segunda-feira, 31 de janeiro de 2011

Os vírus

Os vírus são seres que não possuem células, são constituídos por ácido nucléico que pode ser o DNA ou o RNA, envolvido por um invólucro protéico denominado capsídeo. Possuem cerca de 0,1µm de diâmetro, com dimensões apenas observáveis ao microscópio eletrônico.



Por serem tão pequenos conseguem invadir células, inclusive a de organismos unicelulares, como as bactérias. É parasitando células de outros organismos que os vírus conseguem reproduzir-se. Como são parasitas obrigatórios eles causam nos seres parasitados doenças denominadas viroses.

Os vírus apresentam formas de organismo bastante diferenciadas, mas todos possuem uma cápsula feita de proteína, onde fica o material genético desses seres. Esse material genético sofre modificações, ou seja mutações, com frequência, levando ao surgimento de variedades (subtipos) de um mesmo vírus. Isso dificulta o seu combate e compromete a eficiência de várias vacinas, que são preparadas para combater tipos específicos de microorganismo. A capacidade de sofrer mutações genéticas é uma das características que os vírus têm em comum com os seres vivos.

Diferentes formas dos capsídeos dos vírus.

Os vírus só podem ser visualizados com o auxílio de microscópios eletrônicos, instrumentos disponíveis apenas em locais especializados, como centros de pesquisa, universidades e grandes laboratórios, e que podem mostrar imagens aumentadas em até centenas de milhares de vezes.


Imagem de um microscópio eletrônico mostrando o vírus HIV, formato circular.


Vírus e a saúde

A palavra vírus tem origem latina e significa "veneno". Provavelmente esse nome foi dado devido às viroses, que são doenças causadas por vírus.

O nosso corpo tem defesas naturais, como os anticorpos, que são proteínas produzidas por células especiais do sangue contra agentes causadores de doenças. A própria febre representa um mecanismo de combate as infecções, pois o aumento da temperatura ativa o metabolismo e acelera a reação dos glóbulos brancos. Quando a temperatura axilar ultrapassa 37,5 graus Celcius, porém, a pessoa deve ser tratada pelo médico. Além disso, contamos com produtos como vacinas, soros e alguns medicamentos antivirais (não confundir com antibióticos).

De modo geral, as viroses provocam mal-estar, dores e febre, mas cada virose tem seus sintomas próprios e pode ser mais ou menos grave.

Cada tipo de vírus "ataca" células específicas. O vírus da caxumba, por exemplo, parasita as células das glândulas salivares ou parótidas, provocando inchaço e dor nas laterais do pescoço.

Em algumas doenças, incluindo certas viroses, a transmissão depende da ação de um vetor. Esse termo se refere ao ser que não provoca por si mesmo a doença em outros seres, mas que, carrega no seu corpo o agente causador, podendo transmiti-lo. Como exemplo, temos certas espécies de mosquito que transmitem vírus ao picar os indivíduos doentes e, depois, os indivíduos saudáveis, espalhando a doença.

Atualmente foram identificadas aproximadamente 3.600 espécies de vírus, que podem infectar bactérias, plantas e animais, bem como se instalar e causar doenças no homem. Cada doença com particularidades quanto ao modo de transmissão, características da infecção e medidas profiláticas.

As doenças viróticas que mais acometem o organismo humano são as seguintes: Gripe, Catapora ou Varicela, Caxumba, Dengue, Febre Amarela, Hepatite, Rubéola, Sarampo, Varíola, Herpes simples e Raiva.

sexta-feira, 14 de janeiro de 2011

Aplicações das Técnicas de Engenharia Genética

•DNA recombinante(DNAr):

Investigação fundamental: torna possível isolar genes de organismos complexos e estudar as suas funções a nível molecular.
Obtenção de OGM: os OGM são organismos em cujo genoma foram introduzidos genes que conferem características vantajosas. Os OGM
■Os animais transgénicos, normalmente, são produzidos através de microinjecção de DNA de um determinado gene em células de um ovo fertilizado, ou através de células colocadas no útero de uma fêmea, decorrendo assim o seu desenvolvimento.
■Os OGM são utilizados para:
- produção de alimentos em maior quantidade e qualidade;- produção de grandes quantidades de substâncias com aplicação médica ou farmacêutica, como a insulina, hormona do crescimento ou factores de coagulação sanguínea;
- produção de substâncias com aplicação industrial;
- biorremediação – modificação de organismos no sentido de degradarem poluentes.


•DNA complementar (DNAc):

- Obtenção de cópias de genes que codificam produtos com interesse – torna possível a produção de proteínas humanas por procariontes que podem ser cultivados facilmente em biorreactores.


