Genética geral

Três marcos na genética Pesquisa de Gregor Mendel Estrutura do DNA James Watson e Francis Crick Projetos Genoma

Pesquisa de Mendel Genes e as regras da herança - 1866 Cruzamentos em ervilha Características contrastantes Altura Superfície das sementes GENES e ALELOS Segregação 1900 - REDESCOBERTA

Estrutura do DNA O que é um gene? Ácidos nucleicos 1953 – Watson e Crick Duas cadeias de nucleotídios unidas por atrações químicas fracas entre pares de bases

Projeto(S) Genoma Determinação da sequência de bases do DNA de um organismo 1978 – ΦX174 – Bacteriófago da E. coli - 5375 nucleotídios

Projeto(S) Genoma Determinação da sequência de bases do DNA de um organismo 1978 – ΦX174 – vírus da E. coli - 5375 nucleotídios Genoma humano – 1990-2003 Xylella fastidiosa citros – amarelinho – 1988 Xylella fastidiosa videira - califórnia Genoma cana-de-açúcar Genoma Câncer humano Genoma Xanthomonas campestris etc

Projeto(S) Genoma Determinação da sequência de bases do DNA de um organismo 2009 – genoma bovino US$ 54 milhões 300 cientistas 25 países 22 mil genes

Projeto(S) Genoma Determinação da sequência de bases do DNA de um organismo Genoma humano – 1990 2,7 bilhões de pares de nucleotídios Cerca de 20-25 mil genes Função? Ativação?

O estudo da genética Genética clássica Estudo dos genes com base na herança de características em cruzamentos entre linhagens diferentes Genética Molecular estrutura do DNA Estudo de sequências de DNA, engenharia genética Genética quantitativa Estudo de caracteres quantitativos Genética de populações Variabilidade de indivíduos em um grupo de organismos

Genética molecular A natureza química do material genético 1928 – Streptococus pneumoniae

Genética molecular A natureza química do material genético 1928 – Streptococus pneumoniae As bactérias R (não-virulentas) haviam se transformado numa forma S (virulenta) 1944 – Avery, MacLeod e McCarty Isolaram moléculas das bactérias S mortas e verificaram que somente aquelas de DNA poderiam transformar células R em S

Genética molecular A natureza química do material genético 1952 – DNA de bacteriófagos  reprodução de novos fagos Marcação radioativa do DNA com 32P Marcação radioativa da capa protéica do vírus com 35S

Genética molecular

Genética molecular

Genética molecular DNA Composto de monômeros  nucleotídios Ácido fosfórico Açúcar de cinco carbonos – desoxirribose Uma base nitrogenada Purinas Adenina Guanina Pirimidinas Timina citosina

Genética molecular DNA – estrutura molecular

Genética molecular DNA – estrutura molecular Chargaff – A=T e C=G

Genética molecular DNA – estrutura molecular Franklin e Wilkins Difração de raios X – estrutura helicoidal

Genética molecular DNA – estrutura molecular Watson e Crick Duas fitas enroladas pra a direita  hélice dupla Analogia com escada Dois corrimãos  açúcar-fosfato Lado 3’ da molécula de açúcar se liga ao fosfato, o qual se liga ao lado 5’ da molécula de açúcar seguinte As duas fitas têm sentidos opostos 3’5’ e 5’3’ = são antiparalelas Porção variável  degraus da escada  bases nitrogenadas

Genética molecular DNA – estrutura molecular Watson e Crick Duas fitas enroladas pra a direita  hélice dupla Analogia com escada Porção variável  degraus da escada  bases nitrogenadas A é complementar a T C é complementar a G Unidas por pontes de hidrogênio Especificidade da ligação = número de pontes de hidrogênio formadas Número de A-T não tem relação com C-G

Genética molecular

Genética molecular Pontes de hidrogênio

Genética molecular Pontes de hidrogênio

Genética molecular DNA – estrutura molecular Watson e Crick A sequência das fitas é complementar 5’-A-C-G-T-A-A-C-C-3’ 3’-T-G-C-A-T-T-G-G-5’

