ESTRUTURA E FUNÇÃO DOS GENES E CROMOSSOMOS

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Capítulo 2 – Jorde
Profa. Dra. Eldamária de Vargas Wolfgramm dos Santos
DOENÇA GENÉTICA
Alterações em nível celular
CROMATINA & CROMOSSOMOS
CROMOSSOMOS HUMANOS
CARIÓTIPO HUMANO
•22 pares = autossômicos 
e homólogos
•1 par = sexual
•X e Y
•Não são homólogos
•Célula diploide = duas 
cópias de cada cromossomo
•Ex. :cel. Somáticas
•Célula haploide = uma 
cópia de cada cromossomo
•Ex.: gametas
 Cromossomos → GENES
 Unidade básica da hereditariedade
 Humanos=20.000 a 25.000 genes
 Compostos de ácidos desorribonucleicos (DNA)
 A molécula de DNA consiste de duas cadeias de
nucleotídeos compostas por três tipos de unidades:
Nucleotídeo
Estrutura e composição do DNA
 A variação de base gera quatro tipos de subunidades
nucleotídicas.
Estrutura e composição do DNA
 Os nucleotídeos são ligados por ligação fosfodiéster entre a
extremidade 5’ de um grupo fosfato com a extremidade 3’
da ribose (hidroxila).
Estrutura e composição do DNA
 A forma pela qual as subunidades nucleotídicas estão
alinhadas e ligadas confere uma polaridade química à fita.
Extremidade 3’ e Extremidade 5’
• Fitas organizadas na
posição antiparalela
Estrutura e composição do DNA
 A molécula de DNA possui complementaridade de
bases:
- Arranjo energético mais favorável
- Largura similar ao longo da dupla fita de DNA
A – T C – G 
Estrutura e composição do DNA
 O DNA tem estrutura de dupla hélice
1. Pontes de hidrogênio entre as regiões das bases mantêm
as duas cadeias juntas
Bases no interior e
açúcares e fosfatos
na região externa da
dupla hélice
Estrutura e composição do DNA
 O DNA tem estrutura de dupla hélice
2. As fitas enrolam-se, dando uma volta completa a cada 10
bases.
Estrutura e composição do DNA
 DNA humano: aproximadamente 2 m
 Célula: 6 µm de diâmetro
Como o DNA está 
compactado dentro da 
célula?
Estrutura e composição do DNA
1º nível de compactação:
Nucleossomo: unidade estrutural 
básica da cromatina
Aparência de um colar de contas
octâmero: 2H2A, 2H2B, 2H3 e 2H4
Estrutura e composição do DNA
Modelo de solenóide de 30nm
compactação dos nucleossomos
2º nível compactação: fibra de 30nm
Estrutura e composição do DNA
•Os solenóides se 
dispõem em alças que 
emanam da matriz do 
arcabouço (proteínas não 
histônicas), que por si 
própria tem a forma de 
espiral.
Estrutura e composição do DNA
DNA final: 
condensação 
máxima = 1/10.000 
tão longo quanto 
poderia ser se fosse 
completamente 
esticado.
 O mecanismo básico da replicação do DNA depende da
complementaridade das fitas de DNA
• Dupla fita se abre como 
um “zíper”
• Deselicoidização: expõe 
bases que podem se parear 
com nucleotídeos livres
• Molde
• Replicação 
semiconservativa
Replicação do DNA
 DNA polimerase: enzima que catalisa a polimerização
de nucleotídeos. Funciona na direção 5’→ 3’.
 Atua na forquilha de replicação, zona onde o DNA é
deselicoidizado e filamentos únicos são expostos.
Replicação do DNA
Replicação do DNA
Fita contínua = fita líder
Fita descontínua = fita retardada
Fragmentos de Okazaki, ligados pela DNA ligase
Replicação do DNA
 Bolhas de replicação: aceleram o processo de replicação do 
DNA
Replicação do DNA
Informação genética – DNA
Replicação Traduzida em proteínas
Função do DNA
Existência de uma molécula intermediária pois o DNA 
em eucariotos é encontrado no núcleo, enquanto as 
proteínas são produzidas no citoplasma.
A informação genética é transferida diretamente do 
DNA para as proteínas?
 RNA – molécula intermediária
É primeiro sintetizado no núcleo e depois passa para o 
citoplasma (células eucarióticas).
