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2. Gentica Molecular

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GENTICA MOLECULAR

As descobertas genticas ou a aplicao dos conceitos genticos na nossa vida cotidiana

esto diariamente na mdia e algumas das descobertas mais marcantes tm ocorrido no campo da gentica mdica. Atualmente os geneticistas compreendem a base metablica de centenas de distrbios hereditrios, conhecem os genes defeituosos que resultam em vrias doenas herdadas, estudam aspectos de nosso comportamento e de nossa personalidade que so controlados por nossa constituio gentica, pesquisam o papel que os genes possam ter em comportamentos tais como alcoolismo e sexualidade e j sabem h algum tempo que genes defeituosos esto na origem de alguns distrbios mentais. Hoje em dia, de posse de poderosos instrumentos de anlise gentica molecular os pesquisadores esto voltados para identificar os genes que, quando defeituosos, tornam os indivduos mais suscetveis a estas doenas.

A gentica molecular tambm est fornecendo novos meios de tratar doenas. Durante dcadas, diabticos receberam insulina obtida de animais, geralmente porcos. Hoje, a insulina produzida em bactrias que possuem o gene da insulina humana. O hormnio do crescimento humano, antes isolado de cadveres, tambm produzido em bactrias e utilizado para tratar crianas que no produzem quantidades suficientes do hormnio. Muitas outras protenas de importncia mdica, hoje, so rotineiramente produzidas em bactrias que foram transformadas com o gene humano apropriado

As pesquisas genticas tambm so realizadas no campo da nutrio e tcnicas moleculares so utilizadas para acentuar a qualidade e a produo de alimentos (alimentos geneticamente modificados).

As descobertas das pesquisas genticas iniciaram inmeros aspectos comerciais na indstria de biotecnologia. As empresas que fabricam produtos farmacuticos e testes diagnsticos, ou que fornecem servios tais, como perfis de DNA, tm contribudo para o crescimento econmico mundial.

Algumas formas de cncer so familiais ou hereditrias e outras ocorrem esporadicamente entre todos os membros de uma populao. Entretanto, todos os cnceres so doenas genticas no sentido de que so causadas por mudanas na informao gentica que transmitida para as clulas filhas. A evidncia disponvel indica que todos os cnceres resultam do acmulo de danos aos genes que controlam ou influenciam a multiplicao celular, a diferenciao celular e os processos correlatos. Embora existam centenas de tipos diferentes de cncer, todos tm uma coisa em comum: a perda do controle normal da multiplicao celular. Os genes mutantes que causam um risco aumentado de cncer, esto sendo identificados e estudados intensamente. medida que aprendemos mais sobre o funcionamento destes genes em situaes normais e anormais, chegamos mais perto de tratamentos teraputicos eficazes.

A cincia forense tem utilizado as tcnicas de gentica molecular em assuntos legais. O DNA isolado de uma pequena amostra de tecido, s vezes de um s espermatozoide, leuccito ou folculo piloso, recuperada da cena de um crime, pode ser submetida a uma detalhada anlise molecular e os resultados podem ser utilizados para identificar ou excluir o suspeito.

A terapia gnica (introduo de genes normais nas clulas de pacientes com genes defeituosos) oferece grandes promessas para o tratamento eficaz de doenas herdadas. A terapia gnica tem sido utilizada em conjunto com outros tratamentos, porm os genes introduzidos foram expressos por apenas um curto perodo de tempo. Embora existam motivos para se esperar que a terapia gnica seja finalmente bem-sucedida no tratamento de distrbios genticos, os resultados


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atuais indicam que so necessrias mais pesquisas para se determinar como e porque os genes so desligados logo aps entrarem em novas clulas hospedeiras.

O Projeto Genoma Humano tem como objetivos mapear e sequenciar toda o material gentico de humanos e de alguns outros organismos geneticamente importantes. O conhecimento da estrutura de toda a informao gentica dos humanos e de outros organismos ter profundos efeitos na sociedade. Esta informao ter efeitos acentuadas na capacidade dos cientistas de diagnosticar e criar tratamentos eficazes para as doenas humanas. Assim, esta informao dever ter impacto positivo na sade humana. Entretanto, tambm criar complexos problemas morais, ticos e legais que devero ser enfrentados pelas pessoas.


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UNIDADE 1

COMPOSIO QUMICA E ESTRUTURA DO MATERIAL GENTICO

Em 1968, Johann Friedrich Miescher isolou uma substncia cida tratando, clulas do pus de bandagens usadas para cobrir feridas humanas, com pepsina, que uma enzima proteoltica que pode ser isolada do estmago de porcos. Essa substncia foi denominada de nuclena; apresentava grandes quantidades de nitrognio e fsforo e, na poca, a sua importncia no pode ser avaliada. A existncia de cadeias polinucleotdicas, os principais componentes do material cido, s foi documentada na dcada de 1940. O papel dos cidos nucleicos na estocagem e transmisso de informaes genticas s foi estabelecido em 1944 e a estrutura da dupla hlice s foi descoberta em 1953 e muitos geneticistas estavam relutantes em aceitar a ideia de que os cidos nucleicos, e no as protenas, tinham a informao gentica, pois os cidos nucleicos exibiam menos variabilidade estrutural que as protenas.

O DNA formado de monmeros denominados de nucleotdeos. Cada nucleotdeo formado por uma base nitrogenada, um acar e um resduo de cido fosfrico ligados de forma covalente. As bases nitrogenadas podem ser de dois tipos: pirimidinas e purinas (Figura 1). As pirimidinas: citosina (C), timina (T) e uracila (U), apresentam um anel aromtico e as purinas: adenina (A) e guanina (G), so compostas de dois anis aromticos. O acar uma pentose, a 2-desoxirribose que estabelece uma ligao glicosdica entre o seu carbono C-1 e o nitrognio N-1 das pirimidinas ou o nitrognio N-9 das purinas, portanto uma ligao N-glicosdica. O cido fosfrico se liga ao carbono C-5 da pentose atravs de uma ligao ster. O composto formado apenas por uma das bases nitrogenadas e a pentose, ligados de forma covalente, denominado de nucleosdeo (Figura 2).

Figura 1 (A) Bases nitrogenadas, (B) acar e (C) grupamento fosfato.

Fonte: Pessa, H.L.F.


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Figura 2 Estrutura de nucleotdeo e nucleosdeo. B = Base nitrogenada


Os cidos nucleicos so produzidos a partir da polimerizao de nucleotdeos. A ligao

entre esses monmeros envolve a formao de duas ligaes ster pelo cido fosfrico com os grupos hidroxila dos carbonos C3 e C5 de nucleotdeos adjacentes que denominada ligao 3, 5- fosfodister. A cadeia resultante, esqueleto acar-fosfato ou hlice, apresenta polaridade, com uma extremidade 5 que possui o grupo fosfato, e a outra extremidade 3 que apresenta a hidroxila livre. As bases nitrogenadas se posicionam em eixos perpendiculares ao esqueleto acar-fosfato. A caracterstica mais importante da estrutura dos cidos nucleicos a sequncia de bases nitrogenadas (Figura 3).

