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Definição: Ramo da biologia que trata da hereditariedade e suas variações. Anteriormente, para o aumento da produção de alimentos, aumentava-se a área da plantação/criação de animais o que tinha um alto custo. Através do melhoramento genético, pôde- se produzir melhores produtos com o aprimoramento de seus genótipos. Genes: Unidades hereditárias transmitidas de uma geração para outra (herdadas). São sequências de bases nitrogenadas que codificam a proteína relacionada à característica fenotípica herdada. Localizam-se no núcleo celular (DNA + matriz proteica), mais especificamente nos Cromossomos do DNA. Vírus: Precisa de hospedeiro para se duplicar. Genoma no RNA, DNA fita dupla, DNA fita simples, RNA fita dupla, RNA fita simples. Procariontes: Bactérias com apenas DNA circular de fita dupla (cromossomo circular). Recombinação bacteriana: Transformação (absorve moléculas de DNA dispersas no meio), Transdução (moléculas de DNA bacteriano são transmitidas a outra através de um vetor – o vírus (bacteriófago)), Conjugação (pedaços de DNA passam de uma bactéria macho à outra fêmea através de tubos proteicos) Eucariontes: Presença de carioteca. Genes no genoma nuclear; herança nuclear; cromossomos lineares (DNA + proteínas). Genes só podem codificar RNA (RNAt, RNAr...) Todos os RNA vêm de sequências de bases nitrogenadas através da Transcrição. DNA: Molécula Estável – Autoduplicação Mutações: Alteram as instruções codificadas e podem resultar numa proteína defeituosa ou na cessação da síntese proteica. Mudança na aparência física do indivíduo ou alteração em qualquer outro atributo (caráter). Mutações - Alelomorfos (alelos): Mutação em dois alelos (A e a) através de raios x, resultando em cromossomos homólogos (Aa). Gene é responsável pelas características (local no mesmo local de cromossomos homólogos) Alelo é responsável pela diferença dessas características (ex.: textura). São formas alternativas de um gene. Se não houvesse homologia a meiose seria anormal no pareamento de homólogos o que causaria infertilidade por falta de homologia. Semelhanças de Indivíduos da mesma espécie: Material Genético vindo de um ancestral comum. Característica em homozigose (AA ou aa). Ex.: labrador puro. Sem homozigose resultaria em segregação e não existiriam raças. Diferenças de Indivíduos de mesma espécie: Caracteres portadores de alelos diferentes. Caráter: atributo biológico que identifica um indivíduo. Exemplo: Bovino: cor da pelagem, presença de chifres, produtividade de leite e carne... Raça: Cada um dos grupos que se subdividem algumas espécies animais e cujos caracteres diferenciais se conservam através das gerações. Fenótipo: diferentes expressões de um dado caráter. Exemplo: cor da pelagem. Variação: Variação fenotípica = variação genética + variação ambiental. Variação fenotípica: variação natural observada e surge por mecanismos de mutação de novos alelos. Variação ambiental: não pode ser transmitida aos descendentes. Conservação da Variabilidade Genética: Evolução natural = sobrevivência Melhoramento genético = seleção artificial = melhores genótipos. *Como? Coleções = conservação in situ ou ex situ: Banco de Germoplasma (Conjunto de genótipos representantes de uma espécie) EMBRAPA CENARGEN – 1981 (Conservação de germoplasma animal) Conservação in vivo: Bovinos: mocho nacional, crioulo lageano, pantaneiro, curraleiro. Bubalinos: baio e carabao. Ovinos: crioulo lanado, Santa Inês, morada nova. Equinos: lavradeiro e pantaneiro. Suínos: moura, caruncho, piau, canastra, macao e Nilo. O Material Genético: História 1830: Schleinden e Schwann e a Teoria Celular ( todos os seres vivos são constituídos de células). 1859: Charles Darwin e a Teoria da Evolução. 1865: Mendel 1869: Galton (Herança de características quantitativas de variação contínua) 1900: Marco zero da genética. 1928: Frederick Griffith (Descoberta do princípio transformante) • DNA passa pela membrana capa de S para R; Experimento em ratos em que a R é a avirulenta, sem capa proteica e não causa doença, e S é a virulenta com capa proteica causando doença. • R= rato vivo • S= morta pelo calor= rato vivo • Junção das duas= Rato morto pois o princípio que causava doença na S passa para a R viva. 1944: DNA 1969/70: Endonucleases de Restrição: enzimas bacterianas que cortam proteínas. DNAse corta DNA; RNAse corta RNA; Protease corta proteína. Polimorfismo de restrição: diferentes tamanhos de cortes na sequência gerado pelas enximas de restrição. Termociclados: amplifica o DNA -> eletroforese (determina as bandas); Servem para teste de paternidade, por exemplo. Bandeiramento Cromossômico: análise cariótipo com corante Giemza Bandas “G”. Terapia Gênica: Gene danoso em natural; vetor vírus com gene da cura. *Nucleotídeos= grupo fosfato + açúcar + B.N. *Degenerecência = vários códons para 1 proteína. *RNA Polimerase = replicação do DNA e reparos. 