GENÉTICA - AULAS 1 A 10

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Aula 1: Genética mendeliana
Apresentação
Durante vários anos, Mendel cultivou ervilha (Pisum sativum) e analisou cuidadosamente os descendentes de cada cruzamento. A ervilha é uma planta de cultivo fácil e apresenta gerações curtas, o que possibilita analisar maior número de gerações em um intervalo de tempo relativamente pequeno. Nesta aula, estudaremos as Leis de Mendel e a Genética — ciência que estuda o material hereditário e os mecanismos de sua transmissão ao longo de gerações.
Objetivo
· Definir as Leis de Mendel;
· Resolver os problemas relacionados aos experimentos mendelianos;
· Relacionar as descobertas de Mendel com a genética moderna.
Transmissão das características hereditárias
Antes de iniciar esta aula, é importante abordar alguns conceitos:
Diversos aspectos individuais, como o formato do corpo, o funcionamento dos órgãos e o comportamento de animais e de seres humanos, são transmitidos por hereditariedade. Muitas de nossas características físicas e comportamentais são herdadas, já nascem conosco.
Os eventos hereditários são classificados em dois grupos distintos:
Determinada característica hereditária pode aparecer oculta de uma geração para outra. Esse fato não significa que a característica foi excluída, mas sim, que um ou mais genes não estão sendo expressos. Mesmo não sendo expressos, os genes podem ser transmitidos para as próximas gerações.
As diferenças na aparência de indivíduos da mesma espécie se explicam por pequenas variações nos seus códigos genéticos. A aparência de um indivíduo é denominada fenótipo 1, e é resultado da interação da constituição genética, sendo esta inalterada com os fatores ambientais.
Fenótipo: Termo utilizado para designar características morfológicas, fisiológicas e comportamentais apresentadas por um indivíduo. O fenótipo de um indivíduo pode se modificar à medida que ele envelhece; fatores ambientais também podem alterar o fenótipo (o corpo de adapta às mudanças ambientais).
O código genético pode ser definido como a disposição das trincas formadas pelas bases nitrogenadas, compondo apenas 20 aminoácidos, que resultam na formação das mais variadas proteínas.
Esse código, representado pelas letras A, T, G e C, é universal a todos os indivíduos. Assim, o que os diferenciam são as associações formadas por essas letras (expressão gênica), que são influenciadas pelo ambiente para garantir a variabilidade.
A influência do genótipo 2 no fenótipo de um indivíduo depende, entre outros fatores, dos processos de transcrição e tradução. A expressão gênica que, influenciada pelo ambiente, é responsável pela formação do fenótipo ocorre por meio dos processos de transcrição e tradução do código genético em proteínas.
Genótipo: Termo que se refere à constituição genética do indivíduo, ou seja, aos genes que ele possui. O genótipo de um indivíduo deve ser inferido pela observação de seu fenótipo, da análise de seus pais, filhos e de outros parentes, ou ainda pelo sequenciamento de seu genoma.
Primeira Lei de Mendel
A primeira Lei de Mendel está relacionada à transmissão hereditária das características de um indivíduo a seus descendentes. De acordo com sua lei, cada característica é determinada por dois fatores que se separam na formação dos gametas, onde ocorrem em dose simples.
1902
Nesse ano, o pesquisador norte americano Walter S. Sutton propôs que os pares de fatores hereditários se localizavam em pares de cromossomos homólogos, e a separação dos homólogos durante a meiose levava à segregação dos fatores. As diferentes formas sob as quais um gene pode se apresentar são denominadas alelos.
Os seres vivos multiplicam suas células com a finalidade de reproduzir-se, crescer e repor células perdidas. Os mais simples, como os seres procariontes, apenas duplicam seu DNA, partem a célula em dois, de uma, originam duas, semelhantes à célula-mãe. Seres mais complexos, como os eucariontes, passam por diversas etapas até chegar às células-filhas desejadas.
Cada cromossomo é formado por uma única e longa molécula de DNA associada a várias moléculas de histonas (proteína básica). Quando a célula não está em divisão, os cromossomos apresentam-se como um conjunto de fios muito finos, dispersos no nucleoplasma, recebendo o nome de cromatina. Na maioria dos casos, os cromossomos existem aos pares nas células do corpo do indivíduo (células somáticas diploides), e cada par é formado por cromossomos semelhantes, ou homólogos. Na meiose, os cromossomos homólogos separam-se, indo um cromossomo de cada par para um gameta, que é, portanto, uma célula haploide. Cada par de homólogos contém genes para as mesmas características. O lugar que cada gene ocupa no cromossomo é denominado lócus gênico. Os cromossomos homólogos apresentam os mesmos lócus gênicos. Cada gene pode apresentar diferentes formas ou variantes que se manifestam no organismo. Cada variante de um gene recebe o nome de alelo.
Os alelos ocorrem aos pares nas células diploides.
"Quando os alelos de um par são iguais, fala-se em condição homozigótica, para a qual Mendel usava o termo puro. Quando os alelos são diferentes, fala-se em condição heterozigótica, para a qual Mendel usava o termo híbrido."
MORAES, S/D
As alterações nos lócus gênicos são denominadas mutações gênicas.
A palavra característica ou caráter é utilizada em Genética para designar qualquer particularidade de um indivíduo. A cor de uma flor é um caráter de uma planta; o tipo de cabelo, a cor de olhos e o grupo sanguíneo são caracteres de uma pessoa.
Um mesmo caráter pode apresentar duas ou mais variáveis, sendo a variável de cada caráter denominada fenótipo. Assim, para o caráter grupo sanguíneo do sistema ABO há quatro fenótipos:
Exemplo: A coloração dos pelos de coelhos da raça himalaia varia em função da temperatura do ambiente. Nesses coelhos, a pelagem é tanto mais pigmentada quanto mais baixa é a temperatura. 
Pode-se induzir artificialmente a formação de pelagem negra em coelhos himalaia depilando-se uma região do corpo do animal e resfriando-a com uma bolsa de gelo. Após algum tempo, a pelagem que surge nessa região é negra.
Tipos de genes
Inicialmente, vamos entender como agem os genes recessivos e os genes dominantes:
Gene recessivo:  A característica de um gene recessivo não aparece expressa em indivíduos homozigotos; sua característica só é expressa quando seu alelo está presente nos dois pares de cromossomos.
Gene dominante:  É aquele que determina uma característica no indivíduo, mesmo se estiver presente em apenas um dos cromossomos, como é o caso dos heterozigotos.
Quando um indivíduo apresenta seu fenótipo determinado por um alelo recessivo, conclui-se que ele é homozigoto quanto ao alelo em questão.
Um indivíduo que apresenta o fenótipo determinado pelo alelo dominante poderá ser homozigoto ou heterozigoto. Caso um indivíduo apresente fenótipo dominante e seja filho de pai com fenótipo recessivo, ele certamente será heterozigoto, pois terá herdado apenas um alelo recessivo do pai.
Atividade
1 - Marque a alternativa que indica corretamente o nome da unidade básica da hereditariedade:
a) Gene b) Cromossomo c) Alelos d) RNA e) Nucléolo
 
GABARITO: O gene é considerado a unidade básica da hereditariedade e pode ser definido como um pedaço de DNA que contém as informações necessárias para a síntese de uma determinada proteína.
Segunda Lei de Mendel
Diferentemente da primeira Lei de Mendel, que analisa uma característica, na segunda Lei de Mendel, conhecida também como diibridismo ou segregação independente, várias características são analisadas simultaneamente.
Na geração parental (P), os indivíduos são homozigotos para suas características, ao cruzar ervilhas de sementes amarelas e lisas (VVRR) com ervilhas de sementes verdes e rugosas (vvrr).
Para a formação dos gametas, a segregação ocorre de maneira independente, já que cada gameta possui um par de alelos: indivíduos VVRR fornecendo os alelos VR e indivíduos vvrr fornecendo vr. Assim, na geração F1 resultante desse cruzamento,obteve-se 100% de indivíduos heterozigotos (VvRr), evidenciando as dominâncias entre os alelos. Observe a figura a seguir.
A partir do cruzamento entre os indivíduos heterozigotos (autofecundação), isolam-se todos os alelos possíveis formadores dos gametas para a obtenção da geração F2.
Um dos primeiros pensamentos acerca da hereditariedade que sustentava a ideia de que o descendente é resultado de uma mistura do material hereditário produzido pelos genitores é atribuído a Hipócrates. Mendel, em seus experimentos com ervilhas, mostrou que os fatores hereditários não se misturavam, sendo possível, por exemplo, obter ervilhas verdes na prole de duas plantas com ervilhas amarelas. Morgan, por sua vez, acrescentou a teoria cromossômica ao pensamento mendeliano. O número de gametas possíveis corresponde a n2, em que n= número de alelos heterozigotos (VV, Rr). Para a obtenção dos indivíduos, basta realizar o cruzamento entre os gametas, considerando VR, Vr, vR e vr os gametas maternos e VR, Vr, vR e vr os gametas paternos, visto que possuímos pares de alelos.
Analisando o resultado da autofecundação da geração F1, obtém-se a seguinte proporção fenotípica (9:3:3:1):
Atividade
2 - A segunda Lei de Mendel pode ser entendida como uma:
a) Ampliação da primeira, mostrando a segregação independente dos fatores para duas ou mais características.
b) Ampliação da primeira, mostrando a dependência dos fatores para duas características.
c) Restrição da primeira, mostrando a não disjunção dos fatores para duas ou mais características.
d) Limitação da primeira, mostrando a união dos fatores para duas ou mais características.
e) Ampliação da primeira, mostrando a duplicação dos fatores para duas ou mais características.
GABARITO: A segunda Lei de Mendel corresponde a uma ampliação da primeira Lei, mostrando a segregação ou separação independentes dos fatores ou genes, para duas ou mais características, a primeira Lei de Mendel determina que cada característica é condicionada por um par de fatores que se segregam para formar os gametas.