Anlises da composio qumica do DNA de muitos organismos diferentes, realizadas por Erwin Chargaff e colaboradores (1949-1953), demonstraram que a concentrao de timina era sempre igual de adenina e a concentrao de citosina era sempre igual de guanina. Seus resultados tambm mostraram que a concentrao total de pirimidinas era sempre igual de purinas o que sugeria uma inter-relao entre essas bases nitrogenadas. Em contraste, a quantidade de pares A-T e C-G variava amplamente nos DNAs de espcies diferentes. Estudos cristalogrficos de raios X sobre a estrutura do DNA realizados por Maurice Wilkins, Rosalind Franklin e seus colaboradores, indicaram que o DNA era uma estrutura bifilamentar altamente ordenada com subestruturas repetidas espaadas em 0,34 nm (1 nm = 10-6mm), com 10 pares de bases por volta que se estendem ao longo do seu comprimento.

Baseando-se nos dados qumicos de Chargaff, nos dados de difrao de raios X de Maurice Wilkins e Rosalind Franklin (1949) e nas dedues a partir da construo do modelo James Dewey Watson e Francis Crick propuseram que o DNA se apresenta como uma dupla hlice enrolada em uma espiral dextrgira (-hlice). Os dois filamentos polinucleotdicos so mantidos juntos em sua configurao helicoidal por pontes de hidrognio que se estabelecem entre as bases nitrogenadas de filamentos opostos. Em suas configuraes estruturais estveis, adenina e timina formam duas pontes de hidrognio e guanina e citosina formam trs pontes de hidrognio (Figura 4).


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Figura 3 Filamento polinucleotdico.

Fonte: Gardner, E.J.; Snustad, D.P. modificado por Pessoa, H.L.F.

Figura 4 Pareamento de bases nitrogenadas complementares.



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Os dois filamentos ou fitas de uma dupla hlice de DNA so denominados de

complementares e, devido ao pareamento especfico podemos determinar a sequncia de bases de um filamento a partir da sequncia conhecida do filamento complementar. Os esqueletos acar-fosfato dos dois filamentos complementares so antiparalelos, por apresentarem polaridade oposta que tem um papel importante na replicao, transcrio e recombinao do DNA (Figura 5).

Figura 5 Dupla hlice de DNA (A) Modelo estrutural e (B) Modelo molecular.


A estabilidade da dupla hlice de DNA se deve, em parte, ao grande nmero de pontes de

hidrognio entre os pares de base de filamentos opostos e em parte s ligaes hidrofbicas (ou foras de empilhamento) entre pares de bases adjacentes. Os lados planares dos pares de bases so relativamente no-polares e portanto tendem a ser insolveis em gua (hidrofbicos), o que contribui para uma considervel estabilidade das molculas de DNA presentes nos protoplasmas aquosos das clulas vivas.


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As molculas de DNA, sob condies fisiolgicas (soluo aquosa com baixa concentrao de sais), existem na conformao B (DNA B) apresentando 0,20 nm de dimetro. Entretanto como elas exibem uma considervel flexibilidade conformacional, a sua estrutura pode se modificar em funo da natureza das molculas com as quais elas interagem. O DNA A existe em altas concentraes de sais ou em estado parcialmente desidratado, se apresenta como uma hlice dextrgira com 11 pares de nucleotdeos por volta e uma dupla hlice mais curta e grossa com 0,23 nm de dimetro. O DNA Z ocorre em duplas hlices levgiras, onde os pares de bases C:G e G:C se alternam, apresentam 12 pares de bases por volta e um dimetro de 0,18 nm. A ocorrncia do DNA Z em clulas vivas ainda incerta (Figura 6).

Figura 6 - Molculas de DNA nas conformaes A, B e Z.

Fonte: www.cbs.dtu.dk/staff/dave/roanoke/a_b_z_dna.gif


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UNIDADE 2

REPLICAO DO DNA

Todos os organismos devem duplicar o seu DNA com extrema preciso e em altas taxas (at mil nucleotdeos por segundo), antes de cada diviso celular.

O DNA que existe na natureza pode se apresentar de diversas formas, tais como: fitas simples e duplas, e os dois podem existir tanto na forma linear como na circular. Como muitos DNAs se apresentam como dupla hlice, pode-se apresentar algumas das caractersticas gerais da replicao que se aplicam para DNAs lineares e circulares. Descreveremos o processo de replicao em procariontes e, mais especificamente, em Escherichia coli, organismo no qual ele foi mais bem estudado.

Todas as vezes que uma clula se divide para produzir clulas filhas, o DNA precisa se duplicar ou replicar dando origem a uma nova molcula de DNA com a mesma sequncia de bases existente na original, assegurando, assim, que as funes que executam sero perpetuadas na sua descendncia.

A replicao do DNA envolve a separao das duas fitas parentais e a produo de duas novas fitas, tendo as parentais como molde. Cada nova molcula de DNA contm uma fita parental e uma fita recm-sintetizada, caracterizando a replicao semiconservativa (Figura 7). O processo de replicao complexo e envolve a participao de vrias protenas e enzimas que atuam de forma coordenada para garantir uma fidelidade considervel.

Figura 7 Replicao semiconservativa da molcula de DNA.

Fonte: http://e-portfolio-biologia.blogspot.com/2008/10/replicao-do-dna_12.html modificado por

Pessa, H.L.F.

A separao dos dois filamentos de DNA realizada pela enzima DNA helicase. Esta

enzima desenrola as duas fitas que compem a dupla-hlice, quebrando as pontes de hidrognio estabelecidas entre as bases complementares de cada uma das fitas.


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As regies de fita simples so estabilizadas pelas protenas de ligao de fita simples (SSB) que protegem essas regies de sofrer hidrlise pelas nucleases.

De modo a aliviar a tenso provocada pela toro da cadeia dupla durante o seu desenrolar pela helicase, a enzima DNA topoisomerase I se associa com a cadeia parental a montante da helicase. Esta enzima cataliza quebras transitrias das ligaes fosfodister em um dos filamentos fornecendo um eixo de rotao que permite que os segmentos de DNA em lados opostos da quebra girem independentemente, com o filamento intacto servindo como eixo. As topoisomerases I so extremamente eficientes pois armazenam a energia resultante da clivagem das ligaes fosfodister para serem reaproveitadas para recompor o filamento.

J foram descritas 5 DNA polimerases de E. coli, as DNA polimerases II, IV e V no so necessrias para a replicao e esto envolvidas em mecanismos de reparo de danos ao DNA.

As DNA polimerases catalisam a adio de nucleotdeos ao filamento em crescimento da extremidade 5 para a 3. No terminal 5 do acar h um grupo fosfato e no 3 existe uma hidroxila livre onde se estabelece a ligao fosfodister com o nucleotdeo que esta sendo incorporado. Observou-se que as DNA polimerases no so capazes de catalizar a sntese desde o incio, elas necessitam de um pequeno filamento de nucleotdeos, um oligonucleotdeo iniciador, ao qual ela adiciona os nucleotdeos seguintes. Esse oligonucleotdeo iniciador de RNA, copiado de forma complementar fita molde de DNA pela RNA primase. As DNA polimerases, para realizarem o processo de polimerizao, necessitam tambm dos quatro desoxirribonucleotdeos trifosfato (dTTP, dATP, dGTP e dCTP) e de Mg2+.