•PCR:

- Obtenção de grandes quantidades de DNA em pouco tempo, a partir de uma quantidade muito pequena. Esse DNA pode ser posteriormente utilizado em técnicas de recombinação de DNA ou em fingerprint.


•DNA fingerprint:

- Investigação criminal, forense e histórica – a técnica permite partir de material biológico deixado num local (cabelo, sangue, esperma...) e compará-lo com o dos suspeitos; permite a identificação de cadáveres.
- Determinação de paternidade – a comparação das impressões digitais genéticas dos progenitores e do descendente permite excluir a paternidade ou confirmá-la com um elevado grau de certeza.

•Há alguns obstáculos na expressão de genes eucariontes em bactérias.
- Deve associar-se o gene às sequências promotoras e reguladoras mais apropriadas e que possam ser reconhecidas pela RNA polimerase da bactéria (as zonas de regulação da expressão génica em procariontes são diferentes dos eucariontes).
■A resolução deste problema pode ser obtida pela combinação de uma determinada sequência nucleotídica com um promotor da própria bactéria, permitindo a expressão da sequência eucarionte inserida.
- Quando se transferem genes para uma bactéria, é aconselhável que o DNA transferido já esteja processado, uma vez que as bactérias hospedeiras não possuem enzimas para o processamento e remoção dos intrões, introduzindo uma cópia de DNAc do gene.

•A utilização e introdução no mercado dos OGM é um assunto controverso e que levanta problemas éticos. Apesar das vantagens associadas a estes organismos, o impacto que podem vir a ter sobre o ambiente e a saúde humana é desconhecido e imprevisível.

quinta-feira, 13 de janeiro de 2011

Fundamentos de Engenharia Genética

Fundamentos de Engenharia Genética

A Engenharia Genética permite manipular directamente os genes de determinados organismos com objectivos práticos.


Tecnologia de DNA recombinante

Permite combinar na mesma molécula de DNA genes provenientes de fontes diferentes, mas não necessariamente de espécies diferentes, dando origem a uma molécula de DNA recombinante (DNAr).
Baseia-se na utilização de ferramentas moleculares como as enzimas de restrição, as ligases do DNA e os vectores.

Enzimas de restrição – reconhecem determinadas sequências de DNA e cortam a molécula nesses locais. As zonas de restrição correspondem a sequências de DNA curtas e simétricas que se lêem da mesma forma nas duas cadeias na direcção 5'-3'.

- As enzimas de restrição são bastante específicas e ocorrem naturalmente em bactérias. Protegem as bactérias dos ataques dos vírus, uma vez que reconhecem e cortam sequências específicas do DNA viral, inactivando-o. O DNA bacteriano está protegido da actividade das enzimas de restrição.
- A actividade das enzimas de restrição dá origem a fragmentos de DNA em dupla hélice – fragmentos de restrição - com extremidades em cadeia simples – extremidades coesivas.
- Verifica-se complementaridade de bases do DNA nas extremidades coesivas de diferentes fragmentos de restrição obtidos com a mesma enzima.

As extremidades coesivas emparelham através de ligaçõe sde hidrogénio entre bases
complementares e podem unir-se pela actividade de ligases do DNA que catalizam a formação de ligações fosfodiéster.

Vector – entidade, constituída por DNA, que transfere o DNA de uma célula ou de um organismo dador para uma célula ou um organismo receptor.

- Os vectores mais utilizados são os plasmídeos e os bacteriófagos.
- Os plasmídeos são pequenas moléculas circulares de DNA que ocorrem naturalmente em algumas bactérias, leveduras e células vegetais.
- Os plasmídeos ligam-se a determinados compostos, tornando-os mais densos, permitindo a sua separação por centrifugação.


Processo de obtenção e expressão de uma molécula de DNAr:

1.Selecciona-se uma molécula de DNA dadora, contendo o gene com interesse que se pretende transferir e clonar, e um vector adequado.
2.A molécula de DNA e o vector são tratados com a mesma enzima de restrição, que corta as duas moléculas em regiões com a mesma sequência de nucleótidos.
3.Misturam-se os fragmentos de restrição da molécula de DNA e o vector e juntam-se ligases do DNA. O vector e os fragmentos de restrição emparelham pelas extremidades coesivas, que são complementares, e a ligase estabelece a ligação.
4.O vector, contendo o DNA dador, é transferido para uma célula ou organismo receptor.
5.O DNA dador é incorporado no genoma da célula ou organismo receptor, que passa a possuir um DNA recombinante.
6.Um meio selectivo ou testes químicos permitem identificar as células que exprimem o gene desejado. No processo descrito formam-se fragmentos de restrição que não têm o gene desejado e nem todas as células receptoras incorporam o DNA dador.

