possíveis
(A,T ou U, G, C)
E o que isto importa???
Fragmento de DNA de 100 pares de base de 
tamanho
1.000.000 10 tipos de combinações
4 tamanho do DNA 4 100
Cada gene = uma sequência de bases pré-determinada
1 molécula de DNA contém muitos genes
Promotor Éxon Íntron Éxon Final do 
gene
Estrutura de um Gene
Expressão gênica
Proteína A Proteína B Proteína C
Dupla 
fita de 
DNA
Sequências não codificadoras Sequências não codificadoras 
Genes em tandemGenes de cópia simples
Estrutura de um Gene
Diversidade da estrutura do DNA
3 bilhões de nucleotídeos sequenciados 
Mais de 50% do 
genoma não tem 
função 
conhecida
Iniciativa pública: 22 mil 
Iniciativa privada: 26 mil
25% do genoma = 
Genes
Klug, 2010
75% de DNA lixo?
Genes
Transposons
Sequências de DNA capazes de se autoduplicar e se integrar em novas 
localizações do genoma, podendo mobilizar sequências não 
autônomas
Mas cadê o DNA? 
Só vejo cromossomos!
Dupla fita
Normalmente 
fita única
Estrutura diferente
Mais estável= material genético da maioria dos organismos
Todos os organismos apresentam DNA como material 
genético?
Mais flexível 
pode assumir várias formas 
Dobramento e pareamento de bases na mesma fita
A organização do material genético de procaritos é igual a dos eucariotos?
Organização do Material Genético 
DNA circular
(nucleóide)
Sem íntrons
DNA ou RNA
Circular, linear ou segmentado
Fita simples ou fita dupla
Pode ter íntrons (normalmente não tem)
Bacteriófago
Só existe o DNA nuclear em eucariotos???
DNA extra-nuclear
� Mitocôndrias
� Plasmídios
- Os genes extranucleares também chamados genes citoplasmáticos;
- O DNA das organelas celulares são circulares e pequenos;
- Não ocorre recombinação (somente mutação);
- Herança não-mendedliana (citoplasmática).
Genoma mitocondrial
Tamanhos variados de genoma:
• Vertebrados: ~16 kb
• Leveduras: ~80 kb
• Plantas: ~100 kb to 2 Mb
Genoma mitocondrial não apresenta íntrons nos mamíferos
Alta taxa de mutação
Normalmente herança uniparental
Animais: normalmente materno
Bactérias
Genoma dos plasmídeos
Somente em bactérias
Genes não codificam sequências essenciais
Podem conferir vantagens adaptativas (resistência)
Como o material genético se 
apresenta nos organismos?
Em humanos
Em vírus
Em bactérias
Na mitocondria
Compactação do DNA para 
formação do cromossomo
Compactação do DNA para 
formação do cromossomo
Compactação do DNA para 
formação do cromossomo
Depois de examinarmos a...
� História do DNA e sua estrutura...
� Podemos concluir que a estrutura é importante por 
si só, mas o conceito genético primordial é a relação 
entre a estrutura e a função do DNA.
�De que maneira sua estrutura permite que ele 
atue como material genético?
Referência Bibliográfica
GRIFFITHS, A.J.F.; WESSLER, S.R.; LEWONTIN, R.C.; CARROLL, S.B. 2008. Introdução
à Genética. 9ª Edição. Editora Guanabara Koogan S.A. Rio de Janeiro. 712 p.
Capítulo 7- pag 226 a 234.