Genética molecular Dogma Central da Biologia REPLICAÇÃO TRANSCRIÇÃO TRADUÇÃO

Genética molecular DNA – replicação Semiconservativa Menores possibilidades de erro

Genética molecular DNA – replicação Semiconservativa Menores possibilidades de erro Experimento Meselson - Stahl

Genética molecular DNA – replicação Enzimas envolvidas DNA polimerase Adiciona nucleotídios a uma fita pré-existente Primer ou iniciador – RNA com10 bases Nucleotídios acrescidos à extremidade 3’ Síntese de 5’3’

Genética molecular DNA – replicação

Genética molecular DNA – replicação Enzimas envolvidas DNA polimerase Fragmento de Okazaki Fragmentos de 1000 bases que surgem na fita Síntese de “3’5’”

Genética molecular DNA – replicação Enzimas envolvidas Helicase Desenrola as fitas Girase Corta uma das fitas para evitar o enrolamento

Genética molecular DNA – replicação Enzimas envolvidas Primase Liga os primers DNA polimerase 1 Substitui os primers de RNA por DNA

Genética molecular DNA – replicação Processo rápido em procariotos Em E. coli = 850 nucleotídios por segundo 40 min para replicar o DNA DNA = 0,0043x109 Eucariotos DNA associado com histonas Velocidade 10 vezes mais lenta cerca de dois meses ou seis horas? DNA = 5,81x109

Genética molecular DNA – replicação Eucariotos 6 HORAS.... Vários pontos de replicação em cada cromossomo Até 3000 regiões

Genética molecular RNA Açúcar = ribose Bases nitrogenadas Uracila Guanina Citosina Adenina

Genética molecular RNA Tipos RNA mensageiro RNA transportador RNA ribossômico Outros tipos snRNA  processamento de RNAm e RNAr snoRNA  processamento de rRNA RNA 7SL  secreção de proteína RNA 7SM  ? RNA 7SK ? RNA Alu  ?

Genética molecular RNA Tipos RNA mensageiro Têm vida curta na célula em geral 6 horas em mamíferos Renovação dos RNAm  controle da expressão gênica Há RNAm estável  globinas Forma-se o RNA heterogêneo nuclear em eucariotos Precisa ser modificado para ser RNAm Nos procariotos o RNA formado já é RNAm

Genética molecular RNA Tipos RNA mensageiro Forma-se o RNA heterogêneo nuclear em eucariotos Precisa ser modificado para ser RNAm Nos procariotos o RNA formado já é RNAm

Genética molecular RNA Tipos RNA ribossômico Maior porção do RNA celular Transcrito da região organizadora de nucléolo Participa da síntese protéica Possui vida longa na célula RNA estável

Genética molecular RNA Tipos RNA ribossômico Ribossomos 4.220.000 dáltons em eucariotos 2.520.000 dáltons em procariotos Coeficiente de sedimentação (forma e tamanho) Sedimentação em sacarose 700.000 g força centrífuga Duas subunidades Eucariotos  80 S ( 60 S e 40 S) Procariotos 70 S (50 S e 30 S)

Genética molecular RNA Tipos RNA ribossômico Ribossomos Duas subunidades Eucariotos  80 S ( 60 S e 40 S) Subunidade maior  três RNAr (4718-160-120 nucleotidios) Sub. Menor  um RNAr 1874 nucleotídios

Genética molecular RNA Tipos RNA ribossômico Função enzimática?

Genética molecular RNA Tipos RNA transportador Moléculas adaptadoras Leitura da sequência de bases do RNAm Conversão em sequência de aminoácidos Há um tRNA para cada aminoácido (20) Há pareamento de bases em 50% Estrutura de folha de trevo alto conteúdo de nucleosídeos incomuns: inosina (I), pseudouridina ( Y), diidrouridina (UH2 ou D), ribotimina (T) e derivados metilados de guanosina e inosina.

