Conferência 1 de Biologia Celular e Hereditar I - Bases geneticas e moleculares

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AULA 1 – CONFERÊNCIA BIOLOGIA CELULAR E HEREDITARIEDADE I
FENILCETONÚRIA – BASE GENÉTICA E MOLECULAR– Professor Rodrigo
DISPARADOR 1
Carlos (36) e Simone (31) são pais de 2 filhos, Ana Carolina de 10 anos e
Bianca de 7 anos. Bianca nasceu no dia 12/12/2013, pesando 3.355 Kg e
medindo 47 cm.
Após uma semana do nascimento de Bianca, foi realizado o teste do pezinho.
 Dosagem plasmática de fenilalanina (Phe) = 25,4 mg/dL 
 Diagnosticada com Fenilcetonúria Clássica
 Erro inato do metabolismo
 Aminoacidopatia
 Doença autossômica recessiva
ÁCIDOS NUCLEICOS
→ COMPOSIÇÃO
Os ácidos nucleicos são moléculas formadas por unidades monoméricas
menores: os nucleotídeos.
Os nucleotídeos são formados por: 
Base nitrogenada + açúcar + fosfato 
A ligação entre os nucleotídeos ocorre por meio da ligação fosfodiéster que
ocorre entre o grupo fosfato com o carbono 5 da pentose.
A base nitrogenada é ligada ao carbono do açúcar por meio de uma ligação
glicosídica. A ligação entre estes componentes vão formar o nucleotídeo, que
vai compor a molécula de DNA.
(ALBERTS, 2010) e (ZAHA, 2014)
Os nucleotídeos que compõem o DNA vão possuir o açúcar desoxirribose e não possuem a base 
nitrogenada uracila (característica do RNA), em seu lugar, possui a timina.
Os nucleotídeos que compõem o RNA possuem o açúcar ribose e não possui a base timina 
(possuem a uracila em seu lugar).
O pareamento entre as bases do DNA ocorre entre uma purina (possuem anel duplo) e uma 
pirimidinas (anel único).
Os nucleotídeos se ligam e formam estruturas polinucleotídicas, formando o DNA.
(ZAHA, 2014)
A ligação entre o 1° e o 2°
nucleotídeo, ocorre entre o carbono
3’ e do carbono 5’ do nucleotídeo
subsequente. 
A formação da cadeia
polinucleotídica ocorre a partir do
carbono 5’ no sentido do carbono 3’
(sentido da vida).
A dupla fita de DNA é formada por
uma cadeia polinucleotídica no
sentido 5’ para o 3’ e uma outra
cadeia polinucleotídica
complementar e formada no sentido
inverso (3’→ 5’).
As bases nitrogenadas de uma fita de
DNA vai servir de molde para a
formação da outra fita por meio da
complementariedade, entre as bases
pirimidinas e purinas.
Adenina – ligação H (2) → Timina
Guanina – ligação H (3) → Citosina
(SCHAEFER, 2015)
(SCHAEFER, 2015)
→ REPLICAÇÃO
Na replicação, é necessário que o DNA dupla fita seja aberto em fitas simples
para expor as bases nitrogenadas, as quais vão servir como fita molde para a fita
complementar.
Vai ocorrer a inserção de um nucleotídeo na extremidade 3’, havendo assim a
inserção subsequente de nucleotídeos no sentido 5’ (sentido inverso e completar
a fita molde), importante para a formação da dupla fita de DNA.
→ CROMOSSOMOS
Como o DNA vira um cromossomo?
DNA genômico possui o auxílio de proteínas (histonas). O DNA dupla fita se enrola nas moléculas 
de histonas. Posteriormente essas moléculas vão se organizando até formar o cromossomo.
(COX, 2012)
● ESTRUTURA E CLASSIFICAÇÃO DO CROMOSSOMO
O humano possui 46 cromossomos e cada um deles terá uma estrutura específica, com uma região 
chamada locus gênico específica para cada cromossomo. Assim, conseguimos identificar qual o 
cromossomo em determinada região.
Os cromossomos são caracterizados por meio da sua estrutura. 
Eles possuem as cromátides homólogas que são idênticas em cada cromossomo.
A estrutura chamada centrômero vai dividir o cromossomo, tendo assim formatos diferentes (braço 
curto e braço longo:
• Metacêntrico: quando o centrômero divide o cromossomo ao meio.
• Submetacêntrico: quando o centrômero está mais próximo da extremidade.
• Acrocêntrico: centrômero presente na extremidade do cromossomo. O braço curto é 
chamado de DNA telomérico.
• Telocêntrico: não possui braço curto
Com um corante específico, é possível classificar os cromossomos, visto que seguem um padrão de 
coloração.