1996: Dolly – Primeiro mamífero clonado; morreu de envelhecimento precoce devido ás células mamárias velhas e telômeros gastos. Célula do animal a ser clonado passam por tratamentos que desativam seus genes – células de glândulas mamárias isola núcleo num tudo com sais – Um óvulo de outro animal tem o núcleo retirado – Utilizando um pulso elétrico, cientistas colocam o DNA da célula do animal a ser clonado no núcleo oco do óvulo em outro animal – Um segundo pulso elétrico faz com que o óvulo inicie o processo de divisão formando um embrião. Última década: Era das ômicas: -Genômica: estuda o sequenciamento do DNA; o genoma completo de um organismo. -Proteômica: identifica, quantifica e estuda as modificações das proteínas pós-traducionais. -Transcritômica: estudo do conjunto de transcritos (RNAm, RNAr, RNAt) -Metabolômica: conjunto de todos os metabólicos em uma célula, fluído biológico, tecido ou organismo (substância consideradas produtos finais dos processos celulares). Bases Físicas da Herança: Organização do material genético Localização e organização do material genético: organismos procariontes e eucariontes Eucariotos: Núcleo delimitado por uma membrana chamada carioteca Núcleo é constituído por membrana celular, cariolinfa (parte fluída, rica em proteínas), cromatina e nucléolo (só existe na interfase; possui proteínas ribossômicas + RNAr). A Cromatina (cromossomo descondensado na interfase) é constituída por DNA e proteínas. Os poros presentes na carioteca são mais numerosos em células com grande atividade gênica. Cromossomo: cromatina condensada corada (ciclos celulares) Nucléolo é uma estrutura geralmente esférica, associada a constrição secundária. (Região organizadora do nucléolo = RON) Local onde é produzido o ribossomo. Constituído de RNAr transcritos da RON. A cromatina na interfase pode ser diferenciada em: Eucromatina: porção descondensada, por isso se cora com menor intensidade, e possui a maioria dos genes em atividade (genes em transcrição). Heterocromatina: parte condensada e pode ser constitutiva (permanentemente condensada em todas as células do organismo com muito pouca atividade gênica) e facultativa ( condensada em somente alguns tipos de células ou em estágios especiais de desenvolvimento). Um cromossomo par torna-se com frequência parcial ou totalmente heterocromático. O exemplo mais conhecido é o dos cromossomos X de fêmeas de mamíferos; um deles é ativo e permanece eucromático, enquanto que o outro está inativo e constitui a cromatina sexual ou corpúsculo de Barr durante a interfase. Ex.: Gata de 3 cores. A cromatina de organismos superiores é formada por uma única molécula contínua, linear e não ramificada de DNA ligada a moléculas de proteínas básicas, isto é, com cargas positivaschamadas Histonas. Existem cinco tipos de histonas chamadas H1, H2A, H2B, H3 e H4. As evidências indicam que a cromatina é formada por unidades repetitivas (nucleossomos) e DNA por 2X a H2A, H2B, H3 e H4. As oito moléculas de histonas formam o núcleo do nucleossomo ao qual circula externamente o segmento de DNA. Uma molécula de H1 se encontra na parte externa do núcleossomo associada a outros 147 pares de bases e serve como um elo de ligação entre 2 nucleossomos. O enrolamento do DNA ao redor das moléculas de histonas contribui para o seu empacotamento, reduzindo assim sua extensão linear. O nucleossomo contribui para que a cromatina se condense cerca de sete vezes. No entanto, a condensação máxima dos cromossomos na metáfese é bem maior que isso, devendo existir outro tipo de organização que possibilite maior grau de empacotamento. Uma possibilidade é a formação de um solenóide pelos próprios nucleossomos, isto é, uma estrutura em ziguezague. Cariótipo: de diferentes espécies diferem quanto à forma (posição do centrômero), ao tamanho e número de cromossomos. Em qualquer espécie, todos os cromossomos ocorrem aos pares. Nos indivíduos de um dos sexos, os dois membros de cada par cromossômico têm o mesmo tamanho e forma. No outro sexo todos os cromossomos, exceto dois, formam tais pares, sendo o par restante constituído por dois cromossomos de tamanhos e formas diferentes. Neste par desigual, um dos cromossomos tem forma e tamanho igual ao dos membros de um dos pares do sexo oposto. Quando células de tecidos animais ou vegetais (células brancas de sangue ou de pontas de raízes), que estão em rápido processo de divisão, são tratadas com o alcalóide colchicina (que detém a divisão celular) e as células são então coradas e observadas em um microscópio óptico, os cromossomos tornam-se claramente visíveis. A área da genética que trata dos cromossomos é denominada citogenética. Por conveniência, falamos que cada par de cromátides unidas pelo centrômero é apenas um cromossomo (cromátides irmãs), pois nos referimos ao cromossomo que as originou. Nas aves, os cromossomos sexuais recebem nomes diferentes e sua relação com o sexo é oposta à dos mamíferos. Aves dos sexo feminino são ZW e do masculino ZZ. Os genomas em que os cromossomos ocorrem aos pares são chamados 2n (diplóides), onde n é o número haplóide de cromossomos. O braço curto de um cromossomo é denominado p e o longo q. Existem vários métodos de corar os cromossomos, dando origem a regiões claras e escuras, chamadas bandas. Os principais tipos de bandas são bandas G, Q, R, C, T e N. A posição, largura e o número de bandas são diferentes facilitando a identificação de cada par de cromossomos num cariótipo. O idiograma é uma representação gráfica do padrão de bandas característico de cada par de cromossomos de uma espécie animal ou vegetal. As aves possuem cariótipos diferentes dos cariótipos de mamíferos por que, em adição a diversos autossomos grandes, elas possuem um grupo de autossomos muito pequenos chamados microcromossomos. Mitose, Meiose e Gametogênese: Ploidia: carga cromossômica de uma célula Uma célula haploide contém 1 cromossomo de cada tipo daqueles existentes na espécie. (n=2) Uma célula diploide contém 2 cromossomos de cada tipo daqueles existentes na