Aula 3 estrutura do cromossomo e mutacoes

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ESTRUTURA DO 
CROMOSSOMO
Genes e cromossomos
• Genoma
• Conjunto único e completo de informação genética (DNA) de um
organismo;
• DNA nuclear de cada célula
• Unidades chamadas cromossomos;
Genes e cromossomos
Genes e cromossomos
• Conjunto de
cromossomos da
mesma espécie
• Número característico
de cromossomos e
aspecto;
• Diplóides;
Genes e cromossomos
• Material genético – animais e plantas
• Haplóides (n)
• Muntjac – n=3
• Humanos – n= 23
• Diplóides (2n)
• Muntjac – 2n=6
• Humanos – n= 46
• Cromossomos homológos
• Sequências de DNA iguais;
• Variações genéticas;
• Mesmos genes nas mesmas posições;
• Par de genes
Genes e cromossomos
• Cada cromossomo contém uma molécula de DNA;
• Eletroforese em gel
• Tamanho de uma molécula de DNA em um cromossomo
> Maior que o tamanho do cromossomo;
• Compactado - nucleossomos
• Dna + Nucleossomos = cromatina
Genes e cromossomos
• Cromatina
• Heterocromatina
• Densa
• Centrômero
• Eucromatina
• Menos densa
Genes e cromossomos
• Organizador nucleolar
• Região única
• Cromossomos específicos;
• Genes codificantes;
• Nucléolo
• RNA ribossomal
Genes e cromossomos
• Telômeros
• Pontas dos cromossomos
• Bandas cromossômicas
Braço p
Braço q
Cromossomos, Agricultura e Civilização
• Cultivo de trigo;
• Há 10.000 anos no Oriente Médio;
• Hoje em dia é o principal alimento cultivado;
• Diversos ambientes;
• Produção de 60 milhões de toneladas métricas anuais.
• Triticum aestivum;
• Híbrido de pelo menos três espécies diferentes;
• Gramíneas de baixa produtividade.
Duas 
espécies 
cruzadas
Espécie 
híbrida 
seletivamente 
melhorada
Cruzada com 
terceira 
espécie
Trigo 
moderno
Técnicas citológicas
• Geneticistas estudam o número e a estrutura dos
cromossomos;
• Células em divisão com corantes.
• Raízes da citogenética;
• Biólogos europeus do século XIX;
• Melhoria dos microscópios e dos procedimentos no século XX;
• Aumento de interesse nessa pesquisa;
• Genes em cromossomos.
• Citogenética na Medicina.
CITOGENÉTICA
Análise de cromossomos mitóticos
• Análises citológicas em células em divisão;
• Metade da mitose;
• Material de crescimento rápido;
• Técnicas de cultura de tecido.
Análise de cromossomos mitóticos
• Nova técnica permitiu correta identificação do número de
cromossomos humanos;
• Final dos anos 1960 e início dos anos 1970;
• Reagente Feulgen ou acetocarmim -> Coram uniformemente.
• Quinacrina;
• Composto fluorescente;
• Padrão de bandas;
• Bandamento Q.
Análise de cromossomos mitóticos
• Coloração não fluorescente;
• Giemsa;
• Padrão reproduzível de bandas dependendo da preparação
cromossômica;
• Bandamento G;
• Bandamento R;
• Bandamento C.
Cariótipo humano
• Células humanas diplóides;
• 44 autossomos e 2 sexuais (XX na mulher e XY no homem).
• Metáfase mitótica;
• Cada cromossomo reconhecido por seu tamanho, forma e padrão
de bandamento;
• Fotografia -> Recorte -> Pareamento com homólogo -> Disposição
em ordem decrescente de tamanho.
Cariótipo humano
Cariótipo humano
• Dificuldade em distinguir um
cromossomo do outro;
• Antigamente -> Grupos de acordo com o
tamanho;
• Hoje -> Técnicas de bandamento.
• Identificação das partes do
cromossomo;
• Centrômero;
• Braço curto p;
• Braço longo q;
• Entre outras.
Variação citogenética
• Fenótipo afetado pela mudança no número de
cromossomos ou em parte de um cromossomo;
• Mudanças numéricas;
• Variações na ploidia;
• Euplóides;
• Haplóides;
• Diplóides;
• Triplóides;
• Tetraplóides;
• Poliplóides.
Organismos com a falta de um 
cromossomo ou segmento 
cromossômico são ditos 
ANEUPLÓIDES
REARRANJOS CROMOSSÔMICOS
Variação citogenética
MUTAÇÕES
Genicas e Cromossomicas
• Mutações gênicas
• Mudanças que ocorrem dentro de um gene
• Mutações cromossômicas
• Mudanças em uma região cromossômica que envolvem vários
genes
MUTAÇÕES 
CROMOSSÔMICAS
Visão geral
• Mudanças no número de cópias dos cromossomos em
uma célula;
• Mudanças em regiões cromossômicas;
• Detectáveis ao microscópio.