Exemplo: nos locais mais escuros, tem-se maior quantidade de nucleotídeo do tipo adenina e timina.
Há regiões que possuem menos quantidade de genes que apresentarão outra coloração. Assim, cada 
cromossomo tem um padrão de coloração.
OBS. Estudo dos cromossomos → artigos de citogenética, diagnóstico de cariotipagem
● NOMENCLATURA CITOGENÔMICA (ISCN)
12q23 → localização do gene que codifica a fenilalanina
12 = cromossomo 12
q = braço longo do cromossomo 
OBS. se fosse braço curto seria p
2 = região 
3 = banda
Outros números = sub-bandas
→ DNA GENÔMICO
Dentro do cromossomos existem várias regiões que são denominadas de genes.
Os genes são uma sequência específica de nucleotídeos, que carregam toda informação necessária 
para uma síntese proteica.
Cromossomos → dividido em locus → dentro dos locus tem-se os genes → os genes são 
responsáveis pela síntese proteica.
● GENES
Estrutura:
Região codificadora → local onde tem-se a sequência específica para codificar a proteína
Região promotora → contém enzimas necessárias para a expressão do gene e apresenta regiões 
onde outras enzimas vão se ligar para auxiliar. Numeração com números negativos 
Região de início da região codificadora → denominado a partir da numeração +1 
(ALBERTS, 2010)
Dentro da região codificadora, possui outros elementos:
Éxons = responsáveis pela síntese proteica
Introns = regiões não codificadoras
OBS. gene bacteriano possui apenas regiões codificantes (não apresenta íntrons)
Transcrição
O DNA é restrito ao núcleo
A informação presente no gene é transcrita em uma molécula de RNA → o RNA é levado até o 
citoplasma para dar início a tradução e produção de proteínas.
O DNA possui duas fitas: a fita codificante (sentido 5’→ 3’) e a fita molde (complementar, sentido 
3’ → 5’).
A fita a ser copiada será a fita molde, pois ela é complementar a fita codificante. Portanto, ao copiar 
a fita molde, tem-se a informação copiada da fita codificante.
→ RNA
Estrutura
O RNA, diferente do DNA possui o açúcar
ribose (diferenciando-se pela presença de
oxigênio na pentose) e além disso, o RNA
apresenta a base uracila no lugar que o DNA
utiliza a timina.
→ TRANSCRIÇÃO
Formação da molécula de RNAm maduro
O DNA possui as regiões dos éxons (codificante) e dos íntrons (não codificantes) 
Esse DNA passará por uma fase de processamento, havendo a formação de um transcrito primário 
de RNA.
O processamento do RNA, leva a formação do RNAm maduro (sem os íntrons), somente com os 
éxons (região codificadora).
Tipos de RNA
 RNAt (transportador) – RNA que carrega o aminoácido para a formação da cadeia 
polipeptídica → formar a proteína
 RNAr (ribossomal) – RNA formar a organela responsável pela síntese de proteína
 RNAm (mensageiro) – carrega a mensagem do gene para a síntese proteica
→ TRADUÇÃO
DNA → Gene → transcrito em RNA
mensageiro → traduzido em proteína
A codificação do gene é formado por trincas
de nucleotídeos (3) chamadas de códon
Cada códon é responsável pela inserção de 1
aminoácido na cadeia polipeptídica 
Os códons que correspondem a um aminoácido possui os dois primeiros nucleotídeos iguais 
(invariáveis), sendo que somente o último que é variado.
Exemplo: 
Para cada códon tem-se um aminoácido específico, porém…
Para cada aminoácido pode-se ter mais de 1 códon
→ DOGMA CENTRAL DA GENÉTICA
MUTAÇÕES
 Mutações cromossômicas
 Mutações gênicas → ocorrem no gene (fenilcetonúria)
→ MUTAÇÕES GÊNICAS
São mudanças ocasionais de nucleotídeos que ocorrem no genoma de uma espécie
• Alterações pontuais (SNP) – Polimorfismo de nucleotídeo único (um nucleotídeo → altera a
proteína)
Resultam de falhas em mecanismos normais
• Durante a replicação do DNA pode haver um pareamento incorreto
• Recombinação Cromossômica → Durante a divisão celular pode ocorrer uma recombinação 
incorreta entre os pares de braços
• Sistema de reparo → havendo falhas nesse mecanismo de reparo do DNA – podendo haver 
o pareamento incorreto entre as bases nitrogenadas.
Agentes mutagênicos → que alteram o DNA da célula
Ex: sol, agentes químicos
Como as mutações acontecem?