espécie. (2n=2). Fases do Ciclo Celular: Algumas células, tais como os hepatócitos, pulam a etapa G2 da intérfase passando da fase S para G0 quando então tornam-se inativas aguardando o estímulo para divisão. Conceitos Citológicos: Cromatina – Cromossomo Centrossomo – Fuso de Divisão: Interfase: A célula ainda não entrou em divisão. Tipos de Divisão Celular: Mitose: Uma célula eucarionte 2n=2 gera duas semelhantes à ela 2n=2 (divisão equacional pois mantém o número). Principal processo de reprodução dos organismos unicelulares eucariontes. Através dela ocorre a regeneração dos tecidos e o crescimento por hiperplasia nos pluricelulares. Fases: Prófase: início da desintegração da carioteca e do nucléolo. Em torno de cada par de centríolos forma-se o “áster” e, as fibras do fuso partem de um centro em direção ao outro. Essa estrutura recebe o nome de aparelho mitótico. Os centros celulares se afastam indo em direção à polos opostos da célula. Os cromossomos iniciam seu processo de espiralização, tornando-se mais densos, mais grossos e visíveis. Metáfase: Não são mais visíveis a carioteca e o nucléolo. Os centros celulares encontram-se em polos opostos. Os cromossomos atingem grau máximo de condensação, tornando-se individualizados e mais facilmente visíveis. É nessa fase da divisão que é feito o cariótipo. Cada cromossomo duplicado prende-se através de seu centrômero, as duas fibras do fuso, uma vinda de cada centro celular. Anáfase: Os centros celulares ainda ocupam polos opostos. A partir das extremidades junto aos centríolos, as fibras do fuso perdem moléculas de proteína e se encurtam. Ocorre desorganização dos centrômeros e, consequentemente separação das cromátides irmãs. Os cromossomos voltam a ser formados por um único filamento e são puxados em direção aos polos da célula. Tem início a descondensação dos cromossomos. Telófase: Os cromossomos estão ainda mais descondensados e chegam aos polos da célula. Em torno deles, em cada um dos polos da célula, reorganiza-se uma nova carioteca. No interior de cada novo núcleo em formação, formam-se novos nucléolos. Desfaz-se o aparelho mitótico e por último ocorre citocinese (divisão do citoplasma). Erros da Mitose: • Não disfunção de cromátides irmãs: ocorre na anáfase. • Atraso Anafásico: • Poliplodização: uso de algo como colchinina que detém a formação do fuso e não ocorre separação. Meiose: De uma célula 2n, produz 4 novas células n=1. (Reducional, metade). Serve para produção de gametas em animais e de esporos em plantas. Divisão 1: Prófase1: Mais demorada, muito importante devido ao crossing over (aumento da variabilidade genética; troca de sequências de DNA entre cromossomos homólogos, também chamado de recombinação ou permutação gênica). Condensação dos cromossomos, desaparecimento da carioteca e do nucléolo e duplicação e migração dos centríolos para os polos. Metáfase1: Pareamento dos cromossomos homólogos na placa equatorial da célula. Anáfase1: Migração dos cromossomos homólogos para os polos. Telófase1: Descondensação dos cromossomos, reaparecimento do nucléolo e carioteca e desaparecimento das fibras do fuso. Divisão 2: separação das cromátides irmãs. Prófase2: Duplicação e migração dos centríolos para os polos opostos. Desaparecimento da carioteca e nucléolos e condensação dos cromossomos. Metáfase2: Cromossomos localizados na placa equatorial, fibras do fuso ligada aos centrômeros e separação das cromátides irmãs. Anáfase2: Migração das cromátides irmãs para os polos opostos. Telófase2: Reaparecimento da carioteca e nucléolo, descondensação dos cromossomos e citocinese. Regulação gênica e ativação diferencial que explicam a formação de diferentes órgãos e tecidos. Gametogênese e Meiose: Espermiogênese é o processo pelo qual as espermátides são convertidas em espermatozoides. As principais organelas envolvidas são o núcleo, o aparelho de Golgi e os centríolos. Ovogênese: A Natureza Química do Gene: A informação Genética Procariotos: contida em uma ou mais moléculas de DNA circular. Material genético espalhado no citoplasma. Podem conter pequenas moléculas circulares ou lineares de DNA chamados plasmídeos. Eucariotos: Dividida em dois ou mais cromossomos contidos dentro da carioteca. Todos os eucariotos possuem um pequenogenoma mitocondrial, que é usualmente circular. As plantas e outros organismos fotossintéticos possuem um terceiro genoma localizado nos cloroplastos. Possuem uma organização do genoma mais complexa que os procariotos. Ácidos Nucleicos: Estrutura e Funções dos Genes Tipos: -Ácido ribonucleico (RNA) -Ácido desoxirribonucleico (DNA) Componentes: Açúcar, bases orgânicas nitrogenadas púricas e pirimídicas e ácido fosfórico. Constituição Química do DNA: Organismos superiores: núcleo (cromossomos), mitocôndrias e cloroplastos. Componentes químicos: ácido fosfórico, pentose (açúcar de cinco Carbonos) denominada desoxirribose (sem OH) a qual difere da ribose, e bases nitrogenadas adenina A e guanina G (PURINAS; Purga – 2 anéis), e citosina C e timina T (PIRIMIDINAS; Pirciti – 1 anel). Esses componentes constituem os monômeros (nucleotídeos) – desoxirribonucleotídeos. Uma enorme quantidade deles formam as cadeias polinucleotídicas do DNA. Nucleosídeo – somente base nitrogenada ligada ao açúcar, sem grupos fosfato. DNA composto por uma Dupla-Hélice: As duas fitas de DNA se enrolam em torno do eixo da hélice mas com polaridades opostas. 