• Importantes;
• Fontes de insight de como os genes atuam em conjunto em uma
escala genômica;
• Revelam características importantes da meiose e arquitetura
cromossômica;
• Úteis para a manipulação genômica experimental;
• Fontes de insight em processos evolutivos;
• São encontradas em humanos e podem ocasionar doenças
genéticas.
Mudanças no número de 
cromossomos
Mudanças no número de cromossomos
• Dois tipos;
• Euploidia aberrante;
• Aneuploidia.
• Euploidia aberrante;
• Mudanças em conjuntos cromossômicos inteiros;
• Plantas, animais, fungos e outros;
• Euploidia normal -> Haplóides e diplóides;
• 3n;
• 4n;
• 5n;
• 6n.
Euplóides aberrantes
Euploidia aberrante
• Monoplóide;
• Membro individual de uma espécie normalmente diplóide que tem
só um conjunto cromossômico;
Diferente de haplóide
Euploidia aberrante
• Monoplóides;
• Machos de abelhas, vespas e formigas;
• Partenogênese;
• Gametas produzidos por mitose.
• Na maioria de outras espécies;
• Zigotos monoplóides não se desenvolvem;
• Mutações deletérias recessivas em espécies diplóides;
• Carga genética;
• Mascarados naturalmente.
Poliplóides
• Comum em plantas;
• Rara em animais;
• Aumento no número de conjuntos
cromossômicos importante na
origem de novas espécies de
plantas;
• Euplóides aberrantes;
• Relação entre número de cópias do
conjunto cromossômico e o tamanho do
organismo.
Poliplóides
• Autopoliplóides;
• Aqueles que têm conjuntos cromossômicos múltiplos com origem
dentro da espécie.
• Alopoliplóides;
• Aqueles que têm conjuntos cromossômicos de duas ou mais
espécies;
Poliplóides
• Autopoliplóides;
• Triplóides;
• Cruzamento entre 4n e 2n;
• Estéreis;
• Problemas na sinapse dos cromossomos na meiose.
Poliplóides
• Autopoliplóides;
• Gametas geralmente não geram prole viável;
• Em plantas -> Grãos de pólen inviáveis.
Poliplóides com números ímpares de 
conjuntos cromossômicos são estéreis ou 
altamente inférteis, pois seus gametas e 
prole são aneuplóides
Poliplóides
• Autopoliplóides;
• Poliploidia;
• Espontaneamente;
• Induzida por agentes químicos que perturbam a polimerização dos
microtúbulos.
Poliplóides
• Autopoliplóides;
• Tratamento químico aplicado ao tecido somático;
• Tecido poliplóide resultante;
• Detectado por microscopia.
• Ramificação usada como muda.
Poliplóides
• Autopoliplóides;
Poliplóides
• Alopoliplóides;
• Planta híbrida de duas ou mais espécies;
• Alopoliplóide prototípico sintetizado por Georgi Karpechenko em
1928 e origem do anfidiplóide.
Poliplóides
• Alopoliplóides;
• Anfidiplóides.
Poliplóides
• Alopoliplóide natural;
Aplicações agriculturais
• Variações no número de cromossomos foram exploradas
para criar novas linhagens de plantas;
• Diploidia é uma característica inerente para os criadores
de plantas;
• Quando desejam mutações recessivas -> Não detectadas
quando não são homólogas;
• Combinações favoráveis rompidas na meiose;
Monoplóides
Aplicações agriculturais
• Monoplóides;
• Artificialmente derivados de produtos da meiose nas anteras da
planta.
Aplicações agriculturais
• Monoplóides;
• Enfoque 1;
• Examinados para combinações alélicas já presentes em um diplóide;
• Monoplóide pode ser submetido a duplicação cromossômica.
• Enfoque 2;
• Tratar monoplóides como uma população de organismos haplóides em
um procedimento de mutagênese e seleção.
Parades de 
células 
monoplóides
removidas
Exposição a um 
mutágeno
Células 
flanqueadas em 
um meio que 
seleciona 
fenótipos
• Selecionar resistência a compostos tóxicos 
produzidos por um parasita da planta;
• Selecionar resistência a herbicidas.
Monoplóides
duplicados
Aplicações agriculturais
• Autotriplóides;
• Bananas disponíveis no comércio -> Triplóides estéreis (3n=33);
• Ausência de sementes.
• Melancias sem sementes.
• Autotetraplóides;
• Cultivos comerciais para tirar proveito do seu aumento de
tamanho.