DNA Complementar - DNAc

Os procariontes são organismos muito utilizados em Engenharia Genética como receptores de DNA estranho porque são fáceis de cultivar, têm um crescimento rápido e processos bioquímicos bem conhecidos. No entanto, não processam o RNAm e, quando recebem genes com intrões, estes não são retirados e a proteína produzida não é funcional.
DNA complementar (DNAc) – molécula de DNA sem intrões que é directamente transcrita numa molécula de RNAm funcional. O processo de obtenção de DNAc é o seguinte:

1.Isola-se uma molécula RNAm funcional das células.
2.Adiciona-se transcriptase reversa e nucleótidos livres. A transcriptase reversa catalisa a síntese de uma cadeia simples de DNA a partir de um molde de RNAm.
3.Junta-se uma enzima que degrada o RNAm que serviu de molde e DNA polimerase que catalisa a formação da cadeia complementar do DNA.

O DNAc pode ser inserido através de um vector contendo o promotor e sequências reguladoras.
Todos os DNAc que se sintetizam a partir do RNA podem ser clonados em bactérias, originando uma biblioteca de DNAc, em que toda a informação (genes que se encontravam a ser transcritos – expressos – num dado momento), fica armazenada em bactérias por longos períodos de tempo, desde que sejam fornecidas todas as condições indispensáveis para a sua manutenção.


Reacção de Polimerização em Cadeia – PCR

Técnica que permite amplificar qualquer porção de DNA fora das células.

Material necessário:
- sequências de DNA que se pretende amplificar;
- um par de iniciadores (primers);
- os quatro tipos de nucleótidos;
- uma polimerase DNA (Taq);
- solução-tampão que impeça variações de pH e que contenha Mg² , ião essencial para a actividade da polimerase.

•Uma reacção de PCR corresponde a um conjunto de ciclos, envolvendo cada um destes ciclos:
- Desnaturação da dupla hélice – é conseguida com a incubação do DNA a uma temperatura de 95°C, formando duas cadeias simples a partir de uma dupla cadeia;
- Emparelhamento dos iniciadores – diminuição da temperatura aproximadamente para os 55°C, para ocorrer a ligação dos primers;
- Polimerização (síntese) de DNA – ocorre a 70°C, temperatura óptima de actividade da Taq polimerase. Esta liga-se na região dos iniciadores, e promove a polimerização, com elongação da cadeia de DNA, servindo a outra como molde.
- Este ciclo é repetido dezenas de vezes, para obter milhões de cópias de DNA, em poucas horas e sem intervenção manual. No final, leva à produção de 2^n moléculas de DNA de interesse, em que n representa o número de ciclos.
- A Taq polimerase é uma polimerase extraída da Thermus aquaticus, uma bactéria que habita fontes termais com água extremamente quente, resistindo às variações de temperatura e contribuindo significativamente para o sucesso da técnica de PCR (o aquecimento para desnaturar as cadeias de DNA provocava a inactivação definitiva da polimerase, obrigando a adicionar mais enzima por ciclo de aquecimento).

•Um dos aspectos mais negativos desta técnica é a grande sensibilidade à contaminação com DNA estranho, podendo ocorrer emparelhamento entre os iniciadores e este DNA estranho, amplificando sequências não pretendidas.


DNA Fingerprint

•No genoma humano existem sequências de DNA repetitivas que são reconhecidas e cortadas por determinadas enzimas de restrição. Estas enzimas dividem o DNA em fragmentos cujas dimensões e composição em nucleótidos variam de pessoa para pessoa e reflectem as diferenças entre os alelos dos vários loci.
•Diferentes fragmentos de DNA movimentam-se de modo diferente quando submetidos a electroforese (técnica em que determinadas moléculas são sujeitas à acção de um campo eléctrico num meio poroso) e o resultado é um padrão de bandas que difere de indivíduo para indivíduo.

terça-feira, 11 de janeiro de 2011

Mutações (Parte II)

•Mutações Cromossómicas Estruturais:

Delecção
Falta uma porção de um cromossoma.
Pode ocorrer nas zonas terminais ou intersticiais da molécula de DNA.

Causa: cruzamento de cromossomas e quebra nos pontos de cruzamento, a que se segue uma reconstituição em que um segmento é eliminado.

Consequências/exemplos:
As delecções variam muito em tamanho, mas as maiores têm efeitos mais nefastos pois removem mais genes.