A DNA polimerase III um complexo enzimtico com 10 subunidades responsvel pela polimerizao 53 da fita de DNA recm-formada. Esta holoenzima apresenta, ainda, a atividade 35 exonuclesica que permite que nucleotdeos incorretos adicionados sejam prontamente removidos, um por vez, durante a replicao e substitudos por nucleotdeos corretos, mecanismo de reviso e reparo.

A DNA polimerase I tem a funo de reparar e remendar o DNA danificado e para tanto apresenta as atividades; polimersica 53 e exonuclesica 35 e 53, esta ltima permite que vrios nucleotdeos sejam removidos durante o reparo.

Durante o processo de replicao do DNA, uma das fitas novas formada continuamente na direo 53 (fita lder) e a outra de maneira descontnua e no sentido inverso para manter a mesma direo 53 (fita retardatria). A fita descontnua replicada atravs de fragmentos de Okasaki (1000 a 2000 nucleotdeos). Cada um desses fragmentos apresenta, alm do DNA recm sintetizado, um RNA iniciador que ser substitudo por desoxirribonucleotdeos pela DNA polimerase I e a DNA ligase reconstituir a nova fita. O filamento lder possui apenas um RNA iniciador que tambm ser substitudo pela DNA polimerase I (Figura 8).


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Figura 8 A replicao semiconservativa do DNA

Fonte: www.enq.ufsc.br/.../genetica/DNA.html

A replicao do DNA se inicia em um ponto especfico da dupla hlice denominado de

origem de replicao e prossegue em direes opostas gerando a formao de duas forquilhas de replicao. A medida que a replicao avana as forquilhas se distanciam e ocorre a formao de uma bolha de replicao. No DNA circular dos procariontes existe apenas uma origem de replicao e se forma uma nica bolha enquanto que nos eucariontes existem vrias origens de replicao e, portanto, se formam vrias bolhas. A nica origem de replicao presente em E. coli, chamada de OriC, apresenta 245 nucleotdeos e contem duas sequncias diferentes repetidas conservadas, uma delas rica em A:T o que facilita a separao dos filamentos e a outra possui stios de ligao para uma protena importante para a formao da bolha de replicao (Figura 9).


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Figura 9 Replicao em procariontes (A) e eucariontes (B).

Fonte: Champe, P.C.; Harvey, R.A.; Ferrier, D.R. modificado por Pessa, H.L.F.

A compreenso do mecanismo de replicao em eucariontes no to extensa em razo

de sua maior complexidade. Embora muitos princpios sejam os mesmos, a replicao eucaritica mais complicada em trs aspectos bsicos: existem vrias origens de replicao, o tempo deve ser controlado de acordo com o tempo de diviso celular e h mais protenas e enzimas envolvidas.


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UNIDADE 3

TRANSCRIO DA INFORMAO GENTICA

Embora a maioria dos genes codifique protenas, os produtos finais de alguns genes so molculas de RNA. Vrias destas molculas de RNA tm papis essenciais na sntese de protenas. Uma vez que os genes controlam as estruturas dos RNAs e das protenas, nos questionamos como as sequncias de pares de nucleotdeos nas molculas de DNA especificam as sequncias de nucleotdeos no RNA e aminocidos em molculas proteicas.

A transcrio a sntese de uma molcula de cido ribonucleico (RNA) complementar a um filamento molde de cido desoxirribonucleico (DNA). Os RNAs produzidos nas clulas procariticas e eucariticas so molculas de uma nica fita composta de nucleotdeos de adenina, guanina, citosina e uracila unidos por ligaes fosfodister que apresentam estruturas secundrias, incluindo regies de dupla fita intramoleculares que so importantes para suas funes.

As enzimas responsveis pela sntese dos RNAs so denominadas de RNA polimerases. Todos os RNAs so sintetizados na direo 5 para 3 e todas as RNA polimerases so capazes de iniciar a sntese de RNA. Nas clulas procariticas existe apenas um tipo de RNA polimerase e a mais estudada a de E. coli que composta de duas subunidades , uma subunidade e outra , que interagem entre si para formar um complexo. Quando o fator (sigma) se junta ao complexo, a polimerase ganha especificidade e capaz de se ligar aos stios corretos de iniciao no DNA e comear a transcrio. As clulas eucariticas possuem trs RNA polimerases: I (sintetiza os RNAr), II (sintetizam os RNAm) e a III (sintetizam pequenos RNAs incluindo os RNAt).

As trs classes de molculas de RNA so encontradas em clulas procariticas e eucariticas: RNA ribossmico (RNAr), RNA de transferncia (RNAt) e RNA mensageiro (RNAm).

Os RNAm representam a classe mais heterognea de RNAs encontrada nas clulas, variando em tamanho de 500 a mais de 6000 nucleotdeos, eles carregam a informao gentica, definindo a sequncia de todas as protenas da clula. Aps a sua sntese, as extremidades dos RNAm eucariticos so modificadas de maneira especfica. Todos os RNAm eucariticos possuem um cap de nucleotdeo guanina metilada na sua extremidade 5, unido por uma ligao trifosfato 5- 5. Na extremidade 3 ocorre a adio de vrios (30-100) resduos de timina formando uma cauda de poli A (Figura 10).

Figura 10 Estrutura do RNA mensageiro (RNAm).



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Nos eucariontes os RNAm so sintetizados como grandes precursores, composto de xons (sequncias codificadoras) e ntrons (sequncias intervenientes ou no codificadoras) que precisam ser processados (splicing) antes de se tornarem funcionais. Esse processamento normalmente envolve a remoo dos ntrons e a ligao dos xons. Atualmente, sabemos que os ntrons interrompem a maioria, mas no todos, os genes eucariticos, raros genes de alguns vrus de procariontes e de uma arquibactria, porm o seu significado biolgico ainda incerto. Especula-se que eles possam regular a expresso de genes uma vez que a presena de grandes ntrons diminui a taxa de acmulo de transcritos em uma clula. O fato de que os ntrons acumulam mutaes novas muito mais rapidamente que os xons indica que sua sequncia de nucleotdeos no muito importante. Especula-se que a estrutura xon-ntron dos genes eucariticos resultado da evoluo de novos genes atravs da fuso de genes ancestrais com um nico xon e se assim for os ntrons podem ser apenas vestgios do processo evolutivo. De maneira alternativa os ntrons podem conferir uma vantagem seletiva aumentando a taxa com a qual as sequncias codificantes em xons diferentes de um gene podem se reassociar por recombinao, acelerando assim o processo de evoluo. Portanto, diferentes ntrons podem ter diferentes papis e muitos ntrons podem no ter nenhum significado biolgico. Como muitos genes eucariticos no contm ntrons, acredita-se que essas regies no sejam necessrias para a expresso gnica normal.

Os RNAt procariticos e eucariticos so semelhantes em tamanho e em estrutura. Eles apresentam estruturas secundrias, extensas e vrios ribonucleotdeos modificados. Todos os RNAt se apresentam como uma estrutura dobrada com quatro alas distintas, denominada de trevo de quatro folhas, onde a ala do anticdon a estrutura responsvel pelo reconhecimento do cdon complementar de uma molcula de RNAm. Outra estrutura proeminente encontrada em todas as molculas de RNAt, o eixo aceptor, formado pelo pareamento de bases encontradas no final de suas extremidade 5 e 3. As trs ltimas bases encontradas no final da extremidade 3 se mantm no pareadas e possuem sempre a mesma sequncia: 5-CCA- na qual se liga o aminocido. Essas molculas funcionam como adaptadores que levam os aminocidos para o local de sntese de protenas (Figura 11).