Durante o processo de duplicação do DNA → duplicação da célula – a dupla fita de DNA vai ser 
aberta (romper as pontesde hidrogênio entre os nucleotídeos) 
A sequência molde permanecerá e será complementada com uma nova sequência
Durante essa complementação, poderá ocorrer o pareamento das bases de forma errada, por 
exemplo, ao complementar uma adenina, em vez de inserir a timina, ocorre a inserção de guanina. 
O sistema de reparo tenta concertar, na numa próxima replicação, essa guanina é complementada 
com a citosina, havendo assim a mudança do nucleotídeo e dessa forma, esta célula passa a carregar
tal mutação. 
Essa mutação que acontece nos nucleotídeos possuem classificações
→ TIPOS DE MUTAÇÕES PONTUAIS
-Substituição
• Missense (sentido trocado): troca de 1 nucleotídeo leva a troca do aminoácido na proteína 
(ocorre a troca de um dos 2 nucleotídeos invariáveis, pois assim, troca-se o aminoácido)
• Nonsense (sem sentido ou término): ocorre a troca do nucleotídeo gerando um códon de 
parada, levando assim a formação de uma proteína diferente da qual seria.
• Silenciosa (sem alteração): a mutação ocorre no 3° nucleotídeo do códon (variável), não 
mudando o aminoácido, mas trocando o nucleotídeo. Assim, não altera a proteína.
-Adições: ao inserir nucleotídeos ocorre a alteração da fase de leitura, pois os códons estabelecidos 
vão sofrer uma modificação da sequência, alterando assim os aminoácidos a serem inseridos e a 
proteína final.
-Deleções: ao deletar um nucleotídeo, ocorre a modificação da sequência, alterando toda a 
sequência a seguir (fase de leitura) a partir do nucleotídeo que foi deletado, havendo alteração na 
proteína final
• Frameshift (Alteração da fase de leitura)
OBS. Se deletar ou inserir 3 nucleotídeos, deletará ou inserindo um códon. Altera-se assim 1 
aminoácido, havendo a perda dele ou a adição de um novo aminoácido.
→ CONSEQUÊNCIAS DAS MUTAÇÕES PARA A CÉLULA
No cromossomo temos genes alelos → genes que estão no mesmo locus gênico dos cromossomos 
(que exercem a mesma função).
Temos 1 gene alelo do pai e um gene alelo da mãe: 
BB → Dominante – normal
Bb → Heterozigoto (portador do alelo mutante) – possui 1 gene alterado (b) e um gene normal (B), 
portanto este indivíduo vai produzir proteínas normais e proteínas alteradas – não afetando o seu 
metabolismo.
bb → Recessivo – indivíduo herda os 2 genes alterados dos pais → produção de todas as proteínas 
de forma incorreta
→ FENILCETONÚRIA
Características genéticas
• Erro inato do metabolismo
Aminoacidopatia
• Doença autossômica recessiva
Padrão genético
• Gene PAH → Sofre uma mutação do
tipo missense, havendo a alteração de
um dos nucleotídeos invariáveis (um
dos 2 primeiros), leva a troca do
aminoácido e com isso a alteração da
proteína (enzima) final, a
fenilalanina-hidroxilase.
A partir de tais modificações na
sequência de aminoácidos de uma
proteína, esta sofre alterações
estruturais e funcionais.
-Ela pode perder a função
-Pode deixar de produzir esta proteína
-Ela pode ter um funcionamento
insuficiente ou excessivo
Na fenilcetonúria, tem-se a mutação do gene PAH, o
qual codifica a proteína com função enzimática
fenilalanina-hidroxilase. 
Essa enzima possui um cofator que se liga em um
modelo, chave e fechadura, para que ocorra seu
funcionamento (ativação da enzima).
Com a mutação, a estrutura da proteína fica diferente,
levando a uma alteração nessa interação com o
cofator e portanto não ocorrendo a ativação da
enzima (perde a atividade).
Se o indivíduo possui genótipo bb → possuirá todas
as enzimas alteradas
Se o indivíduo é portator Bb → possuirá os dois tipos
de proteínas (normais e modificadas).
→ FENILCETONÚRIA CLÁSSICA
• Os níveis plasmáticos de fenilalanina são superiores a 20 mg/dL, visto que ela não tem a 
atividade da enzima fenilalanina-hidroxilase que converte a fenilalanina em tirosina. 
Portanto, ficando alta a concentração de fenilalanina plasmática.
• Atividade da PAH é praticamente inexistente (>1%)
• Herança genética
Pais → heterozigotos (Aa x Aa), probabilidade:
-25% aa → fenilcetonúrico
-50% Aa → portador da doença
-25% AA → indivíduo normal