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PROVA 1 – GENÉTICA Griffith Griffith observou os experimentos na bactéria Streptococus pneumoniae, a qual causa pneumonia no ser humano e é normalmente letal em ratos. Algumas linhagens dessa espécie evoluíram para menos virulentas. Griffith usou duas linhagens: as virulentas mortais (encapsuladas em polissacarídeo, aspecto liso) identificadas como linhagem S e as não-virulentas (sem polissacarídeo, aspecto rugoso) identificadas como linhagem R. Griffith matou algumas células da linhagem S por aquecimento. Os ratos sobreviveram, mostrando que o envoltório não causa morte. No entanto, os ratos injetados com uma mistura de células virulentas mortas e células não-virulentas vivas morreram. Além disso, as células recolhidas dos ratos mortos eram as lisas e virulentas nas subsequentes injeções. De algum modo, as células S mortas haviam convertido células R vivas em células S vivas. Processo chamado de transformação. Avery e Colin Desvendaram qual componente químico causava a transformação. Destruíram quimicamente todas as principais categorias de substâncias químicas das células mortas, uma de cada vez, para descobrir se o extrato tinha perdido a habilidade de transformação. O tubo no qual adicionou bactérias R vivas e S mortas com tripsina (proteinase) continuou transformando. O qual adicionou bactérias R vivas e S mortas com RNAse também transformou. Finalmente, adicionando DNAse às bactérias R vivas e S mortas, não houve transformação. Ou seja, o DNA é o princípio transformante. Hershey-Chase Realizaram um experimento com o vírus fago T2 que infecta bactérias. A maioria da estrutura do fago é de proteínas e DNA. Decidiram marcar diferencialmente o DNA e a proteína usando radioisótopos para rastrear os materiais durante a infecção e descobrir qual material transmitiu os fatores do bacteriófago para a bactéria. Sabiam que não existia enxofre no DNA, mas existia fósforo. Nas proteínas não existia fósforo, mas enxofre sim. Criaram dois meios de cultura de E. coli: o primeiro, com fósforo radioativo para demarcar o DNA; o segundo, com enxofre radioativo para demarcar as proteínas dos bacteriófagos. Após o tempo de infecção, fragmentavam no liquidificador o capsídeo do bacteriófago e centrifugavam o material. Formava duas fases: uma mais pesada (bactérias - maiores e mais pesadas) e outra mais leve (capsídeos). No segundo meio, marcado com enxofre radioativo, mostrou as proteínas na fase mais leve (capsídeos). No primeiro meio, marcado com fósforo radioativo (DNA), o fósforo foi encontrado na fase mais pesada: nas bactérias infectadas. Portanto, o DNA dos bacteriófagos foi incorporado ao DNA das bactérias, confirmando o DNA como princípio transformante. Análise de difração de raios x do DNA - Rosalind Franklin Nos seus experimentos, ela cristalizava substâncias químicas e bombardeava raio X. Onde havia núcleo de prótons, o raio batia e voltava; quando passava próximo ao núcleo, ele batia e desviava e impregnava na placa de raio X. A partir da impregnação, ela deduzia a estrutura do DNA com cálculos matemáticos. Os dados sugeriram que o DNA é longo e fino, tem duas fitas e é helicoidal. Meselson Stahl Cultivaram células de E. coli em meio a nitrogênio pesado 15N. As bactérias incorporaram esse nitrogênio no seu DNA nas bases nitrogenadas a cada divisão. Depois de algumas divisões, ele pegou as bactérias com nitrogênio pesado incorporado ao seu DNA e colocou em um meio de cultura com nitrogênio leve 14N e deixou elas se dividirem uma vez. Depois, deixou se dividirem duas vezes. Matou as bactérias e reservou. Ele fez uma centrifugação da colônia no Cloreto de Césio e analisou as densidades. As células cultivadas no nitrogênio pesado mostravam alta densidade. Após as divisões no nitrogênio leve, o DNA tinha densidade intermediária. Depois de duas gerações de E. coli, o experimento confirmou o modelo de Watson-Crick: o DNA sofre uma replicação semiconservativa - Mantém uma fita velha e uma nova é sintetizada. John Cairns Incorporou a timidina triciada nas células bacterianas (3H). Cada nova molécula-filha sintetizada deveria conter um filamento radioativo (“quente”) e outro não radioativo (“frio”). Após vários ciclos de replicação, pôs o conteúdo da célula em um filtro de papel que foi posto numa lâmina de microscópio. Cobriu o filtro com uma emulsão fotográfica e deixou no escuro por 2 meses. Esse procedimento é a auto-radiografia, que permitiu a localização do 3H no material. Decaimento de 3H – emissão de partículas beta. Há uma reação química toda vez que a emulsão detecta uma emissão beta. Na revelação, há a formação de uma trilha de partículas beta como pontos pretos/ grãos. Após um ciclo de replicação, havia um anel de pontos (filamento radioativo recém formado). No segundo ciclo, havia uma curva espessa de pontos passando pelo círculo (dessa vez com dois filamentos radioativos). O formato de lua observado foi chamado de estruturas teta. Propriedades DNA polimerase 1 DNA polimerase 1: atividade polimerase - catálise do crescimento da cadeia sentido 5’ 3’; atividade exonuclease - 3’ 5’ remove os pareamentos errados; atividade exonuclease 5’ 3’ que degrada a dupla hélice do DNA. No entanto, ela muito lenta 20 nuc/seg e muito abundante 400 moléculas/célula. Esclareceram que, na verdade, outra polimerase (a 3) é que catalisa a síntese de DNA. Replicação Processo de duplicação de uma molécula de DNA dupla-fita, ocorre sempre que uma célula vai se dividir durante a fase S da intérfase. O processo é semiconservativo, pois um filamento é mantido e um novo é formado. O processo se dá com a abertura da fita análoga a um zíper (forquilha) através da enzima helicase e das proteínas SSB que ajudam a manter a fita aberta. A abertura ocorre por meio da quebra de das pontes de hidrogênio responsáveis por manter os dois filamentos unidos. Nos eucariotos, há várias bolhas de replicação (regiões específicas de abertura ricas em adenina e timina). Nos procariotos, essa região é chamada de ori-C Como a fita de DNA vai se abrindo, uma tensão na parte posterior a abertura vai se criando e forma estruturas chamadas super hélices, onde aliviam a tensão da fita de DNA. A enzima DNA girase (+topoisomerase) quebra e eliga o DNA tirando a tensão e evitando que o DNA seja rompido. Após a abertura, ocorre a polimerização pela enzima pol III, que sempre segue no sentido 5’ - 3’ adicionando nucleotídeos em fitas com a parte 3’ livre. No entanto, as fitas têm polaridade inversa, ou seja, são antiparalelas. A polimerização de uma das fitas será contínua (filamento leading) porque segue a helicase. A polimerização da outra fita será descontínua (filamento lagging), criando filamentos de DNA chamados Fragmentos de Okazaki. Os fragmentos descontínuos são ligados pela enzima DNA ligase. A DNA pol III só consegue trabalhar com um molde de RNA na fita: a enzima DNA primase (primossomo) faz uma pequena cópia de RNA no início da replicação – o primer. A fita contínua necessita de um primer, já a descontínua necessita de vários (cada fragmento possui seu próprio primer). A enzima pol I remove os primers, checa a sequência correta e preenche os espaços com DNA. O repliossomo é um complexo de proteínas que coordena a replicação, essa série de proteínas compõe a forquilha de replicação. Repliossomo = DNA pol III + primases + SSB + grampos beta + pol I + ligase = holoenzima polimerase III. Possui dois cernes catalíticos mais proteínas: um deles atua na produção da fita contínua e outro da descontínua. Asproteínas acessórias mantém tudo unido e funcionando, uma delas forma o grampo beta que mantém a DNA pol III ligada a fita de DNA. Montagem do repliossomo: Procariotos A montagem começa nas origens. A replicação de E. coli começa numa origem fixa: a região oriC. A enzima DNAa reconhece uma sequência de 13 pares de bases (chamada DNAa boxe) repetidas 5 vezes na região oriC. Essa região é rica em bases A e T, portanto abre mais facilmente. As enzimas DNAa ligam-se as fitas abertas e se associam a outras enzimas chamadas DNAb (helicase) que começa a abrir a fita. A primase e a pol III ligam-se a esse complexo e a síntese tem início. Repliossomo eucariótico Pode desmontar e remontar os nucleossomos por meio da proteína CAF-1 (que se liga às histonas e as direciona para a forquilha de replicação) As origens de 100 a 200 pb tem uma sequência de DNA com uma região rica em AT. Cada cromossomo eucariótico tem muitas origens de replicação, assim, a replicação continua em ambas as direções e em