1 volta completa da hélice=10nucleotídeos. Tem direcionalidade antiparalelas (AGC -> CGA) Estabilização da dupla hélice – interação entre as bases complementares oponentes e as bases que vão se superpondo. A purina é composto de dois anéis heterocíclicos, a pirimidina contém apenas um anel. A+G=C+T A=T duas pontes de hidrogênio e C=G três pontes. O DNA= diferentes conformações (estudos cristalográficos) (composição de bases e do meio em que se encontra) Os tipos encontrados em condições experimentais são: Alterações na conformação pode facilitar ou dificultar a interação com proteínas. Tipos de DNA dos eucariotos: -DNA não repetitivo ou de cópia única: Consiste de seqüências de nucleotídeos individuais presentes apenas uma cópia por genoma, contendo os genes estruturais. Os genes estruturais codificam polipeptídeos que integram enzimas, hormônios, receptores e proteínas estruturais e reguladoras Genes de classe I: São os genes responsáveis pela codificação de rRNAs (RNAs ribossomais). Genes de classe II: São os genes responsáveis pela codificação de mRNAs (RNA mensageiro) e, consequentemente, proteínas. Genes de classe III: Os genes de classe III são os responsáveis por codificarem o tRNA (RNA transportador). -DNA Repetitivo: Consiste de seqüências de nucleotídeos do DNA que estão presentes em múltiplas cópias no genoma. Podem ser moderadamente ou altamente repetitivo, dispersas ou em tandem no genoma. Ex: elementos repetidos dispersos da família Alu (genoma humano). -DNA Satétile: Envolve sequências repetidas (em tandem) variáveis (localização no genoma, comprimento total da série e das unidades repetidas) agrupadas em um ou em alguns locais, intercaladas com sequências de cópia única. -DNA Repetitivo em tandem: É uma sequência de DNA que se repete uma atrás da outra ( 1 ao lado da outra), por exemplo a sequência AACT pode se repetir várias vezes (AACTAACTAACTAACTAACT...) com DNA Satélite. -DNA Disperso: outro cromossomo (pares das bases intercalares) DNA Mitocondrial e de Cloroplastos: genomas extranucleares e representados por um DNA circular de cadeia dupla, e existem no interior das mitocôndrias ou dos cloroplastos. Helicoidização do DNA: Formas de DNA e SUPERTORÇÃO: O DNA sempre está na forma de bastão de dupla- hélice. Cromossomos procariotos, prastídeos, plasmídeos e alguns vírus e bacteriófagos com extremidades ligadas covalentemente formando estruturas circulares. Além da estrutura de dupla hélice o DNA assume uma conformação tridimensional denominada supertorcida, superenrolada ou super hélice. O grau de superenrolamento parece seruma característica importante na replicação, transcrição, recombinação e expressão gênica. Forma relaxada= estrutura assentada em uma superfície plana. Se antes de unir as extremidades uma das fitas é girada 1 ou mais vezes em volta de 360° na direção do desenrolamento ocorre: -Tensão distribuída ao longo da dupla hélice diminuindo o número de vezes que uma fita se enrola sobre a outra (despareamento de bases – fita simples) = estrutura contínua relaxada. -Tensão criada anulada pois a fita de DNA pode se enrolar sobre si mesma = estrutura superenrolada. Superenrolamento negativo = gerado pelo desenrolamento da dupla hélice. Normalmente encontrado na natureza. Superenrolamento positivo = antes de selar as duas pontas giros forem adicionados na mesma direção da dupla hélice. As arquebactérias (primitivas) tem seu DNA normalmente com um superenrolamento positivo. As enzimas envolvidas = TOPOISOMERASES Constituição química do RNA: Encontra-se tanto no núcleo como no citoplasma celular e está diretamente relacionado com o controle da atividade celular. Difere do DNA: O açúcar é uma ribose; Possui a base pirimídica uracila (u) ao invés de timina e possui fitas simples: A=U C=G Tipos de RNA: Todos transcritos de moldes de DNA por RNA-polimerases, possuem tamanhos diferentes e possuem seqüências de bases desiguais que determinam funções específicas. RNA nuclear heterogêneo (nhRNA): Somente em eucariotos. Sofre um processamento que consiste na excisão dos íntrons (seqüências não codificantes) ainda no núcleo por pequenas moléculas de RNA (ribozimas - pequenas ribonucleoproteínas nucleares, snRNP). Após ocorre a reunião dos éxons (seqüências codificantes) para formar o mRNA Mais ou menos 90% do nhRNA é degradado durante este evento. No processamento do nhRNA em mRNA ocorre: 1. adição de uma guanina metilada, denominada de 7-metilguanosina, trifosfato de guanosina ou “cap”, à extremidade 5’ do mRNA, no núcleo, Vantagem ao seu transporte para o citoplasma e à sua ligação aos ribossomos, 2. adição de nucleotídeos de adenina `a sua extremidade 3’(poliadenilação) cauda poli-A Relação com o transporte do RNAm para o citoplasma conferindo-lhe maior estabilidade. Conferem mais resistência proteção da degradação pelas exonucleases celulares endógenas. SPLICE (Recombinação gênica) – retirada dos introns RNA mensageiro (mRNA) = É formado diretamente a partir da fita molde de DNA em procariotos, ou após o processamento do nhRNA em eucariotos. É bastante instável em sistemas bacterianos mas apresenta muita estabilidade em organismos superiores. Transfere a informação contida nos genes estruturais para as seqüências de aminoácidos que formam os polipeptídeos. É estável, reconhece e liga-se a aminoácidos, por uma de suas extremidades, e a códons determinados no RNAm, pela outra extremidade. Algumas das bases do tRNA estabelecem ligações fracas entre si, fazendo com que esse tRNA forme alças, que lhe conferem um aspecto de folha de trevo Cada aminoácido