Duplicação
Existência de duas cópias de uma dada região cromossómica, frequentemente associada à delecção no correspondente cromossoma homólogo.
Os efeitos variam em função da extensão e do tipo de informação repetida.



Translocação
Transferência de segmentos entre cromossomas não homólogos.
Pode ser:
Translocação simples – transferência de um segmento de um cromossoma para outro não homólogo.
Translocação recíproca – troca de partes entre dois cromossomas.
Translocação robertsoniana – os braços longos de dois cromossomas acrocêntricos ligam-se formando um único cromossoma e os braços curtos são perdidos. Causada pelo cruzamento e quebra de cromossomas não homólogos ou pela perda dos telómeros.
Na translocação simples e na translocação recíproca, se não houver quebra de genes, o fenótipo não é afectado.
A translocação robertsoniana dá origem à formação de cromossomas anormais que são transmitidos à geração seguinte nos gâmetas. Cerca de 4% dos síndromes de Down estão associados a uma translocação robertsoniana entre o cromossoma 14 e o 21.



Inversão
Remoção de um segmento de DNA e inserção numa posição invertida num outro local do cromossoma.

A inversão pode ser:
paracêntrica – não inclui o centrómero;
pericêntrica – inclui o centrómero.

Causa: quebra de um cromossoma, seguida da sua reconstituição na orientação incorrecta.
As consequências de uma inversão dependem dos genes envolvidos
No caso de a inversão incluir parte de um segmento de DNA que codifica para uma proteína, esta será muito diferente e não funcional, na maioria das situações;
Certas inversões não têm efeitos sobre o fenótipo, mas causam problemas reprodutivos. O emparelhamento, na meiose, de um cromossoma com uma inversão com um cromossoma normal implica que um dos cromossomas tenha de se dobrar. O crossing-over nessa região pode originar duplicações ou delecções nos cromossomas recombinantes.






Síndromes Mais Comuns:

•Síndrome de Down
Trissomia 21 (47, XX + 21 ou 47,XY + 21)
É a aneuploidia mais viável no Homem.
Indivíduos de baixa estatura com uma morfologia das pálpebras característica, boca pequena e atraso mental em grau variável.

•Síndrome de Edwards
Trissomia 18
Atraso mental grave, malformações cardíacas e morfológicas. Raramente sobrevivem mais do que alguns meses.

•Síndrome de Patau
Trissomia 13
Malformações morfológicas e do sistema nervoso central graves. Atraso mental profundo. Raramente sobrevivem mais do que alguns meses.

•Síndrome de Turner
Monossomia X (45,X0), outros.
Infantilismo sexual (formação de ovários vestigiais),baixa estatura, pregas perigonucais, inteligência, geralmente, normal.
A maioria dos sintomas são mais notórios na puberdade, pelo que nesta idade, se as doentes não forem submetidas a um tratamento hormonal, não desenvolverão os caracteres sexuais secundários.

•Trissomia do X
47,XXX
Mulheres com estatura normalmente acima da média, frequentemente estéreis e com inteligência acima do normal.

•Síndrome de Klinefelter
47,XXY
Estatura grande, testículos e pénis pequenos, reduzida pilosidade púbica e seios salientes.

•Síndrome de Jacobs
47,XYY
Homens de elevada estatura, com desenvolvimento sexual normal e inteligência normal.

•Síndrome do Cri-du-Chat
Delecção do braço superior do cromossoma 5.
Deve o seu nome ao facto de os doentes afectados terem o choro idêntico ao miar de um gato.
Apresentam ainda atrasos mentais e neuromotores graves.

•Leucemia mielóide crónica
Translocação recíproca entre o cromossoma 9 e 22.
Consequências fenotípicas: fadiga acentuada, mal-estar abdominal, surdez, cegueira, outros.



Mutações e Oncogénese
•O cancro é uma doença genética que resulta da perda de controlo do ciclo celular. A divisão de uma célula com mais frequência do que o normal dá origem a uma população de células em proliferação descontrolada e forma uma massa de células ou tumor.
•Características das células cancerosas:
- são pouco especializadas (desdiferenciadas) e com forma arredondada;
- dividem-se continuamente;
- invadem os tecidos adjacentes;
- podem instalar-se noutros locais do organismo, onde chegam através da corresnte sanguínea ou linfática, originando novos tumores que se chamam metástases.
•Na maior parte das situações, as mutações ocorrem em células somáticas ao longo da vida, embora também possam ocorrer em células germinativas. Geralmente, é um acumular de mutações que desencadeia o desenvolvimento de um cancro.