múltiplos pontos de origem. O complexo de 6 proteínas de reconhecimento chamado ORC liga-se a uma região de DNA rica em AT. As proteínas Ctc6 e Cdt1 são recrutadas. Após isso, a helicase replicativa (complexo MCM) também é recrutada. A replicação é ligada a fase S do ciclo celular pela disponibilidade das proteínas Ctc6 Cdt1, pois são destruídas após a síntese ter começado. Montar e remontar caf1 – origens 100 a 200 – cada cromossomo – orc liga se a uma AT – ctcseis e cdt1 – helicase replicativa Telomerase e a fonte da juventude Na parte final do cromossomo após a replicação um pedaço é perdido. A enzima Telomerase recupera parte desse material perdido. A partir disso, foi levantada a hipótese de que essa perda seria responsável pelo envelhecimento. As pessoas que têm telômeros defeituosos sofrem um envelhecimento prematuro. Assim, se adicionado telomerase ao cromossomo, teríamos a fonte da juventude. No entanto, a adição de telomerase causou câncer nas cobaias. Elliot Volkin e Lawrence Astrachan – Experimento de pulso-caça do RNA Bactérias alimentadas com uracil radioativo (necessária para a síntese de RNA, mas não de DNA) são pulsadas. Após um período de tempo, são transferidas para um meio com uracil não radioativo. Resultado: o RNA recuperado logo após o pulso é marcado, mas o recuperado um pouco mais tarde após a caça não, indicando que o RNA tem um tempo de vida muito curto. Propriedades do RNA Cadeia de nucleotídeos unifilamentares - fita simples; flexível; maior variedade de formas moleculares tridimensionais; pode ocorrer pareamento intramolecular de bases. Ácido ribonucleico. Tem açúcar ribose (grupo hidroxila ligado ao carbono 2’); possui uma ponta 5’ e uma 3’, como o DNA. Os ribonucleotídeos contém as bases adenina, guanina, citosina e uracila (no lugar da timina). Durante o dobramento de RNA, U pode parear também com G. Pode catalisar reações biológicas, nesse caso, leva o nome de ribozima. Se considerarmos que no DNA estão as instruções para a fabricação das proteínas, então o RNA pode ser considerado parte das engrenagens que fazem o DNA produzir seus produtos. Classes de RNA RNA mensageiro (mRNA) Produzido pela transcrição Codifica informações necessárias para fazer cadeias polipeptídicas (proteínas). São intermediários e passam a informação do DNA para ser traduzida em proteína. RNA funcional Não codifica informações para produção de proteínas. O próprio RNA é o produto final. RNA transportador (tRNA): responsável por ligar o aminoácido correto ao mRNA na tradução RNA ribossômico (rRNA): forma em conjunto com algumas proteínas os ribossomos. Pequenos RNA nucleares (snRNA) - organismos eucariotos - fazem parte da maquinaria que processa os RNAs transcritos. Alguns snRNA se unem a subunidades proteicas e formam o complexo ribonucleoproteico de processamento (o splicessomo) que remove íntrons do mRNA MicroRNA (miRNA): regulação da quantidade de proteínas produzidas por muitos genes. Pequenos RNA de interferência (siRNA): defesa do genoma. Inibem a produção de vírus e impedem a transposição. Transcrição Processo em que sequências de DNA são transformadas em RNA por meio do pareamento complementar de bases. O RNA formado é chamado de transcrito. Primeiro, os dois filamentos da dupla hélice separam-se localmente, um dos dois atua como fita molde para a síntese de RNA. Os ribonucleotídeos são posicionados pela enzima RNA polimerase e são unidos às suas bases complementares: A com U, C com G. À medida que a RNA polimerase se move ao longo do gene, ela desenrola a dupla de DNA e reenrola o DNA que já foi transcrito. O filamento não-molde do DNA é chamado de filamento codificante, essa sequência é a mesma encontrada no RNA transcrito. Procariontes Tem início na região promotora que está na ponta 5’ do gene. A primeira base transcrita está sempre no sítio iniciador. Sequências promotoras: região -35 e - 10. A RNA polimerase liga-se à essa região e forma um aglomerado de proteínas chamado holoenzima RNA polimerase que desenrola a dupla hélice. O alongamento da fita forma uma bolha de transcrição e o RNA nascente é liberado aos poucos. A holoenzima RNA polimerase é composta de cinco subunidades do cerne da enzima: duas subunidades alfa, uma beta, uma beta’ e uma gama e mais uma subunidade fator sigma. O fator sigma é quem reconhece a região promotora e recruta as outras enzimas (bolha de transcrição). Após ligadas com o RNA polimerase III, a subunidade sigma se desliga e começa a transcrição. A terminação ocorre quando a holoenzima encontra a região 3’ não traduzida (3’ UTR) Os dois mecanismos principais de término são: Mecanismo intrínseco: cerca de 40 pares de bases ricas em GC seguido por uma fileira de 6 ou mais bases A formam um grampo que desprende o RNA nascente. Mecanismo extrínseco: fator rô reconhece sinais de terminação. Esses RNA’s dependentes de rô têm uma região rica em C (sítio rut). O fator rô facilita a liberação do RNA. Operon: grupamento de genes bacterianos transcritos em um único promotor. Eucariontes Os genes são mais complexos que procariontes. O trabalho da transcrição é dividido em 3 enzimas: a RNA pol I que transcreve genes de RNA, a RNA pol II transcreve todos os genes codificantes de proteínas e por último a RNA pol III que transcreve todos os genes codificantes de proteínas. O início do processo de transcrição ocorre com reconhecimento da região promotora (-10 e -35) pela proteína GTF, ocorre então a formação do processo de iniciação pela união das GTP’s + RNA pol II. Na região -30 existe uma sequência TATA (TATA boxe) onde liga-se à proteína TATA (TBP que é uma parte dos 6 constituintes do GTF). Alguns GTF permanecem e outros desligam-se. A transcrição começa quando o domínio da cauda carboxila (CTD) da RNA pol II, a transcrição para ao encontrar a região AAUUAA ou AUUAAA. Na parte 3’ é adicionada uma cauda de poli A (150 - 200 bases) - sinal de poliadenilação Após esse processo, o RNA é liberado e ocorre a recomposição ou splicing (retirada dos íntrons e união dos éxons) Proteínas Uma proteína é uma molécula orgânica capaz de realizar dois tipos de função: estrutural, que dá forma a certas estruturas (citoesqueleto, por exemplo) e enzimática, que acelera e realiza praticamente todas as reações químicas do organismo. As proteínas são formadas por aminoácidos unidos por ligações peptídicas (ligações de carboxila + grupamentos aminos). As proteínas têm quatroníveis de estrutura: Estrutura primária: sequência linear de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica. Secundária: a proteína dobra-se em torno de si mesma dentro de um “forninho”: as chaperonas. As estruturas secundárias mais comuns são a alfa hélice (dobramento gera uma espiral) e a folha beta pregueada. Terciária: é o dobramento da estrutura secundária. Estrutura em 3 dimensões. Pode se unir em estrutura quaternária. As proteínas que possuem função de enzima apresentam uma região chamada sítio ativo, que é a região que vai desempenhar a função de enzima. Alterações na enzima geram produtos errados das reações ou as impossibilitam de acontecer, tudo depende do aminoácido que é trocado (o errado). A sequência linear dos nucleotídeos em um gene determina a sequência linear de aminoácidos em uma proteína. As enzimas têm um pH e uma temperatura ótima, caso esses se alterem, há uma desnaturação da proteína e sua atividade é reduzida. O código genético A sequência de nucleotídeos dita a sequência de aminoácidos das proteínas. Isso é possível por meio de códigos chamados códons. 