possui um ou mais RNA transportadores que lhes são específicos. RNA transportador ou RNA de transferência (tRNA) = Responsável pelo transporte dos aminoácidos disponíveis no citoplasma até aos ribossomos para a síntese de uma cadeia polipeptídica. A especificidade depende de uma série de enzimas complexas, as aminoacil- tRNAsintetases, havendo uma destas para cada aminoácido. Em uma das alças do tRNA existe uma sequência de 3 bases (ANTI-CÓDON) que são complementares a um conjunto de igual número de base no mRNA (CÓDON). RNA ribossômico (rRNA) = Participa da constituição dos ribossomos. Forma com as proteínas ribossomais, os sítios de ligação dos RNAs mensageiro e transportador ao ribossomo. É sintetizado nos nucleólos, associa-se a proteínas ribossômicas sintetizadas no citoplasma e transportadas para os nucléolos, formando os ribossomos, nos quais se dá a tradução genética, ou seja, a sínteseprotéica. Os ribossomos são constituídos de duas subunidades de tamanhos diferentes, produzidas no nucléolo, que no citoplasma estão separadas, juntando-se no local da síntese protéica. Os pequenos RNA nucleares snRNA: São uma classe de pequenas moléculas de RNA que podem ser encontradas dentro do núcleo de células eucarióticas. São transcritos pela RNA polimerase II ou pela RNA polimerase III e estão envolvidos numa variedade de importantes processos tais como o splicing de RNA, a regulação de fatores de transcrição ou RNA polimerase II, e manutenção do telômero. Estão sempre associados a proteínas específicas e estes complexos são denominados pequenas ribonucleoproteínas nucleares (snRNP). Estes elementos são ricos em uridina. Funções do Material Genético: O DNA tem função de autoduplicação e de transcrição (formação de RNA). *A tradução da informação genética contida no DNA em proteínas ocorre sempre usando-se mRNA como molde e nunca o DNA. Replicação: As duas fitas da molécula se separam, através do rompimento das pontes de hidrogênio entre as bases em cada fita. Fita molde e complementar = duplicação semi-conservatica. Enzimas: DNA polimerase, helicases, topoisomerases, primases, ligases e proteínas SSBP. DNA Polimerase: Enzima responsável pela síntese de novas moléculas de DNA. Inicia a duplicação adicionando novos nucleotídeos a um iniciador primer (pequena molécula de RNA preexistente, iniciador de replicação). A DNA polimerase não inicia a duplicação por si mesma, necessita de primer: Reconhece a hidroxila de um nucleotídeo preexistente encontrado no primer que deve estar ligado a cadeia molde do DNA, para que ocorra a primeira ligação fosfodiéster nas novas fitas. Ao final da duplicação, enzimas retiram o primer e preenchem os espaços por eles ocupados com novos nucleotídeos, formando duas moléculas idênticas à molécula de DNA original. Transcrição: É o processo pelo qual ocorre a formação de uma molécula fita simples de mRNA utilizando uma das fitas do DNA como molde (fita molde ou sense). RNA polimerase: enzima responsável pela ligações entre ribonucleotídeos. A função da transcrição é a transmissão da informação codificada nas bases nitrogenadas da molécula de DNA para a molécula do RNA da seguinte forma: EM EUCARIÓTICOS - sistema mais complexo e menos conhecido, mesmas etapas (procariotos) de iniciação, alongamento e terminação. - ADIÇÃO DO CAP e CAUDA POLI-A EXCISÃO DE INTRONS (SPLICING). - LIGAÇÃO DOS EXONS ENTRE SI. -TRANSPORTE DO mRNA AO CITOPLASMA. Os genes humanos possuem, na maioria das vezes, introns complexos, muito maiores que os exons e já se demonstrou que algumas proteínas são produzidas a partir do mesmo gene porém em cada situação um intron diferente é eliminado, produzindo assim duas ou mais proteínas semelhantes a partir de um mesmo gene. Essas proteínas são denominadas transcritos complexos e diferem por alguns aminoácidos em suas cadeias. Transcrição: Três fases: Início - quando ocorre reconhecimento de sequências específicas no DNA (denominadas promotores pela enzima RNA polimerase, que já ligada frouxamente à dupla- hélice do DNA, desliza e reconhece os promotores que sinalizam exatamente onde a síntese do RNA deve ser iniciada; Alongamento, quando os ribonucleotídeos são sucessivamente incorporados pela ação da mesma enzima; Terminação, quando, com ou sem a participação de proteínas específicas, seqüências no DNA são reconhecidas e a síntese é interrompida. INÍCIO DA TRANSCRIÇÃO: As sequências reguladoras da transcrição podem ser divididas em: elementos promotores: sequências de 100 a 200 nucleotídeos próximos ao sítio de início da transcrição que possuem sequencias consenso TATA (“TATA BOX”). Elementos enchancer ou amplificadores: sequências pequenas de DNA que podem ocorrer na região 5’ do gene. Ativam a expressão do mesmo. Tradução: Proteínas são formadas por uma sequência de aminoácidos (20 AA diferentes em todos os seres vivos) As características funcionais de uma proteína variam conforme o número e posição dos AA na sua molécula. Pode-se classifica-las quanto à função em: Estruturais - forma das células e tecidos (colágeno). Enzimas - atuam nas reações biológicas. Anticorpos - defesa do organismo. Hormônios - órgãos específicos e liberados quando necessário. Código genético e síntese de proteínas: A relação entre a sequência de bases no DNA e a sequência correspondentes de aminoácidos, na proteína, é chamada código genético. Encontra-se na forma de trinucleotídeos do mRNA chamados CÓDONS. Cada códon corresponde a um determinado aminoácido. CÓDIGO