Aula 1 - Fundamentos da Biologia Molecular

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GENÉTICA HUMANA 
CENTRO UNIVERSITARIO DO MARANHÃO 
Biologia Molecular : 
 Fundamentos 
Prof. Dr. Lidio Gonçalves Lima Neto 
UNICEUMA 
Mestrado em Biologia Parasitária 
Lab. Biologia Molecular Aplicada ao Diagnóstico 
2 
Importância Clínica da Biologia Molecular 
 Diagnóstico molecular 
 doenças hereditárias 
 doenças metabólicas 
 doenças infecciosas 
 neoplasias 
 Predisposição a doenças cardiovasculares e outras 
 fatores de risco genéticos 
 Avaliação da resposta terapêutica 
 farmacogenética 
3 
Tópicos 
 Estrutura e propriedades físico-químicas dos ácidos 
nucleicos 
 Código genético 
 Cromossomos e genes 
 Hereditariedade 
 
 
Estrutura e Propriedades dos 
Ácidos Nucléicos 
5 
 Composição 
 cadeia de nucleotídeos 
 Nucleotídeo 
 Açúcar - desoxiribose 
 grupo fosfato 
 base nitrogenada 
 Bases nitrogenadas 
 Adenina (A) 
 Citosina (C) 
 Guanina (G) 
 Timina (T) 
 
(5’) 
(3’) 
Orientação 
 5’  3’ 
Estrutura do DNA 
Ácido desoxiribonucléico 
6 
Estrutura do DNA 
 Estrutura 
 dupla fita em hélice 
 fita sense 
 informação genética na 
direção 5’  3’ 
 fita antisense 
 seqüência complementar 
 Função 
 Informação genética do 
organismo 
 Código genético 
 codons 
 seqüência de 3 nucleotídeos 
(ATC GAC TTC AGC ...) 
Watson & Crick (1950) 
7 
Molécula de fosfato 
Ponte de hidrogênio 
5’ 
3’ 5’ 
Molécula de açúcar 
Bases nitrogenadas 
3’ A = T 
C  G 
T = A 
G  C 
Estrutura do DNA 
Pareamento das bases nitrogenadas 
Bases 
nitrogenadas 
8 
Estrutura do DNA 
Cadeias anti-paralelas 
http://152.16.198.53/GeneticsModules/Design/page.asp?CourseNum=1&LessonNum=1 
Fita sense 
Fita antisense 
Esqueleto açúcar-fosfato 
Pontes de hidrogênio 
entre as bases 
9 
Pareamento das bases 
Dupla Hélice 
Formas 
superenroladas 
Cromossoma 
Formas do DNA 
GM Cooper.The Cell (2000) 
10 
Estrutura do RNA 
Ácido ribonucléico 
 Estrutura 
 Fita simples 
 Açúcar: ribose 
 bases: A, C, G, U (uracila) 
 Função 
 transferência da informação na célula 
 expressão gênica 
 Tipos de RNA 
 mRNA – RNA mensageiro 
 tRNA - anti-codon e aminoácido 
 rRNA – RNA ribossômico 
11 
bases 
Pareamento 
das bases 
Esqueleto 
açúcar- 
fosfato 
Ácido 
ribonucleico 
Ácido 
desoxiribonucleico 
Diferenças entre RNA e DNA 
 RNA DNA 
Açúcar Ribose Deoxirribose 
Bases Adenina (A) Adenina (A) 
 Citosina (C) Citosina (C) 
 Uracila (U) Timina (T) 
 Guanina (G) Guanina (G) 
Tipo de cadeia Simples Dupla 
Estabilidade baixa alta 
 ao calor 
Estabilidade baixa alta 
 ao pH alcalino 
Hidrólise por RNases DNAses 
 enzimas 
12 
Desnaturação da dupla fita do DNA 
pelo calor 
temperatura 
Watson J. Recombinant DNA (1992) 
13 
Dissociação e Re-associação da dupla 
fita do DNA 
dissociado Re-associado Estado natural 
Calor, OH- 
Re-asso-
ciação 
condições 
especiais 
14 
Moléculas de DNA e RNA 
Análise da integridade 
28S 
18S 
M RNA 
M 1 2 3 4 5 6 
100 bp 
DNA M 
 Eletroforese em gel de agarose 
15 
16 
17 
Quantificação do DNA 
Espectrofotometria no UV 
Salazar et al. Clin Chem, 44:1478, 1998 
Código Genético 
19 
www.nhgri.nih.gov/DIR/VIP 
DNA 
RNA 
Proteína 
(função bioquímica específica) 
Fluxo da informação genética 
20 
Transferência da informação 
http://152.16.198.53/GeneticsModules/Design/page.asp?CourseNum=1&LessonNum=1 
Transcrição 
Tradução 
Ribossomo 
mRNA 
(molde) 
Membrana 
nuclear 
Peptídeo 
21 GM Cooper.The Cell (2000) 
Código genético 
22 
• Sequência 
 UAUGCAAAGCUGCGUAAUCG 
• Três fases de leitura possíveis são : 
 (1) UAU GCA AAG CUG CGU A G 
 (2) AUG CAA AGC UGC GUA GC 
 (3) UGC AAA GCU GCG UAG CG 
Fase de leitura da tradução 
AUG – codon de iniciação UAG – codon de finalização 
Tir Ala Asn Leu Arg 
Met Gln Ser Cis Val 
Cis Lis Ala Ala Stop 
Cromossomos e Genes 
24 
Genoma 
http://152.16.198.53/GeneticsModules/Design/page.asp?CourseNum=1&LessonNum=1 
 Conjunto de genes 
de um organismo 
 
