GENÉTICA - FLUXO DA INFORMAÇÃO

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GENÉTICA – AULA 2 – FLUXO DA INFORMAÇÃO E NÍVEIS DE REGULAÇÃO
· FLUXO DA INFORMAÇÃO:
· Transcrição e tradução do DNA, é o DNA em si que carrega toda a informação genética de um organismo, no momento em que ele é transcrito ele pode virar um RNA ativo ou esse RNA vai para o citoplasma e vira proteína.
· O organismo tem um DNA, um código genético que é transcrito em um RNA e é traduzido em uma proteína. Todo DNA que é transcrito não necessariamente vira uma proteína, ele pode parar na síntese de RNA. Esse RNA se replica, ou seja, ele cria outras cópias dele mesmo. O RNA que está presente na célula pode voltar a ser DNA.
· A transcrição sempre se dá na fita inferior (3’ 5’)
· A maioria das doenças humanas são consequências de distúrbios no núcleo, citoplasma e mitocôndria.
· NÚCLEO:
· Cada espécie possui um cariótipo próprio, um número próprio de cromossomos, estrutura e morfologia própria.
· Temos 46 cromossomos dentro do nosso material genético, sendo 44 chamados de autossomos e 2 chamados de sexuais.
· Cada cromossomo em determinado momento do ciclo celular é representado por pares, cada par é chamado de homólogo e cada cromossomo tem dois filamentos chamados de cromátides. Esses filamentos são unidos por uma região chamada de centrômero. 
· O DNA é compactado dentro do núcleo com um complexo de proteínas histônicas e não histônicas. O filamento de DNA se enovela em volta de cada octâmero. O conjunto DNA e histona é chamado de cromatina. Para o material genético estar dentro do núcleo e estar “seguro” ele precisa desse complexo de proteínas em volta dele, pois essas proteínas dão sustentação e proteção.
· Existe uma parte chamada de eucromatina que é a cromatina ativa e transcrita e uma parte chamada heterocromatina que é uma parte não ativa e não transcrita do nosso material genético.
· O filamento vai se desenrolando e conseguimos ver os nucleossomos (octâmero de histona + a volta de DNA) e soltando ainda mais ele, tem – se a dupla hélice de DNA.
· A histona H1 atua no espaçamento entre um nucleossomo e outro. Alterações nessa conformação causam doenças genéticas. Se no momento certo da transcrição não tem o desenrolar da fita de DNA em volta dos octâmeros de histonas, pode acontecer que não tenha a leitura da RNA polimerase para ser sintetizado o RNA mensageiro. Se isso não acontecer não se terá a proteína ou o RNA que é produto da transcrição.
· Existem doenças que são causadas por alterações genéticas, na sequência de bases (ACTG) que são as mutações, as mutações são alterações, então se houver uma alteração na sequência de bases nitrogenadas de um organismo pode ser que cause uma doença genética. 
· Causas epigenéticas: São modificações que não alteram a estrutura ACTG, não vai ser trocada uma base por outra, vai ser modificado outro processo da transcrição, uma dessas alterações é na estrutura da cromatina com o DNA.
· A polimerase que vai quebrar as pontes de hidrogênio e abrir a dupla fita para duplicar o DNA é a DNA POLIMERASE. Ela é quem atua na replicação.
· Na transcrição quem atua é a polimerase RNA POLIMERASE.
· O RNA possui fita simples. O que muda é uma das bases, não se tem a timina e sim a uracila.
· Existe muita sequência repetitiva no nosso DNA. O que nos diferencia do camundongo ou da planta não é o número de genes e sim porque nós temos milhões de pares de bases a mais.
· Tipos de DNA nuclear:
· DNA CÓPIA ÚNICA:
· São os 25.000 genes que os pesquisadores estimam que nós temos.
· Eles podem estar em uma cópia só ou em algumas poucas cópias (família de genes). As famílias de genes são algumas cópias do mesmo gene.
· DNA REPETITIVO:
· Tem centenas de milhões de cópias e ele serve para estruturar o cromossomo e ele é fonte de variabilidade entre os indivíduos. 