GENÉTICO = conjunto de “letras” (bases) que significam os 20 aminoácidos que participam da síntese de proteínas. A seqüência dos aminoácidos numa dada proteína é específicada pela sucessão dos nucleotídeos de um gene, que é uma seqüência de bases nitrogenadasa qual é transcrita em mRNA. A combinação de três nucleotídeos do codon dão 43 = 64 combinações diferentes para codificar vinte aminoácidos. Propriedades do código genético: o códon possui 3 letras (A,C,G,U); Tem ponto inicial 5’ AUG3’ codifica metionina enzimas removem a metionina de modo que o segundo aa às vezes é o inicial de uma proteína. Não é sobreposto – a leitura é feita sempre de 3 em 3 bases. Não tem vírgulas. É degenerado. Esta propriedade onde um mesmo aa pode ser codificado por mais de um códon = degenerescência do código genético. Não é ambíguo. Um mesmo códon não codifica para mais de um aa. É universal. O código genético é o mesmo para todos os organismos vivos, ocorrendo, no entanto, raríssimas exceções. A tradução em passos: O mRNA processado é transferido para o citoplasma. O AA é ativado. Ligação do AA ao tRNA específico. Os tRNA se ligam aos AAs dispersos no citoplasma e os leva ao mRNA. Para cada um dos 20 AAs existe um tRNA diferente. O mRNA liga-se a subunidade menor do ribossomo e com o tRNA (ligado à Metionina), através da ligação do códon (mRNA) com o anticódon (tRNA). Ribossomo se completa com a união da subunidade maior, com os dois locais para ligação códon-anticódon: SITIO AMINOACIL (A) E SITIO PEPTIDIL (P) Ocorre a formação da ligação peptídica entre o grupo carboxílico do 1o aminoácido com o grupo amino do 2o aminoácido, liberando o tRNA e o sítio P. Dá-se a translocação do dipeptídio do sítio A para o P, permitindo a entrada do aminoacil ~ RNAt seguinte. •Quando o ribossomo chega a um códon finalizador na seqüência de RNAm forma-se um polipeptídeo: é quando termina a tradução. Regulação gênica em Eucariotos – sistema operon A glicose reduz a afinidade da RNA polimerase pelo sítio p do operon da lactose. Quando a glicose está presente em uma grande concentração no meio de cultura, ocorre a repressão da síntese das enzimas que permitem o uso da lactose. É bem mais complexa, devido à complexidade dos organismos. Cada gene, a princípio parece codificar um polipeptídeo, mas não necessariamente é sempre assim. Pode ser dividida em: a) regulação com efeitos a longo prazo: envolve a diferenciação morfológica e funcional permanente. b) regulação com efeitos a curto prazo: resulta em respostas imediatas, porém transitórias. Basicamente, existem três componentes que atuam no controle da expressão gênica em eucariotos: 1) O sinal que provoca uma mudança na expressão gênica. Tipos principais de sinais no controle da expressão gênica:- HORMÔNIOS, MUDANÇAS NUTRICIONAIS E AMBIENTAIS 2) As respostas que são realizadas em diferentes níveis.Ex: Elementos PROMOTORES no início da transcrição, como a região TATA, localizada 25 a 35 pares de bases no sítio de início da transcrição 3) Mecanismos das respostas.Resumidamente, os mecanismos de respostasà regulação nos eucariotos estão envolvidos em todas as etapas da regulação, replicação, transcrição e processamento do mRNA, transporte do mRNA ao citoplasma e tradução. O produto final da transcrição e da tradução gênica (a cadeia polipeptídica), nem sempre éexpressado prontamente. Exemplo: Genes que controlam a cor de flores não são diretamente os responsáveis pela formação de pigmentos coloridos nas pétalas das mesmas. Esses pigmentos são produtos de reações catalizadas por enzimas sintetizadas graças ao DNA. Quando a cadeia polipeptídica tem função estrutural, a expressão do fenótipo éproduto direto da informação gênica. Exemplo: O colágeno (proteína fibrosa) estápresente na pele, ossos, cartilagens e dentes de todos os mamíferos. Assim, a expressão fenotípica nesses tecidos éfeita pelo produto direto proveniente do DNA. Certos caracteres são bem complexos tais como peso, altura, teor de nutrientes nos tecidos, prolificidade, etc., resultam da participação de centenas de genes. Para o controle desses caracteres, podemos inferir que o fenótipo final surge de maneira análoga àquela descrita para a cor da flor, havendo porém centenas de passos metabólicos e talvez a interação dos vários produtos formados. Herança Autossômica: Monoíbridismo e Díibridismo – Leis de Mendel e Fatores que alteram essas leis As características fenotípicas que tem herança mendeliana podem ser herdadas como autossômicas, ou ligadas ao sexo (x ou y) e podem ser recessivas ou dominantes. Um indivíduo heterozigoto para este locus poderá fabricar a metade da quantidade da enzima normal. Quando a quantidade da enzima é produzida pela metade, mas a reação correspondente pode se realizar a uma velocidade que não prejudique o fenótipo, o heterozigoto pode ser normal. Nesse caso, o alelo mutante é chamado recessivo, uma vez que não produz efeito visível na presença do alelo normal, que é chamado então de dominante em relação ao alelo mutante. Quando o fenótipo do heterozigoto é intermediário entre os dois homozigotos, a relação de dominância é chamada intermediária. O heterozigoto pode, em outros casos, expressar fenótipo e ambos os genes: no gado Shorthorn, o indivíduo Cr Cr tem pelos vermelhos, CwCw brancos e CrCw ruão. Quando os dois genes se manifestam assim, eles são chamados codominantes. Herança autossômica = esquematização dos gametas de indivíduos diploides normais (gametas contendo um representante