 Gene 
 Unidade de herança 
 Tipos 
 Estruturais 
 Reguladores 
 
 Genoma Humano 
 3.000 Mb 
 80.000 genes 
25 
Estrutura do genoma humano 
 DNA nuclear 
 cromossomos lineares - 3 x 109 pb (2m) 
 22 autossômicos e 2 sexuais 
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/ 
26 
Estruturas dos cromossomos 
http://www.virtual.epm.br/cursos/genetica/htm/base.htm 
GM Cooper.The Cell (2000) 
27 GM Cooper.The Cell (2000) 
28 
Telômeros e Telomerases 
GM Cooper.The Cell (2000) 
riboenzimas que preservam os telômeros durante a replicação do DNA (mantem a integridade do genoma) 
Telômeros 
Extremidade dos cromossomos lineares 
29 
Estrutura do genoma humano 
 DNA mitocondrial 
 Circular – 16.500 pb 
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/ 
30 
GENE: 
• EXON 
Seqüência de nucleotídeos 
codificadora 
• INTRON 
Seqüência de nucleotídeos 
não codificadora 
(1978 - Gilbert ) 
 
 
 Transcrição Tradução 
 DNA mRNA tRNA Aminoácido Peptídeo 
Estrutura dos genes humanos 
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Éxons e íntrons humanos 
Fenilalanina 
 hidroxilase 
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 kb 
tRNA 100% 
Histona H4 100% 
Interferon-alfa 100% 
Insulina 33% 
Beta-globina 38% 
HLA classe I 46% 
MENOR QUE 10 Kkb 
Albumina sérica 12% 
Colágeno alfa1(II) 20% 
HPRT 4% 
Apolipoproteína B 38% 
Receptor da LDL 11% 
MENOR QUE 100 kb 
O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 kb 
O 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1800 1900 2400 2500 kb 
Fator VIII 3% 
CFTR 2,4% 
NF1 4% 
Utrofina 1,4% 
Cadeia pesada Ig * 
MAIOR QUE 100 kb 
Cadeia leve  Ig * 
Distrofina 0,6% 
32 
Processamento do RNA 
GM Cooper.The Cell (2000) 
34 
Hereditariedade 
36 
Unidade hereditária 
Genótipo e Fenótipo 
O genótipo de uma pessoa é a sua constituição genética. 
O fenótipo é a expressão observável de um genótipo como 
um caracter morfológico, bioquímico ou molecular. 
 