3 - (UFC-CE) Gregor Mendel, considerado o pai ou fundador da Genética clássica, realizou experimentos com plantas produtoras de ervilhas. Para demonstrar suas hipóteses, por que Mendel usou este tipo de vegetal?
a) O androceu e o gineceu estão presentes em uma mesma flor, o que facilita a ocorrência da autofecundação.
b) A semente apresenta apenas dois cotilédones, que absorvem as reservas alimentares para a nutrição do embrião e o desenvolvimento das ervilhas.
c) As características anatômicas das suas flores facilitam a fecundação cruzada e assim possibilitam a observação das características genéticas puras.
d) Os grãos de pólen são transferidos para o estigma de um mesmo estróbilo, já que as folhas modificadas se situam muito próximas umas das outras.
e) O número de descendentes por geração é pequeno e as gerações são longas, o que facilita a observação das características da flor e da semente.
GABARITO: O sucesso dos experimentos de Mendel consiste em um conjunto de fatores. Um deles foi a própria escolha do objeto de estudo: a ervilha Pisum sativum, planta de fácil cultivo e ciclo de vida curto, com flores hermafroditas e que se reproduzem por autofecundação, além de suas características contrastantes, sem intermediários: amarelas ou verdes; lisas ou rugosas; altas ou baixas; flores púrpuras ou brancas, entre outras.
4 - (MORAES, S/D) De acordo com a primeira lei de Mendel, confira as afirmações a seguir e marque a que apresentar informações incorretas:
a) Em cada espécie de ser vivo, o número de cromossomos é constante, e isso ocorre porque na formação dos gametas esse número é reduzido à metade e depois, na fecundação, restabelece-se o número inicial.
b) Cada caráter é determinado por um par de fatores que se separam na formação dos gametas, indo um fator do par para cada gameta.
c) Quando os alelos de um par são iguais, fala-se em condição heterozigótica (para a qual Mendel usava o termo puro), e quando os alelos são diferentes, fala-se em condição homozigótica (para a qual Mendel usava o termo híbrido).
d) Um mesmo caráter pode apresentar duas ou mais variáveis, e a variável de cada caráter é denominada fenótipo.
e) O termo genótipo pode ser aplicado tanto ao conjunto total de genes de um indivíduo como a cada gene em particular.
GABARITO: Quando os alelos de um par são iguais, fala-se em condição homozigótica (para a qual Mendel usava o termo puro), e quando os alelos são diferentes, fala-se em condição heterozigótica (para a qual Mendel usava o termo híbrido).
Genes letais
A pelagem amarela de camundongos é determinada por um gene dominante e a pelagem preta por um gene recessivo. Mas, o cruzamento de dois camundongos amarelos heterozigotos resulta em uma descendência de 2 amarelos para 1 preto, e não a proporção esperada de 3 para 1.
A explicação para esse resultado é que os embriões amarelos homozigotos se formam, mas não se desenvolvem, pois o gene responsável pelo amarelo em dose dupla é letal, ou seja, provoca a morte do embrião. Como o gene para amarelo (P) só mata o embrião em dose dupla, dizemos que ele é recessivo para letalidade, apesar de ser dominante para a cor do pelo. Assim, os indivíduos Pp são amarelos e sobrevivem; indivíduos pp são pretos e indivíduos PP morrem.
Aconselhamento genético
A avaliação dos riscos de uma pessoa ou um casal que deseja ter filhos corre de ter um problema genético é feita por especialista na área de Genética clínica, que ajudará também a pessoa ou o casal a compreender o tratamento e as opções para se lidar com o problema.
O profissional pode analisar a história familiar da doença, solicitar diversos exames e até mesmo exames de cromossomos e testes genéticos.
Muitas vezes, os genes apenas aumentam o risco da doença e a pessoa só precisa tomar certas precauções. Por exemplo, mulheres com propensão ao câncer de mama devem realizar exames periódicos com mais frequência.
Em alguns casos, porém, os testes podem indicar doenças que ainda não têm cura e que só aparecem após certa idade. Nesses casos, pode ser muito difícil tomar a decisão de realizar o teste, entre outros dilemas éticos.
Atividade
5 - (FUC-MT) Cruzando ervilhas verdes (vv) com ervilhas amarelas (Vv), os descendentes serão:
a) 100% verdes (vv).
b) 100% amarelas (VV).
c) 50% amarelas (Vv) e 50% verdes (vv).
d) 25% amarelas (Vv), 50% verdes (vv) e 25% amarelas (VV).
e) 25% verdes (vv), 50% amarelas (Vv) e 25% verdes (VV).
GABARITO: O enunciado nos diz que as ervilhas verdes são homozigóticas com genótipo recessivo (vv), e que as ervilhas amarelas são heterozigóticas com genótipo dominante (Vv). Ao cruzarmos esses indivíduos, podemos concluir que 50% dos descendentes possuem genótipo Vv, ou seja, cor amarela, e os outros 50% possuem o genótipo vv, ou seja, cor verde.
6 - Em um experimento, ao cruzar plantas puras de flores roxas com plantas puras de flores brancas, obteve-se 100% de plantas com flores roxas em F1. Levando em consideração que o experimento obedece à primeira Lei de Mendel, espera-se que em F2 as flores roxas e brancas apresentem-se em uma proporção de:
a) 5:3 b) 1:1 c) 2:3 d) 3:1 e) 2:5
GABARITO: Em F2, as flores roxas e brancas aparecerão em uma proporção de 3:1, ou seja, 75% de flores roxas e 25% de flores brancas. 
Aula 2: Intérfase
Apresentação
O ciclo celular é dividido em intérfase e divisão celular. A intérfase representa cerca de 95% do tempo de vida de uma célula, sendo subdividida nas fases S, G1 e G2. A divisão celular propriamente dita envolve processos de divisão de divisão do núcleo e do citoplasma.
Nesta aula, estudaremos o período que precede a divisão de uma célula. Veremos que na intérfase a célula está em grande atividade, e que seu núcleo, nesse momento, é chamado de núcleo interfásico ou metabólico, pois trabalha em intenso metabolismo, preparando-se para a divisão celular.
Objetivo
· Analisar a regulação da divisão celular;
· Explicar o processo de replicação do DNA;
· Esclarecer obloqueio do ciclo celular.
Ciclo celular
O ciclo celular compreende uma série ordenada de eventos macromoleculares que levam à divisão celular e à produção de células-filha, cada uma contendo cromossomos idênticos aos da célula parental. A duplicação dos cromossomos parentais acontece durante a fase S do ciclo celular, e um de cada cromossomo-filho resultante é distribuído à cada célula-filha, durante a mitose. Um controle temporal preciso dos eventos do ciclo celular assegura que a replicação dos cromossomos e sua segregação para as células-filha aconteçam na ordem adequada e com fidelidade extremamente alta. A regulação do ciclo celular é crítica para o desenvolvimento normal dos organismos multicelulares, e a perda do controle pode levar ao câncer, uma doença bastante conhecida que mata uma em cada seis pessoas nos países desenvolvidos do mundo.
Divisão de intérfase
A intérfase pode ser dividida em três períodos:
Estágios do ciclo celular
· O processo de divisão celular é cíclico e unidirecional. O período entre as divisões celulares sucessivas, intérfase, inicia-se com um período de biossíntese e crescimento celular rápidos (G1), de modo a gerar constituintes celulares suficientes para as células-filhas. Essa fase é a que tem duração mais variável (minutos a meses)
· Nos tecidos que não se encontram em divisão, as células passam a um estado de repouso (G0), mas podem entrar novamente em G1 se forem estimuladas. Após a fase G1, a célula passa à fase S, quando todo o DNA genômico é duplicado.
· A fase seguinte, G2, prepara a célula para a fase M, na qual ocorre a mitose, que é a divisão do material nuclear, e a citocinese, o processo de divisão citoplasmática, de modo que as duas células-filhas recebam um cópia completa do DNA genômico.
Proliferação de células quiescentes (mitogênese)
A proliferação de células quiescentes (transição de G0 a G1) pode ser induzida por mitógenos, levando à expressão de genes responsivos e à progressão do ciclocelular através da fase G1 até um ponto de restrição (nas células de mamíferos) ou START (leveduras). Uma vez cruzado o ponto de restrição, as células se encaminham inexoravelmente para um ciclo de divisão completo, não mais precisando de fatores de crescimento e não respondendo aos sinais antimitogênicos.
Regulação do ciclo celular
A progressão celular é regulada em pontos de controle entre etapas (pontos de restrição, entrada na mitose e saída mitose). Esses pontos monitoram, respectivamente, a disponibilidade de nutrientes/fatores de crescimento, a replicação/lesão do DNA e a montagem do fuso mitótico.
A transição entre as etapas é desencadeada por um aumento da atividade de proteínas quinases dependentes da ciclina (CDK). Cada CDK fosforila e, portanto, modula a atividade de um subgrupo de proteínas-alvo específicas para a progressão ao longo de cada transição do ciclo celular.
Controle da atividade da proteína quinase dependente de ciclina pela expressão de ciclina
Os níveis de proteínas CDK permanecem relativamente constantes ao longo do ciclo celular, mas sua atividade é regulada em diferentes etapas. As CDKs são ativadas principalmente pela ligação de ciclinas específicas. Os níveis das diferentes ciclinas se elevam e caem em diferentes pontos do ciclo celular, produzindo uma ativação temporal de cada CDK específica.
Exemplo: A síntese de ciclina B é relativamente constante, e suas concentrações se elevam de maneira linear até que se atinja um limiar no qual a Cdc2 é ativada e a célula passe à mitose. Durante a mitose, a taxa de degradação da ciclina B acelera e a estimulação da Cdc2 é interrompida.
As CDKs também estão sujeitas a uma modulação complexa em resposta a diversas vias de sinalização intracelular. Isto serve para integrar os sinais intra e extracelulares que refletem o estado nutricional e a comunicação intercelular.
Genes de supressão tumoral regual a passagem para a fase S
• Os substratos para as CDKs ainda estão sendo caracterizados, entretanto, um mecanismo no ponto de controle G1-S pode envolver a hiperfosforilação dos reguladores negativos do ciclo celular, tais como o produto do gene supressor de retinoblastonas (pRb), desfazendo a supressão que exerce sobre a transcrição após G1.