de cada par de cromossomos homólogos) Característica monogênica = condicionada por um único loco, que pode apresentar dois alelos diferentes, um em cada cromossomo homólogo. Num gameta normal ocorre somente um representante de cada par de alelos. Logo, um heterozigoto formará 50% dos gametas A e 50% a. Um indivíduo duplo heterozigoto (Aa Bb), cada loco situado num par de homólogos diferente, formará os seguintes tipos de gametas, em idênticas proporções: 1AB, 1Ab, 1aB, 1ab. Primeira Lei de Mendel – Monoíbridismo BB X bb = 100% Bb (f1) F1 X F1 = BB, Bb, Bb, bb. Segunda Lei de Mendel – Díibridismo BB ff X bb FF 1BBFF 2BBFf 1BBff 2BbFF 4BbFf 2Bbff 1bbFF 2bbFf 1bbff (fenotípica 9B_F_ ; 3B_ff ; 3bbF_ ; 1bbff As proporções fenotípicas encontradas em f2 são elucidativas do tipo de interação alélica (proporções mendelianas) ou de interação não- alélicas (proporções mendelianas modificadas). Utilização das leis de probabilidade: Probabilidade de ocorrerem eventos independentes Probabilidade de ocorrerem casos repetidos de eventos independentes: Ocorrer tal coisa E outra coisa (multiplicação). Probabilidade de ocorrerem eventos que se excluem: Probabilidade de ser macho ou fêmea = ½ com expoente do número de machos ou fêmeas que quer. Os eventos se excluem ou são x machos ou x fêmeas, mas qualquer dos dois resultados interessa por isso se soma. Teste X²: Entre os testes de avaliação de hipóteses genéticas o teste de x2 tem se mostrado bastante útil e eficiente, pois leva em consideração os desvios ocorridos entre valores previstos e observados e é sensível ao tamanho da amostra. Compara valores observados com esperados: -=Teste de proporções genotípicas Cruzamento entre galinhas de crista rosa e ervilha, a F1 apresentou um quarto tipo de crista, a noz. Esses indivíduos da F1 cruzados entre si originaram a F2. Será testada a hipótese de que o caráter é regulado por 2 genes com interação não- epistática, segregando na proporção 9;3;3;1. Assim, tem-se: Teste de Hipótese: Se x² calc> ou =x² tab => rejeita-se Ho Se x² calc<x² tab => não se rejeita Ho Conclui-se portanto que a hipótese é rejeitada ao nível de significância estabelecido, pois x² cal (=12,44) é menor que x² tab (=7,81) Fatores que alteram a Herança Mendeliana: GENES LETAIS: manifestação é a morte do indivíduo, pré ou pós-natal (mas sempre antes da maturidade sexual), ou então, o impedimento da reprodução (ou seja, o gene não passa para a geração seguinte). Letais Recessivos: A característica ausência de pernas ou amputado em gado bovino é atribuida a um letal recessivo (o animal geralmente morre ao nascimento). Letais dominantes: O gene C, em galinhas, produz, em heterozigose, indivíduos rastejantes (pernas curtas e tortas). Em heterozigose, o gene é letal. FENOCOPIAS: Fenótipos resultantes de causa ambiental, indistinguíveis de fenótipos causados por genes. Por ex, o ácido bórico, quando injetado em ovos galados, na época apropriada do desenvolvimento, produzirá galinhas rastejantes. EXPRESSIVIDADE E PENETRÂNCIA: Um gene cuja expressão apresenta variações em diferentes indivíduos, tem expressividade variável. Por exemplo, o gene que causa polidactilia, pode ocasionar dedos extras nos 4 membros, só em 3, 2 ou 1. Um gene que se expressa em um indivíduo, pode não ter efeito em outro. Nesse caso, o gene tem penetrância incompleta. Por ex., de cada 100 indivíduos que possuem o gene para polidactilia, só 60 tem o problema, logo, a penetrância deste gene é 605. Obs: Existem genes que apresentam incompleta e também expressividade variável, mas isso não é obrigatório: existem outros genes que tem penetrância incompleta mas sua expressividade não é variável e outros ainda, cuja expressividade é variável, mas a penetrância é completa. A maioria dos genes tem é penetrância completa e expressividade não-variável. GENES MODIFICADORES: Alteram a expressão de outros, não-alelos. Ex.: Em gado Holstein a pelagem pintada é condicionada por um par de genes, mas a quantidade de pintas de cor é determinada por genes modificadores. PLEIOTROPISMO: Ocorre quando um único gene produz diferentes manifestações fenotípicas. Ex.: O gene M que cauda o fenótipo Merle, em cães (áreas cinza-azuladas na pelagem; olhos azuis – um ou ambos – ou heretocromia de íris; pelos brancos; surdez; cegueira e esterilidade). HETEROGENEIDADE GENÉTICA: Quando uma mesma característica fenotípica é causada por genes diferentes, não-alelos. Ex.: A surdez pode ser devido a alterações no nervo auditivo causadas por um gene recessivo a, mas também pode ser devido a alterações na cóclea, causadas por um outro gene recessivo b. Dois indivíduos surdos podem ter descendentes normais: se um deles for surdo – aaBB e outro também surdo, porém AAbb. Em ovelhas e bovinos existe uma doença genética dermatosparaxia herdada como autossômica recessiva, na qual os animais afetados nascem com a pele bastante elástica e frágil. O mais leve arranhão resulta em lacerações graves. Uma doença com os mesmos sinais clínicos da dermatosparaxia, mas com sinais histopatológicos diferentes, foi descrita em martas, cães e gatos a astenia cutânia é autossômica dominante. GENES INFLUENCIADOS PELO SEXO: O gene h+ (autossômico) em ovinos determina a presença de chifres. Esse gene funcionacomo dominante nos carneiros e como recessivo nas ovelhas. GENES LIMITADOS AO SEXO: O gene h (autossômico), em galinhas, determina a plumagem de galo. Mas ele só se expressa nos galos. MANIFESTAÇÃO TARDIA: Existem genes cuja