Aplicaçõesagriculturais
• Alopoliplóides;
• Formação de poliplóides entre espécies diferentes;
• Algodão do Novo Mundo -> Alopoliplóide natural;
• Alguns sintetizados artificialmente;
• Combinação de características úteis de espécies parentais;
• Triticale;
• Tristicum (trigo), 6n=42;
• Secale (centeio), 2n=14;
• Triticale, 2n = 2 x (21+7) = 56.
Alta produtividade do trigo 
com resistência da cevada
Animais poliplóides
• Ocorrência natural;
• Espécies poliplóides;
• Platelmintos;
• Sanguessugas;
• Camarões de água salgada.
• Drosophila triplóide e tetraplóide sintetizadas
experimentalmente;
• Anfíbios e répteis;
• Sapos e girinos com reprodução sexual;
• Salamandras e lagartos partenogenéticos.
• Triplóides estéreis;
• Ostras.
Partenogênese
Aneuploidia
• Organismo cujo número de cromossomos difere do tipo
selvagem por parte de um conjunto de cromossomos;
• Difere por apenas um cromossomo ou por um pequeno
número de cromossomos;
• Nos diplóides;
• 2n + 1 -> Trissômico;
• 2n -1 -> Monossômico;
• 2n -2 -> Nulissômico;
• Nos haplóides;
• N +1 -> Dissômico.
Aneuploidia
• Não-disjunção;
• Falha na segregação de cromossomos homólogos ou cromátides
para pólos opostos;
• Durante meiose ou mitose;
• Causa da maioria das aneuploidias;
• Não-disjunção mitótica;
• À medida que as células se dividem no desenvolvimento;
• Setores do corpo aneuplóides.
• Não-disjunção meiótica;
• Produtos aneuplóides -> Novo organismo aneuplóide.
Aneuploidia
Aneuploidia
• Não-disjunção;
• Processos moleculares exatos não são conhecidos;
• Em experimentos;
• Frequência de não-disjunção aumentada pela interferência com a
polimerização de microtúbulos.
• Mais comum na meiose I;
• Crossings na prófase I.
Os crossings são necessários para manter os 
bivalentes pareados até a anáfase I. Se o 
crossing falha, ocorre uma não-disjunção na 
primeira divisão.
Aneuploidia - Monossômicos
• 2n -1;
• Na maioria dos organismos diplóides;
• Monossomia é deletéria.
• Humanos;
• Monossomia para qualquer dos autossomos morrem no útero;
• Alguns monossômicos para o X são viávies;
• Síndrome de Turner;
• XO;
• 1 a cada 5000 nascimentos femininos.
Aneuploidia - Monossômicos
Aneuploidia - Monossômicos
• Plantas monossômicas viáveis;
• Mapear alelos mutantes recessivos em um cromossomo
específico.
Aneuploidia - Trissômicos
• 2n + 1;
• Em organismos diplóides, resulta em anomalias ou morte;
• Podem ser viáveis e férteis.
Aneuploidia - Trissômicos
• Trissômicos humanos
viáveis;
• Sexuais -> 1 em 1000
nascimentos do sexo
relevante;
• XXY -> Síndrome de
Klinefelter.
Aneuploidia - Trissômicos
• Trissômicos humanos viáveis;
• XYY;
• Homens férteis;
• Pareamento normal do X com um Y na meiose; o outro Y não
pareia e não é transmitido aos gametas.
• XXX;
• Mulheres férteis;
• Pareamento normal do X com um X na meiose; o outro X não
pareia e não é transmitido aos gametas.
Aneuploidia - Trissômicos
• Trissômicos humanos
viáveis;
• Síndrome de Down;
• Frequência de 0,15% de todos
os nativivos;
• Cópia extra do cromossomo 21;
• Casos esporádicos -> Não há
histórico familiar;
• Casos raros -> Translocação
transmitida do genitor ao filho.
Aneuploidia - Trissômicos
Aneuploidia - Trissômicos
• Trissômicos humanos
viáveis;
• Síndrome de Down;
• Relação com a idade materna;
• Análise cromossômica por
amniocentese ou por amostras
de vilosidades coriônicas;
• Efeitos menos pronunciado de
idade paterna.
Aneuploidia - Trissômicos
• Trissômicos humanos viáveis;
• Trissomia do 13 -> Síndrome de Patau;
• Trissomia do 18 -> Síndrome de Edwards.