• Em células quiescentes normais e no início de G1, o pRb é encontrado em uma forma hiperfosforilada, que se liga ativamente a diversas proteínas citoplasmáticas. A fosforilação de pRb pela G1 CDK (CDK2/ciclina D) resulta na liberação dessas proteínas, incluindo fatores de transcrição da família E2F, que passam a ativar genes da fase S.
• Portanto, em G1, o pRb parece atuar como um dos supressores do ciclo celular por se ligar a membros da família do fator de transcrição E2F. No retinoblastoma e em diversos outros tunores, o pRb está ausente ou inativo, e as células passam pelo ponto de controle G1-S sem restrições.
Replicação do DNA
Durante a fase S (6-8h), todos os 46 cromossomos são replicados formando uma cromátide irmã ligada à molécula original por meio do centrômero. A replicação do DNA tem início em sítios de origem específicos, a estrutura da cromatina é desenroscada pela DNA helicase, num processo dependente do ATP, expondo sítios de ligação para uma RNA polimerase. A DNA topoisomerase também atua rompendo e religando as fitas desenroscadas, impedindo que a estrutura se torne emaranhada. Uma proteína de ligação ao DNA de fita única se liga às fitas desenroscadas, protegendo-as da degeneração até o início da duplicação do DNA.
Uma das fitas desenroscadas terá polaridade 3’-5’ (fita contínua), e a outra terá polaridade 5’-3’ (fita descontínua). Como a DNA plimerase catalisa somente a síntese na direção 5’-3’, um processo diferente é necessário para a fita descontínua.
Replicação a partir da fita 3’-5’
O início da replicação requer a síntese de um pequeno fragmento de RNA no sentido 5’-3’ (10-20 nucleotídeos) a partir da fita molde (fita contínua), lida no sentido 3’ a 5’. Essa reação é catalisada por RNA plimerases ou primases específicas que não precisam de oligonucleotídeos de iniciação.
Usando o fragmento de RNA como iniciador, a DNA polimerase III catalisa a incorporação eficiente de nucleotídeos pareados, a partir da fita contínua e a reação de alongamento que forma a cadeia irmã na polaridade 5’-3’. Assim, dois complexos de DNA polimerases podem se ligar a cada sítio de origem da replicação, gerando duas forquilhas de replicação que se afastam uma da outra à medida que a síntese.
Replicação a partir da fita 5’ -3’
A síntese a partir da outra fita-mãe (fita descontínua 5’-3’) deve ocorrer no sentido oposto. A duplicação do DNA nessa fita acontece por um mecanismo descontínuo, gerando fragmentos curtos (em torno de 1.000 nucleotídeos) de DNA novo, chamados de fragmentos de Okazaki.
Assim como na fita contínua, a duplicação é iniciada pela síntese de um iniciador de RNA, que direciona a síntese do DNA por meio da DNA polimerase III. Isso ocorre até a que a polimerase alcance o iniciador do RNA no segmento anterior da sequência de DNA, resultando em fragmento de Okazaki.
Foi sugerido que a DNA polimerase dimérica atuaria sobre uma estrutura em alça do DNA em cada forquilha de replicação, de modo que a síntese do DNA ocorreria de maneira essencialmente simultânea em ambas as fitas.
Para completar a nova fita de DNA gerada a partir da fita descontínua, as seções curtas de RNA iniciador são removidas por uma RNAase 5’-3’. A DNA polimerase I completa a fita do DNA nessa lacuna, e os fragmentos adjacentes de DNA são unidos por uma DNA ligase movida pela hidrólise do ATP ou pelo NAD+ (em alguns procariotos).
Réplicons
Para assegurar que todo o genoma seja replicado no curto período de tempo da fase S, múltiplas forquilhas de replicação (até 100) são ativadas em cada cromossomo.
Estas se movem em direções opostas em relação aos sítios de origem da replicação adjacentes, encontrando-se por fim em sítios de terminação nos quais os segmentos adjacentes do novo DNA são ligados.
A extensão do DNA produzido entre duas origensé aproximadamente a mesma que aquela necessária para formar uma alça da estrutura de cromatina ou um único gene, sendo chamada de um réplicon (até 300 mil pares de base).
Bloqueio do ciclo celular: O ciclo celular pode ser bloqueado em dois pontos (G1-S e G2-M) como resultado de lesões no DNA. Os mecanismos de bloqueio do ciclo celular envolvem a inibição da regulação de proteínas quinases dependentes de ciclina (CDKs) pela fosforilação de inibidores de CKKs.
Exemplo: O produto do gene de supressão tumoral p53 é importante no bloqueio do ciclo celular em G1, impedindo, assim, a replicação do DNA lesado, e pode estimular indiretamente o reparo do DNA.
A expressão do p53 é normalmente baixa, mas aumenta de maneira importante quando o DNA é lesado, levando à sugestão de que seria um guardião do genoma. O p53 induz a expressão do inibidor de CKs p21, que inibe a CKD de G1-S.
Reparo do DNA
A manutenção da integridade das informações genéticas transportadas elo DNA de um organismo é vital para sua sobrevivência. Além da despurinação, perda de uma purina, e da desaminação, perda do grupo amina de uma base, que ocorrem espontaneamente (5.000-10.000 vezes por genoma por dia, respectivamente), a célula deve resistir aos feitos de agentes ambientais como mutágenos químicos e forças físicas (radiação ultravioleta, raios X, radiação cósmica).
Parte dos danos é realizada pelo próprio organismo, resultado de erros na replicação, e existem enzimas de reparo específicas que analisam o DNA recém-sintetizado, substituindo as bases incorporadas de maneira errônea. Os danos não reparados podem levar a mutações, perda de informações ou até mesmo bloquear a replicação. Como consequência, as células expressam diversas enzimas cuja tarefa é reparar o DNA lesado antes que seja replicado.
Lesões simples, como aquelas causadas pela alquilação de bases (modificação covalente por grupos alquila), podem ser revertidas, enquanto outras lesões são removidas e substituídas por um novo DNA.
Reversão de lesões: Agentes alquilantes, como nitroureias e as mostardas de nitrogênio, acrescentam grupos alquila a resíduo de guanina (e, em menor grau, a outras bases). Esses grupos alquila podem ser removidos diretamente por enzimas alquila transferases, revertendo assim as lesões.
Substituição de bases lesadas
As bases desaminadas são clivadas do esqueleto de açúcar-fosfato por DNA glicosilases específicas. Os sítios resultantes apurínicos ou apirimidínicos (juntamente com aqueles produzidos pela despurinação espontânea) são reconhecidos por endonucleases AP (apurínicas ou apirimidínicas) específicas, que cortam o esqueleto de açúcar-fosfato próximo ao sítio AP.
A base lesada pode ser removida por uma exonuclease, e um novo DNA é sintetizado pela DNA polimerase usando a fita não lesada como molde.
O processo de reparo é completado pela DNA ligase, que sela o corte no esqueleto.
Lesões maiores, como os dímeros de pirimidina (ciclobutano) produzidos por radiação ultravioleta, são corrigidas por excisão, na qual um segmento curto da fita lesada é removido e substituído por DNA novo.
Atividade
1. (SANTOS, S/D) Sabemos que a duplicação dos cromossomos ocorre ainda na intérfase. Marque a alternativa que indica corretamente em qual fase ocorrerá a duplicação do DNA cromossômico.
a) G0 b) G1 c) G2 d) S e) S2
GABARITO: A síntese de DNA ocorre na fase chamada de S. Essa etapa recebe essa denominação porque S é a inicial da palavra inglesa synthesis.
2. (UFV-MG) Como reconhecimento de seus trabalhos pioneiros relacionados ao ciclo celular, Leland H. Hartwell, Tim Hunt e Paul Nurse receberam o Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia em 2001. Com relação ao ciclo celular em eucariotos, assinale a alternativa correta:
a) A célula em G1 perde as suas atividades metabólicas.
b) A síntese de DNA e RNA é mais intensa durante a fase G2.
c) A fase S caracteriza-se principalmente por intensa atividade nucleolar.
d) Em células totalmente diferenciadas o ciclo é suspenso em S.
e) A célula em G1 possui metade da quantidade de DNA comparada a G2.
GABARITO: A célula em G2 apresenta maior quantidade de DNA, pois em S ocorre a síntese do DNA cromossômico.
3. (SANTOS, S/D) No processo de duplicação de DNA, uma enzima é responsável por possibilitar a ligação entre os nucleotídeos que estão formando a nova fita. Marque a alternativa que indica corretamente o nome dessa enzima:
a) DNA helicase b) DNA polimerase c) RNA polimerase d) DNA ligase e) Transcriptase reversa
GABARITO: A DNA polimerase é a enzima responsável por catalizar a síntese da nova fita de DNA.
4. (ENEM) Nos dias de hoje, podemos dizer que praticamente todos os seres humanos já ouviram em algum momento falar sobre o DNA e seu papel na hereditariedade da maioria dos organismos.
Porém, apenas em 1952, um ano antes da descrição do modelo do DNA em dupla hélice por Watson e Crick, que foi confirmado sem sombra de dúvida que o DNA é material genético. No artigo em que Watson e Crick descreveram a molécula de DNA, eles sugeriram um modelo de como essa molécula deveria se replicar.
Em 1958, Meselson e Stahl realizaram experimentos utilizando isótopos pesados de nitrogênio que foram incorporados às bases nitrogenadas para avaliar como se daria a replicação da molécula. A partir dos resultados, confirmaram o modelo sugerido por Watson e Crick, que tinha como premissa básica o rompimento das pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas. Fonte: Griffiths et al, 2002.