Genes relacionados com o aparecimento de cancro e suas mutações:

Oncogenes:
- Resultam da mutação de proto-oncogenes.
- Os proto-oncogenes codificam proteínas que estimulam o crescimento e a divisão celular e têm uma função essencial nas células normais, por exemplo, durante o desenvolvimento embrionário e na reparação de tecidos lesados.
- Quando indevidamente activados, promovem uma proliferação celular excessiva que conduz ao desenvolvimento de um cancro.

A activação de um oncogene pode resultar de diferentes tipos de mutações:
- Substituição de bases no DNA, e consequente alteração na sequência de aminoácidos da proteína formada, que resulta numa proteína com maior actividade ou resistente à degradação;
- Amplificação do proto-oncogene - Traduz-se numa maior quantidade do produto codificado pelo gene;
inversões ou translocações que levam à alteração do local que o proto-oncogene ocupa no genoma. Se o proto-oncogene for deslocado para junto de um gene activamente transcrito ou para junto de um DNA viral, a sua taxa de transcrição também aumenta.

Genes supressores de tumores:
- Os produtos destes genes contrariam o estímulo proliferativo dos proto-oncogenes através de uma acção inibidora;
- Os genes supressores de tumores podem estar na origem do cancro quando sofrem mutações como as seguintes:
delecções, que causam a sua perda;
substituição de bases do DNA que resulta numa proteína onde se verifica perda de função relativamente à proteína normal.

Genes que codificam proteínas reparadoras do DNA:
- As mutações nestes genes permitem a acumulação de outras mutações, algumas das quais em proto-oncogenes ou genes supressores de tumores.



•Os agentes mutagénicos podem activar oncogenes ou desactivar genes supressores de tumores e causar cancro.
•As infecções por vírus contribuem para o aparecimento de cancro pela integração do material genético do vírus no DNA das células afectadas. O DNA viral pode ser inserido num local onde destrua a actividade de um gene supressor de tumores ou converta um proto-oncogene num oncogene.

sábado, 8 de janeiro de 2011

Mutações (Parte I)

Mutação – qualquer modificação ou alteração brusca de genes ou de cromossomas, podendo provocar uma variação hereditária ou uma mudança no fenótipo. A mutação pode produzir uma característica favorável num dado ambiente e desfavorável noutro.

Classificação das mutações:
Génicas – alteram a sequência de nucleótidos do DNA, por substituição, adição ou remoção de bases. Podem conduzir à modificação da molécula de RNAm que é transcrita a partir do DNA e, consequentemente, à alteração da proteína produzida, o que tem, geralmente, efeitos no fenótipo.
Cromossómicas – traduzem-se numa alteração da estrutura (mutação cromossómica estrutural) ou do número (mutação cromossómica numérica) de cromossomas. Podem afectar uma determinada região de um cromossoma, um cromossoma inteiro ou todo o complemento cromossómico de um indivíduo.

As mutações podem ocorrer em células somáticas ou germinativas:
Mutação somática – ocorre durante a replicação do DNA que precede uma divisão mitótica. Todas as células descendentes são afectadas, mas podem localizar-se apenas numa pequena parte do corpo. As mutações somáticas estão na origem de certos cancros. Não são transmitidas à descendência.
Mutação nas células germinativas – ocorre durante a replicação do DNA que precede a meiose. A mutação afecta os gâmetas e todas as células que deles descendem após a fecundação – é transmitida à descendência.

As mutações são importantes do ponto de vista evolutivo. São as mutações que dão origem à variabilidade de indivíduos de uma população sobre a qual actua a selecção natural.

As mutações podem ocorrer espontaneamente ou podem ser induzidas por exposição a um agente mutagénico.

Mutações espontâneas:
Podem ocorrer devido:
- ao facto de que as quatro bases nucleotídicas podem existir sob duas formas diferentes, uma usual e outra muito rara. Quando uma base adquire, temporariamente, a sua forma rara, pode emparelhar-se com uma base diferente.
- a erros na replicação do DNA motivados pela DNA polimerase. Quase sempre estes erros são reparados durante o processo de replicação do DNA, contudo, alguns persistem.
- a erros na meiose ou mitose (não disjunção de homólogos ou cromatídeos, tendo como consequência a formação de células com excesso ou falta de cromossomas).

Onde ocorrem? Podem ocorrer em qualquer gene e em qualquer local do gene, no entanto:
- são mais frequentes em regiões com sequências de DNA repetitivas ou simétricas, os chamados pontos quentes. Nestes locais, aumenta o risco de uma cadeia de DNA emparelhar consigo própria durante a replicação;
- são mais frequentes em genes de maior tamanho, que, assim, têm uma maior probabilidade de sofrer alterações na sua sequência de bases;
- são mais frequentes em genes do genoma mitocondrial que não tem mecanismos de reparação do DNA.