· Eles podem ser divididos em duas classes:
· Repetições dispersas não em tandem:
· Elas estão espalhadas dentro do material genético.
· Existem 4: 
· Elementos intercalares longos (LINEs); elementos intercalares curtos (SINEs – família Alu); repetições terminais longas (LTRs); transposons de DNA 
· Repetições dispersas em tandem:
· Exemplo: A sequência CG, ela está uma atrás da outra dentro do material genético.
· Existem 3:
· DNA – satélite (elas são altamente conservadas ao longo das gerações, são muito utilizadas para fazer filogenia de animais e plantas); Minissatélites; Microssatélites.
· Tem – se pontos específicos nos cromossomos que são concentrações de sequências repetitivas de satélites.
· Os centrômeros são altamente ricos, são regiões repetitivas que ficam dividindo o braço longo e curto do cromossomo, caracterizando a morfologia do cromossomo. A família satélite alfa é essencial para a fixação dos cromossomos aos microtúbulos do aparelho do fuso.
· Elementos intercalares longos e Elementos intercalares curtos (família Alu):
· Geram cópias de si mesmas e se inserem em outros locais do genoma (transposons)
· Fonte de mutação: inserem – se no meio dos genes
· Causa de algumas doenças genéticas.
· Exemplo doença:
· Hipercolesterolemia familiar (HF):
· Colesterol alto, esses indivíduos têm uma taxa de colesterol LDL muito alta.
· É causada por grandes inserções, deleções ou rearranjos mediados pela recombinação entre as repetições ALU dentro do gene que codifica para o colesterol LDL.
· Elementos intercalares longos (LINEs):
· São chamados de retrotransposons. É a mesma ação do retrovírus (exemplo HIV), ele tem RNA na sua composição e não DNA, quando ele infecta uma célula humana, ele precisa usar a nossa maquinaria para se duplicar porque o vírus não possui maquinaria própria de replicação. Como ele é RNA, ele não consegue se inserir no DNA, então ele precisa se transformar em DNA. Existe uma enzima que faz essa transformação chamada de transcriptase reversa.
· Quando a sequência é transcrita em RNA dentro do nosso núcleo, a enzima transcriptase reversa pode reverter esse RNA em DNA e ela voltar para dentro do nosso genoma.
· As mutações causadas pelos transposons são chamadas de mutações de inserção, ou seja, insere um pedaço de DNA no local onde ele não existia.
· A família de elementos intercalares longos tem três tipos de sequência: L1, L2 e L3. É a L1 que causa doença genética para os seres humanos. Ela se comporta como um retrotransposons.
· Exemplo de doença:
· Hemofilia A:
· É uma ocorrência rara. Não é causada exatamente pela mutagênese insercional da sequência repetitiva.
· Eles possuem dificuldade na coagulação.
· O fato VIII e o fator IX de transcrição precisam funcionar de maneira sincronizada a estimular o fator X, no caso dessa hemofilia tem – se que são encontradas sequências de DNA repetitivo no meio do fator VIII dentro de um dos exons do fator VIII, o que causa então um prejuízo na transcrição e tradução desse fator VIII, não existe então essa proteína. 
· MITOCÔNDRIA:
· A mitocôndria também carrega parte do material genético e esse material genético que está presente na mitocôndria é necessário para a vida humana. Possui 37 genes que codificam para uma proteína ou RNA.
· Os genes do RNA ribossômico e do RNA transportador são transcritos na mitocôndria. Na tradução, quando o RNA mensageiro vai virar proteína, precisa – se desses dois RNAs. A mitocôndria que vai produzir. Qualquer alteração na transcrição gênica da mitocôndria ou na sequência de bases nitrogenadas do DNA circular presente na mitocôndria também causa doença genética. 
· A mitocôndria é responsável pela respiração celular e quando se fala em respiração celular, pensa – se em espécies reativas de oxigênio (estresse oxidativo) e o estresse oxidativo gera essas espécies reativas de oxigênio e essas espécies reativas de oxigênio podem atingir o DNA e elas atingindo o DNA elas alteram a base nitrogenada que lá existe, isso é uma grande fonte de mutação.