Considerando a estrutura da molécula de DNA e a posição das pontes de hidrogênio na mesma, os experimentos realizados por Meselson e Stahl a respeito da replicação dessa molécula levaram à conclusão de que a replicação do DNA é:
a) Conservativa, isto é, a fita dupla filha é recém-sintetizada, e o filamento parental é conservado.
b) Dispersiva, isto é, as fitas filhas contêm DNA recém-sintetizado e parentais em cada uma das fitas.
c) Semiconservativa, isto é, as fitas filhas consistem de uma fita parental e uma recém-sintetizada.
d) Conservativa, isto é, as fitas filhas consistem de moléculas de DNA parental.
e) Semiconservativa, isto é, as fitas filhas consistem de uma fita molde e uma fita codificadora.
GABARITO: Dizemos que a replicação é semiconservativa, pois as fitas recém-formadas são compostas por uma fita parental que funcionou como molde e por uma nova fita.
5. (UFG) O ciclo celular pode ser interrompido em determinadas fases para evitar a produção de células com erro no DNA. A ausência de controle da divisão celular relaciona-se diretamente com o desenvolvimento de neoplasia (câncer). Um exemplo de controle do ciclo celular é a interrupção em G1 pela proteína p53, quando uma lesão no DNA é detectada.
a) O que ocorre com uma célula quando essa proteína é ativada?
b) Permanece em G2.
c) Interrompe a síntese de DNA.
d) Duplica os cromossomos.
e) Torna-se poliploide.
GABARITO: A p53 é considerada como o guardião do genoma, referindo-se ao seu papel na conservação da estabilidade, impedindo a mutação do genoma.
6. (UFPR) Existem genes supressores de tumores que inibem o desenvolvimento do câncer. Esses genes atuam codificando:
a) Proteínas específicas que inibem as divisões celulares descontroladas.
b) Polinucleotídeos específicos que podem inibir o controle mitótico.
c) Polipeptídeos alterados que aumentam o índice mitótico.
d) Glicídios específicos que podem desequilibrar o controle mitótico.
e) Fosfolipídios que alteram o metabolismo que controla o ciclo celular. 
Aula 3: Meiose e mitose
Apresentação
Nos organismos multicelulares, podemos identificar, como regra geral, dois tipos de células: as somáticas e as reprodutoras (gametas). As células somáticas são aquelas que formam o corpo (soma) e as reprodutoras são as que se destinam à perpetuação da espécie.
Uma importante diferença entre esses dois tipos de células é que, de modo geral, as células somáticas possuem o dobro do número de cromossomos quando comparadas com as células reprodutoras. Todas elas, no entanto, são formadaspor divisão de células preexistentes.
Nesta aula, veremos que a mitose possibilita que a partir de uma célula haja a formação de duas células com o mesmo número de cromossomos, enquanto na meiose, uma célula origina quatro células, cada uma com a metade do número de cromossomos da célula inicial, sendo o processo por meio do qual se formam as células reprodutoras ou gametas.
Objetivos
· Identificar os tipos de divisões celulares;
· Relacionar a organização dos cromossomos humanos com a mitose;
· Explicar a importância da meiose para a variabilidade genética.
Divisões celulares
Nos organismos unicelulares, a divisão celular é o meio de reprodução; em organismos multicelulares, é o meio de crescimento e manutenção dos tecidos. A sobrevivência dos eucariotos depende das interações entre muitos tipos de células, e é essencial que uma distribuição equilibrada de tipos seja mantida. Isso é conseguido pelo processo altamente regulado de proliferação celular.
O crescimento e a divisão de diferentes populações de células são controlados de maneiras diferentes, mas os mecanismos básicos são semelhantes em todos os organismos multicelulares.
A maioria dos tecidos do corpo cresce aumentando o seu número de células, mas esse crescimento é altamente regulado para manter um equilíbrio entre os diferentes tecidos. Nos adultos, a maior parte da divisão celular está envolvida na renovação do tecido, e não no crescimento, e muitos tipos de células sofrem uma substituição contínua.
Células da pele, por exemplo, são constantemente descartadas e substituídas. Nesse caso, as células maduras diferenciadas não se dividem, mas sua população é renovada pela divisão de células-tronco imaturas. No fígado, as células maduras permanecem capazes de divisão para permitir o crescimento ou a regeneração após a lesão.
Em contraste com esses padrões, outros tipos de células não podem se dividir ou são impedidos de se dividir por certas moléculas produzidas por células próximas. Como resultado, no organismo adulto, alguns tecidos têm uma capacidade muito reduzida de renovar células danificadas ou doentes.
Exemplo: Exemplos de tais tecidos incluem músculo cardíaco, células nervosas do sistema nervoso central e células de cristalino em mamíferos. A manutenção e o reparo dessas células limitam-se a substituir componentes intracelulares em vez de substituir células inteiras.
Antes que uma célula possa se dividir, deve duplicar com precisão e completamente a informação genética codificada em seu DNA para que suas células progênicas funcionem e sobrevivam. Esse é um problema complexo devido ao grande comprimento das moléculas de DNA. O cromossomo humano consiste em uma longa espiral dupla, ou hélice, cada um com mais de 100 milhões de nucleotídeos.
Ciclo celular
As células começam suas vidas em interfase, durante o qual as células crescem, replicam seus cromossomos para criar 92 cromátides totais de 46 cromossomos individuais e verificar seu trabalho. As subfases que correspondem a cada um desses processos de interfase são denominadas:
 
A maioria das células entra na mitose, também conhecida como fase M; aqui, o núcleo se divide em uma série de quatro etapas, mas certas células germinativas nas gônadas que se destinam a se tornar gametas, ou células sexuais, entram na meiose.
Mitose
Em eucariotos, os processos de replicação do DNA e de divisão celular ocorrem em diferentes momentos do ciclo de divisão celular, em que o DNA se condensa para formar cromossomos curtos, enrolados e em forma de bastonete. Cada cromossomo, então, divide-se longitudinalmente, formando duas cromátides idênticas.
Cada par de cromátides é dividido entre as duas células-filha durante a mitose, ou divisão do núcleo, um processo no qual os cromossomos são impulsionados por ligação a um feixe de microtúbulos chamado de fuso mitótico. Uma característica essencial da mitose é a fixação das cromátides a polos opostos do fuso mitótico. Isso garante que cada uma das células-filha receba um conjunto completo de cromossomos. O fuso mitótico é composto de microtúbulos, cada um dos quais é um conjunto tubular de moléculas da proteína.
Alguns microtúbulos se estendem de um polo do fuso ao outro, enquanto uma segunda classe se estende de um polo do fuso até uma cromátide. Microtúbulos podem crescer ou encolher pela adição ou remoção de moléculas de tubulina. O encurtamento dos microtúbulos do fuso na anáfase impulsiona as cromátides aderidas aos polos do fuso, onde se desenrolam para formar novos núcleos.
Atenção! 
Os dois polos do fuso mitótico são ocupados por centrossomas, que organizam as matrizes de microtúbulos. Em células animais, cada centrossoma contém um par de centríolos cilíndricos, compostos por conjuntos complexos de microtúbulos. Os centríolos duplicam em um momento preciso no ciclo de divisão celular, geralmente, próximo ao início da replicação do DNA.
 
Após a mitose vem citocinese, a divisão do citoplasma. Este é outro processo no qual células animais e vegetais diferem. Em células animais a citocinese é processada a partir da constrição célula por um anel de microfilamentos contrate consistindo em actina e miosina, as proteínas envolvidas na contração muscular e outras formas de movimento celular. Nas células vegetais, o citoplasma é dividido pela formação de uma nova parede celular, chamada de placa celular, entre as duas células-filha. A placa celular surge a partir de pequenas vesículas derivadas do Golgi que coalescem em um plano através do equador do fuso tardio da telófase para formar uma estrutura em forma de disco.
Mitose ocupa uma parte do ciclo celular
Com pouquíssimas exceções, a mitose ocupa uma fração muito menor do ciclo celular do que a interfase.
A diferença na compactação do DNA entre a interfase e a mitose é dramática. Uma estimativa precisa da diferença não é possível, mas durante a interfase, a cromatina pode ser centenas ou milhares de vezes menos condensada do que durante a mitose. Por essa razão, os complexos enzimáticos que copiam o DNA têm o maior acesso ao DNA cromossômico durante a interfase, quando ocorre a grande maioria da transcrição gênica.
O DNA cromossômico é duplicado durante uma subfase de interfase conhecida como fase S ou síntese. Como as duas cadeias filhas de DNA são produzidas a partir do DNA cromossômico durante a fase S, essas cadeias filhas recrutam outras histonas e outras proteínas para formar as estruturas conhecidas como cromátides-irmãs.
· As cromátides-irmãs tornam-se coladas por um complexo proteico chamado coesina.
· A coesina é um membro do SMC, ou manutenção estrutural de cromossomos, uma família de proteínas.
· As proteínas do SMC são proteínas de ligação ao DNA que afetam as arquiteturas dos cromossomos.
As células que não possuem proteínas SMC mostram uma variedade de defeitos na estabilidade cromossômica ou no comportamento dos cromossomos. Dados atuais sugerem que os complexos de coesina podem literalmente formar círculos que englobam as duas cromátides.
No final da fase S, as células são capazes de perceber se seu DNA foi copiado com sucesso, usando um conjunto complicado de controles de pontos de verificação que ainda não são totalmente compreendidos. Na maioria das vezes, apenas as células que copiaram com sucesso o DNA prosseguirão para a mitose. A cromatina é extensamente condensada quando as células entram em mitose. A diferença mais óbvia entre a interfase e a mitose envolve o aparecimento dos cromossomos de uma célula. Durante a interfase, cromossomos individuais não são visíveis, e a cromatina aparece difusa e desorganizada. Pesquisas recentes sugerem, no entanto, que esta é uma simplificação excessiva e que os cromossomos podem, na verdade, ocupar territórios específicos dentro do núcleo. Em qualquer caso, quando a mitose começa, um notável processo de condensação ocorre, mediado em parte por outro membro da família SMC, a condensina.