•Mutações induzidas:
Agentes mutagénicos – substâncias químicas ou radiações que aumentam a probabilidade de ocorrência de mutações.
Principais agentes mutagénicos:
- fontes naturais de radiação como raios cósmicos, luz solar e minerais radioactivos da crosta terrestre. Certos minerais da crosta (urânio, rádio, carbono 14...) emitem radiações ionizantes, os raios α, β e γ. Estas radiações, especialmente os raios γ, têm energia suficiente para remover electrões dos átomos e quebrar o esqueleto de açucares e fosfato do DNA;
- substâncias químicas, como agentes aquilantes, acridinas, drogas usadas em quimioterapia, nitrosaminas e nitrito de s´ódio.

Formas de actuação dos agentes mutagénicos:
- alteração das bases nucleotídicas por agentes químicos. No caso do ácido nítrico e dos seus derivados, podem transformar a citosina presente no DNA, na sua forma rara; para tal, ocorre a conversão de -NH2 em =NH. Tem por consequência a alteração do emparelhamento das bases;
- adição de grupos químicos às bases por agentes químicos, como, por exemplo, o benzopireno, um dos componentes do fumo do tabaco, que adiciona um grupo químico à guanina, tornando-a indisponível para o emparelhamento das bases;
- danificação do material genético por radiações. As radiações ionizantes (raios X) produzem radicais livres, altamente reactivos, e que podem alterar as bases do DNA para formas não reconhecíveis, ou causar anormalidades cromossómicas. As radiações ultravioletas do Sol são absorvidas pela timina do DNA, promovendo o estabelecimento de ligações covalentes entre bases adjacentes, o que causa grandes problemas durante a replicação do DNA.



Tipos de Mutações

•Mutações Génicas:



Efeitos das mutações

O efeito de uma mutação é imprevisivel.
Pode ser benéfica se conduzir a uma caracteristica vantajosa. Noutros casos é prejudicial, alterando o funcionamento da célula e conduzindo à sua morte.
Frequentemente, o seu efeito é neutro dada a redundância do código genético, não provocando modificações na sequência de aminoácidos da proteína (mutação silenciosa).
O novo aminoácido pode apresentar propriedades similares às do aminoácido substituido ou, ainda, a substituição ocorrer numa zona da proteína não determinante para a sua função.


•Mutações Cromossómicas

Mutações Cromossómicas Numéricas:

Euploidia:
A euploidia envolve a alteração completa do genoma.
A euploidia pode ser:
- Haploidia – perda de metade do material genético, em que o indivíduo passa a possuir n cromossomas. Os indivíduos resultantes são, no geral, estéreis, devido a irregularidades na meiose, decorrentes da dificuldade de emparelhamento cromossómico.
- Poliploidia – ganho de material genético, em que o indivíduo passa a possuir x.2n cromossomas.

Causas:
- fecundação de um oócito por dois espermatozóides;
- fecundação de um gâmeta diplóide;
- citocinese anormal na meiose ou mitose.

Consequências/exemplos:
- Nas plantas, a poliploidia é comum. As plantas poliplóides podem autopopolinizar-se ou cruzar-se com outras semelhantes.
- Nos humanos, os embriões popiplóides não se desenvolvem e são abortados espontaneamente. Algumas células somáticas humanas podem ser poliplóides (mosaicismo).



Aneuploidia:
Existem cromossomas a mais ou a menos em relação ao número normal.
Geralmente envolve apenas um único par de cromossomas e pode ser autossómica ou heterossómica.

Pode ser:
Nulissomia – faltam os dois cromossomas de um par de homólogos (2n-2). Se afectando o par sexual no homem, a nulissomia é letal.
Monossomia – ausência de um dos homólogos num dado par (2n-1).
Polissomia – um ou mais cromossomas extra.

Causas: não-disjunção dos homólogos ou dos cromatídeos na anafase da meiose I ou II. Um gâmeta recebe dois cromossomas do mesmo par e outro não recebe nenhum.

Consequências/Exemplos:
As aneuploidias mais comuns em seres humanos são as trissomias 21, 13 e 18, a monossomia do X e outras alterações numérica dos heterossomas. Aneuploidias de outros cromossomas não permitem o desenvolvimento até ao nascimento, resultando em abortos espontâneos.
As aneuploidias dos cromossomas sexuais são melhor toleradas do que as dos autossomas.

quarta-feira, 5 de janeiro de 2011

Regulação do Material Genético

Síntese proteíca – conceitos básicos

Etapas do processo de síntese proteíca em eucariontes:

1.Transcrição
2.Maturação
3.Migração
4.Tradução
- Iniciação
- Alongamento
- Finalização


Regulação do material genético - conceitos introdutórios
•Se não regulasse a expressão dos genes, a célula produziria constantemente proteínas em elevadas quantidades. Mas nem todas as proteínas são necessárias em determinadas circunstâncias e nas mesmas quantidades.