Genética molecular tRNA Todas as moléculas conhecidas de RNA transportador compartilham as seguintes características: São cadeias unitárias contendo entre 73 e 93 ribonucleotídeos. Contêm muitas bases incomuns, entre 7 e 15 por molécula. A seqüência de bases na ponta 3' de tRNAs maduros é CCA.

Genética molecular RNAt Cerca de metade dos nucleotídeos nos tRNAs forma pareamento de bases, originando uma dupla hélice. A alça do anticódon consiste em sete bases com a seguinte seqüência: 5'-pirimidina-pirimidina-X-Y-Z-purina modificada-base variável-3'

Genética molecular tRNA

Genética molecular DNA – transcrição Síntese de mRNA Função dos genes Produzir cadeia polipeptídica DNA  NÚCLEO SÍNTESE PROTÉICA  CITOPLASMA NÚCLEO RNA CITOPLASMA

Genética molecular Gene

Genética molecular DNA – transcrição Síntese de mRNA SÍTIO PROMOTOR Local de acoplamento da RNA polimerase Não ocorre transcrição de todo o DNA Pontes de hidrogênio são desfeitas Cadeias de DNA se separam Formação do RNAm ocorre de 5’3’ São incorporados nucleotídios de forma complementar Forma-se o RNA heterogêneo nuclear em eucariotos Nos procariotos o RNA já é mRNA

Genética molecular DNA – transcrição Síntese de mRNA - EUCARIOTOS Forma-se o RNA heterogêneo nuclear ou pré-RNAm Regiões que codificam para aminoácidos  éxons Regiões que não codificam  íntrons Modificações  núcleo

Genética molecular DNA – transcrição Síntese de RNA – EUCARIOTOS Endonucleases cortam os íntrons  recomposição 5’  adição de guanina metilada  capacete  ligação aos ribossomos e proteção contra enzimas Formação de cauda poli-A na extremidade 3’  proteção Núcleo

Genética molecular DNA – transcrição Síntese de RNA – EUCARIOTOS Recomposição ou splicing - mRNA Há cinco tipos de íntrons GT-AG sitio 5’ = 5’-AGGTAA↓GT-3’ Sítio 3’ = 5’ - Pi Pi Pi Pi PiNCAG↓-3’ Pi = C ou T N = qualquer nucleotídio

Genética molecular DNA – transcrição Síntese de RNA – EUCARIOTOS RNAm se associa a proteínas - proteção contra endo e exonucleases Saída do núcleo

Genética molecular DNA – transcrição Síntese de RNA – EUCARIOTOS Genes de histonas Sem íntrons e cauda poli-A Processo mais rápido

Genética molecular DNA – transcrição

Genética molecular Tradução Código genético No mínimo três nucleotídios por aminoácido 1 nucleotídio = 4 aminoácidos (41) 4 nucleotídios 2 a 2 = 16 aminoácidos (42) 3 nucleotídios = 43 = 64 combinações 61 = aminoácidos 3 = terminação

Genética molecular Tradução Código genético

Genética molecular Tradução Código genético

Genética molecular Tradução Código genético Propriedades A unidade tem três letras

Genética molecular Tradução Código genético Propriedades O código tem ponto inicial 5’-AUG-3’  metionina em eucariontes e formilmetionina em procariontes Nem todas as proteínas têm esses aminoácidos no início  pode haver remoção Sequência guia  15-30 aminoácidos Indica para onde o peptídio será exportado

Genética molecular Tradução Código genético Propriedades O código não é sobreposto Cada 3 bases codifica um só aminoácido 5’ACUGCA3’ ACU= TREONINA E GCA = ALANINA Sobreposto ACU = TREONINA, CUG = LEUCINA UGC = CISTEINA e GCA = ALANINA

Genética molecular Tradução Código genético Propriedades O código não TEM VÍRGULAS Não há nucleotídios separando as sequências dos códons