Como coesina, a condensina é um complexo alongado de várias proteínas que se liga e circunda o DNA. Em contraste com o coesina, que liga duascromátides-irmãs juntas, pensa-se que a condensina se liga a uma única cromátide em múltiplos pontos, torcendo a cromatina em várias bobinas e alças
 O fuso mitótico auxilia na separação dos cromossomos
Durante a mitose, os cromossomos se ligam à estrutura conhecida como fuso mitótico. As fibras do fuso irradiam a partir de estruturas em cada polo que hoje reconhecemos como centrossômicos, e ele também observou que cada centrossomo contém dois pequenos corpos semelhantes a hastes, que agora são conhecidos como centríolos.
Os centríolos se duplicam antes que os cromossomos se tornem visíveis e que os dois pares de centríolos se movam para separar os polos antes que o fuso se reúna. Agora sabemos que os centríolos duplicam durante a fase S, embora muitos detalhes desse processo de duplicação ainda estejam sob investigação. Os fusos são matrizes bipolares de microtúbulos compostos por tubulina e que os centrossomos nucleavam o crescimento dos microtúbulos do fuso.
Durante a mitose, muitas fibras do fuso se ligam aos cromossomos em seus cinetócoros, que são estruturas especializadas nas regiões mais restritas dos cromossomos. O comprimento desses microtúbulos ligados ao cinetócoro diminui, então, durante a mitose, puxando as cromátides-irmãs para polos opostos do fuso. Outras fibras do fuso não se ligam aos cromossomos, mas formam um suporte que fornece força mecânica para separar os núcleos-filho no final da mitose.
Fases mitóticas
A mitose é dividida em cinco fases bem definidas, com base no estado físico dos cromossomos e do fuso. Como já estudamos, essas fases são prófase, prometáfase, metáfase, anáfase e telófase.
A citocinese é a divisão celular física final que segue a telófase e, portanto, é por vezes considerada uma sexta fase da mitose.
O entendimento bioquímico dos pesquisadores sobre as fases mitóticas aumentou muito nos últimos anos, revelando que o processo orquestrado envolve centenas ou milhares de proteínas celulares.
As cinco fases mitóticas
Prófase
A mitose começa com prófase, durante a qual os cromossomos recrutam a condensina e começam a passar por um processo de condensação que continuará até a metáfase. Na maioria das espécies, o coesina é largamente removida dos braços das cromátides-irmãs durante a prófase, permitindo que as cromátides-irmãs individuais sejam resolvidas. O coesina é retida, no entanto, na parte mais restrita do cromossomo, o centrômero. Durante a prófase, o fuso também começa a se formar à medida que os dois pares de centríolos se movem para polos opostos e os microtúbulos começam a se polimerizar a partir dos centrossomos duplicados.
Prometáfase
A prometáfase começa com a fragmentação abrupta do envelope nuclear em muitas pequenas vesículas que serão eventualmente divididas entre as futuras células-filha. A quebra da membrana nuclear é um passo essencial para a montagem do fuso. Como os centrossomos estão localizados fora do núcleo das células animais, os microtúbulos do fuso em desenvolvimento não têm acesso aos cromossomos até que a membrana nuclear se separe.
A prometáfase é uma parte extremamente dinâmica do ciclo celular. Os microtúbulos se agrupam e desmontam rapidamente à medida que crescem a partir dos centrossomas, buscando locais de fixação nos cinetócoros dos cromossomos, que são estruturas complexas semelhantes a plaquetas que se agrupam durante a prometáfase em uma face de cada cromátide-irmã em seu centrômero.
À medida que a prometáfase se inicia, os cromossomos são puxados em direções opostas pelos microtúbulos, que crescem para fora de ambos os polos do fuso, até que as forças direcionadas ao polo sejam finalmente equilibradas.
As cromátides-irmãs não se separam durante esse cabo de guerra porque estão firmemente presas umas às outras pelo coesina que permanece em seus centrômeros. No final da fase prometáfase, os cromossomas têm uma biorientação, o que significa que os cinetocoros nas cromátides-irmãs estão ligados por microtúbulos a polos opostos do fuso.
Metáfase
Em seguida, os cromossomos assumem seu estado mais compactado durante a metáfase, quando os centrômeros de todos os cromossomos da célula se alinham no equador do fuso.
A metáfase é particularmente útil na citogenética, porque os cromossomos podem ser mais facilmente visualizados nesse estágio. Além disso, as células podem ser paradas experimentalmente em metáfase com venenos mitóticos como a colchicina.
A microscopia de vídeo mostra que os cromossomos param temporariamente de se movimentar durante a metáfase. Um mecanismo de ponto de verificação complexo determina se o fuso está montado corretamente e, na maioria das vezes, somente as células com fusos montados corretamente entram na anáfase.
Anáfase
A progressão das células da metáfase para a anáfase é marcada pela separação abrupta das cromátides-irmãs. Uma das principais razões para a separação da cromátide é a degradação precipitada das moléculas de coesina que se juntam às cromátides-irmãs pela protease separase. Duas classes separadas de movimentos ocorrem durante a anáfase.
Durante a primeira parte da anáfase, os microtúbulos cinetôquicos encurtam e os cromossomos se movem em direção aos polos do fuso.
Durante a segunda parte da anáfase, os polos do fuso se separam à medida que os microtúbulos não cinetôquicos se movem um após o outro. Atualmente, acredita-se que esses últimos movimentos sejam catalisados por proteínas motoras que conectam os microtúbulos com polaridades opostas e andam em direção ao final dos microtúbulos.
 
Telófase e citocinese
A mitose termina com a telófase, ou o estágio em que os cromossomos atingem os polos. A membrana nuclear, então, se reforma, e os cromossomos começam a descondensar em suas conformações de interfase. A telófase é seguida pela citocinese ou pela divisão do citoplasma em duas células-filha. As células-filha que resultam desse processo têm composições genéticas idênticas.
Atividade
1. (FAZU - MG) Entre as frases a seguir, em relação à divisão celular por mitose, uma é incorreta. Aponte-a:
a) Na metáfase, todos os cromossomos, cada um com duas cromátides, encontram-se no equador da célula em maior grau de condensação.
b) A célula-mãe dá origem a duas células-filha com metade do número de cromossomos.
c) As células-filha são idênticas às células-mãe.
d) Ocorre nas células somáticas, tanto de animais como de vegetais.
e) É um processo muito importante para o crescimento dos organismos.
GABARITO: Na mitose, a célula-mãe dá origem a duas células-filha com o mesmo número de cromossomos, ou seja, células-filha geneticamente idênticas às células-mãe.
2. Qual fase da mitose é caracterizada pelo posicionamento dos cromossomos no equador da célula?
a) G1 b) Prófase c) Metáfase d) Anáfase e) Telófase
GABARITO: É na metáfase que os cromossomos se dispõem na região mediana da célula e formam a chamada placa equatorial.
Meiose
Uma divisão especializada de cromossomos chamada meiose ocorre durante a formação das células reprodutivas, ou gametas, de organismos sexualmente reprodutores.
Nesta fase da meiose das células germinativas, há uma diferença crucial da mitose de outras células. Na meiose, as duas cromátides que compõem cada cromossomo permanecem juntas, de modo que os cromossomos inteiros são separados de seus parceiros homólogos.
A divisão celular ocorre, seguida por uma segunda divisão que se assemelha mais à mitose, na medida em que separam as duas cromátides de cada cromossomo remanescente. Dessa forma, quando a meiose está completa, cada gameta maduro recebe apenas uma cópia de cada gene em vez das duas cópias presentes em outras células.
A meiose tem os mesmos quatro passos que a mitose (prófase, metáfase, anáfase e telófase), mas inclui duas divisões sucessivas que resultam em quatro células-filha em vez de duas, cada uma com 23 cromossomos em vez de 46.
Atenção! Os dois eventos que diferenciam a meiose da mitose são conhecidos como crossing over (ou recombinação genética) e sortimento independente. Estesocorrem na prófase e na metáfase da meiose 1.
Etapas da Meiose
Em vez de simplesmente memorizar os nomes das fases da meiose 1 e 2, é útil obter conhecimento suficiente do processo, além de rótulos específicos, para avaliar tanto as semelhanças com a divisão celular cotidiana quanto o que torna a meiose única.
O primeiro passo decisivo e promotor da diversidade na meiose é o pareamento de cromossomos homólogos. Ou seja, o cromossomo 1 duplicado da mãe é emparelhado com o cromossomo 1 duplicado do pai e assim por diante. Estes são chamados bivalentes.
Os braços dos homólogos trocam pequenos pedaços de DNA (crossing over). Os homólogos se separam, e os bivalentes se alinham ao longo do meio da célula aleatoriamente, de modo que a cópia materna de um dado homólogo é tão provável que acabe em um dado lado da célula quanto à cópia paterna. A célula se divide, mas entre os homólogos, não através dos centrômeros de qualquer um dos cromossomos duplicados; isso ocorre na segunda divisão meiótica, que é realmente apenas uma divisão mitótica.
Fases da meiose
Prófase 1: Os cromossomos se condensam e o aparato do fuso se forma; homólogos se alinham lado a lado para formar bivalentes e trocam pedaços de DNA (cruzando).
Metáfase 1: Os bivalentes se alinham aleatoriamente ao longo da placa metafásica. Porque em humanos existem 23 cromossomos pareados, o número de arranjos possíveis nesse processo é de 223, ou quase 8,4 milhões.
Anáfase 1: Os homólogos são separados, produzindo dois conjuntos de cromossomos filhos que não são idênticos por causa do cruzamento. Cada cromossomo ainda consiste de cromátides, com todos os 23 centrômeros em cada núcleo intacto.
Telófase 1: A célula se divide.
A mitose 2 é simplesmente uma divisão mitótica, com os passos rotulados em conformidade (prófase 2, metáfase 2 etc.) e serve para separar as cromátides não muito irmãs em células distintas. O resultado são quatro núcleos-filho que contêm uma mistura única de cromossomos parentais ligeiramente alterados, com um total de 23 cromossomos.
Isso é necessário porque esses gametas se fundem com outros gametas no processo de fertilização (espermatozoide mais óvulo), trazendo o número de cromossomos para 46 e dando a cada cromossomo um novo homólogo.