Experimentos:
• 1957: Elliot Volkin e Lawrence Astrachan –
experimento de pulso-caça
Definição
 Transcrição: síntese de RNA a partir de um molde
de DNA
Mas como é a molécula de RNA?
Molécula de RNA
 Ácido nucléico
 Geralmente é uma cadeia unifilamentar
→maior flexibilidade
→Variedade de formas moleculares tridimensionais.
 Pareamento intramolecular
 Ribose como açúcar
Molécula de RNA
 Os nucleotídeos (ribonucleotídeos) contêm as bases A, 
G, C e a U.
Como a informação codificada na molécula de DNA é 
transferida para o RNA transcrito?
RNA polim. II se liga a região promotora do DNA
Visão geral
 Qualquer fita do DNA pode servir como molde
 Mas quem determina qual fita será a molde?
A região promotora
Sentido da transcrição 5’-3’
 Sequência de RNA = sequência não molde de DNA,
exceto U substitui T.
 Filamento não molde de DNA = filamento codificante
 A transcrição é assimétrica pois apenas um
filamento do DNA de um gene é usado como
molde.
 O filamento molde de DNA tem a orientação 3’-5’.
 O RNA é sintetizado na orientação 5’-3’.
Cap-5’: 7-metilguanosina
 1. Impedir degradação do RNA
 2. Necessário para a tradução do mRNA
Cauda poliA
 Reconhecimento da sequência AAUAAA ou AUUAAA na
ponta 3’ no RNA.
 À 20 bases adiante, enzima corta o RNA e adiciona a
cauda com ~150 a 200 nucleotídeos adenina.
Molécula de RNA nascente...
Recomposição do RNA:
remoção dos íntrons e união dos éxons no transcrito
primário
 As vias alternativas de recomposição podem produzir
mRNA diferentes, e subsequentemente, proteínas
diferentes
Transcrição em eucariontes
Gene α-tropomiosina
Como os íntrons devem ser removidos 
com precisão e os exons corretamente 
unidos?
Transcrição em eucariontes
Transcrição em eucariontes
Resumindo...
 Por que há produção de proteínas diferentes entre as 
células?
Genes da globina: cel. 
sanguíneas vermelhas
Receptores de lipoproteina de 
baixa densidade: cel. hepáticas
 Regulação da expressão gênica
Grande complexo de proteínas: ~50
•Fatores gerais de transcrição: todos os genes
•Fatores específicos de transcrição: alguns genes, em certos
períodos
DNA→RNA →PROTEÍNA
TRADUÇÃO
A sequência linear de nucleotídeos em um gene
determina a sequência linear de aa em uma
proteína
Como a sequência de DNA dita a sequência de 
proteínas?
Tradução
A existência de um código genético
O Código genético
 O código genético não é superposto (1961) alteração de 
uma base = 
alteração de 
um aa.
O código (códon) é composto de quantos nucleotídeos?
O Código genético
 O código genético é constituído de três pares de
nucleotídeos = CÓDON (4x4x4 = 64)
•Código genético constituído por 1 base = 4 aa →
insuficiente
•Código genético constituído por 2 bases = 4 x 4 = 16
aa→ insuficiente
20 aa comumente encontrado
O Código genético
O Código genético
O código é 
redundante:
Um aa é 
especificado por 
mais de um 
códon.
Decifrando o Código genético
 Códons finalizadores: códons que não especificam
nenhum aa = códons sem sentido
- UAG: códon âmbar
- UGA
- UAA
Código é universal:
 praticamente todos os organismos usam os mesmos
códigos de DNA para especificar aa.
 Exceção: mitocôndrias
 Diversos códons do DNA mitocondrial codificam aa
diferentes dos mesmos códons nucleares do DNA
O Código genético
Tradução
A sequência de aa é determinada por códons de trincas 
do mRNA
Mas como é feita essa determinação?
Tradução
 1958: Crick criou a hipótese do adaptador: “o aa é
levado para o molde por uma molécula adaptadora, e o
adaptador é a parte que de fato se ajusta ao RNA”.
Adaptador – RNA transportador
tRNA
 Forma de trevo 
com quatro 
hastes em dupla 
hélice e 3 alças 
unifilamentares
.Tradução
Síntese de proteínas: tRNA + mRNA se associam a
ribossomos
Ribossomos: estruturas complexas
Desempenham tarefas com 
precisão e velocidade
Formado por uma subunidade pequena e 
uma maior, ambas constituídas de rRNA e 
proteínas
Ribossomo
 Ribossomo ---------AUG mRNA ----------tRNA
 Ribossomo se move sentido 5’---3’
 Término
Modificações pós-traducionais
 Dobramento e modificações das proteínas para que elas se
tornem funcionais.