Genética molecular Tradução Código genético Propriedades O código é DEGENERADO A maioria dos aminoácidos é codificada por mais de um códon diferente Muda normalmente a última base Serina, arginina e leucina = 6 códons Valina = 4 códons Isoleucina = 3 códons Nove aminoácidos = 2 códons TRP e MET = 1 códon

Genética molecular Tradução Código genético Propriedades O código é DEGENERADO Vantagem evolutiva? Estabilidade contra a mutação Trocar um nucleotídio na terceira base Sem efeito... GCU GCC, GCA, GCG = ALANINA

Genética molecular Tradução Código genético Propriedades O código não é ambíguo Códon ambíguo = codifica para dois ou mais aminoácidos Em condições naturais isso não ocorre

Genética molecular Tradução Código genético Propriedades O Código é UNIVERSAL mRNA de coelho foi reconhecido por tRNA de E. coli  síntese de hemoglobina Possibilita obtenção de transgênicos Só há diferenças em alguns situações Mitocôndria humana UGA  TERMINAÇÃO UGA  Triptofano em mitocôndrias

Genética molecular Tradução Código genético Propriedades O Código é UNIVERSAL Protozoários Tetrahymena e Paramecium UAA e UAG  GLUTAMINA Genes humanos Dois genes humanos Glutationa peroxidase e iodotironina UGA  SELENOCISTEÍNA

Genética molecular Tradução Código genético

Genética molecular Tradução Código genético Propriedades O Código tem PONTO FINAL Término da leitura da fita de mRNA UAA, UAG e UGA Determinam a ligação a fatores de liberação Proteínas

Genética molecular Tradução Processo que envolve mais de uma centena de macromoléculas Enzimas, tRNA, mRNA, ribossomos, aminoácidos etc.

Genética molecular Tradução Início

Genética molecular Tradução Alongamento

Genética molecular Tradução terminação

Genética molecular Tradução Polissomos ou Polirribossomos Muitos ribossomos podem traduzir o mesmo mRNA

Genética molecular Mutações Alterações na sequência de nucleotídios do DNA Alteração do gene Novos alelos...

Genética molecular Mutações Causas Substituição de bases Transição  troca de uma purina por outra ou pirimidina por outra A  G ou C  T Transversão  troca de purina por pirimidina ou vice-versa Troca ocorre por pareamento irregular na replicação Formas tautoméricas Formas alternativas das bases nitrogenadas ocasionadas por agentes mutagênicos naturais ou artificiais

Genética molecular Mutações Causas Substituição de bases Mutação silenciosa Não altera o aminoácido AGC  SERINA AGG  SERINA Mutação neutra Há mudança do aminoácido, mas sem mudança na função da proteína

Genética molecular Mutações Causas Substituição de bases Mutação de sentido errado AGC  SERINA AAC  LEUCINA

Genética molecular Mutações Causas Substituição de bases Mutação sem sentido Surge códon de terminação AGC  SERINA ATC  UAG  TERMINAÇÃO A proteína não é traduzida integralmente

Genética molecular Mutações Causas Adição ou deleção de bases DNA 5’-ATGCCGACGTATCAGTAA-3’ – fita senso 3’-TACGGCTGCATAGTCATT-5’ – fita anti-senso mRNA 5’-AUGCCGACGUAUCAGUAA-3’ Peptídio Metionina-prolina – treonina – tirosina - glutamina

Genética molecular Mutações Causas Adição ou deleção de bases DNA – adição do par A-T entre o 5º. e 6º. Par de bases 5’-ATGCCAGACGTATCAGTAA-3’ – fita senso 3’-TACGGTCTGCATAGTCATT-5’ – fita anti-senso mRNA 5’-AUGCCAGACGUAUCAGUAA-3’ Peptídio Metionina-prolina – ác. aspártico – valina – serina – valina Metionina-prolina – treonina – tirosina – glutamina (original)