1 códon é uma sequência de 3 nucleotídeos que correspondem a 1 aminoácido. O código genético possui 20 aminoácidos que são codificados por 64 códons, por esse motivo é dito degenerado, ou seja, a terceira base nitrogenada pode variar sem que altere o aminoácido correspondente. Todo mRNA começa com AUG (metionina). UGA – stop códon, códon de parada ou de terminação. Tradução O processo de tradução tem início com a produção do mRNA que migra até o citoplasma da célula (caso seja eucarioto). Após o mRNA migrar até o citoplasma, a subunidade menor do ribossomo vai reconhecer, no sítio A, a sequência correspondente a metionina (AUG). Logo após, a subunidade maior do ribossomo se liga e forma o ribossomo. Os ribossomos vão lendo o mRNA a cada 3 bases (1 códon). O ribossomo vai recrutar tRNA. Cada códon ao ser reconhecido pelo ribossomo liga-se à uma região do tRNA chamada anticódon – cada tRNA possui uma sequência de anticódon correspondente a um aminoácido (reconhecem e se ligam tanto ao códon quanto ao aminoácido por meio da enzima tRNA sintetase) – os tRNA são recrutados ao sítio A que reconhece o anticódon no códon do mRNA. No sítio P, o aminoácido do transportador se desliga do tRNA e se liga no ribossomo. No sítio E, o tRNA (que não tem mais aminoácido) é liberado e esse processo ocorre sucessivas vezes. A proteína pronta (após reconhecer o stop códon) vai para a chaperona (pH neutro e livre de cargas), onde se dobra e é liberada pronta. Depois de pronta, o ribossomo é desmontado. Vários ribossomos leem ao mesmo tempo o mRNA, são chamados de polirribossomos, isso torna o processo muito rápido. Dogma central O DNA pode se replicar e dar origem a novas moléculas de DNA, pode ainda ser transcrito em RNA e este traduz o código genético em proteínas, replica-se e produz moléculas de DNA (transcriptase reversa) Fontes de variabilidade e mutações gênicas A mutação é uma fonte de variabilidade e é essencial no processo de evolução. As mutações que ocorrem num lócus gênico específico são chamadas de gênicas ou pontuais. Podem envolver substituição, adição/inserção ou perda/deleção de base. As modificações maiores são chamadas de mutações cromossômicas, podendo ser estruturais (alteram a estrutura) ou numéricas (alteram o número). Mutação pontual alterando um aminoácido: acontece em 1 base nitrogenada e é a substituição de uma base por outra, é mais sentida na 1º ou 2º base do códon. Mutação pontual alterando a emenda entre um éxon e um íntron: o éxon vira proteína, o íntron é uma região entre éxons que não vira proteína e precisa ser eliminado, o que não ocorre na mutação. Mutação pontual produzindo um stop códon: interrompendo a tradução da proteína completa. Deleção ou inserção de uma base: alterando a composição da proteína traduzida a partir do ponto de mutação (mais problemática que a substituição). Deleção ou inserção de 3 bases (códon): produz uma proteína com aminoácido a menos ou a mais. Menos traumático, não altera a matriz de leitura. Mutação silenciosa: Código genético é degenerado (um mesmo aminoácido pode ser codificado por mais de um códon), mutação mais comum Organização do DNA em cromossomos Estudo: Como o material genético está acondicionado na célula – DNA grande e fino – está compactado Compactação para a divisão celular Formação de gametas Crescimento e formação de tecidos em geral – dentes Compactação do DNA O DNA – estrutura química peculiar (fosfato, desoxirribose, ...) Fina (30nm) e comprida (aproximadamente 2m – humanos) Encontra-se parcial ou totalmente compactada e associada a proteínas Histonas - protegem o DNA Cromossomos virais: “caixinha de proteína com material genético dentro” DNA ou RNA Fitas simples ou duplas Circular ou linear Compactados, abrigados em uma cápsula proteica Cromossomos bacterianos Pouca complexidade genética – muito simples DNA dupla fita compactado e associado a poucas proteínas (nucleóide) Plasmídeo – Dupla fita de DNA auto-replicante. Bactéria – DNA circular Cromossomos eucariontes Complexidade variável Presença de íntrons (regiões entre éxons que devem ser retiradas) Altamente associado a proteínas (histonas) na tradução; Tamanho variável – E. coli: 1200 um / Humano :19000-73000um Nos humanos tem apenas metacêntrico, submetacêntrico e acrocêntrico (não possuímos cromossomos telocêntricos) Classificações dos cromossomos humanos: Há um estrangulamento nos cromossomos chamado centrômero que une duas cromátides. O centrômero divide as cromátides em dois braços cromossômicos. Os braços curtos (situados acima do centrômero) são denominados p e os braços longos (abaixo do centrômero) são denominados q. Os braços curtos dos cromossomos acrocêntricos podem possuir uma região chamada satélite ou regiões organizadoras do nucléolo (constrição secundária) responsáveis pela produção de nucléolos. • Metacêntrico - centrômero localizado centralmente • Acrocêntrico - centrômero próximo a extremidade, muito deslocado do centro • Submetacêntrico - posição intermediária • Não há cromossomos telocêntricos nos humanos. O arranjo dos genes nos cariótipos - Distribuição -Tamanho: do maior para o menor. O tamanho dos cromossomos é diretamente relacionado com a quantidade de genes. -Posição do centrômero: Metacênticos, submetacênticos, acrocêntricos -Número: 4seis cromossomos ou 44 autossomos + 2 sexuais ou 23 pares Variações numéricas Toda espécie possui número definido de cromossomos Cariótipo humano – 2n = 46/ 44 autossomos + 2 sexuais Síndrome de Down: trissomia do 21 Arranjo cromossômico no núcleo interfásico: Sítios específicos para otimizar as reações químicas Estrutura do cromossomo humano: Genoma é armazenado como cromatina Alta eficiência na compactação – 2m em 0,006 mm de diâmetro do núcleo Compactação ou não influenciam a regulação gênica Complexo DNA + PROTEÍNA (HISTONA) = CROMATINA DNA ativo é o descompactado, o compactado é o inativo 1º nível de compactação – octâmeros de histonas É o DNAassociado a proteínas histonas. O DNA se enrola na histona por duas voltas e meia e forma o nucleossomo. Há 2 moléculas de cada histona: H2A, H2B, H3, H4, que formam o octâmero de histonas. Essa estrutura diminui 1/3 do tamanho do DNA. Os nucleossomos estão unidos entre si por segmentos do DNA chamados DNA de ligação, formados por 15 a 100 pares de bases. 2º nível de compactação – Espiral solenoide Nucleossomos são ligados uns aos outros pela H1 fomando o solenoide Estado de organização da cromatina no núcleo interfásico 3º nível de compactação – Arcabouço aumenta em 6x a compactação • Alças de solenoide projetam-se de um arcabouço (base de proteína) – Helicoidização - O processo começa na prófase e termina na metáfase 4º nível de compactação – arcabouço de solenoide condensado Cromossomo Metafásico - Altamente condensado para a divisão celular. Cromossomo Interfásico- Geralmente não são visíveis no microscópio devido a cromatina pouco condensada ou não compactada Implicações da cromatina condensada DNA inacessível a interação com outras proteínas com a cromatina muito compactada Replicação inacessível. A replicação acontece antes da compactação. Remodelamento da cromatina Cromatina relaxa, sua estrutura compacta expõe regiões do DNA às proteínas e depois pode reverter o processo (período de inatividade) Modificações histônicas Acetilação – Adição de um grupo acetil ao grupo carregado positivamente do aminoácido lisina das histonas (neutraliza a carga positiva), isso possibilita a abertura das fibras de cromatina (ativação gênica). Ex: - Inativação do cromossomo X em mamíferos (corpúsculo de Baar) histona H4 esta insuficientemente acetilada Metilação – Adição de grupos metila a arginina e lisina das histonas (ativação gênica) Quanto mais acetilado e metilado, mais disponível estará o DNA, porque ele se desliga um pouco das histonas. Não altera o DNA, mas altera a maneira como ele se expressa Padrões de acetilação e metilação são relacionados ao comportamento – são passados hereditariamente Padrões de cromatina Regiões com colocações distintas nos cromossomos quando tratados com algumas substâncias químicas. Heterocromatinas: Regiões densamente coradas (altamente condensadas) ausência de genes ou repressão deles; Eucromatinas: Regiões pouco coradas (regiões menos comprimidas e convertidas em heterocromatina durante a divisão celular) – Localização de genes ativos. Em alguns casos, cromossomos inteiros são heterocromáticos -Cromossomo Y de mamíferos, maior parte é heterocromática; - Cromossomo X inativado das fêmeas dos mamíferos: Corpúsculo de Baar heterocromático. Caso dê algum problema no X, este pode ser compactado (inativado) e usado o outro X. Técnicas de bandamento cromossômico A partir das bandas, foi possível a identificação de cada par cromossômico pelo padrão característico das bandas que ele apresenta. Reconhecer cromossomos homólogos e não homólogos. Bandas G: Cromossomos submetidos à digestão pela tripsina e corados com giemsa. Bandas R: Cromossomos tratados com calor e corados com giemsa. Bandas C: Cromossomos tratados com hidróxido de sódio e corados com giemsa. São coradas regiões específicas: aquelas que apresentam DNA altamente repetitivo (centrômeros, regiões em heterocromatina). Há também técnicas especiais para o estudo de determinadas regiões específicas do cromossomo. São elas: Bandas NOR: Coram as regiões especificadoras dos nucléolos. Bandas T: Coram regiões telométricas ou terminais dos cromossomos. Bandeamento G de alta resolução: exame mais detalhado dos cromossomos. Divisão Celular Papel da divisão celular no desenvolvimento dentário: Existe