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Figura 11 Estrutura do RNA de transferncia (RNAt) (A) plana (B) tridimensional.

Fonte: Champe, P.C.; Harvey, R.A.; Ferrier, D.R.

As molculas de RNAr dos procariontes so de trs tamanhos diferentes (16S, 23S e 5S) e

a dos eucariontes so de quatro tipos (18S, 28S, 5,8S e 5S) que realiza a sntese de protenas. Os RNAr eucariticos so sintetizados como um nico transcrito com tamanho de 45 S que processado em RNAr 28S, 18S, 5,8S e 5S. Os RNAs 28S, 5,8S e 5S se associam a protenas ribossmicas para formar a subunidade maior do ribossomo e o RNAr 18S se associa com outras protenas especficas para formar a subunidade menor do ribossomo e estas subunidades interagem para formar um ribossomo funcional (Figura 12).


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Figura 12 Composio macromolecular dos ribossomos (A) procariticos e (B) eucariticos.

Fonte: Snustad, D.P.; Simmons, J.

O processo de transcrio dos RNAs pode ser dividido em trs fases: iniciao,

alongamento e terminao (Figura 13). Durante a iniciao ocorre a ligao de uma RNA polimerase a regio no DNA que determina que aquele gene especificamente ser transcrito, a regio do promotor. As sequncias do promotor reconhecidas pela RNA polimerase so: na posio -10 a Caixa de Pribnow e a sequncia -35 (procariontes) e na posio -25 a Caixa de Hogness e a Caixa CAAT (eucariontes) (Figura 14). Durante o alongamento, a RNA polimerase comea a sintetizar um RNA complementar ao molde de DNA e o fator sigma liberado. Quando um sinal de terminao atingido ocorre a liberao do RNA e da enzima que poder catalizar outros processos de transcrio. Alternativamente uma protena adicional, o fator r pode ser necessrio para a liberao do RNA transcrito.


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Figura 13 Transcrio da informao gentica.


Figura 14 Regies promotoras de (A) procariontes e (B) eucariontes.



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UNIDADE 4

TRADUO DA INFORMAO GENTICA

A sntese de protenas ou traduo corresponde etapa final da transferncia de informao gentica, armazenada no DNA, para as molculas de protenas, que so os principais componentes estruturais e funcionais das clulas vivas. Durante a traduo essa informao, expressa em um RNA, utilizada para comandar a sntese de uma protena. O processo de traduo envolve trs componentes principais: o RNA mensageiro (RNAm) que contm a informao necessria para direcionar a sntese de protenas, o RNA de transferncia (RNAt) que carregam os aminocidos que sero incorporados protena e os ribossomos que renem o RNAm e o RNAt, de modo a permitir que o aminocido correto seja incorporado protena. A traduo comea prximo extremidade 5, que corresponde ao terminal amino da protena e prossegue em direo extremidade 3 do RNA, que corresponde ao terminal carboxila da protena.

A mensagem gentica est contida em um cdigo triplo, no sobreposto, sem vrgulas, degenerado e universal (Figura 15). Somente uma combinao das quatro bases existentes no RNA (A, T, C e U) trs a trs pode gerar o nmero de combinaes ou cdons (64) necessrios para codificar cada um dos 20 aminocidos que podem ocorrer nas protenas. Nenhuma base compartilhada entre cdons consecutivos. O ribossomo move-se ao longo de trs bases por vez e como no existe qualquer base interveniente entre os cdons, o cdigo denominado sem vrgulas. O cdigo degenerado, porque mais de um cdon podem codificar o mesmo aminocido e universal, porque o mesmo seja em bactrias ou no homem. Trs cdons (UAA, UAG e UGA) no especificam aminocido e so utilizados como sinais para interromper a sntese de uma protena. O cdon AUG, que especifica somente a metionina, tem um duplo papel: ele codifica a metionina em qualquer lugar em que ele se encontre no RNA e tambm marca o incio da sntese proteica.

Figura 15 O cdigo gentico

Fonte: Gardner, E.J.; Snustad, D.P.


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A traduo um processo dinmico que envolve a interao de enzimas, RNAt,

ribossomos e RNAm de maneiras especficas para produzir uma molcula de protena capaz de desempenhar uma funo celular especfica. Esse processo normalmente dividido em trs etapas: iniciao, alongamento e terminao.

A iniciao da sntese de protenas ocorre quando um ribossomo (ambas as subunidades) acoplado ao RNAm e o stio P ocupado por uma molcula de metionina RNAt. Este complexo formado pela ao de protenas conhecidas como fatores de iniciao. Em procariontes trs fatores de iniciao (IF-1, IF-2 e IF-3) participam do processo e em eucariontes existem pelo menos 12 fatores de iniciao diferentes. O complexo de iniciao se forma justaposto extremidade 5 da regio codificadora do RNAm e a N-formil metionina (fmet) o primeiro aminocido incorporado em todas as protenas bacterianas. A montagem do complexo de iniciao dirigida pela hidrlise de GTP eo movimento deste complexo ao longo do RNAm dirigido pela hidrlise de ATP (Figura 16).

Figura 16 Esquema demonstrando a etapa de iniciao da sntese de protenas.


O alongamento comea com a ligao de um RNAt, carregado com um aminocido, ao

stio A do ribossomo. Em seguida, a peptidiltransferase cataliza a formao de uma ligao peptdica entre o aminocido do stio A e o aminocido do final da cadeia peptdica crescente no stio P. Participam deste processo dois fatores de alongamento (Tu e FE-G) e ocorre a hidrlise de GTP. A cadeia peptdica est agora transitoriamente ligada ao stio A. o ribossomo ento


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movido um cdon abaixo no RNAm e a cadeia peptidca nascente no stio A se move para o stio P. Todo o processo recomea para a adio do prximo aminocido. Esta fase idntica tanto em clulas procariticas e eucariticas mas os fatores de alongamento so diferentes (Figura 17).

Figura 17 - Esquema demonstrando a etapa de alongamento da sntese de protenas.



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A terminao da traduo se d quando o stio A do ribossomo atinge um dos cdons de terminao do RNAm. Trs fatores proticos denominados de fatores de liberao (R1, R2 e R3) reconhecem estes e fazem com que a protena que est unida ltima molcula do RNAt , no stio P, seja liberada. Este processo uma reao dependente de energia obtida pela hidrlise de GTP. Aps a liberao da protena recm-sintetizada, as subunidades ribossmicas, o RNAt e o RNAm, se dissociam umas das outras (Figura 18).

Figura 18 - Esquema demonstrando a etapa de terminao da sntese de protenas.