Regulação ao nível da Transcrição:
•Um gene não possui apenas na sua sequência bases que serão transcritas para RNA; possui sequências associadas à sua regulação e à ligação com a RNA polimerase.
- Promotor: região do DNA à qual se liga uma RNA polimerase para dar início à transcrição.
- Procariontes: o promotor tem a designação de Pribow-box.
- Eucariontes: os promotores existem em maior número e a maiores distâncias. Estas sequências permitem a ligação de determinadas proteínas que auxiliam a ligação da RNA polimerase.
- Indutor: proteína que induz a transcrição, mediando a ligação da RNA polimerase ao DNA.
- Repressor: proteína que se pode ligar ao DNA, impedindo que a RNA polimerase avance, actuando como mecanismo de controlo da transcrição, ao regular a produção de RNAm de acordo com as necessidades.
•Ao impedir a síntese de novo RNAm pelo mecanismo da transcrição, a célula consegue regular a produção de proteínas, pois os RNAm que tinha produzido anteriormente apresentam um período de vida curto, degradando-se em cerca de dois minutos. Um ciclo de degradação e nova síntese de RNAm nas células ocorre rápida e continuamente, o que constitui um requisito fundamental para o controlo da transcrição e um procedimento fulcral na regulação da expressão génica em procariontes.


Regulação ao nível da estrutura da cromatina:
•Heterocromatina: zonas onde a cromatina se encontra altamente condensada e onde os genes não são transcritos (encontram-se silenciados).
•Eucromatina: regiões com menor grau de condensação que, como se encontram menos enroladas, permitem a ligação da RNA polimerase ao DNA, possibilitando a ocorrência da transcrição.
•O grau de condensação da cromatina permite, assim, controlar a expressão de um grande conjunto de genes, facilitando ou impedindo o contacto entre a enzima e o DNA.

Regulação ao nível do processamento, tradução do RNAm e pós-tradução:
•O processamento de RNA inclui, nos eucariontes, o processo de excisão, em que determinados fragmentos de RNA são removidos, não sendo assim traduzidos em proteínas. Ao nível deste processo pode ocorrer regulação na selecção dos fragmentos a remover: um mesmo gene, ao ser transcrito em dois órgãos distintos origina RNAm iguais; todavia, este pode sofrer mecanismos de excisão diferentes, originando RNAm maduros igualmente diferentes. Consequentemente, nos dois órgãos podem formar-se duas proteínas com funções diferentes, codificadas por um mesmo gene.
•A célula consegue controlar o tempo de duração de uma molécula de RNAm, manuseando a produção de proteínas. Se uma molécula de RNAm tiver um tempo de vida longo, poderá ser repetidamente lida pelos ribossomas, sendo assim traduzida em muitas moléculas de proteínas iguais entre si. Se tiver, pelo contrário, um tempo curto de vida, poucas proteínas se formarão a partir desse RNA. O tempo de vida pode ser modificado por complexos proteícos que se ligam e protegem o RNAm da degradação por enzimas presentes no citoplasma.
•Tradução: a manipulação das proteínas específicas que permitem a ligação dos ribossomas ao RNAm permite à célula adequar a tradução, controlando a quantidade de proteínas que se formam por leitura do RNAm.



Regulação nos Procariontes

•Expressão constitutiva: quando as proteínas são permanentemente necessárias e os respectivos genes são permanentemente transcritos.
•Expressão induzida: as proteínas são apenas necessárias quando a bactéria se encontra a crescer em condições especiais.

•Pelo facto de se tratar de células mais simples, a regulação ocorrerá essencialmente ao nível da transcrição, em detrimento da tradução. O processamento de RNAm não ocorre nas células procarióticas, pois o RNAm, logo após a transcrição, é imediatamente traduzido pelos ribossomas.

•Os genes bacterianos possuem também sequências reguladoras, localizadas na sua proximidade. Estas sequências são em menor número e menos complexas que as dos eucariontes.