variação interespecífica e intraespecífica Formação da matriz dentária e esmalte têm forte ação gênica Forma e tamanho fraca ação gênica Alteração do tamanho dentário – herança autossômica poligênica e influenciada por cromossomos sexuais Síndrome de Klinefelter (47, XXY) Dentes maiores Síndrome de Turner (45, X) Dentes menores Síndrome de Down (47, XX OU XY+21) Dentes menores Multiplicação celular Organismos unicelulares - Multiplicação a fim de reprodução (mitose) Organismos multicelulares - Produção de células reprodutoras e desenvolvimento de um organismo todo a partir de um único zigoto; mitose (crescimento e manutenção), meiose (formação dos gametas) Para que uma célula se multiplique o genoma também precisa se multiplicar- replicação do DNA precede multiplicação celular Reprodução assexuada • Assexuada: não envolve união sexual de 2 indivíduos diferentes, não troca material genético • Procariotos: produção de 2 células filhas idênticas a partir de uma célula genitora • Eucariotos: unicelulares (leveduras e protozoários) Divisão celular MITOSE Divisão das células somáticas (crescimento, diferenciação e regeneração tecidual) células diploides 2n - Resulta em células filhas com cromossomos e genes idênticos ao da célula mãe (2n) - Podem haver centenas de mitoses sucessivas em uma linhagem de células somáticas MEIOSE Ocorre somente nas células de linhagem germinativa (formação dos gametas) - Células haploides n (23 cromossomos, 22 autossomos + 1 cromossomo sexual – humanos) Resulta em 4 células filhas n diferentes Não disjunção A não disjunção é o processo de migração errada dos cromossomos. As anormalidades do número ou das estruturas dos cromossomos (geração de doenças) podem se originar tanto das células somáticas quanto germinativas por erros na divisão celular. Ciclo celular No ciclo celular ocorre uma série de eventos que prepara a célula para sua divisão. É um processo contínuo dividido em interfase e mitose. Começa no zigoto – Célula diploide a partir da qual as células do corpo são derivadas por centenas de mitoses Mitose - Apenas uma pequena parte do ciclo celular Interfase - Período entre 2 mitoses (estado em que a célula passa maior parte da vida). Preparação para a mitose. Fases da interfase: G0, G1, S, G2 e M Ausência de cromossomos visíveis pois o núcleo é preenchido por fibras de cromatina (cromossomos não condensados) Preparação para a divisão celular e duplicação do material genético Velocidade depende do tipo celular (Ex: derme, mucosa intestinal) G0: Repouso. Células totalmente diferenciadas que não se dividem mais (neurônios, células musculares). Hepatócitos podem entrar em G0, mas de acordo com a necessidade podem passar a G1 e continuar o ciclo. G1: (não há síntese de DNA) ocorre produção de enzimas necessárias a duplicação, proteínas e RNA. A célula se prepara para a replicação do DNA: Aumento do volume celular e do número de organelas. S: Ativação de proteínas envolvidas com as origens de replicação do DNA, Síntese de DNA. DNA replica-se e torna-se um cromossomo bipartido – 2 cromátides irmãs unidas pelo centrômero. G2: Crescimento celular. Intensa síntese de RNA, proteínas e estruturas necessárias para iniciar a divisão celular (duplicação de organelas). Início da condensação cromossômica. Pontos de controle do ciclo celular Garante a ocorrência adequada dos eventos relacionados com o ciclo celular. Controla os breves intervalos entre os períodos para reparar possíveis erros. • G1/S: Tamanho da célula e condição do DNA • G2/M: Monitoração do DNA antes do início da mitose - replicação incompleta ou mutação: ciclo celular suspenso! • M: Final da mitose, monitoria ligação das fibras do fuso aos centrômeros (mitose suspensa se houver problemas) • Importância: - Se a célula danificada fugiu ao controle, a mesma prossegue no ciclo celular, a célula poderá dividir-se descontroladamente – câncer! MITOSE Característica principal da mitose é divisão de células mantendo o seunúmero cromossômico. Célula mãe origina duas células filhas 2n. A mitose é uma divisão quantitativa representada por E! Geralmente ocorre nas células somáticas e está relacionada ao crescimento do organismo e a reposição de célula mortas. Fases da mitose: prófase, metáfase, anáfase e telófase. Prófase: Condensação dos cromossomos; membrana nuclear se rompe (cromossomos se dispersam dentro da célula); centríolos se movimentam para os polos da célula. Formação do fuso acromático. Metáfase: Condensação máxima dos cromossomos; organização do plano equatorial; cromossomos fixam-se aos micro túbulos do fuso mitótico pelos seus cinetócoros (centrômero + proteínas associadas) Anáfase: Disjunção das cromátides irmãs. As cromátides irmãs se tornam cromossomos-filhos que se dirigem para os polos da célula. Telófase: Reorganização das células – descondensação dos cromossomos e formação da membrana nuclear em torno dos núcleos recém-formados. Ocorre a citocinese – clivagem do citoplasma, estrangulamento e separação em duas células. Resultado: duas células filhas completas (cada uma com um núcleo contendo toda a informação genética da célula original – 2n) MEIOSE A característica principal da meiose é a redução do material genético pela metade. Origina 4 células filhas haploides. Aumenta a variabilidade genética (troca de material genético) É chamada de divisão reducional e representada por R! Ocorre Geralmente nas células germinativas (espermatozoides e óvulos) 2 fases: - Meiose I ou divisão reducional - Meiose II ou divisão equacional (semelhante à mitose, mas em número haploide) Meiose I Prófase I: Fase mais longa, dividida em: Leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese. - Nessas fases os cromossomos homólogos vão lentamente pareando-se lado a lado – Formação das tétrades (dois homólogos) - O número de tétrades na prófase I é igual ao número haploide de cromossomos da espécie - Nessas etapas ocorrem os crossing-over – mecanismo que gera recombinação de alelos provenientes dos pais aumentando a variabilidade genética Célula hipotética 2n= 4 cromossomos Envoltório Nuclear desaparece Ocorre o Crossing Over Os cromossomos são visíveis Nessa fase seriam visíveis 2 tétrades Crossing over - Paquíteno Quiasma – ponto onde os homólogos permanecem unidos – Diplóteno Metáfase I: máxima condensação dos cromossomos; cromossomos homólogos emparelhados no plano equatorial da célula; sem carioteca; fibra do fuso cinetócoro em um dos cromossomos homólogos Anáfase I: Cromossomos homólogos se separam: cada conjunto de cromossomos vai para um lado da célula; não disjunção dos homólogos (ambos homólogos movimentam- se para um mesmo polo) Telófase I: envelope nuclear pode reorganizar-se em torno de cada núcleo filho; citocinese: são resultantes duas células filhas haploides (n). Célula entra em interfase meiótica (mais breve e não ocorre fase de duplicação do DNA). Meiose II Prófase II: Número haploide (n); Membrana nuclear desaparece; Cromossomos voltam a compactar-se Metáfase II: Cromossomos na forma de cromátides irmãs alinhadas no plano equatorial da célula Anáfase II: Início da formação 4 células n = 2 cromossomos; Divisão dos centrômeros e migração das cromátides para os polos opostos da Célula Telófase II: Forma 4 células n= 2 cromossomos; Descondensação dos cromossomos; Formação da membrana nuclear ao redor de cada núcleo filho; Gametas prontos para a fecundação. Citocinese: geração de 4 células filhas haploides. Diferenças entre mitose e meiose MITOSE MEIOSE Resulta em 2 células iguais geneticamente Resulta em 4 células diferentes geneticamente Sem redução do número de cromossomos Redução do número de cromossomos Não há permuta gênica Ocorre permuta gênica em cromossomos homólogos Células somáticas Células germinativas Duplicação do DNA antes de uma divisão celular Duplicação do DNA antes de duas divisões celulares Uma célula produzida por mitose pode sofrer outra mitose Uma célula produzida por meiose não pode sofrer outra meiose Reprodução assexuada, regeneração de células somáticas de multicelulares Processo demorado (pode demorar anos para se completar) GAMETOGÊNESE Espermatogênese – ocorre nas gônadas masculinas, os testículos. Formam os espermatozoides. Ovulogênese – ocorre nas gônadas femininas, os ovários. Formam os óvulos. Ovulogênese Período de multiplicação: ocorre no período embrionário até o nascimento (100 mil folículos, em média). Período de crescimento: crescem por acúmulo de substância reserva. É interrompido no parto (prófase I da meiose, reinicia na puberdade). Período de maturação: ocorre na puberdade onde 5 a 12 ovócitos I são estimulados por mês, mas apenas um chega a sofrer divisão. Espermatogênese Formação dos gametas masculinos nas gônadas masculinas (testículos) Espermiogênese – espermátides são convertidas em espermatozoides. As principais organelas envolvidas nesse processo são o núcleo, aparelho de Golgi e os centríolos. Ocorre ao longo da vida de todo homem. Diferenças entre espermatogênese e ovogênese Alterações cromossômicas e suas manifestações craniofaciais Citogenética clínica Estuda os cromossomos: - Estrutura e herança aplicada a prática da genética médica Como os cromossomos contém os genes, qualquer mudança em sua estrutura ou em seu número pode alterar a expressão gênica, produzindo um indivíduo fenotipicamente anormal ou inviável. Anomalias cromossômicas: - Alterações visíveis (microscopicamente) – Numéricas ou estruturais - Responsáveis por mais de 50% dos abortos espontâneos - 2% afetam as gestações em mulheres com mais de 35 anos. Indicações clínicas para analise cromossômica Problemas precoces de crescimento e desenvolvimento - Retardo no desenvolvimento, malformações, baixa estatura, genitália ambígua, retardo mental; Natimortos e morte neonatal - Incidência de anomalias cromossômicas é muito elevada em natimortos; - Análise cromossômica em natimortos e óbitos neonatais a fim de identificar a causa; Problemas de fertilidade - Proporção grande de anomalias cromossômicas em casais com casos de infertilidade; Alterações numéricas Euploidias: originam células cujo número de cromossomos é um múltiplo exato do número haploide característico da espécie. Principais tipos: - Haploidia: cariótipo = n. Considerado anormal nas células somáticas dos humanos. - Triploidia: cariótipo = 3n. Quase todos os casos observados em abortos espontâneos. - Poliploidia: cariótipo = 4n ou mais. Aneuploidias: Alterações que envolvem 1 ou mais cromossomos de cada par – originam múltiplos não exatos de cada par. Elas decorrem da não-disjunção de um ou mais cromossomos durante a anáfase na meiose I e/ou II, ou na anáfase da mitose. É o mais frequente distúrbio humano – 5% de todas as gestações. Principais tipos: - Nulissomia: (2n-2), perda dos dois membros de um par cromossômico. Letais, no geral. - Monossomia: (2n-1), perda de um dos cromossomos do par. Todas as monossomias são letais, com exceção da monossomia do X. - Trissomia: (2n+1), três cromossomos no lugar do par normal. Estão associadas a malformações congênitas múltiplas e deficiência mental. As aneuploidias podem ser autossômicas ou sexuais. Alterações cromossômicas numéricas – aneuploidias de cromossomos autossômicos Trissomias variáveis nos cromossomos 13,18 e 21. Possuem o menor número de genes (mas não de cromossomos). Trissomia de autossomos com maior número de genes é letal na maior parte dos casos. Características: retardo mental e no desenvolvimento e anomalias congênitas múltiplas – dose extra de genes específicos do cromossomo adicional Síndrome de Down Trissomia do 21, 47, XX ou XY +21 Trissomia21 completa - 94% dos casos; mosaicismo normal - 2,4% dos casos; translocação 3,3% dos casos. É o distúrbio cromossômico mais conhecido, incidência maior nas mães com mais de 35 anos de idade. Alta porcentagem de casos em que gametas anormais surgem na meiose 1 materna. Segue o modelo do “ovócito velho”: quanto mais velho o ovócito, maior a chance de ocorrer o erro na disjunção dos cromossomos. Características: Debilidade mental variada, língua protraída, boca aberta, dentes menores, orelhas de baixa implantação, prega simiesca na palma da mão, quinto dedo encurvado ¼ dos nascidos vivos com cardiopatia congênita morre antes do primeiro ano de vida. Afetados com Down possuem 15 vezes mais risco de desenvolver leucemia e a Alzheimer afeta todos os pacientes. Síndrome de Edwards Trissomia do 18 (47, XX ou XY +18) Óbito em 90% dos casos antes do primeiro ano de vida. Deformidade facial, hipertonia (aumento da rigidez dos músculos), pé em cadeira de balanço com calcanhar proeminente, mãos fechadas, cabeça com occipício proeminente, cardiopatias congênitas, maxilar retraído/ausente, lábio leporino, palato fendido Síndrome de Patau Trissomia do 13 (4sete, XX ou XY +13) Baixa expectativa de vida, morrem no primeiro mês de vida. Características: microcefalia e face deformada, pescoço alado, lábio leporino, palato fendido, orelhas deformadas, olhos pequenos, ausentes ou ciclopes, cardiopatias congênitas, pés em cadeira de balanço. Cromossomos sexuais – X e Y Masculino XY e feminino XX Proporção de cromossomos X é maior que o Y. Y em torno de 50 genes. Responsável pela formação das características sexuais primárias (gônadas) Diferenciação sexual – Genes com ambos os cromossomos sexuais (X e Y) influenciam os genes autossômicos; Cromossomo y Meiose masculina X e Y emparelham-se pelos segmentos terminais (regiões pseudoautossômicas – mesma sequência de bases) de seus braços curtos (XP E YP) -Recombinação Regiões pseudoautossômicas = pontinhas -Locais dos cromossomos X e Y semelhantes, sofrem recombinação como autossomos MSY (male specific region): 95% do cromossomo Y Região SRY: Pobre em genes +- 50 genes Junções importantes relacionadas ao desenvolvimento gonadal Determinação sexual 6º semana do desenvolvimento - Migração das células germinativas para saliências genitais – formação das gônadas Se o cromossomo Y está ausente – Forma os ovários Se o cromossomo Y está presente – Forma os testículos - Gene TDF (fator testículo determinante) da SRY (região determinante do sexo em Y) interrompe o processo de formação do ovário. Cromossomo X +- 1098 genes (4% dos genes humanos) Importância na função cerebral – acúmulo de genes relacionados com a neurocognição 40% se expressam no cérebro Aneuploidias do X – anormalidades citogenéticas mais comuns – Corpúsculo de Baar, compensação de Dose - X inativo (condensado) Padrão de mosaico – indivíduos sem glândulas sudoríparas Inativação do cromossomo X - Nas células somáticas de mulheres normais 1 X é inativado no início do desenvolvimento (Corpúsculo de Baar). Serve para igualar a expressão de genes do X nos dois sexos. Algumas células expressam X herdados do pai e outras o X herdado da mãe. A escolha de qual X será inativo é aleatória (mosaico), exceto quando um X é anormal (o X defeituoso é inativado por seleção). Esse mecanismo causa menor impacto no fenótipo -XX,XXX,XXXX,XXXXX – Compensação com corpúsculo de Baar; - X 75% genes silenciados, 25% escapam a inativação; - 15% mais proteínas nas mulheres que nos homens; Mosaicismo É a presença de duas ou mais linhagens celulares diferentes no mesmo indivíduo (dois ou mais cariótipos diferentes). Resulta normalmente da não disjunção das cromátides irmãs, que ocorre nas primeiras divisões mitóticas (após a formação do zigoto). O mosaicismo pode ser numérico ou estrutural. A causa é desconhecida. Quimerismo Ocorrência, em um mesmo indivíduo, de duas ou mais linhagens geneticamente diferentes. Pode ser de dois tipos: Quimera dispérmica: dupla fertilização – dois espermatozoides fecundam dois óvulos formando dois zigotos que se fundem, resultando em um embrião. Quimera sanguínea: troca intrauterina de células entre gêmeos dizigóticos ou entre mãe e filho. Ex: indivíduo com dois tipos sanguíneos. Alterações cromossômicas numéricas – aneuploidias de cromossomos sexuais Devido ao mecanismo de inativação do X e o cromossomo Y conter poucos genes, as aneuploidias envolvendo cromossomos sexuais são mais comuns que aquelas envolvendo os autossomos. 