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UNIDADE 5

REGULAO DA EXPRESSO GNICA EM PROCARIONTES

Alguns produtos gnicos que participam das funes de manuteno celular, tais como: transcrio, traduo e produo de energia, so componentes essenciais de quase todas as clulas vivas. Os genes que codificam esses produtos esto continuamente sendo expressos na maioria das clulas e so denominados de genes constitutivos. Outros produtos gnicos so necessrios para o crescimento celular somente sob certas condies ambientais. A existncia de mecanismos regulatrios que possibilitam a sntese de tais produtos gnicos, apenas quando e onde so necessrios, faz com que esses organismos apresentem uma vantagem seletiva em relao aos organismos que no os possuem.

A expresso gnica em procariontes regulada em vrios nveis diferentes: transcrio, processamento do RNAm, renovao do RNAm, traduo e ps-traduo. Entretanto, os mecanismos regulatrios com os maiores efeitos no fentipo atuam no nvel da transcrio.

A regulao da expresso gnica, induo ou represso, pode ser feita por mecanismos de controle tanto positivos como negativos. Ambos os mecanismos envolvem a participao de genes reguladores, que codificam produtos que regulam a expresso de outros genes. Os produtos do gene regulador so chamados de ativadores, pois ativam a expresso gnica e repressores, uma vez que reprimem a expresso gnica. O produto do gene regulador atua ligando-se a um stio de ligao da protena reguladora (RBS) ou operador adjacente ao promotor do(s) gene(s) estrutural(ais) que codificam enzimas ou protenas estruturais. A ligao da protena reguladora ao RBS depende da presena ou ausncia de molculas efetoras na clula que so em geral molculas pequenas, tais como: aminocidos, acares e metablitos semelhantes. As molculas efetoras envolvidas na induo da expresso gnica, so chamadas de indutores e as envolvidas na represso de co-repressores.

As molculas efetoras ligam-se a produtos do gene regulador e causam mudanas na estrutura tridimensional destas protenas, denominadas de transies alostricas, resultando frequentemente em alteraes na sua atividade. No caso de ativadores e repressores, as transies alostricas alteram a sua habilidade de se ligar aos RBS adjacentes aos promotores dos genes estruturais que eles controlam.

O modelo do peron foi desenvolvido para explicar a regulao dos genes que codificam as enzimas necessrias para o uso de lactose em E. coli, onde a transcrio de um conjunto de genes estruturais contguos regulados por dois elementos controladores. Um destes elementos, o gene regulador, codifica um repressor, que, sob condies apropriadas, se liga ao segundo elemento, o operador. O operador sempre contguo ao(s) gene(s) estrutural(ais) cuja expresso ele regula. Quando o repressor est ligado ao operador, ele impede estericamente que a RNA polimerase transcreva os genes estruturais do peron. A transcrio iniciada em promotores que precedem os genes estruturais na extremidade 5 e so contguos regies operadoras. Sendo assim, as regies operadoras esto geralmente situadas entre os promotores e os genes estruturais que eles regulam (Figura 19).


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Figura 19 Componentes do operon. SG1 = lac Z, SG2 = lac Y e SG3 = lac A.


O peron lac um peron indutvel composto por um promotor (P), um operador (O) e trs

genes estruturais, lacZ, lacY e lacA que codificam as enzimas -galactosidase, -galactosdeo permease e -galactosdeo transacetilase, respectivamente. Os genes estruturais s se expressam na presena de lactose. O gene regulador I codifica um repressor de 360 aminocidos, entretanto a sua forma ativa um tetrmero contendo quatro formas ativas do produto gnico I. Na ausncia do indutor, o repressor liga-se sequncia do operador, impedindo que a RNA polimerase catalise a transcrio dos genes estruturais. Algumas poucas molculas dos produtos gnicos so sintetizadas sem que tenha havido a induo do peron, o que essencial, uma vez que, quem induz o peron a alolactose que produzida pela -galactosidase a partir da lactose. A alolactose se liga ao repressor liberando o operador e induzindo a transcrio dos genes lacZ, lacY e lacA (Figuras 20 e 21).

Nos procariontes e eucariontes a transcrio o evento primrio do processo de transcrio gnica assim como o nvel mais fundamental para a regulao gnica. A transcrio de genes eucariticos iniciada no promotor e necessita de vrias protenas acessrias ou fatores de transcrio basal. Cada uma destas protenas liga-se a uma sequncia no promotor para facilitar o alinhamento da RNA polimerase com o filamento molde de DNA.

A transcrio dos genes eucariticos tambm controlada por uma variedade de fatores especiais de transcrio, tais como os envolvidos na regulao do calor, luz e genes indutveis por hormnios. Estes fatores ligam-se a elementos de resposta, ou mais geralmente, a sequncias chamadas de acentuadores situados na vizinhana do gene. Os fatores especiais de transcrio que se ligam aos acentuadores podem interagir com os fatores de transcrio basal e com a RNA polimerase regulando a atividade transcricional de um gene.


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Figura 20 Regulao do operon por induo. Polipeptdeo 1 = - galactosidase, polipeptdeo 2 = galactosdeo permease e polipeptdeo 3 = galactosdeo transacetilase.


Figura 21 Regulao do operon por represso.



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UNIDADE 6

MUTAO GNICA

A mutao a fonte bsica de toda variabilidade gentica; e sobre ela que a evoluo atua. A recombinao apenas rearranja essa variabilidade gentica em combinaes novas e a seleo natural ou artificial simplesmente preserva as combinaes mais bem adaptadas s condies ambientais existentes. Sem a mutao, todos os genes existiriam apenas numa forma. Os alelos no existiriam e, portanto, a anlise gentica no seria possvel. O mais importante, os organismos no seriam capazes de evoluir e se adaptar s mudanas ambientais. A mutao, portanto, um fenmeno importante. Algum nvel de mutao essencial para promover uma variabilidade gentica, permitindo que os organismos se adaptem aos novos ambientes. Ao mesmo tempo, se as mutaes ocorressem muito frequentemente, elas desestabilizariam totalmente a transmisso da informao gentica de uma gerao para a outra.

Muitas mutaes envolvem mudanas num nico par de bases, a substituio de um par de bases por outro ou a duplicao ou deleo de um nico par de bases. Tais mutaes so referidas como mutaes de ponto.

As mutaes podem ser espontneas quando ocorrem sem uma causa conhecida e so resultantes de erros metablicos herdados como os que ocorrem durante a replicao do DNA. As mutaes induzidas so aquelas que resultam da exposio de organismos a agentes mutagnicos, tais como: a radiao ionizante, a luz ultravioleta ou os vrios agentes qumicos que reagem com o material gentico.

As mutaes espontneas ocorrem raramente, embora as frequncias observadas variem de gene para gene e de organismo para organismo. Em procariontes, a frequncia de mutao espontnea est entre 10-8 e 10-9 mutaes detectveis por par de nucleotdeos por gerao, enquanto que, em eucariontes, esta estimativa de 10-7 a 10-9. O tratamento com agentes mutagnicos pode aumentar a frequncia de mutao em vrias ordens de magnitude. As mutaes devem causar alguma modificao fenotpica detectvel para que a sua presena seja reconhecida. Os efeitos das mutaes no fentipo variam desde alteraes to pequenas que s podem ser detectadas por tcnicas genticas ou bioqumicas especiais, passando por modificaes grosseiras na morfologia at as letais.