Contabilidade cromossômica na meiose
Um diagrama de meiose para humanos mostraria as seguintes informações:
Início da meiose 1 – 92 moléculas cromossômicas individuais (cromátides) em uma célula, dispostas em 46 cromossomos duplicados (cromátides-irmãs); o mesmo que na mitose.
Fim da prófase 1 – 92 moléculas em uma célula dispostas em 23 bivalentes (pares de cromossomos homólogos duplicados), cada qual contendo quatro cromátides em dois pares.
Fim das moléculas de anáfase 1 – 92 divididas em dois núcleos-filho não idênticos (graças ao sortimento independente), cada um com 23 pares de cromátides semelhantes, mas não idênticos (graças ao cruzamento).
Início das moléculas da meiose 2 – 92 divididas em duas células-filha não idênticas, cada uma com 23 pares de cromátides semelhantes, mas não idênticos.
Fim da anáfase 2 – 92 moléculas divididas em quatro núcleos-filho mutuamente não idênticos, cada um com 23 cromátides.
Fim das moléculas meiose 2 – 92 divididas em quatro células-filha mutuamente não idênticas, cada uma com 23 cromátides. Estes são gametas, chamados de espermatozoides, produzidos nas gônadas masculinas (testículos) e óvulos, produzidos nas gônadas femininas (ovários).
Aneuploides
Algumas células têm um número anormal de cromossomos que não é um múltiplo inteiro do número haploide. Essa condição é chamada aneuploidia. A maioria dos aneuploides surge por não disjunção, uma falha na separação dos cromossomos homólogos na meiose.
Quando um gameta desse tipo é fertilizado por um gameta normal, os zigotos formados terão uma distribuição desigual dos cromossomos. Esse desequilíbrio genômico resulta em anormalidades graves ou morte. Apenas aneuploides envolvendo pequenos cromossomos tendem a sobreviver e, mesmo assim, com um fenótipo aberrante.
Veja a seguir alguns dos tipos mais comuns de aneuploides:
Síndrome de Down 
A forma mais comum de aneuploidia em humanos resulta na síndrome de Down, um conjunto de distúrbios específicos em indivíduos que possuem um cromossomo 21 adicional (trissomia 21). Os sintomas da síndrome de Down incluem deficiência intelectual, distúrbios graves de órgãos internos, como coração e rins, olhos inclinados para cima, língua aumentada e padrões anormais de crista cutânea nos dedos, palmas das mãos e solas dos pés.
Síndrome de Turner
Outras formas de aneuploidia em humanos resultam do número anormal de cromossomos sexuais. A síndrome de Turner é uma condição na qual as mulheres têm apenas um cromossomo X. Os sintomas podem incluir baixa estatura, pescoço alado, malformações renais ou cardíacas, características sexuais subdesenvolvidas ou esterilidade.
Síndrome de Klinefelter 
A síndrome de Klinefelter é uma condição na qual os homens têm um cromossomo sexual feminino extra, resultando em um padrão XXY. (Outros, menos frequentes, padrões cromossômicos incluem XXXY, XXXXY, XXYY e XXXYY.) Os sintomas da síndrome de Klinefelter podem incluir esterilidade, um físico alto, falta de características sexuais secundárias, desenvolvimento das mamas e dificuldades de aprendizado.
Atividade
3. (VUNESP - SP) Em relação ao processo de divisão celular, podemos afirmar que:
a) A mitose consiste em duas divisões celulares sucessivas.
b) Os óvulos e espermatozoides são produzidos por divisões mitóticas.
c) Durante a meiose não ocorre a permutação ou crossing-over.
d) A meiose é um processo que dá origem a quatro células haploides.
e) Durante a mitose as cromátides-irmãs não se separam.
GABARITO: No final da meiose são produzidas quatro células-filha haploides (n), diferentemente da mitose, que origina duas células-filha diploides (2n).
4. (SANTOS, s/d) O cariótipo é o conjunto de cromossomos de um indivíduo. Analisando o cariótipo de uma pessoa, podemos obter várias informações, como, por exemplo, se se trata de um homem ou uma mulher. O que devemos observar em um cariótipo para afirmar que um indivíduo se trata de um homem com cariótipo normal?
a) A presença do cromossomo X, pois é esse cromossomo que determina o sexo masculino.
b) A ausência do cromossomo X, pois esse cromossomo é típico do sexo feminino.
c) A presença de 47 cromossomos, sendo um cromossomo Y.
d) A presença de um cromossomo Y, pois indivíduos do sexo masculino apresentam como cromossomos sexuais o X e o Y.
e) A presença de dois cromossomos X e um cromossomo Y.
GABARITO: Para que uma pessoa seja do sexo masculino é necessária a presença de um cromossomo X e outro Y. As mulheres apresentam dois cromossomos X.
5. (FAGOC - Medicina - 2018) O crossing-over é um fenômeno na divisão celular em que as cromátides de um cromossomo homólogo podem trocar fragmentos, provocando o surgimento de novas sequências de genes ao longo dos cromossomos. É uma das fases finais da recombinação genética, no processo designado por sinapse. Esse fenômeno ocorre em qual fase da meiose I?
 
a) Prófase I b) Anáfase I c) Telófase I d) Metáfase I e) Intérfase
GABARITO: O crossing-over (também chamado de permuta) é um importante evento que ocorre na prófase I da meiose, sendo um dos processos responsáveis pelo aumento da variabilidade genética nas populações.
6. (UFJF - PISM - 2017) Uma importante consequência da meiose é a geração de diversidade genética. Nesse processo de divisão celular, o evento que gera maior diversidade é a:
a) Indução de mutações.
b) Separação das cromátides-irmãs.
c) Ocorrência de permutação (crossing-over).
d) Indução de homozigose nas células formadas.
e) Segregação aleatória de cromossomos homólogos.
GABARITO: Uma característica da meiose é o pareamento dos cromossomos homólogos. Esse pareamento é casual e, durante a metáfase I, a organização desses pares na placa equatorial varia de uma célula para outra. Dessa forma, a segregação (separação) dos cromossomosna meiose I, sendo aleatória, permite a formação de gametas com diferentes combinações genéticas.
Aula 4: Replicação do DNA e transcrição gênica
Apresentação
A replicação do DNA é a produção de hélices de DNA idênticas, a partir de uma única molécula de DNA de fita dupla. Cada molécula consiste de uma vertente da molécula original e uma vertente recém-formada.  
Antes do início do processo, o DNA se desenrola e os fios se separam. Uma bifurcação de replicação é formada, que serve como um modelo para replicação. Os primers se ligam ao DNA e as DNA polimerases adicionam novas sequências de nucleotídeos na direção de 5’ a 3′. Essa adição é contínua no cordão principal e fragmentada no filamento defasado.  Uma vez que o alongamento dos filamentos de DNA esteja completo, os filamentos são verificados quanto a erros, reparos são feitos, e sequências de telômeros são adicionadas às extremidades do DNA. O DNA é copiado para o RNA em um processo chamado transcrição genética.  
A informação no DNA é transcrita ou reescrita, em uma versão menor (RNA), que pode ser usada pela célula. A transcrição ocorre no núcleo. Nesse processo, o DNA é utilizado como modelo para a síntese de uma molécula de RNA (mRNA). Durante a transcrição, é sintetizada uma fita de mRNA, complementar a uma fita de DNA.
Objetivos
· Explicar o processo de replicação;
· Relacionar as estruturas dos ácidos nucleicos;
· Analisar o processo de transcrição do RNA.
Duplicação da molécula de DNA
O DNA é o material genético que define cada célula. Antes de uma célula se duplicar e ser dividida em novas células-filha por mitose ou meiose, biomoléculas e organelas devem ser copiadas para serem distribuídas entre as células.
O DNA, encontrado dentro do núcleo, deve ser replicado para garantir que cada nova célula receba o número correto de cromossomos.  
O processo de duplicação de DNA é chamado de replicação de DNA. A replicação segue vários passos que envolvem múltiplas proteínas chamadas enzimas de replicação e RNA.  
Em células eucarióticas, como células animais e células vegetais, a replicação do DNA ocorre na fase S da interfase durante o ciclo celular.
O processo de replicação do DNA é vital para o crescimento, reparo e reprodução celular nos organismos.
Estrutura do DNA
DNA ou ácido desoxirribonucleico é um tipo de molécula conhecida como ácido nucleico. Consiste em um açúcar de desoxirribose de 5 carbonos, um fosfato e uma base nitrogenada.
O DNA de cadeia dupla consiste em duas cadeias de ácido nucleico em espiral que são torcidas em uma forma de dupla hélice. Essa torção permite que o DNA seja mais compacto. Para se encaixar dentro do núcleo, o DNA é empacotado em estruturas fortemente enroladas, chamadas cromatina, que se condensa para formar cromossomos durante a divisão celular. Antes da replicação do DNA, a cromatina solta o acesso das máquinas de replicação celular às fitas de DNA.
Atividade
1 - (SANTOS, s/d) A duplicação do DNA é essencial para que as células-filha tenham a quantidade adequada de material genético após a divisão celular. Na duplicação do DNA, uma das fitas de DNA serve como molde e, ao final, a nova fita será formada por uma fita parental e uma recém-sintetizada. Por esse motivo, dizemos que a duplicação é:
a) Conservativa b) Desigual c) Dependente d) Complementar e) Semiconservativa
GABARITO: A duplicação é semiconservativa, pois cada molécula nova de DNA apresenta uma fita da molécula que serviu como molde.