1 a cada 400.500 nascimentos Cada cromossomo adicional provoca maiores quantidades de anomalias físicas e aumento do retardo. Ex: Síndrome de Turner, Síndrome de Klinefelter, Triplo X, XXY Síndrome de Turner Monossomia do X (45, X) O desenvolvimento do ovócito necessita de somente um X, mas a sua manutenção requer os dois. Na ausência de um segundo cromossomo X os ovócitos se degeneram e os ovários se atrofiam. O cromossomo X contém muitos locus que não sofrem inativação, como esse da manutenção dos ovários e da fertilidade. Indivíduos com muitos problemas de cognição Características: Sexo feminino, sem corpúsculo de Baar, baixa estatura, genitália infantil, leve deficiência intelectual, tórax amplo, pescoço alado, estéril e sem menstruação, hipoplasia do lado esquerdo do coração, unhas hipoplásicas, baixa implantação do cabelo, osteoporose, hipertensão, estrabismo, dentes menores e apinhados. Síndrome de Klinefelter (4, XXY) Características: Sexo masculino, 1 corpúsculo de Baar, altos e membros desproporcionais, ginecomastia, tórax estreito, leve debilidade mental, genitália ambígua ou infantil, esterilidade, dentes maiores. Síndrome do triplo X Influência de mães de idade avançada Dois X são inativados, dois corpúsculos de Baar Características: fenotipicamente normais, geralmente férteis, 70% têm problemas de aprendizagem. Pentassomia do X (49, XXXXX) 1000 casos na literatura A gravidade aumenta com o número de cromossomos, 4 corpúsculos de Baar Características: fenótipo semelhante a Down, retardo mais grave, fissuras palpebrais, déficit de crescimento/desenvolvimento. Síndrome do duplo Y (47, XYY) Diagnóstico por meio do cariótipo Características: meninos um pouco mais altos, leve perda de QI, distúrbio de linguagem/coordenação, incidência de maiores problemas comportamentais. Alterações estruturais Mudanças na estrutura dos cromossomos que resultam em uma ou mais quebras em um ou mais cromossomos com subsequente reunião em uma configuração diferente, formando rearranjos balanceados (sem perda nem ganho de material genético, menos grave) ou não-balanceados (quantidade incorreta de material cromossômico, mais grave). Classificadas em dois tipos: Alteração no número de genes e mudança na localização dos genes. Não há alteração nos números do cariótipo. Alterações no número de genes: deleções, duplicações, cromossomos em anel, isocromossomos Mudança na localização de genes: inversões e translocações Deleções 1 a cada 7000 nascimentos Perda de segmentos cromossômicos (efeitos dependem da quantidade de genes perdidos), envolve quebras e perda de material genético, geralmente são graves. Quanto maior a deleção, mais acentuadas as características, mais genes perdidos. Haploinsuficiencia – portador de deleção é monossômico para aquela informação genética (incapacidade de a cópia do material genético executar suas funções) Ex: 5p Cri du Chat e 4p Wolf Hirschhorn Síndrome de Cri du Chat– deleção 5p Pontos de quebra variam em diferentes pacientes Banda 5 p 15 ausência em todos os pacientes Características: choro como miado de gato, retardo mental e motor, microcefalia, epicanto, hipotonia muscular, olhos com baixa implantação, defeitos cardíacos. Síndrome de Wolf Hirschhorn – deleção 4p Características: retardo no desenvolvimento psicomotor, baixo peso ao nascer, convulsões, microcefalia, estrabismo, lábio leporino e palato fendido, defeitos cardíacos congênitos. Duplicação Repetição de segmentos cromossômicos, causando um aumento no número de genes. São mais comuns e menos prejudiciais. Resulta de um crossing over desigual entre cromátides dos cromossomos homólogos durante a meiose. Ex: Síndrome de Pallister Killiam Síndrome de Pallister Killiam Duplicação de todo ou de parte do cromossomo 12. Trissomia e tetrassomia da região duplicada Características: traços craniofaciais característicos, retardo mental, etc. Cromossomos em anel Cromossomo apresenta duas deleções terminais e as suas extremidades, sem telômeros, tendem a reunir-se e formar um cromossomo em anel. Os fragmentos rompidos (acêntricos) se perdem. Isocromossomo Quando a divisão do centrômero, durante a divisão celular, se dá transversalmente e não longitudinalmente. Como consequência, dois cromossomos resultantes apresentam-se com braços iguais (metacêntricos), sendo duplicados para um dos braços originais e deficientes para o outro. Inversão Quebra e união de partes do cromossomo em posição invertida, o segmento gira 180º e se liga novamente a origem. Podem ser pericêntricas (com o centrômero) e paracêntricas (sem o centrômero). Raramente causam problemas, a menos que os pontos de quebra atinjam algum gene importante. Causam problemas na produção de gametas durante o pareamento e segregação dos cromossomos na meiose. Inversão (3) (p21 q21) inversão pericêntrico no cromossomo 3 em uma família no Canadá. Translocação Transferência de segmentos de um cromossomo para outro, geralmente não homólogos. Ocorre quando há quebra em dois cromossomos, seguida de troca dos segmentos quebrados. Elas podem ser recíprocas (trocas de segmentos entre cromossomos que sofreram quebras) e não recíprocas (o segmento de um cromossomo liga-se a outro, mas não há troca entre eles). Nas translocações robertsonianas ou fusões cêntricas, dois cromossomos acrocêntricos sofrem quebras nos centrômeros e se unem formando um cromossomo grande (cariótipos = 45 cromossomos). Indivíduo portador aumenta as chances de ter um filho com Down por conta do pareamento desigual dos gametas. O portador é fenotipicamente normal, mas com risco de gametas desbalanceados - 4% dos pacientes com Down tem 45 cromossomos – translocação robertsoniana; Translocação robertsoniana e Síndrome de Down Trissomia do 21 - 95% dos casos de síndrome de Down houve a não disjunção na meiose - 90% dos casos erro na meiose materna (maioria na primeira divisão) - 10% dos casos erro na meiose paterna (maioria na segunda divisão) - 4% dos pacientes com Down tem 45 cromossomos – translocação robertsoniana; Translocação Robertsoniana causando Down - Fusao Cêntrica de 2 cromossomos acrocêntricos – translocação 21q e 14 ou 22; - Trissomia para os genes de 21q - Não há relação com a idade materna - Alta recorrência nas quais 1 dos pais é portador -Portador fenotipicamente normal, mas com risco de gametas desbalanceados (pareamento anormal dos gametas). Conceitos básicos de genética Genótipo: Conjunto de alelos que compõem a constituição genética de um organismo Fenótipo: Expressão observável de um genótipo com um traço morfológico, clínico, celular e bioquímico Alelo: Forma de expressão gênica Alelos: Variantes alternativas de um gene Homozigotos – Par de alelos iguais identificados para um determinado gene Heterozigotos – Alelos diferentes Homens possuem apenas uma cópia dos genes do cromossomo X e são hemizigotos para determinados alelos; Lócus: Lugar do gene no cromossomo Dominante: 2 cromossomos do par portadores do alelo selvagem Recessivo: 2 cromossomos do par portadores de alelo mutante Padrões de herança monogênica na espécie humana Classificações de distúrbios genéticos Distúrbios monogênicos (raros) Distúrbios comossômicos Distúrbios multifatoriais/ doenças complexas Doenças monogênicas Herança determinada por um só gene. A herança monogênica também é chamada de mendeliana, porque as características aparecem em proporções mais ou menos fixas, como propostas nos trabalhos de Mendel. Existem 4 tipos básicos de herança: autossômica dominante, autossômica recessiva, dominante ligada ao sexo e recessiva ligada ao sexo. O número de doenças genéticas e o número de genes não é o mesmo, ou seja, um gene pode causar mais de um tipo de doença. Diferentes mutações no mesmo gene podem provocar diferentes doenças – se alterar vias metabólicas. Mutações em genes diferentes podem provocar doenças semelhantes. Uma mutação pode alterar a função da enzima - cadeia de reações: Cada enzima pode produzir um substrato diferente (tóxico ou não) Enzima pode não funcionar Enzima pode não funcionar e outra enzima fazer o produto final sem alterações. Distúrbios de gene único (monogênicos) Maioria é diagnosticada na infância Menos de 10% após a puberdade e 1% no período reprodutivo (+20 anos) Embora raros, são responsáveis por uma grande parcela de doenças e óbitos infantis. Ex: anemia falciforme Os genes não são ativados todos ao mesmo tempo, mas sim em momentos específicos. Os distúrbios de genes são caracterizados pelos seus padrões de transmissão nas famílias, que são obtidos com informações sobre o histórico familiar do paciente. O heredograma é a representação gráfica da árvore familiar com o emprego de símbolos que reúne as informações da família do paciente. Fatores que afetam os padrões do heredograma: Penetrância: proporção de indivíduos com um genótipo que apresenta um fenótipo. >100% (penetrância reduzida): o genótipo de alguns afetados não expressa o fenótipo. Expressividade: grau no qual determinado genótipo é expresso no fenótipo. Expressividade variável: a gravidade da doença difere em pessoas que possuem o mesmo genótipo. Herança autossômica dominante O fenótipo geralmente aparece em todas as gerações – cada pessoa afetada possui um genitor afetado – frequência alta na família Qualquer filho de um genitor afetado tem pelo menos 50% de chance de herdar da doença Membros fenotipicamente normais das famílias não transmitem o fenótipo para seus filhos (porque são recessivos) Homens e mulheres têm igual probabilidade Casos isolados se devem ao surgimento de novas mutações Na herança dominante rara, a