· O DNA mitocondrial é mutado mais facilmente do que o DNA nuclear.
· As características do DNA mitocondrial são a herança materna e uma segregação replicativa aleatória.
· Herança materna:
· Apenas a mãe que transmite para os filhos. Isso acontece porque o citoplasma do espermatozoideé pobre, quase não se tem citoplasma. Na hora da fecundação, o pouco de citoplasma que tem é perdido, então não vai organela masculino para o óvulo no momento da fecundação. O que vai existir é apenas o citoplasma da mãe.
· Segregação replicativa aleatória:
· É uma segregação aleatória. O DNA da mitocôndria é replicado de maneira aleatória e essas mitocôndrias na divisão celular, elas migram para as células – filhas de maneira aleatória. 
· COMO SE DÁ O FLUXO O FLUXO DA INFORMAÇÃO?
· FIGURA SLIDE 37:
· Dentro do núcleo tem o material genético, estando com a fita aberta, ele desenrolou, as proteínas histônicas e não histônicas elas estão separadas dele nesse momento porque vai acontecer a transcrição.
· A célula sinaliza que precisa de um produto gênico, precisa de um RNA, precisa de uma proteína, então o que vai acontecer é em um determinado pedaço que vai codificar para uma proteína ou vai transcrever para um RNA. 
· Acontece então o desempacotamento das proteínas histônicas e não histônicas.
· Tem – se o DNA dupla fita livre para acontecer a transcrição. A enzima que vai atuar no momento da transcrição é o RNA polimerase.
· Existe a sequência 5’ 3’ do DNA e a fita complementar 3’ 5’, a transcrição sempre vai se dar na fita inferior, na fita 3’ 5’. A transcrição vai sempre se dar com o molde da 3’ 5’.
· RNA vai ligar na região onde ela é sinalizada para começar a transcrição. Não acontece de forma aleatória, precisa acontecer uma sinalização para que a RNA polimerase possa atuar. A sinalização pode acontecer em placas (sequências específicas que mostram onde deve começar a transcrição) ou são processos químicos que também levam a esse entendimento de onde vai começar a transcrição.
· O RNA é formado no sentido 5’ 3’.
· O RNA é transcrito, ele ainda não está pronto para ir para o citoplasma ou para atuar dentro do núcleo. 
· O RNA heterogêneo ou pré RNA ele tem duas sequências intercaladas formando transcritos que são chamados de introns e exons. Os eixos são as sequências que vão realmente ser traduzidas ou serem formadas para se dar o que precisa, elas realmente são importantes para os genes, para atuação do gene. Os introns são sequências que não importam. 
· Em um RNA recém transcrito tem – se introns e exons. Os Exons é o que quer para o produto. Precisa então que os introns saiam desse transcrito e fiquem apenas os exons. 
· Acontece então um processo de splicing, ou seja, corta o RNA heterogêneo entre um exon e um intron e depois acontece a união desses exons e a degeneração (reciclagem) dos introns, ele não é perdido e sim reciclado. Ao final do processo de splicing tem – se um RNA maduro, um RNA mensageiro, é o transcrito que realmente está carregando o que se quer que vá para o citoplasma ou o que se quer que fique dentro do núcleo e atue. 
· Uma vez que se tem um RNA pronto para ser mandado para o citoplasma, precisa – se que ele saiba que precisa ir para o citoplasma. Ele saberá quando deve ir porque existe uma sinalização química e uma atuação enzimática que faz com que esse RNA seja expulso para o citoplasma. Uma característica do RNA transcrito e do RNA mensageiro que faz essa sinalização é a cauda POLI A (são múltiplas bases adenina). Existe então essa cauda POLI A que ela serve para sinalizar que o RNA está pronto para ir para o citoplasma. Ela tem duas funções : proteger a integridade do RNA e para expulsar dele o citoplasma.
· Uma vez fora do núcleo, esse RNA mensageiro é lido por um complexo de RNA ribossômico. Esse complexo é formado por duas unidades de RNA ribossômico (RNA 30S e RNA 50S) que se juntam formando esse complexo de RNA ribossômico. Existe o RNA transportador que é o que vai carregar o aminoácido, o anticódon com o aminoácido para se ligar no RNA mensageiro e então ser traduzido em uma proteína.