As mutaes podem ser recessivas ou dominantes e podem ocorrer em qualquer clula e em qualquer estgio do ciclo celular. O efeito imediato da mutao a sua capacidade de produzir uma mudana fenotpica e so determinadas por sua dominncia, pelo tipo de clula em que ocorre e pela poca em que ocorre em relao ao ciclo de vida do organismo. Na mutao somtica s ser perpetuada nas clulas somticas que descendem da clula original na qual a mutao ocorreu. Se as mutaes dominantes ocorrem nas clulas germinativas, os seus efeitos podem ser expressos na prognie imediatamente. Se as mutaes so recessivas, seus efeitos so frequentemente obscurecidos no diploide. As mutaes germinativas, assim como as mutaes somticas, podem ocorrer em qualquer estgio no ciclo reprodutivo do organismo, mas so mais comuns em alguns estgios do que em outros.

BASE MOLECULAR DA MUTAO

A estrutura das bases nitrogenadas no esttica. Os tomos de hidrognio podem mover-se de uma posio para outra, nas purinas e pirimidinas e tais flutuaes qumicas so


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denominadas de modificaes tautomricas (Figura 22). As formas mais estveis das bases nitrogenadas so mais comuns e a timina sempre se pareia com a adenina e a citosina com a guanina. As formas ceto mais estveis da timina e da guanina e as formas amino da adenina e da citosina podem raramente sofrer modificaes tautomricas para as formas enol e imino menos estveis, respectivamente. Espera-se que as bases em suas formas tautomricas menos estveis existam apenas por curtos perodos de tempo. Entretanto, se a base estiver na sua forma rara no momento da incorporao em uma cadeia de DNA nascente, o pareamento pode ser modificado e gerar pares adenina-citosina e timina-guanina. Essas mutaes resultantes de modificaes nas bases do DNA envolvem a substituio de uma purina em um filamento de DNA por outra purina e a substituio de uma pirimidina no filamento complementar por outra pirimidina. Essas substituies de pares de bases so chamadas de transies. As substituies de um purina por uma pirimidina e vice-versa so chamadas de transverses (Figura 23). Muitos compostos qumicos tais como: bases anlogas, agentes desaminantes, agentes alquilantes e agentes hidroxilantes so capazes de aumentar a frequncia de pareamento errado gerando transies e transverses.

Figura 22 Formas tautomricas das quatro bases comuns no DNA.



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Figura 23 - Transies e transverses. T = timina, C = citosina, G = guanina e A = adenina.

Fonte: Gardner, E.J.; Snustad, D.P. modificado por Pessa, H.L.F.

Um outro tipo de mutao de ponto, envolve a adio ou a deleo de um ou de alguns

pares de bases. As adies e delees de pares de bases so referidas coletivamente como mutaes que modificam a estrutura de leitura, porque elas alteram a estrutura de leitura de todas as trincas de pares de bases no gene depois do ponto onde ocorreu a mutao. Os agentes intercalantes se intercalam entre os pares de base no DNA aumentando a rigidez, alterando a conformao da dupla hlice e promovendo leves enrolamentos na molcula, o que leva adio ou deleo de um ou mais pares de base.

A radiao ultravioleta (UV) a 254 nm prontamente absorvida por muitas molculas orgnicas, tais como purinas e pirimidinas no DNA, que ento entram em um estado mais reativo ou excitado. Os raios UV penetram muito pouco nos tecidos, portanto apenas as camadas de clulas epidrmicas so expostas aos efeitos da UV. Entretanto, a luz ultravioleta um potente mutgeno para organismos unicelulares. O principal efeito mutagnico da UV a dimerizao da timina (Figura 24) que perturba a estrutura das duplas hlices de DNA e interferem na preciso da duplicao do DNA.

Figura 24 Formao de dmeros de timina.


A existncia de vrios mecanismos de reparo, desde bactrias at o homem, atesta a

importncia de manter as mutaes tanto somticas quanto germinativas em um nvel tolervel. E. coli possui, pelo menos 5 mecanismos distintos de reparo e os mamferos parecem possuir todos os mecanismos de reparo encontrados em E. coli exceto a fotorreativao e mais alguns outros que no esto presentes em E. coli.


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O reparo de dmeros de timina por fotorreativao realizado por uma enzima ativada por luz chamada de fotoliase. A DNA fotoliase liga-se a dmeros de timina no DNA e usa energia da luz azul para clivar as ligaes covalentes reparando a regio lesada do DNA (Figura 25).

No reparo de dmeros de timina por exciso, uma endonuclease de reparo ou um complexo multienzimtico reconhece, se liga e retira a(s) base(s) danificadas do DNA. Uma DNA polimerase preenche o espao usando o filamento de DNA complementar no danificado como molde. A enzima DNA liga-se a ela nas quebras deixadas pela DNA polimerase para completar o processo de reparo (Figura 26).

Figura 25 Reparo de dmeros de timina por

fotorreativao.

Figura 26 Reparo dos dmeros de timina por exciso.

Fonte: Strickberger, M. W. modificado por Pessa,

H.L.F. Fonte: Strickberger, M. W. modificado por

Pessa, H.L.F.


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Na ausncia dos mecanismos de reparo por fotorreativao e por exciso um outro sistema de reparo de DNA, chamado de reparo ps-replicao, atua. Quando a DNA polimerase III encontra um dmero de timina em um filamento molde, seu progresso bloqueado. A DNA polimerase reinicia a sntese de DNA em alguma posio alm do dmero, deixando um espao no filamento nascente oposto ao dmero no filamento molde (Figura 27).

Figura 27 Reparo dos dmeros de timina por recombinao ps-replicao.



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UNIDADE 7

ESTRUTURA DA CROMATINA E DOS CROMOSSOMOS

Os genomas eucariticos apresentam nveis de complexidade que no so encontrados em procariontes. O genoma da bactria E. coli com cerca de 1100 m, em seu estado funcional, est altamente condensado e denominado de genoma condensado. A molcula de DNA circular organizada em 50 a 100 domnios ou alas, cada um deles negativamente superelicoidizado de forma independente (Figura 28). Tanto o RNA quanto a protena so componentes do genoma dobrado e a retirada do RNA, atravs do tratamento do cromossomo com RNase (enzima que degrada RNA), ir desdobrar o genoma eliminando parcialmente a organizao da molcula em alas. A maioria dos eucariontes diploide e, embora tenham apenas cerca de 2 a 25 vezes mais genes do que a E. coli, que possui 2500 a 3500 genes, eles tm muito mais DNA. A maior parte deste DNA no contm genes, pelo menos no genes codificantes de protenas ou molculas de DNA.

Figura 28 Estrutura do cromossomo de E. coli.


A cromatina interfsica um agregado irregular de DNA, protenas e RNA. As protenas

so de duas classes principais: protena bsicas (de carga positiva em pH neutro) chamadas histonas e um grupo de protenas heterogneas, amplamente cidas (de carga negativa em pH neutro) coletivamente chamadas de protenas cromossmicas no-histonas.