Preparação para replicação
Antes que o DNA possa ser replicado, a molécula de cadeia dupla deve ser descompactada em duas cadeias simples. O DNA tem quatro bases chamadas adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G), que formam pares entre os dois filamentos. A adenina apenas emparelha-se com timina e a citosina apenas se liga à guanina. Para desenrolar o DNA, essas interações entre pares de bases devem ser quebradas. Isso é realizado por uma enzima conhecida como DNA helicase. A helicase do DNA rompe a ligação de hidrogênio entre pares de bases para separar os fios em uma forma Y, conhecida como garfo de replicação. Essa área será o modelo para replicação para começar. O DNA é direcional em ambos os filamentos, representado por uma extremidade 5' e 3'. Essa notação significa qual grupo lateral está conectado à cadeia de DNA. A extremidade 5' tem um grupo fosfato (P) ligado, enquanto a extremidade 3' tem um grupo hidroxilo (OH) ligado. Essa direcionalidade é importante para a replicação, pois só progride na direção de 5' para 3'. No entanto, o garfo de replicação é bidirecional; uma vertente é orientada na direção de 3' para 5' (cadeia principal), enquanto a outra é orientada de 5' para 3' (cadeia de atraso). Os dois lados são, portanto, replicados com dois processos diferentes para acomodar a diferença direcional.
A replicação começa nesta etapa. A vertente principal é a mais simples de replicar. Uma vez que os filamentos de DNA foram separados, um pequeno pedaço de RNA chamado primer se liga à extremidade 3' do filamento. O primer sempre se liga como ponto de partida para replicação. Os primers são gerados pela enzima DNA primase.
Enzimas conhecidas como DNA polimerases são responsáveis ​​pela criação da nova cadeia por um processo chamado alongamento. Existem cinco tipos diferentes de DNA polimerases em bactérias e células humanas. Em bactérias como a E. coli, a polimerase III é a principal enzima de replicação, enquanto a polimerase I, II, IV e V são responsáveis ​​pela verificação e reparo de erros. A DNA polimerase III liga-se ao filamento no local do primer e começa a adicionar novos pares de bases complementares ao filamento durante a replicação. Em células eucarióticas, as polimerases alfa, delta e epsilon são as polimerases primárias envolvidas na replicação do DNA. Como a replicação ocorre na direção de 5 'para 3' no cordão principal, o cordão recém-formado é contínuo. 
A fita atrasada começa a replicação por ligação com vários primers. A DNA polimerase, em seguida, adiciona pedaços de DNA, chamados de fragmentos de Okazaki, à cadeia, entre os primers. Esse processo de replicação é descontínuo, pois os fragmentos recém-criados são desarticulados.
Uma vez que os filamentos contínuos e descontínuos são formados, uma enzima chamada exonuclease remove todos os primers RNA das cadeias originais. Estes primários são, então, substituídos por bases apropriadas. Outra exonuclease corrige o DNA recém-formado para verificar, remover e substituir qualquer erro. Uma enzima chamada DNA ligase junta os fragmentos de Okazaki, formando uma cadeia unificada. As extremidades do DNA linear apresentam um problema, pois a DNA polimerase só pode adicionar nucleotídeos na direção de 5′ a 3′. As extremidades das cadeias parentais consistem em sequências repetidas de DNA chamadas telômeros. Os telômeros atuam como capas protetoras no final dos cromossomos para evitar que os cromossomos próximos se fundam. Um tipo especial de enzima DNA polimerase, chamado telomerase, catalisa a síntese de sequências de telômero nas extremidades do DNA. Uma vez concluída, o filamento principal e seu filamento de DNA complementar se enrolam na forma familiar de hélice dupla. No final, a replicação produz duas moléculas de DNA, cada uma com uma fita da molécula original e uma nova fita.
A replicação do DNA não ocorreria sem enzimas que catalisassem várias etapas do processo. As enzimas que participam do processo de replicação do DNA eucariótico incluem:
· DNA helicase — Desenrola e separa o DNA de fita dupla à medida que se move ao longo do DNA. Forma a bifurcação de replicação, quebrando ligações de hidrogênio entre pares de nucleotídeos no DNA.
· DNA primase — Um tipo de RNA polimerase que gera primers de RNA. Primers são moléculas curtas de RNA que atuam como modelos para o ponto de partida da replicação do DNA.
· DNA polimerases — Sintetiza novas moléculas de DNA, adicionando nucleotídeos a cadeias de DNA principais e atrasadas.
· Topoisomerase ou DNA Girase — Desenrola e rebobina asfitas de DNA para evitar que o DNA fique emaranhado ou superenrolado.
· Exonucleases — Grupo de enzimas que removem bases nucleotídicas do final de uma cadeia de DNA.
· DNA ligase — Une os fragmentos de DNA, formando ligações fosfodiéster entre os nucleotídeos.
Atividade
2 - (UFPA) Em 1953, Watson e Crick decifraram que a estrutura da molécula de DNA (ácido desoxirribonucleico) é uma dupla hélice, responsável pelas características dos organismos. 
Com os conhecimentos atuais, julgue as afirmativas sobre a molécula de DNA.
I. Na autoduplicação da molécula de DNA, cada filamento original serve de molde para a síntese de um novo filamento (duplicação semiconservativa).
II. A base nitrogenada adenina emparelha-se com a citosina, enquanto a timina emparelha-se com a guanina.
III. As bases nitrogenadas dos dois filamentos estão unidas por ligações denominadas pontes de hidrogênio.
Está(ao) correta(s) a(s) afirmativa(s):
a) I somente b) II somente c) I e II d) I e III e) II e III
GABARITO: A alternativa II está incorreta porque a adenina emparelha-se com a timina, enquanto a citosina emparelha-se com a guanina.
Transcrição
O processo de transcrição se refere à síntese de RNA do DNA. A informação genética flui do DNA para a proteína, a substância que dá ao organismo sua forma. Esse fluxo de informação ocorre através dos processos sequenciais de transcrição (DNA para RNA) e tradução (RNA para proteína).
Durante a transcrição, apenas uma fita de DNA, geralmente, é copiada. Isso é chamado de cadeia modelo, e as moléculas de RNA produzidas são RNAs mensageiros de cadeia simples (mRNAs).
A fita de DNA que corresponderia ao mRNA é chamada de cadeia de codificação ou de sentido. Em eucariotos, (organismos que possuem um núcleo), o produto inicial da transcrição é chamado de pré-mRNA.  O pré-mRNA é extensivamente editado por splicing antes que o mRNA maduro seja produzido e esteja pronto para a tradução pelo ribossomo, a organela celular que serve como o local da síntese de proteína.
A transcrição de qualquer gene ocorre na localização cromossômica desse gene, que é um segmento relativamente curto do cromossomo. A transcrição ativa de um gene depende da necessidade da atividade desse gene em particular em uma célula ou tecido específico ou em um determinado momento.
Pequenos segmentos de DNA são transcritos em RNA pela enzima RNA polimerase, que atinge essa cópia em um processo estritamente controlado.
Como esse processo ocorre? Veja a seguir.
Transcrição de pequenos segmentos de DNA em RNA
O primeiro passo é reconhecer uma sequência específica no DNA chamada promotor, que significa o início do gene. As duas cadeias de DNA tornam-se separadas neste ponto, e a RNA polimerase começa a copiar a partir de um ponto específico de uma cadeia do DNA, usando um tipo especial de nucleosídeo contendo açúcar, chamado ribonucleósido 5'-trifosfato para iniciar a cadeia crescente.  
Trifosfatos ribonucleosídeos adicionais são utilizados como substrato e, por clivagem da sua ligação fosfato de alta energia, os monofosfatos ribonucleosídeos são incorporados na cadeia de ARN crescente. Cada ribonucleotídeo sucessivo é direcionado pelas regras complementares de pareamento de bases do DNA. Por exemplo, um C (citosina) no DNA direciona a incorporação de um G (guanina) no RNA.  Da mesma forma, um G no DNA é copiado em um C no RNA, uma T (timina) em um A (adenina) e um A em um U (uracila; RNA contém U no lugar do T do DNA). A síntese continua até que um sinal de terminação seja alcançado, ponto em que a RNA polimerase retira o DNA, e a molécula de RNA é liberada. À frente de muitos genes em procariotos (organismos que não possuem núcleo), existem sinais chamados de operadores (operons), em que proteínas especializadas chamadas repressores se ligam ao DNA imediatamente a montante do ponto inicial da transcrição e impedem o acesso ao DNA pela RNA polimerase. Essas proteínas repressoras impedem, assim, a transcrição do gene, bloqueando fisicamente a ação da RNA polimerase. Normalmente, os repressores são liberados de sua ação bloqueadora quando recebem sinais de outras moléculas na célula, indicando que o gene precisa ser expresso. À frente de alguns genes procarióticos, há sinais aos quais as proteínas ativadoras se ligam para estimular a transcrição. A transcrição em eucariotos é mais complicada do que em procariontes. Primeiro, a RNA polimerase de organismos superiores é uma enzima mais complicada do que a relativamente simples enzima de cinco subunidades de procariontes. Além disso, existem muitos outros fatores acessórios que ajudam a controlar a eficiência dos promotores individuais. Essas proteínas acessórias são chamadas de fatores de transcrição e, normalmente, respondem a sinais de dentro da célula, que indicam se a transcrição é necessária. Em muitos genes humanos, vários fatores de transcrição podem ser necessários antes que a transcrição possa prosseguir de forma eficiente. Um fator de transcrição pode causar a repressão ou a ativação da expressão gênica em eucariotos.
Expressão genética
A expressão gênica é o processo pelo qual o código genético, a sequência de nucleotídeos, de um gene é usado para direcionar a síntese de proteínas e produzir as estruturas da célula. Genes que codificam sequências de aminoácidos são conhecidos como genes estruturais.
O processo de expressão gênica envolve dois estágios principais:
1 Transcrição : A produção de RNA mensageiro (mRNA) pela enzima RNA polimerase e o processamento da molécula de mRNA resultante.
2 Tradução : O uso de mRNA para direcionar a síntese de proteínas e o processamento pós-traducional da molécula de proteína.
Alguns genes são responsáveis pela produção de outras formas de RNA que desempenham um papel na tradução, incluindo RNA de transferência (tRNA) e RNA ribossômico (rRNA).