prole afetada geralmente nasce de um casal em que um dos cônjuges é heterozigoto afetado e o outro é normal. Critérios para o reconhecimentos da herança autossômica rara Autossômica porque: igualmente em homens e mulheres, pode ser transmitida de homem para homem Dominante porque: ocorre em todas as gerações, só os afetados possuem filhos afetados, um afetado tem 50% dos filhos também afetados, em média. Dentinogênese imperfeita Doença autossômica dominante com expressividade variável 1/8000 caucasianos Tratamento: Manutenção dos dentes pelo maior tempo possível, a maioria dos pacientes é candidata a próteses totais ou implantes a partir dos 30 anos, é contra indicado a utilização dos dentes como pilares de próteses fixas; Características: dentes opalescentes de coloração variável do azul acinzentado ao castanho amarelado, perda de esmalte e atrição acelerada, raízes curtas e mais finascom coroas bulbosas e obliteração dos canais radiculares. Três tipos: I, II e III. Tipo I: Associada a osteogênese imperfeita - osteogênese imperfeita com dentes opalescentes, fragilidade óssea Tipo II: Apresenta alterações na dentina, obliteração das câmaras pulpares por produção contínua de matriz dentinária, envolvimento ósseo com raras lesões apicais. Gene DDP ou DSPP no cromossomo 4 (4q 21); Tipo III: Identificados na primeira vez em uma população de Brandywine, Maryland. Apresenta alterações na dentina, mas com exposições pulpares múltiplas, radiotransparências periapicais e aspecto radiográfico variável, com canais radiculares e câmaras pulpares muito amplas. Fibromatose Gengival Imperfeita (FGH) Hiperplasia gengival precoce Os dentes são cobertos pela gengiva Fibromatose: tecido firme com superfície granular rugosa A cor da gengiva geralmente é descorada Acúmulo de gengiva: protrusão dos lábios e maloclusão dentária Ex: paciente, 21 anos, mulata, sexo feminino. Relatou o crescimento da gengiva, sem inflamação, dificuldade de higienização e desconforto estético. Sem alterações radiológicas. Tratamento: controle de placa, histopatologia de rotina: epitélio hiperplasico queratinizado fibroso sem inflamação, gengivectomia ou gengivoplastia. Doença de Huntington Resulta da mutação no Gene HD (proteína Huntingtina) - acúmulo de agregados intracelulares que levam a morte neural Expansão de repetição desse CAG (Glutamina) no éxon 1 Normais: 10-26 cópias desse motivo Mutantes: mais de 36 cópias 97% dos casos é herdado e 3% é gerado de uma nova mutação, 3-7 casos em 100 mil pessoas Idade de início da doença é inversamente proporcional ao número de repetições Mais comum em mulheres Características: anomalias psiquiátricas, distúrbios comportamentais e distúrbios cognitivos e motores. Acondroplasia Encurtamento dos braços e pernas, tronco relativamente longo e estreito, cabeça grande, testa proeminente, inteligência normal, aglomeração dentária, dentes próximos com apinhamento Apnéia obstrutiva (distúrbio respiratório crônico associada a ronco, caracterizada pela interrupção periódica da respiração durante o sono) Causa mais comum de nanismo humano 1/15000 ou 1/40 mil nascidos Mutações do gene FGFR3 (gene do receptor 3 do fator de crescimento de fibroblastos) Função: ativa proliferação dos condrócitos na placa de crescimento Mutações em FGFR3 inibem a proliferação dos condrócitos, levando ao encurtamento dos ossos longos no início do desenvolvimento Homozigotos dominantes: manifestação mais severa Herança autossômica recessiva Indivíduos com 2 alelos mutantes (aa) – raros. Os afetados herdaram um alelo mutante de cada genitor, exceto se houver o surgimento de nova mutação no gene de um dos gametas (bem raro). O fenótipo tipicamente pode ser observado em irmãos do afetado e não nos genitores ou descendentes. A característica “pula gerações”. Homens e mulheres têm a mesma probabilidade Genitores da criança afetada são assintomáticos para o alelo mutante Podem ser transmitidos nas famílias por numerosas gerações sem nunca aparecer no estado homozigoto. Critérios para o reconhecimento da herança autossômica recessiva rara Autossômica porque: aparece igualmente entre homens e mulheres, pode ser transmitida de homem para homem Recessiva porque: há saltos de gerações, afetados geralmente possuem genitores normais, em média 25% dos irmãos de um afetado são também afetados, a característica aparece em irmandades e não nos feitores ou netos dos afetados, os genitores dos afetados são geralmente consanguíneos. A possibilidade de que ambos genitores sejam portadores de um alelo mutante para o mesmo locus é aumentado se os genitores forem aparentados, portaram o alelo mutante de um ancestral comum; quanta mais rara a característica na população, maior será a frequência de consanguinidade entre os genitores dos afetados. Síndrome Orofacialdigital tipo II Síndrome de Mohr Características: Fissura labial parcial mediana, hipertrofia do frênulo da língua, ausência dos incisivos centrais; Fibrose cística Alteração em um gene gera deficiência na deposição de água na secreção das mucosas Caucasiana 1/2000 nascimentos, rara em negros e asiáticos Mutação no gene CFTR (gene regulador da condutância transmembrana) A proteína codificada pelo gene mutado atua na regulação de canais iônicos que influenciam a viscosidade das secreções mucosas. Mantém a hidratação das secreções dentro dos ductos e vias aéreas através do transporte de cloreto e inibição de captação de sódio. Proteína mutante: secreções desidratadas e viscosas Não existem tratamentos curativos Medidas paliativas: depuração das secreções pulmonares, reposição de enzima pancreática, nutrição adequada, prevenção de obstrução intestinal. Órgãos afetados e características: Pulmões: secreções desidratadas e viscosas interferem na depuração mucociliar, inibem função de peptídeos antimicrobianos (riscos aumentados de infecção), obstrução de ar levando a insuficiência respiratória. Pâncreas: secreções desidratadas: retenção de enzimas exócrinas no pâncreas. Glândula sudorípara: suor com conteúdo aumentado de cloreto, “síndrome do bebê salgado”. Intestino: fezes pálidas, fétidas e flutuantes, obstrução intestinal. Herança monogênica ligada ao sexo O número de genes situados no cromossomo Y é pequeno em relação ao do X. Aproximadamente 1100 genes no X – 40% associada a fenótipos patológicos. A herança ligada ao sexo pode ser chamada também de herança ligada ao X. Nas mulheres, as relações de dominância e de recessividade dos genes situados no X são semelhantes à dos autossomos, pois elas possuem dois cromossomos X. Assim, podem ser homozigotas ou heterozigotas para o alelo H e h; 3 genótipos (XA XA, XA Xa, Xa Xa) Os homens possuem somente um cromossomo X (hemizigotos) – 2 genótipos (XA, Xa) Inativação do X Corpúsculo de Baar: Mulheres possuem duas populações celulares: uma que um cromossomo X está ativo e outra no qual outro X está inativo. Duas mulheres heterozigotas para uma doença ligada ao X podem apresentar quadro clínicos bem diferentes; Herança recessiva ligada ao X Incidência muito mais alta em homens do que em mulheres Mulheres heterozigotas geralmente não afetadas (embora algumas possam expressar a condição depende do padrão de inativação do X) Transmitida do pai para todas as filhas Filhos do portadores do portador com 50% de chance de herdar a doença Nunca transmitido de pai para filho Critérios para o reconhecimento da herança recessiva ligada ao X Ligada ao X porque: não se distribui igualmente nos dois sexos, não há transmissão direta do pai para o filho homem Recessiva porque: há mais homens afetados do que mulheres afetadas; é transmitida por um homem afetado através de todas as suas filhas (que são portadoras do Gene); para 50% dos seus netos do sexo masculino, portanto, homens afetados são aparentados através das mulheres heterozigotas. Daltonismo - cegueira para as cores Anomalia visual recessiva em que o indivíduo tem deficiência na distinção das cores. Há dois tipos de células na retina: Cones - visão em cores e Bastonetes - visão em preto e branco. O daltonismo é um distúrbio que afeta os cones Distúrbios dicromáticos: podem afetar tipos diferentes de percepção as cores: vermelho/verde, amarelo/azul ou perda total da distinção. Displasia ectodérmica hipoidrótica: Alteração da camada de células da ectoderme durante o desenvolvimento Localização xq11 Comprometimento dos tecidos derivados da ectoderme: pele, unhas, dentes, pelos, glândulas sudoríparas, sebáceas, lacrimais, mucosas e salivares. Características: Hipodontia: redução do número em forma de dente