As histonas esto presentes na cromatina de todos os eucariontes superiores em quantidades equivalentes s do DNA sugerindo uma interao entre essas molculas. As histonas de todos os animais e plantas so de cinco tipos, denominadas de H1, H2a, H2b, H3 e H4, esto presentes em quase todos os tipos de clulas, nas propores molares de 1 H1 para 2 de cada uma dos demais tipos. As histonas so altamente conservadas em todos os tipos de clulas de um organismo e mesmo entre espcies muito divergentes sugerindo que elas so importantes na estrutura da cromatina. A frao proteica de no-histona da cromatina consiste em um grande nmero de protenas heterogneas, que varia de composio entre tipos celulares diferentes do mesmo organismo. Sendo assim, estas protenas provavelmente no tm papis centrais na condensao do material gentico, mas podem desempenhar algum papel na expresso de genes especficos.


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Quando a cromatina isolada examinada pela microscopia eletrnica, observa-se que ela consiste em uma srie de contas elipsoidais unidas por finos filamentos. Esta estrutura epipsoidal ou subunidade cromossmica chamada de nucleossomo ( = 100 ) e os finos filamentos ( = 20 ) so de DNA ligador (Figura 29). Sua estrutura, invariante em todos os eucariontes, consiste em 146 pares de nucleotdeos de DNA e duas molculas de cada das histonas H2a, H2b, H3 e H4. O octmero de histonas forma uma partcula central ao redor do qual o DNA, 146 pb d uma quase duas voltas ao seu redor. A subunidade completa de cromatina consiste de; nucleossomo, DNA ligador, uma mdia de uma molcula de histona H1 e negativamente protenas cromossmicas no-histona associadas. O tamanho do DNA ligador varia entre os tipos celulares e entre as espcies. In vivo, os nucleossomos provavelmente esto justapostos uns sobre os outros, sem regies ligadoras detectveis, formando a fibra nucleossmica. Se esta fibra enrolada em uma super-hlice h o aparecimento de uma estrutura tipo solenoide ( = 300 ) denominada de fibra de cromatina (Figura 30). As eletromicrografias de cromossomos metafsicos isolados dos quais as histonas foram removidas, revelam um arcabouo ou esqueleto, composto de protenas cromossmicas no-histonas, que rodeado por um enorme halo de DNA. Entretanto, necessrio pelo menos um nvel maior de compactao para converter os solenoides na estrutura tridimensional que chamamos de cromossomo ( = 700 ). Muitos estudos citogenticos mostram que os cromossomos parecem estar helicoidizados e para tanto a melhor evidncia sugere que os solenoides se dispem em alas ligadas ao arcabouo central que tambm tm uma forma de espiral formando uma grande super-hlice (Figura 31). Essas alas parecem se ligar em regies especiais ao longo do DNA chamadas regies de ligao ao arcabouo (SARs).

Figura 29 estrutura do nucleossomo.



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Figura 30 Estrutura do solenide.


Figura 31 Modelo de helicoidizao cromossmica.

Fonte: Snustad, D.P.; Simmons, J. modificado por Pessa, H.L.F.

Os cromossomos esto envolvidos em duas atividades celulares principais: (a) a

transmisso da informao gentica de clula a clula e de gerao a gerao e (b) a liberao ordenada dessa informao para controlar o funcionamento celular e o desenvolvimento. Visto ao microscpio ptico, o cromossomo replicado formado por duas cromtides irms que so duas cpias idnticas do cromossomo parental unidas por um centrmero ou constrio primria que pode variar de posio em diferentes cromossomos. No centrmero existe o cinetcoro, uma


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estrutura proteica que atua na movimentao do cromossomo durante a multiplicao celular. As extremidades cromossmicas so denominadas de telmero (Figura 32).

Figura 32 - Cromossomo metfasico.

Fonte: www.guia.hew.nom.br modificado por Pessoa, H.L.F.

Na Figura 33 vocs podem observar uma representao esquemtica do processor de

condensao cromossmica. Figura 33 Representao esquemtica do processo de condensao cromossmica.

Fonte: www.maisbiologia.blogspot.com modificado por Pessa, H.L.F.


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UNIDADE 8

O CICLO CELULAR

Para que um organismo cresa, seja ele unicelular ou multicelular, a sua massa celular deve aumentar, deve haver uma duplicao do material gentico e deve ocorrer um processo de multiplicao o que assegura que cada clula filha receba da clula me um complemento igual de material gentico para garantir a sua perpetuao. Esta sucesso de eventos que ocorre durante a vida da clula denominada de ciclo celular.

Aps a multiplicao, as clulas crescem e aumentam a sua massa celular em uma fase denominada de G1 (gap = intervalo) onde ocorrem atividades metablicas associadas ao crescimento e preparao do DNA para replicao. A fase subsequente denominada de S (sntese) onde o material gentico de cada cromossomo replicado ficando cada cromossomo com duas cromtides irms ligadas pelo centrmero. Em seguida, a clula entra em outra fase de crescimento, G2, onde ocorrem os preparativos para a multiplicao mittica, denominada de M, que a parte final do ciclo celular. As fases G1, S e G2 fazem parte da interfase (Figura 34).

Figura 34 - O Ciclo celular eucartico.


A capacidade de uma clula para se reproduzir talvez a propriedade mais fundamental

da vida. A multiplicao celular atravs da mitose (Figura 35), que ocorre em todas as clulas eucariticas, o processo pelo qual uma clula reproduz a si mesma e os organismos multicelulares crescem. A principal caracterstica da mitose que as clulas filhas so idnticas entre si e clula me. A clula parental e as clulas filhas so diploides (2n) ou seja, possuem duas cpias de cada tipo de cromossomo.


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Figura 35 - Principais estgios da mitose em lrio Haemanthus.

Fonte: Snustad, D.P.; Simmons, J. modificado por Pessa, H.L.F.

A mitose consiste em dois processos relacionados; a multiplicao do ncleo e a

citocinese que corresponde s mudanas que ocorrem no citoplasma e que incluem a duplicao da clula. A mitose um processo contnuo, mas para facilitar o seu entendimento ela subdividida em cinco fases sequenciais: interfase, prfase, metfase, anfase e telfase. Cada fase definida pela estrutura e comportamento dos cromossomos. A prfase e a telfase so comumente longas enquanto que a metfase e a anfase so geralmente curtas.

Os primeiros sinais de que a mitose vai comear, o aparecimento do centrossomo, uma organela de localizao central que o centro primrio de organizao dos microtbulos e atua como polo do fuso durante a mitose em animais. Os microtbulos que se irradiam do centrossomo, organizam e coordenam o movimento dos cromossomos durante a multiplicao mittica da clula. O centrossomo duplicado pela clula durante a interfase, de modo que cada clula filha recebe um ao final do processo de diviso. O centrossomo da maioria das clulas animais tem um par de centrolos em seu centro e eles se duplicam antes da replicao. medida que a mitose comea, o centrossomo se parte em dois e os microtbulos se irradiam ficando cada par de centrolos no interior de um ster.

No incio da prfase, os cromossomos, ainda bem distendidos, se separam e so movimentados, pelos microtbulos, para polos opostos da clula. Ao final da prfase, os cromossomos se apresentam altamente condensados como entidades distintas. As duas cromtides de cada cromossomo so mantidas juntas pelo centrmero. Os cinetcoros se ligam aos microtbulos que guiam os movimentos dos cromossomos. Os centrossomos se deslocam


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para polos opostos da clula e uma rede de microtbulos interconecta estes plos, formando o fuso mittico. O envoltrio nuclear e o nuclolo se fragmentam e se dispersam no citoplasma. Cada uma das cromtides irms se associam a um polo diferente do fuso apesar dos centrmeros ainda permanecerem juntos.