· O fluxo de informação é extremamente importante para a complexidade do nosso organismo.
· Tem – se uma fita de DNA, a dupla fita. Dentro dessa sequência de DNA, tem – se sequência que significam o exon 1, exon 2, exon 3, exon 4, exon 5. Na hora em que a célula ela recebe informação que precisa produzir um tipo de proteína, a região gênica que é responsável então pela sequência que vai gerar proteína, ela é descompactada e as pontes de hidrogênio são quebradas para que se possa utilizar o fragmento inferior para transcrever o RNA. Uma vez transcrito o RNA, o primeiro transcrito é uma mistura de sequências que a célula quer e sequências que a célula não quer, não precisa. As sequências que são necessárias são os exons e a sequência desnecessária são os introns. Acontece dentro do nosso organismo um evento que chama splicing, onde vai se tirar os introns e ficar com os exons, mas não se tem um tipo de conformação de RNA mensageiro, então a mesma sequência não vai gerar apenas o RNA mensageiro 1, 2, 3, 4 e 5 exons nessa sequência. Pode se ter splicing alternativos que geram um RNA mensageiro apenas com os Exons 1, 2, 4 e 5 ou pode ter um splicing alternativo que gere um RNA mensageiro com os Exons 1, 2 ,3 e 5. As sequências foram alteradas e essa sequência gerou proteínas distintas.
· As proteínas não necessariamente trabalham sozinhas quando elas estão no citoplasma. Muitas vezes se precisa de um complexo, uma proteína com outra. Quando a célula sinaliza que ela precisa de uma proteína X, aquela proteína X às vezes ela é a junção da proteína A e B e que juntas formam o complexo X. Tem – se então dois genes sendo transcritos ao mesmo tempo para serem traduzidos nessa proteína.
· O RNA as vezes não fica puro, tem – se RNA mensageiro que ele vai ser expulso para o citoplasma para ser traduzido, mas as vezes ele não vai da forma que ele foi transcrito, pode acontecer alterações nas sequências desses exons que formam esse RNA depois do splicing.
· O DNA se abre e a RNA polimerase atua na fita 3’ 5’ ou chamada de fita inferior, ela lê e transcreve um RNA heterogêneo ou pré – RNA, esse RNA heterogêneo sofre o splicing, ou seja, ele é picotado. Então os exons são separados dos introns, os exons se juntam e formam o RNA mensageiro. O RNA mensageiro vai ser exportado do núcleo para o citoplasma por meio da CAUDA POLI A, ele precisa ter uma sequência repetida de adenina no final dele para que a célula entenda que esse pedaço está pronto para ir para o citoplasma ser traduzido. No citoplasma ele encontra o complexo de RNA ribossômico e esse complexo ribossômico existe um RNA transportador tem uma trinca de bases nitrogenadas (códon) e essa trinca é chamada de anti – códon (complementar a sequência do RNA para fazer a ligação), então precisa – se parear A – U/ C – G. Uma vez que dentro desse complexo ribossômico esse RNA mensageiro ele vai passando, os RNAs transportadores vão se ligando à trinca correspondente e cada vez que um transportador se liga ele libera um aminoácido, esses aminoácidos então vão se unindo e formando a cadeia polipeptídica. Essa cadeia polipeptídica nada mais é do que a proteína.
· O CÓDIGO GENÉTICO É:
· Degenerado:
· Porque mais que um códon pode codificar o mesmo aminoácido.
· Especificidade:
· O códon codifica o mesmo aminoácido.
· Universalidade:
· Todos os seres vivos utilizam o mesmo código genético.
· A metionina é a sequência de códon AUG que é o código iniciador. Tem apenas esse códon de iniciação.
· Existem três códons de parada de síntese, são eles o códon UAA, UAG, UGA.