Locus Gênicos 
Os cromossomos existem aos pares nas células somáticas. 
Cada gene ocupa um lugar definido no cromossomo. Esse 
lugar definido é denominado locus gênico 
http://www.virtual.epm.br/cursos/genetica/htm/base.htm 
37 
Genes Alelos 
http://www.virtual.epm.br/cursos/genetica/htm/base.htm 
38 
Homozigoze e Heterozigose 
Homozigotos e Heterozigotos 
Os genes alelos não são necessariamente idênticos. 
Quando nas células de um indivíduo os genes alelos para um determinado caráter não são idênticos, o 
indivíduo é denominado heterozigoto para o caráter denominado pelo par de genes. Quando os genes 
alelos são idênticos, o indivíduoé denominado homozigoto para aquele caráter. 
http://www.virtual.epm.br/cursos/genetica/htm/base.htm 
Símbolos 
39 
40 
Padrões de Herança Monogênica 
Herança Autossômica Dominante 
Um dado fenótipo é expressado da mesma maneira em homozigotos e heterozigotos. 
Toda pessoa afetada em um heredograma possui um genitor afetado, que por sua vez 
possui um genitor afetado, e assim por diante, como no heredograma abaixo: 
Nos casamentos que produzem filhos com uma 
doença autossômica dominante, um genitor 
geralmente é heterozigotico para a mutação e o 
outro genitor é homozigótico para o alelo normal. 
Pode-se escrever os genótipos dos pais como: 
Ex. Hipercolesterolemia Familial 
http://www.virtual.epm.br/cursos/genetica/htm/base.htm 
41 
Padrões de Herança Monogênica 
 Herança Autossômica Recessiva 
Os distúrbios autossômicos recessivos expressam-se apenas em homozigotos, que, 
portanto, devem ter herdado um alelo mutante de cada genitor. 
O risco de seus filhos receberem o alelo 
recessivo de cada genitor, e serem afetados é 
de 1/4. A maioria dos genes dos distúrbios 
autossômicos recessivos está presente em 
portadores dos genes. Eles podem ser 
transmitidos nas famílias por numerosas 
gerações sem jamais aparecer na forma 
homozigótica. A chance de isto acontecer é 
aumentada se os pais forem aparentados. A 
consanguinidade dos genitores de um paciente 
com um distúrbio genético é uma forte evidência 
em favor da herança autossômica recessiva 
daquela afecção. 
Ex. Hipercolesterolemia autossômica recessiva 
http://www.virtual.epm.br/cursos/genetica/htm/base.htm 
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1= Hipercolesterolemia familial 
2= Defeito Familial de apo B 
3= Hipercolesterolemia autossômica recessiva (Proteína adaptadora do receptor) 
4= Sitosterolemia 
Goldstein & Brown. Science 292:1310, 2001 
Triglicerídeos 
(TG) 
colesterol 
dieta 
músculo e 
adipócito 
fígado 
intestino 
plasma 
col 
TG 
col 
1 2 
3 
4 
bile 
VLDL 
LDL 
Hipercolesterolemia 
doença monogênica 
43 
Herança ligada e restrita ao Sexo 
44 
Herança ligada ao Sexo 
45 
Herança restrita ao Sexo 
46 
Padrões de Herança Monogênica 
Herança Recessiva Ligada ao X 
Uma mutação ligada ao X expressa-se fenotipicamente em todos os homens que a 
recebem, mas apenas nas mulheres que são homozigóticas para a mutação. Mulheres 
heterozigotas podem expressar o fenótipo (considerando a Hipótese de Lyon). 
Ex. Hemofilia A 
 Distrofia muscular de Duchene 
http://www.virtual.epm.br/cursos/genetica/htm/base.htm 
Critérios para a identificação da 
herança recessiva ligada ao X 
 
47 
 
1. Não há nunca transmissão pai-filho. 
2. O relacionamento entre irmandades com pessoas afetadas se faz através 
de mulheres. 
48 
Padrões de Herança Monogênica 
Herança Dominante Ligada ao X 
Um fenótipo ligado ao X é descrito como dominante se ele se expressar regularmente em 
heterozigotos. Em um heredograma dominante ligado ao X, todas as filhas e nenhum filho 
de homens afetados são afetados; se alguma filha não for afetada ou algum filho for 
afetado, a herança deve ser autossômica. 
Ex. Raquitismo Hipofosfatêmico 
http://www.virtual.epm.br/cursos/genetica/htm/base.htm 
Critérios para a identificação da 
herança dominante ligada ao X 
 
 
49 
1. Homens afetados terão todas as filhas afetadas, porém nenhum filho. 
2. A segregação da característica, na progênie de mulheres afetadas, é 
indistinguível da observada na herança autossômica dominante. 
3. Observam-se mais mulheres que homens com a condição 
(se a característica é rara, haverá duas vezes mais mulheres que homens 
com a condição). 
50 
Alteração em um único gene Alterações em vários genes 
Mutações 
 
Mutações e 
Polimorfismos (>1%) 
X Y 
Outros genes 
Doença Poligênica normal 
X Y 
Doença monogênica 
Hingorani, Atherosclerosis, 2000 
Padrões de Herança Poligênica 
51 
Poligênica 
polimorfismos 
• Apo A I 
• Apo B 
• Apo C III 
• Apo E 
• RLDL 
• LRP 
• LPL 
• CETP 
• ACAT 
Outros genes • MTHFR 
• eNOS 
• PNO1 
• PNO2 
• ECA 
• Fibrinogênio 
• Fator V de Leiden 
• PAI 
Fatores ambientais 
DCV normal 
Hábitos alimentares 
Estresse 
Sedentarismo 
Hábito de fumar 
X Y 
genotipagem 
Aterosclerose 
Doença poligênica e multifatorial 
Hingorani, Atherosclerosis, 2000