Na metfase, os cromossomos condensados, compostos por cromtides irms se localizam no centro da clula ou placa equatorial, entre os dois plos. As cromtides metafsias so altamente helicoidizadas e distintas o que facilita as contagens cromossmicas precisas assim como anlises estruturais.

Na anfase, as cromtides que compem cada cromossomo se separam e se movem para polos opostos da clula, devido ao encurtamento dos microtbulos. Cada cromtide mantem o seu centrmero e passa a ser considerada como um cromossomo. As cromtides se alongam devido a uma diminuio da helicoidizao e se movem para os polos do fuso.

Na telfase, o movimento cromossmico se completa e os microtbulos se desmontam. O envoltrio nuclear reconstitudo ao redor de cada ncleo filho, o nuclolo comea a reaparecer, os cromossomos ficam mais distendidos e a mitose termina. A mitose garante que cada clula filha tenha a mesma informao gentica que a clula me.

A citocinese divide o citoplasma para as duas clulas filhas. As clulas animais que apresentam acamadas externas flexveis fazem isso atravs de uma constrio mediana que depois separa as duas clulas. A superfcie ao redor da regio equatorial da clula migra para o centro e fraciona a clula em duas partes. As clulas vegetais com suas rgidas paredes celulares formam uma estrutura denominada placa celular entre as clulas filhas sobre a qual paredes de celulose so depositadas de ambos os lados.

O processo de mitose geralmente requer algumas horas ou vrios dias, dependendo do tipo de organismo e das condies ambientais. Podem ocorrer variaes no processo descrito em fungos e eucariontes unicelulares.

A meiose um processo no qual o nmero cromossmico diploide (2n) reduzido metade no estado haploide (n) durante a formao dos gametas. Nas clulas diploides, cada cromossomo tem um homlogo e em cada par de homlogos um cromossomo contribuio do espermatozoide (origem paterna) e o outro contribuio do ovcito (origem materna). Ao final da meiose, cada clula tem um membro de um par de homlogos e , portanto, haploide. A meiose garante um nmero cromossmico constante de gerao a gerao.

A meiose apresenta duas divises sucessivas. A primeira (meiose I), chamada de diviso reducional reduz o nmero de cromossomos pela metade e a segunda (meiose II) denominada de diviso equacional separa cromtides irms que iro para quatro ncleos diferentes. Sendo assim, quatro ncleos haploides resultam da diviso meitica de um ncleo diploide. As principais diferenas entre a meiose nos animais e nas plantas envolvem os processos de formao do fuso e a citocinese.

O primeiro estgio da meiose uma longa e complexa prfase constituda de cinco subestgios sequenciais: leptteno, zigteno, paquteno, diplteno e diacinese.

No leptteno, regies cromossmicas denominadas de crommeros, onde h maior condensao, se tornam visveis ao microscpio ptico, esses se espessam e se unem para formar estruturas filamentares. Os telmeros dos cromossomos esto ligados ao envoltrio nuclear e esta ligao parece ter um papel importante no pareamento subsequente dos cromossomos homlogos.


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No zigteno, os cromossomos homlogos se alinham lado a lado (ponto a ponto) para formar os bivalentes, pares de cromossomos fortemente associados. Este processo de pareamento entre homlogos chamado sinapse. Como os cromossomos j se replicaram, cada bivalente contm quatro molculas de DNA, uma em cada cromtide. Portanto, um par de cromossomos homlogos um complexo de quatro filamentos, ou ttrade. Em algumas espcies a sinapse comea pelas pontas dos cromossomos e se espalha para as regies medianas. A sinapse acompanhada da formao de uma estrutura proteica entre os cromossomos pareados denominada de complexo sinaptonmico. O papel deste complexo no pareamento dos cromossomos e nos subsequentes eventos meiticos ainda no est totalmente compreendido e alguns tipos celulares ele nem mesmo aparece.

No paquteno, os cromossomos duplicados continuam a se condensar e podem ser visualizados ao microscpio ptico. Durante o paquteno, as cromtides irms dos cromossomos pareados podem se romper e os pedaos quebrados podem ser trocados (crossing-over).

No diplteno, os cromossomos pareados separam-se um pouco, entretanto eles permanecem em contato ntimo onde fizeram o crossing. Estes pontos de contato so chamados de quiasmas e cada um deles envolve apenas duas das quatro cromtides na ttrade.

Na diacinese, os cromossomos condensam-se mais, a membrana nuclear fragmenta-se e um fuso acromtico se forma. Os microtbulos do fuso se ligam aos cinetcoros dos cromossomos. Os cromossomos ainda mantidos juntos pelos quiasmas movem-se para a regio central da clula.

Durante a metfase I, os cromossomos pareados migram para polos opostos do fuso o que garante que quando a clula se dividir, um membro de cada par ir para cada plo. Os quiasmas que unem os bivalentes afastam-se dos centrmeros para as pontas dos cromossomos. Este fenmeno, chamado terminalizao, reflete a crescente repulso entre os membros de cada par cromossmico.

Durante a anfase I, ocorre a disjuno cromossmica mediada pelo fuso que age em cada um dos bivalentes da clula. Quando os cromossomos separados atingem os polos opostos, a primeira diviso meitica chega ao fim.

Durante a telfase I, o fuso desfeito, as clulas filhas so separadas umas das outras por membranas, os cromossomos se descondensam e um ncleo formado ao redor dos cromossomo em cada uma das clulas filhas. Em algumas espcies, a descondensao dos cromossomos incompleta, no h a formao de ncleos e as clulas filhas entram imediatamente na segunda diviso meitica. As clulas produzidas pela meiose I contm o nmero haploide de cromossomos. Cada cromossomo ainda formado por duas cromtides irms, que podem no ser, geneticamente idnticas porque podem ter trocado material com outros cromossomos durante a prfase I.

Durante a meiose II, os cromossomos condensam-se e se ligam a um novo fuso acromtico (prfase II). Eles ento se movem para posies no plano equatorial da clula (metfase II) e seus centrmeros se dividem para permitir que as cromtides irms se movam para polos opostos (anfase II). Na telfase II as cromtides separadas, agora chamadas cromossomos, atingem os polos e ncleos filhos se formam ao redor deles. Cada ncleo filho contm um conjunto haploide de cromossomos. A meiose II semelhante a uma mitose porm seus produtos so haploides e as clulas no so geneticamente idnticas (Figura 36).


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Figura 36 Estgios da meiose emna planta Lilium regale.



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BIBLIOGRAFIA

FARRELL, S.O.; CAMPBELL, M.K. Bioqumica. 5 ed. So Paulo, Thomson, 2007. CHAMPE, P.C.; HARVEY, R.A.; FERRIER, D.R. Bioqumica Ilustrada. 4 ed. Rio Grande

do Sul, Artmed, 2009. SNUSTAD, D.P. Fundamentos de Gentica. 4 ed. Rio de Janeiro, Guanabara Koogan,

2008. GRIFFITHS, A.J.F. Introduo a Gentica. 9 ed. Rio de Janeiro, Guanabara Koogan,

2009.

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