· PROCESSAMENTO PÓS – TRADUCIONAL:
· Depois que a proteína é traduzida no citoplasma onde se tem a cadeia polipeptídica, tem – se que a proteína ela pode atuar em 4 estruturas diferentes:
· Estrutura primária
· Estrutura secundária
· Estrutura terciária
· Estrutura quaternária
· Tem – se cadeias polipeptídicas beta e cadeias alfa, então quando precisa que moléculas de proteínas de hemoglobinas sejam traduzidas, precisa que dois genes sejam acionados, os da cadeia alfa e da cadeia beta. Uma vez que isso é traduzido no citoplasma, existe a conformação quaternária.
· TRANSCRIÇÃO DO GENOMA MITOCONDRIAL:
· A transcrição é diferente do genoma nuclear
· Ela tem duas sequênciaspromotoras, ou seja, sequências que dão pontapé na sinalização para começar a transcrição para cada filamento da dupla fita e ela tem uma RNA polimerase especializada que é codificada pelo genoma nuclear.
· Dentro da mitocôndria tem muito produto do genoma nuclear, então a própria mitocôndria quando ela transcreve os poucos genes que ela tem, ela precisa de mais, ela não tem todos os genes que ela precisa para o bom funcionamento. Precisa que proteínas dos genomas nucleares entrem na mitocôndria para que aconteça todo o processo.
· Os RNAs que ela transcreve são enviados para o citoplasma para tradução.
· ESTRUTURA GERAL DE UM GENE HUMANO TÍPICO:
· Tem – se uma região promotora e o códon iniciador, quando se tem esse códon a polimerase identifica que a partir daí que deve ser feita a transcrição. 
· O gene é caracterizado por uma região promotora, por um códon iniciador, exons e introns, tem – se um códon de terminação, ou seja, o códon que vai para a síntese e o sinal de poliadenilação.
· Entre a região promotora e a região do códon iniciador, ela não é traduzida. É um intron que fica entre a região promotora e o códon de iniciação. Essa região promotora é extremamente importante, isso porque ela indica o início da transcrição, qualquer alteração na sequência promotora também vai desarranjar toda a transcrição gênica.
· Gene da beta –globina:
· Esse gene está presente no cromossomo 11, no braço curto (P)
· O gene tem 3 exons e 2 introns
· Esse gene possui dupla sequências que é chamada de sequências promotoras que estão distantes do códon de iniciação +/- 200 pares de bases.
· Boxes TATA e CAT: São duas regiões promotoras extremamente importantes para sinalizar o início da transcrição. Quando a enzima enxerga essas regiões, ela sabe que logo vai ter o códon de iniciação e ela vai inserir a fita complementar de RNA. Exemplo de mutação: beta – talassemia.
· Sequência promotora:
· ILHAS CpG: São aglomerados ricos em citosina e guanina, são ilhas que são concentrações dessas duas bases nitrogenadas. 
· São genes responsáveis por toda a manutenção celular, ou seja, precisam que eles estejam sendo ativos, transcritos a todo momento em todas as células do corpo.
· Elas sofrem metilação. Essa metilação é a adição de um grupamento metil ligado a uma dessas bases que sinaliza onde pode começar a transcrever o gene. A presença do radical metil diz que não pode traduzir, não pode transcrever o gene porque ele está metilado, ou seja, a sequência promotora dele está ligada a um radical metil. Se a sequência não estiver ligada a um radical metil, significa que o gene pode ser transcrito naquele momento.
· GENES DE RNA:
· Regulação de outros genes
· Papel estrutural
· Papel em processos nucleares e citoplasmáticos
· Tem – se os genes de RNA que não são codificadores de proteína (ncRNA):
· tRNA: RNA transportador
· rRNA: RNA ribossômico
· RNA splicing: São os que vão separar exons e introns
· pnoRNA: RNA nucleolares. São responsáveis pelo complexo ribossômico.
· ncRNA:
· lncRNA (longos)
· miRNA (micro)
· Esses dois RNAs controlam a expressão ou repressão de genes durante o desenvolvimento. Esse controle é chamado de epigenética. IMPORTANTE SABER QUEM SÃO ELES E PARA QUE ELES SERVEM.