manifestação é tardia, isto é, seu efeito fenotípico não está presente ao nascimento. Por exemplo, o gene G, em equinos, produz embranquecimento precoce na pelagem, tornando o cavalo Tordilho (se for preto) ou Rosilho (se for vermelho). INTERAÇÃO: GENE VERSUS AMBIENTE: o indivíduo herda genótipo. O fenótipo é resultante da interação do genótipo versus meio ambiente. Alguns genes são pouco influenciados pelo ambiente: os responsáveis pelos grupos sanguíneos. Outros, pelo contrário, são muito influenciados pelo ambiente: Os coelhos himalaia (ChCh) são brancos com extremidades pretas. A enzima que produz o pigmento preto se inativa na temperatura normal do corpo, só funcionando nas regiões mais frias. GENES VERSUS GENES: a) Um gene impede o efeito do outro, não-alelo: EPISTASIA. Ex.: Epistasia recessiva na determinação da cor da pelagem de camundongos: C_=cor na pelagem; cc=albinos ; B_=preto ; bb=marrom Nesses casos, as proporções fenotípicas esperadas para a descendência de dois animais heterozigotos serão: C_B_ preto 9; C_bb Marrom 3; ccB_ e ccbb Albinos 4. Se a epistasia for dominante, a proporção fenotípica esperada para os descendentes de dois heterozigotos será: F2: A_B_ 12; A_bb e aaB_ 3; aabb 1 b) Dois ou mais loci contribuem para o mesmo fenótipo: Exemplo nas linhagens domésticas de galinhas que apresentam 3 tipos de crista: Crista rosa, crista ervilha e crista simples. Se for realizado um cruzamento entre galinhas de crista rosa e ervilha, a F1 apresentará um quarto tipo de crista, a noz. Esses indivíduos da F1 cruzados entre si originarão uma F2 que representará os 4 tipos de cristas na proporção 9 noz; 3 rosa; 3 ervilha; 1 simples, o que nos leva à conclusão de que a crista noz resulta da interação entre os dois genes dominantes R e P. F2: R_P_ Noz 9; R_pp Rosa 3; rrP_ ervilha 3; rrpp simples 1 CONSTRUÇÃO E ANÁLISE DE GENEALOGIAS: A construção de um heredograma ou “pedigree” é uma etapa importante no estudo e interpretação de características determinadas geneticamente. Os critérios e símbolos usados são os seguintes: a) Cada geração deve ser identificada por um algarismo romano, o menor corresponde à mais remota; b) Os indivíduos de uma mesma geração recebem algarismos arábicos que crescem da esquerda para a direita e são colocados abaixo do símbolo; c) Os indivíduos de uma mesma geração situam-se na mesma linha horizontal; d) O propósito, isto é, o indivíduo a partir do qual foi construída a genealogia é indicada por uma seta. HERANÇA LIGADA AO SEXO: Quando consideramos características ligadas ao sexo, em indivíduos diploides, a esquematização de gametas requer que estes contenham uma representando do par cromossômico sexual. Nesse tipo de herança por convenção, representam-se os genótipos com as letras indicativas dos genes e alelos, acopladas ao cromossomo sexual, ex.: XHXh; XhY (h como expoente) Em qualquer cruzamento envolvendo herança ligada ao sexo, a análise dos resultados implica o cálculo das proporções fenotípicas: a) Gene ligado ao sexo (exemplo daltonismo); Variantes: b) Gene parcialmente ligado ao sexo: determinado por genes localizados na porção homóloga entre X e Y; c) Gene limitado ao sexo (envolvem genes que ocorrem nos 2 sexos, mas só se manifestam em 1); d) Gene influenciado ou controlado pelo sexo (genes localizados em cromossomos autossômicos porém dependem do sexo do indivíduo exemplo a calvície) e) Gene holândrico (ligado a Y). HERANÇA AUTOSSÔMICA DOMINANTE: A característica aparece em todas as gerações que contêm o gene (sem saltos). Todo o indivíduo com a característica é filho de um genitor com a mesma caract. (salvo casos de mutações novas). A característica é transmitida por um indivíduo afetado para metade de sua prole (em média). Indivíduos não-afetados não transmitem a característica para sua prole. A ocorrência e transmissão da característica independem do sexo, isto é, machos e fêmeas podem igualmente apresentar ou transmitir a característica. HERANÇA AUTOSSÔMICA RECESSIVA: A característica pode não aparecer em todas as gerações; há saltos de gerações. Um indivíduo com a característica pode ser filho de pais que não apresentam essa característica. O risco de recorrência da característica é de ¼ para cada nascimento. Frequentemente se observa consanguinidade no pedigree. A ocorrência e transmissão da característica independem de sexo, isto é, machos e fêmeas podem igualmente apresentar ou transmitir o caráter. HERANÇA DOMINANTE LIGADA AO X: Os machos afetados transmitem o caráter para todas as suas filhas e para nenhum de seus filhos. As fêmeas afetadas heterozigotas transmitem a condição para ½ de seus filhos de ambos os sexos. As fêmeas afetadas homozigotas transmitem o caráter para toda a sua prole. A transmissão pela fêmea segue o mesmo padrão de um autossômico dominante. A herança dominante ligada ao X não pode ser distinguida da herança autossômica dominante pela prole das fêmeas afetadas, mas apenas pelo dos machos afetados. HERANÇA RECESSIVA LIGADA AO X: A incidência do caráter é mais alta em machos do que em fêmeas. O caráter é passado de um macho afetado, através de todas as suas filhas, para metade de seus netos. O caráter nunca é transmitido diretamente do pai para o filho. O caráter é transmitido para um macho sempre através de sua mãe (portadora ou afetada). HERANÇA LIGADA AO Y (HOLÂNDRICA): Macho transmite para macho, sem salto de gerações. Não há fêmeas afetadas no pedigree.
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