Hipoidrose: suorescasso, em dias de calor o paciente fica avermelhado Hipotricose: presença de pelos em quantidade menor Face com pele fina, lisa, rugas ao redor dos olhos, nariz em sela e afundado por falta de cartilagem, lábios grossos, orelhas malformadas. Cabelo, cílios e sobrancelhas ralas e finas. Herança dominante ligada ao X Incidência muito mais alta em mulheres do que em homens Critérios para o reconhecimento da herança recessiva ligada ao X • Dominante porque: há mais mulheres afetadas que homens; homens afetados têm 100% de suas filhas também afetadas, mas 100% de seus filhos do sexo masculino são normais; mulheres afetadas podem ter 50% de seus filhos de ambos sexos afetados. O Corpúsculo de Baar é uma forma de inativar um dos cromossomo X das mulheres como maneira de compensar a diferença nos homens. Essa inativação tem consequências clínicas e genéticas: Compensação de dose: muitos genes apresentam a mesma quantidade de expressão em mulheres e homens. Porém, alguns genes como STS estão ativos nas mulheres normais em nível maior que nos homens. Mosaicismo: população existe diferentes gerando padrão de mosaico Variabilidade de expressão em mulheres heterozigotas para genes localizados no X: como a inativação é aleatória e precoce, as mulheres heterozigotas podem apresentar quadros clínicos variáveis. Dependendo da mutação encontrada, mulheres podem apresentar quadro normal ou afetado, dependendo da quantidade de células com a mutação ativa Heterozigotas manifestas: essa característica se manifesta quando uma mulher é heterozigota, mas apresenta de maneira severa algumas doenças recessivas ligadas ao sexo. Isso é causado por uma grande quantidade de células com o alelo dominante inativado. PROVA Avery e cols Desvendaram qual componente químico causava a transformação. Destruíram quimicamente todas as principais categorias de substâncias químicas das células mortas, uma de cada vez, para descobrir se o extrato tinha perdido a habilidade de transformação. O tubo no qual adicionou bactérias R vivas e S mortas com tripsina (proteinase) continuou transformando. O qual adicionou bactérias R vivas e S mortas com RNAse também transformou. Finalmente, adicionando DNAse às bactérias R vivas e S mortas, não houve transformação. Ou seja, o DNA é o princípio transformante. O que é repliossomo O repliossomo é um complexo de proteínas que coordena a replicação, essa série de proteínas compõe a forquilha de replicação. Repliossomo = DNA pol III + primases + SSB + grampos beta + pol I + ligase = holoenzima polimerase III. Possui dois cernes catalíticos mais proteínas: um deles atua na produção da fita contínua e outro da descontínua. As proteínas acessórias mantém tudo unido e funcionando, uma delas forma o grampo beta que mantém a DNA pol III ligada a fita de DNA. Transcrição em procariontes Processo em que sequências de DNA são transformadas em RNA por meio do pareamento complementar de bases. O RNA formado é chamado de transcrito. Primeiro, os dois filamentos da dupla hélice separam-se localmente, um dos dois atua como fita molde para a síntese de RNA. Os ribonucleotídeos são posicionados pela enzima RNA polimerase e são unidos às suas bases complementares: A com U, C com G. À medida que a RNA polimerase se move ao longo do gene, ela desenrola a dupla de DNA e reenrola o DNA que já foi transcrito. O filamento não-molde do DNA é chamado de filamento codificante, essa sequência é a mesma encontrada no RNA transcrito. • Procariontes Tem início na região promotora que está na ponta 5’ do gene. A primeira base transcrita está sempre no sítio iniciador. Sequências promotoras: região -35 e - 10. A RNA polimerase liga-se à essa região e forma um aglomerado de proteínas chamado holoenzima RNA polimerase que desenrola a dupla hélice. O alongamento da fita forma uma bolha de transcrição e o RNA nascente é liberado aos poucos. A holoenzima RNA polimerase é composta de cinco subunidades do cerne da enzima: duas subunidades alfa, uma beta, uma beta’ e uma gama e mais uma subunidade fator sigma. O fator sigma é quem reconhece a região promotora e recruta as outras enzimas (bolha de transcrição). Após ligadas com o RNA polimerase III, a subunidade sigma se desliga e começa a transcrição. A terminação ocorre quando a holoenzima encontra a região 3’ não traduzida (3’ UTR) Compactação do DNA 1º nível de compactação – octâmeros de histonas • É o DNA associado a histonas – proteínas que participam da cromatina. O DNA se enrola na histona por duas voltas e meia e forma o nucleossomo. Há 2 moléculas de cada histona: H2A, H2B, H3, H4, que formam o octâmero de histonas. Essa estrutura diminui 1/3 do tamanho do DNA. Os nucleossomos estão unidos entre si por segmentos do DNA chamados DNA de ligação, formados por 15 a 100 pares de bases. 2º nível de compactação – Espiral solenoide • Nucleossomos são ligados uns aos outros pela H1 fomando o solenoide • Estado de organização da cromatina no núcleo interfásico • Forma helicoidizada – Solenoide (muitos nucleossomos juntos – aumento de 6x a compactação) 3º nível de compactação – Arcabouço aumenta em 6x a compactação • Alças de solenoide projetam-se de um arcabouço (base de proteína) – Helicoidização - O processo começa na prófase e termina na metáfase 4º nível de compactação – arcabouço de solenoide condensado Cromossomo Metafásico - Altamente condensado para a divisão celular. Cromossomo Interfásico- Geralmente não são visíveis no microscópio devido a cromatina pouco condensada ou não compactada Implicações da cromatina condensada • DNA inacessível a interação com outras proteínas com a cromatina muito compactada • Replicação inacessível. A replicação acontece antes da compactação. Relação entre a divisão celular e as alterações cromossômicas. Ex 2 aneuploidias • Alterações cromossômicas podem resultar da não disjunção das cromátides, que é o processo de migração errada dos cromossomos. As anormalidades do número ou das estruturas dos cromossomos (geração de doenças) podem se originar tanto das células somáticas quanto germinativas por erros na divisão celular. A Síndrome de Down, Edwards e Patau são exemplos de aneuploidias. Diferenciar mitose e meiose Translocações robertsonianas Nas translocações robertsonianas ou fusões cêntricas, dois cromossomos acrocêntricos sofrem quebras nos centrômeros e se unem formando um cromossomo grande (cariótipos = 45 cromossomos). Indivíduo portador aumenta as chances de ter um filho com Down por conta do pareamento desigual dos gametas. O portador é fenotipicamente normal, mas com risco de gametas desbalanceados - 4% dos pacientes com Down tem 45 cromossomos – translocação robertsoniana; Tipo de herança e tratamento da fibromatose gengival hereditária É um tipo de herança autossômica dominante. Devido a hiperplasia gengival, no seu tratamento é necessário realizar a cirurgia de gengivectomia ou gengivoplastia. Compensação de dose e pq as mulheres podem ser heterozigotas manifestas Compensação de dose é a apresentação da mesma quantidade de expressão de genes em mulheres e homens. Porém, alguns genes estão ativos nas mulheres normais em nível maior que nos homens. A característica de heterozigota manifestas se dá quando uma mulher é heterozigota, mas apresenta de maneira severa algumas doenças recessivas ligadas ao sexo. Isso é causado por uma grande quantidade de células com o alelo dominante inativado. Auto recessiva Auto dominante Ligada ao X recessiva Ligada ao X dominante Herdaram o alelo de cada genitor Cada pessoa afetada possui um genitor afetado Incidência muito mais alta em homens do que em mulheres Incidência muito mais alta em mulheres do que em homens Características nos irmãos, não nos pais Característicasnos genitores Transmitida do pai para todas as filhas homens afetados têm 100% de suas filhas também afetadas Espermatogênese Ovogênese Processo contínuo Descontínuo Cada espermatogônia produz 4 espermatozoides Cada ovogônia dá origem a 1 ovócito e 3 células inviáveis Espermatozoide é pequeno e móvel Ovócito grande e sem mobilidade Existem dois tipos de espermatozoides: 23 + X ou 23 + Y Um tipo de gameta: 23 + X Salto de gerações Presente em todas as gerações Mulheres heterozigotas geralmente não afetadas Filhos de portadores homens são normais Síndrome orofacial tipo2 Dentinogênese imperfeita, Huntington Displasia ectodérmica hipoidrótica Icontinência pigmentar Fibrose cística Fibromatose gengival, Acondroplasia Daltonismo, Hemofilia Síndrome orofaciodigital tipo 1
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