Um gene estrutural envolve vários componentes diferentes:
Atividade
3 - (SANTOS, s/d) Uma fita de DNA apresenta a seguinte sequência: TCAAGT. Marque a opção que indica a sequência encontrada na fita complementar.
a) AGTTCA b) AGUUCA c) ATAAUA d) UCTTGU e) AGUUGA
GABARITO: O DNA é composto por duas fitas e uma complementa a outra. Na molécula de DNA, a adenina sempre se une à timina e a citosina sempre se liga à guanina. Assim, uma sequência TCAAGT liga-se a uma sequência AGTTCA.
Regiões de controle genético
Um sítio de início para transcrição. Vejamos quais são essas regiões:
Conforme já estudamos, a transcrição é o processo de síntese de RNA, controlado pela interação de promotores e potenciadores. Vários tipos diferentes de RNA são produzidos, incluindo:
1 RNA mensageiro (mRNA), que especifica a sequência de aminoácidos no produto da proteína.
2 RNA de transferência (tRNA) e RNA ribossômico (rRNA), que desempenham um papel no processo de tradução.
O processo de transcrição envolve quatro etapas:
1. Iniciação: A molécula de DNA se desenrola e se separa para formar um pequeno complexo aberto. A RNA polimerase liga-se ao promotor da cadeia molde.
2. Alongamento: A RNA polimerase se move ao longo da cadeia molde, sintetizando uma molécula de mRNA. Em procariontes, a RNA polimerase é uma holoenzima que consiste em várias subunidades, incluindo um fator sigma (fator de transcrição) que reconhece o promotor. Em eucariotos, existem três RNA polimerases: I, II e III. O processo inclui um mecanismo de revisão.
 
3. Terminação: Nos procariontes, existem duas maneiras em que a transcrição é terminada: na terminação dependente de Rho e na terminação independente de Rho.
4. Processamento: Após a transcrição, a molécula de RNA é processada de várias maneiras, os íntrons são removidos e os éxons são unidos para formar uma molécula de mRNA madura, que consiste em uma única sequência codificadora de proteína. A síntese de RNA envolve as regras normais de emparelhamento de bases, mas a timina base é substituída pelo base uracil.
Saiba mais: Na terminação, as duas em que a transcrição é terminada correspondem a:
· Na terminação dependentede Rho, um fator de proteína chamado Rho é responsável por interromper o complexo envolvendo a cadeia molde, RNA polimerase e molécula de RNA.
· Na terminação independente de Rho, uma alça se forma no final da molécula de RNA, fazendo com que ela se solte.
A terminação em eucariotos é mais complicada, envolvendo a adição de nucleotídeos de adenina adicionais ao 3' do transcrito de RNA (um processo conhecido como poliadenilação).
Regulação genética
É um rótulo para os processos celulares que controlam a taxa e a maneira de expressão gênica.
Um conjunto complexo de interações entre genes, moléculas de RNA, proteínas (incluindo fatores de transcrição), e outros componentes do sistema de expressão determina quando e onde genes específicos são ativados e a quantidade de proteína ou produto de RNA produzido. Assim:
Os fatores de transcrição são proteínas que desempenham um papel na regulação da transcrição de genes pela ligação a sequências nucleotídicas reguladoras específicas.
Atividade
4 - (SANTOS, s/d) O RNA é um ácido nucleico, assim como o DNA. Entretanto, em sua estrutura, encontramos uma base nitrogenada exclusiva desse tipo de ácido nucleico. Marque a opção que indica o nome dessa base.
a) Timina b) Guanina c) Uracila d) Adenina e) Citosina
GABARITO: Adenina, citosina e guanina são bases nitrogenadas encontradas tanto no RNA quanto no DNA. A timina é exclusiva do DNA, e a uracila é exclusiva do RNA.
5 - (SANTOS, s/d) A respeito do processo de transcrição, marque a opção que indica o nome da enzima responsável por orientar o emparelhamento dos ribonucleotídeos.
a) RNA polimerase b) DNA polimerase c) Fator de liberação d) Aminoacil-tRNA sintetase
e) Peptidil transferase
GABARITO: A RNA polimerase é responsável por catalisar todo o processo de transcrição e orientar o emparelhamento de ribonucleotídeos livres.
Aula 5: Expressão gênica eucariótica
Apresentação
A expressão gênica é a manifestação fenotípica dos genes pelos processos de transcrição e tradução, e é um princípio fundamental da biologia molecular, frequentemente referido como o dogma central da biologia molecular. Em humanos, é complexa e altamente regulada.  A regulação genética — processo de ativar ou desativar genes — ocorre em muitos pontos durante os processos de transcrição e tradução, mas, na maioria das vezes, ocorre na transcrição. Ela envolve compostos epigenômicos, que são compostos químicos e proteínas que podem se ligar ao DNA e influenciar a expressão gênica. Proteínas que podem ser ativadas por outras células e sinais do ambiente são chamadas de fatores de transcrição. Eles se ligam a regiões reguladoras do gene e aumentam ou diminuem o nível de transcrição.  Outros mecanismos de regulação gênica incluem a regulação do processamento do RNA, a estabilidade do mRNA e a taxa de tradução. Ligar e desligar os genes corretos é um componente essencial para manter a funcionalidade de uma célula.
Objetivos
· Explicar a expressão gênica;
· Relacionar o código genético com a expressão gênica;
· Analisar o processo de controle da atividade gênica.
Código genético
O código genético é o conjunto de regras pelas quais a informação codificada em material genético (sequências de DNA ou RNA) é traduzida em proteínas (sequências de aminoácidos) por células vivas. Especificamente, o código define um mapeamento entre sequências tri-nucleotídicas chamadas códons e aminoácidos; cada trinca de nucleotídeos em uma sequência de ácido nucleico especifica um único aminoácido. Como a maioria dos genes é codificada exatamente com o mesmo código, ele é, geralmente, chamado de código genético canônico ou padrão, ou, simplesmente, código genético, embora, na verdade, existam muitos códigos variantes.
O código genético canônico não é universal.
Exemplo: Em humanos, a síntese de proteínas na mitocôndria depende de um código genético que varia do código canônico.
O genoma de um organismo está inscrito no DNA, ou em alguns vírus RNA. A porção do genoma que codifica para uma proteína ou um RNA é referida como um gene. 
Os genes que codificam para proteínas são compostos de unidades tri-nucleotídicas chamadas códons, cada um codificando para um único aminoácido.
Cada subunidade de nucleotídeos consiste de um fosfato, açúcar desoxirribose e uma das 4 bases nucleotídicas nitrogenadas. 
As bases purinas adenina (A) e guanina (G) são maiores e consistem em dois anéis aromáticos. As bases de pirimidina citosina (C) e timina (T) são menores e consistem em apenas um anel aromático. Na configuração de dupla hélice, duas fitas de DNA são unidas umas às outras por ligações de hidrogênio, em um arranjo conhecido como emparelhamento de bases. 
Essas ligações quase sempre se formam entre uma base de adenina em uma fita e uma timina na outra fita, e entre uma base de citosina em uma fita e uma base de guanina na outra. Isso significa que o número de resíduos A e T será o mesmo em uma dada hélice dupla, assim como o número de resíduos G e C. No RNA, a timina (T) é substituída por uracila (U) e a desoxirribose é substituída pela ribose.
Atividade
1 - (SANTOS, s/d) Sabemos que o DNA fornece informações para a produção das proteínas, sendo o responsável por formar nosso código genético. Esse código pode ser definido como a relação existente entre as trincas de bases nitrogenadas encontradas no RNAm e os aminoácidos de uma proteína. A trinca de bases encontradas em um RNAm recebe o nome de:
a) Triplete b) Proteína c) Nucleotídeo d) Códon e) Gene
GABARITO: Os códons são trincas de bases nitrogenadas encontradas no RNAm. Essas bases podem ser: citosina, guanina, uracila e adenina.
2 - (SANTOS, s/d) Existem 64 códons diferentes no código genético. Desses códons, apenas 61 codificam aminoácidos, sendo os outros três chamados de códons de parada. Entre as alternativas a seguir, marque aquela em que todos os códons sinalizam o término da síntese de proteínas.
a) UAA, UAG, UGG.
b) UAA, UGG, AUC.
c) UAG, UUU, UUA.
d) UGA, UCG, UAG.
e) UAG, UGA, UAA.
GABARITO: O código genético do DNA se expressa por trincas de bases, que foram denominadas códons. Cada códon, formado por três letras, corresponde a certo aminoácido. 
Regulação da expressão gênica
A expressão gênica eucariótica é mais complexa do que a expressão gênica procariótica, porque os processos de transcrição e tradução são fisicamente separados.  
Ao contrário das células procarióticas, as células eucarióticas podem regular a expressão gênica em muitos níveis diferentes. A expressão gênica eucariótica começa com o controle do acesso ao DNA.  Essa forma de regulação, chamada regulação epigenética, ocorre mesmo antes de a transcrição ser iniciada.
Regulação genética epigenética eucariótica
O genoma humano codifica mais de 20 mil genes; cada um dos 23 pares de cromossomos humanos codifica milhares de genes. O DNA no núcleo é precisamente enrolado, dobrado e compactado em cromossomos, de modo que ele se encaixe no núcleo. Ele também é organizado para que segmentos específicos possam ser acessados ​​conforme necessário por um tipo de célula específico. O primeiro nível de organização, ou empacotamento, é o enrolamento dos filamentos de DNA em torno das proteínas histonas. As histonas empacotam e ordenam o DNA em unidades estruturais chamadas complexos nucleossomas, que podem controlar o acesso das proteínas às regiões do DNA. Sob o microscópio eletrônico, esse enrolamento de DNA em torno das proteínas histonas para formar os nucleossomas se parece com pequenas contas em uma corda. Essas contas (proteínas histonas) podem se mover ao longo da corda (DNA) e alterar a estrutura da molécula.
Se o DNA que codifica um gene específico for transcrito em RNA, os nucleossomas que circundam essa região do DNA podem deslizar pelo DNA para abrir essa região cromossômica específica e permitir que a maquinaria transcricional (RNA polimerase) inicie a transcrição. Os nucleossomos podem se mover para abrir a estrutura do cromossomo para expor