→ Dobramento da proteína dentro da célula
Como é feito esse dobramento correto?
Chaperonas: classe de proteínas 
Como as proteínas “sabem” para onde devem ir?
Direcionamento de Proteína
 Sequências que funcionam como código de barras
direcionando-as para o local correto.
≥ Sequência de sinal: proteínas da membrana ou de
organela.
- Trecho de 15-25 aa na ponta aminoternimal da
proteína.
Direcionamento de Proteína
≥ Sequências de localização nuclear: proteínas para o
núcleo
- Situadas no interior de uma proteína
- Não são clivadas após o local de destino.
Direcionamento de Proteína
Tradução procarionte x eucarionte
GENE >> uma seq de DNA necessária para a 
produção de um produto funcional
ESTRUTURA DE UM GENE
 Em muito genes: proporção de íntrons maior que a de
éxons.
 Gene da Distrofina ligado ao X (Distrofia muscular de
Duchenne): mais de 2 milhões de pares de base, sendo
menos de 1% de éxons.
Estrutura e organização do gene
Estrutura e organização do gene
 Apenas 1% codifica proteínas; 
 maioria=função desconhecida
Tipos de DNA
 Cópia única ou não-repetitivo: 1 cópia por genoma,
representa aproximadamente 45% do genoma humano.
 DNA repetitivo: repetido várias vezes no genoma. Representa
55% do genoma humano
DNA satélite
10% do genoma
DNA repetitivo disperso
45% do genoma
Genoma Humano
 DNA satélite
Encontram-se agrupados, in tandem: o início de uma
repetição ocorre imediatamente adjacente ao fim de outra
Dividem-se:
 DNA satélite α: sequencia de 171 pares de base; próximo
ao centrômero
 Minissatélites: 14 a 500 pb
 Microssatélites: 1 a 6 pb
Variam entre os indivíduos
Genoma Humano
 DNA repetitivo disperso: 
não ocorrem em tandem; ocorrem espalhadas
SINE
•Elementos curtos 
intercalados
•Tamanho: 90 a 500 pb
Ex; repetição Alu
•Constituem 10% do genoma
LINE
•Elementos longos 
intercalados
•~7.000 pb
Gerar cópias de si mesmas → inserir em outras partes do genoma
Genoma Humano
Ciclo celular
 Desenvolvimento e substituição de células
Mitose
Cel. diploides a partir 
de outras pré-
existentes
Meiose
Formação dos 
gametas haploides
Maior parte do ciclo 
→ intérfase
G1= RNA e proteínas
S= replicação DNA
G2= algum reparo
•Duração do ciclo é 
variável
Ex: tec. epitelial: < 10 h
Cel. fígado: 1 x/ano
Neurônios: não 
dividem
Controle do Ciclo celular
CDKs: quinases 
dependentes de ciclina 
•Fosforilam proteínas 
regulatórias
•Interagem com as 
ciclinas
Mal funcionamento 
→pode levar ao câncer
Meiose: formação de gametas haploides a partir de 
precursor diploide
 Meiose I: divisão reducional → formação de cel. 
haploide
 Meiose II: divisão equacional → cél. haplóide replicada
Formação de 
glóbulo polar
•Gametas fem. =
3 glóbulos polares + um 
ovócito
•Gametas mas. = 4 cel. 
funcionais
PROFASE I:
Pareamento dos 
cromossomos homológos
Formação dos quiasmas → 
não ocorre na mitose
ANÁFASE I:
Quiasmas desaparecem
Cada cromossomo para um 
poloTELÓFASE I
INTERFASE II
=rápida
Não há replicação
PRÓFASE II:
Similar a mitótica
MEIOSE E A 
GAMETOGÊNESE 
MASCULINA
Túbulos Seminíferos 
dos Testículos
Espermátides: 
perdem 
citoplasma e 
desenvolvem 
caudas para 
nado
MEIOSE E A GAMETOGÊNESE FEMININA
ovogônia→
mitose
3° mês de 
desenv. fetal
Ovulação
Meiose I continua e produz um 
ovócito secundário
Diferenças entre...
 Espermatogênese: ciclo recorrente
 Ovocitogênese: 1 ª fase: completada antes do 
nascimento; é interrompida até que ocorra a ovulação.