Aneuploidia - Trissômicos
Mudanças na estrutura do cromossomo
Mutação estrutural
• Deleção;
• Duplicação;
• Inversão;
• Translocação
• Rearranjos por quebras
• Cada cromossomos é uma única molécula bifilamentar de DNA;
• O primeiro evento na produção de um rearranjo cromossômica é a
geração de duas ou mais quebras bifilamentares num cromossomo
de uma célula;
• Letais;
• Reparo – juntando pontas quebradas;
• Pontas da mesma quebra ou diferentes;
Rearranjos
Mutação estrutural
• Rearranjos por quebras
• Rearranjos que sobrevivem a meiose – um centrômero e dois
telômeros;
• Acrocêntrico;
• Dicêntrico;
• Balanço gênico pode ser afetado;
• Recombinação homóloga não-alélica
• Deleções, duplicações, inversões e translocações
Mutação estrutural
• Rearranjos
• Desbalanceados;
• Mudam a dosagem gênica de um segmento cromossômico;
• Deleções e duplicações;
Mutação estrutural
• Balanceados;
• Trocam a ordem de genes, mas não removem nem duplicam nenhum
DNA.
• Inversões e translocações recíprocas
Deleções
• Perda de um braço cromossômico;
• Duas quebras;
• Não tem centrômero;
• Deleções
• Intragênicas
• Nunca revertem ao tipo selvagem
• Multigênicas
• Deletérias
A letalidade de grandes deleções heterozigotas pode ser explicada pelo 
desequilíbrio gênico e expressão de recessivos deletérios
Deleções
• Deleções visíveis
• Alça de deleção;
• Drosophila – cromossomos
politênicos
• Glândulas salivares
Deleções
• A deleção de um segmento em um homólogo às vezes revela
alelos recessivos presentes no outro homólogo;
• Expressão
• Pseudominância
Deleções
• Síndromes
• Síndrome do cri du chat
• Deleção heterozigota da
ponta do braço curto do
cromossomo 5
• 5p15.2 e 5p15.3
• Choro fino, microencefalia,
retardo mental e face
redonda;
• Atingem idade adulta
Deleções
Deleções
• Síndrome de Williams
• Autossômica dominante
• Desenvolvimento incomum
do sistema nervoso;
• 1 em 10000 pessoas;
• Habilidades musicais e de
canto;
• Deleção de 1,5 Mb no
homólogo do cromossomo
7
• 17 genes
Duplicações
• Mutações que produzem
uma cópia extra de alguma
região cromossômica
• Duplicações em tandem
• Adjacentes
• Duplicação insercional
• Duplicações segmentares
• 10 a 50 quilobases de tamanho
• Genes inteiros;
• Dispersas;
• Dentro do mesmo
cromossomo;
• Origem desconhecida.
Duplicações
• Duplicação de um genoma inteiro
Inversões
• Segmento de um cromossomo cortado, girado e
reinserido
• Paracêntrica
• Centrômero fica fora da inversão
• Pericêntrica
• Envolvem o centrômero
Inversões
• Rearranjos balanceados
• Não alteram a quantidade
geral de material genético
• Indivíduos normais
• Exceção: quebra dentro do
gene
• Inversão heterozigota
• Um conjunto normal com
um conjunto com a
inversão
• Alça de inversão
Inversões
• Ponte dicêntrica –
inversão paracêntrica
• Fragmento acêntrico
• Gametas inviáveis
Inversões
• Inversão pericêntrica
heterozigota
• Desequilíbrio gênico
• Zigoto morre
Inversões
• As inversão heterozigotas geralmente têm problemas
mecânicos de pareamento na região da inversão;
• Inversões pericêntricas – detectadas por novas
proporções de braços
• Inversões paracêntricas não alteram as proporções dos
braços
• Mudanças no bandeamento
Inversões
• Cromossomo balanceador
• Múltiplas inversões
• Não pode haver produtos do crossing viáveis
• Mutação morfológica dominante
As principais características diagnósticas das inversões heterozigotas 
são as alças de inversão, frequência de recombinantes reduzida e 
fertilidade reduzida devido a produtos meióticos deletados ou 
desbalanceados
Translocações recíprocas
• Dois cromossomos trocam fragmentos acêntricos criados
por duas quebras cromossômicas simultâneas;
Translocações recíprocas
• Segregação adjacente-1
• Segregação cromossomo normal com um translocado
• Segregação alternada
• Semi-esterilidade
Translocações recíprocas
• Pseudoligação
As translocações
recíprocas
heterozigotas são
diagnosticas
geneticamente pela
semi-esterilidade e
pela aparente ligação
de genes cujos loci
normais estão em
cromossomos
separados
Translocações robertsonianas
• Produz uma prole levando uma cópia extra quase
completa do cromossomo
Câncer
• Doença de proliferação anormal;
• Agressão;
• Mutação na sequência codificante ou reguladora de um
gene
• Função normal é regulara divisão celular;
• Proto-oncogenes
• Translocações
Incidência geral de mutações 
cromossômicas humanas
• Relevantes processos celulares são propensos a um alto
nível de erro;
• 15% abortos espontâneos
• Metade – anomalias cromossômicas
• Nativivos
• 0,6% anomalias cromossômicas
• Aneuploidias e rearranjos cromossômicos