· EPIGENÉTICA:
· As histonas elas estão envolvidas na epigenética, é o empacotamento do DNA com as proteínas histônicas e não histônicas, qualquer atuação errada, diferente na situação pode causar um desarranjo na expressão gênica.
· Epigenética são modificações do DNA e das histonas que são herdáveis e não alteram a sequência de bases nitrogenadas. Essas modificações vêm de geração em geração. Herda – se dos pais um padrão epigenético deles.
· Podem ocorrer três alterações nas histonas que levam a modificações que levam a doenças:
· Metilação:
· Adição de radical metila
· Modificações no DNA se tem na metilação ->
· Os radicais vão ser adicionados na cauda das histonas. Quando acontece a adição do radical metil na causa de histonas, dependendo do ponto da ligação pode acontecer desativação do gene ou ativação da expressão. O radical metila também na histona promove a expressão do gene ou ele reprime a expressão do gene. Radical metila presente -> gene reprimido/ radical metila ausente -> gene expresso.
· Existe um momento da vida que os genes estão mais desmetilados, ocorre na fase embrionária. A partir da fecundação até que seja formado o feto, tem – se uma alta síntese desses genes, eles não podem estar metilados. Uma metilação neste momento faz com que o desenvolvimento seja freado.
· A presença ou não do radical metila ele regula a expressão gênica e também silencia elementos repetitivos. 
· Controla várias funções do genoma, essencial durante a morfogênese para que ocorra o desenvolvimento normal.
· Fosforilação:
· Adição de radical fosfato
· A presença da molécula de fosfato, do radical fosfato na causa da histona, permite uma maior condensação do cromossomo durante a divisão celular. Em determinados momentos do ciclo celular precisa que a cromatina esteja altamente compactada para poder fazer a divisão celular, para os cromossomos irem para os pólos das células.
· A adição do radical fosfato é o que vai dar a condição de muita compactação e pouca compactação. Qualquer alteração nesse padrão de adição do fosfato na histona faz com que a cromatina esteja descompactada no momento errado. 
· Acetilação:
· Adição de radical acetila
· Também diminui a compactação da cromatina.
· O radical acetila diminui a compactação da cromatina que é o momento em que precisa para fazer a transcrição. Ele libera sítios promotores e reguladores para a ligação das enzimas de transcrição.
· Ela permite a descompactação da região para que ocorra a transcrição. Qualquer diferença nesses padrões pode gerar problemas.
· DESEQUILÍBRIO ALÉLICO NA EXPRESSÃO GÊNICA:
· Expressão bialélica:
· A minoria dos dois genes precisa dos dois funcionando
· Expressão monoalélica:
· A maioria dos genes apenas um dele que vai trabalhar
· IMPRINTING GENÔMICO:
· Não se tem uma escolha aleatória, dependendo do gene que estiver marcado para ser expresso se tem um fenótipo.
· É como se fosse uma impressão que se carrega que vem dentro do DNA. Tem alguns genes que são imprintados para serem expressos da linhagem materna e outros que vem da linhagem paterna.
· É uma região marcada epigeneticamente
· A origem do desenvolvimento é na linhagem germinativa, é nessa linhagem que vai se dar a marcação desses genes imprintados.
· Gene de origem materna imprintado – herdado por um homem necessita ser convertido na sua linhagem germinativa para que ele possa transmitir a informação para a prole e vice-versa.
· INATIVAÇÃO DO CROMOSSOMO X:
· A mulher não precisa dos dois cromossomos X funcionais dentro do organismo. 
· Só a mulher possui o corpúsculo de Barr, porque como ela tem carga dupla do cromossomo X e ela não precisa de todos os genes do segundo X, ele fica em forma inativada, fica arredondado, compactado.
· Tem – se uma escolha aleatória de um cromossomo X, pode ser o X que herdou da mãe ou o X que herdou do pai. 
· O cromossomo X que está inativo, mesmo assim 15% dele precisa ser ativo para poder junto com o ativo codificar as proteínas.
· Dentro do organismo feminino não existe um padrão de inativação, pode ser que algumas células inativam o cromossomo X que herdou do pai e nas outras o cromossomo X que herdou da mãe.