Modelo do Operão:
Em 1961, François Jacob e Jacques Monod propuseram o Modelo do Operão como principal mecanismo de controlo da expressão dos genes em bactérias.
•Operão: unidade funcional constituída pelos seguintes elementos:
- Genes estruturais: conjunto de genes que codificam proteínas com funções relacionadas, como, por exemplo, as várias enzimas de uma determinada via metabólica.
- Promotor: sequência específica de nucleótidos do DNA à qual se liga a RNA polimerase e onde tem início a transcrição.
- Operador: sequência de DNA que controla o acesso da RNA polimerase ao promotor e que permite activar ou desactivar a transcrição de todos os genes estruturais.
•Gene Regulador: encontra-se a uma determinada distância do operão, tem o seu próprio promotor e codifica o repressor.
•Repressor: proteína alostérica com duas formas, uma activa e uma inactiva. É específico, reconhece e liga-se apenas ao operador de um determinado operão.
•A transcrição dos genes estruturais do operão origina uma longa molécula de RNAm. Este RNAm tem sinais de iniciação e de paragem que permitem individualizar as diferentes proteínas.

Tipos de regulação dos genes em procariontes:
- Regulação negativa: o operão é bloqueado pela forma activa do repressor. A ligação do repressor activo ao operador impede a ligação da RNA polimerase ao promotor e inibe a transcrição.
Operão repressível:
 O repressor é sintetizado na forma inactiva, com pouca afinidade para o operador, o que permite a transcrição dos genes estruturais. O produto final da via metabólica funciona como co-repressor e, quando a sua quantidade aumenta, liga-se ao repressor e activa-o. O repressor activo liga-se ao operador e bloqueia a transcrição. Quando a quantidade do produto final diminui, a transcrição é retomada.
 Processo de regulação característico de vias anabólicas que sintetizam produtos essenciais a partir de percursores. A suspensão da transcrição de genes que codificam um produto presente no meio em quantidade suficiente permite poupar recursos e energia, sendo essencial para a resposta à variação das condições ambientais e adaptação evolutiva.
 Ex: Operão trp em E.coli.



Operão indutível:
 O repressor é sintetizado na forma activa e liga-se ao operador, bloqueando a transcrição dos genes. Um indutor inactiva o repressor e induz a transcrição dos genes.
 Processo de regulação característico de vias catabólicas. Genes que codificam enzimas são apenas transcritos se o substrato estiver presente.
 Operão lac em E.coli.



- Regulação positiva: uma proteína reguladora, o regulão, estimula directamente a expressão dos genes
 O regulão é activado pela ligação de uma molécula específica. Na sua forma activa, liga-se a um local a montante do promotor, facilitando o acesso da RNA polimerase ao promotor e induzindo a transcrição.
 Um mesmo regulão actua em diferentes operões.



Regulação em Eucariontes
•Apenas uma pequena parte do genoma dos eucariontes é ocupada por genes que codificam proteínas. No entanto, o número de proteínas produzidas pelos eucariontes excede largamente o número de genes. Este facto pode ser explicado tendo em consideração o seguinte:
 os exões codificam sequências de aminoácidos, designadas domínios, que podem fazer parte de mais do que uma proteína. Diferentes combinações de exões formam diferentes proteínas;
 sequências de DNA, que funcionam como intrões num determinado contexto, podem funcionar como exões e codificar proteínas num contexto diferente.


A regulação da expressão génica como resposta a factores internos e externos:


•A maioria do material genético de uma célula não se expressa, encontrando-se reprimido.

 Este controlo da expressão genética está na origem da diferenciação celular, permitindo que só os genes específicos de um tecido sejam expressos nas células que o compõem. Assim, a expressão génica é o principal factor que determina as características estruturais, funcionais e comportamentais de uma célula, sendo a responsável pela ontogenia celular (história do desenvolvimento de um organismo ao longo da sua vida).

•Numa dada célula, um gene pode exprimir-se só em determinados estádios de desenvolvimento ou em resposta a factores externos, como a modificação das condições ambientais.


•Acção das hormonas esteróides (regulação em resposta a factor interno):

 são produzidas nas glândulas reprodutoras e libertadas na corrente sanguínea, onde podem alcançar todas as células;
 possuem a capacidade de atravessar a membrana plasmática e de se ligarem a receptores no interior da célula. O complexo que se forma pode entrar no núcleo pelos poros e ligar-se ao DNA, estimulando a expressão de genes específicos, cujas proteínas serão responsáveis pelo desenvolvimento de algumas características sexuais.


•Acção do Operão da lactose em procariontes (regulação em resposta a factor externo):

 Num meio pobre em lactose, as moléculas de -galactosidase (enzima que degrada a lactose) que existem no interior de uma célula de E. coli são em número reduzido.
 Depois de se adicionar lactose ao meio, a célula rapidamente produz esta enzima, em grandes quantidades, para a sua degradação.
 Quando a produção de -galactosidase é induzida, são produzidas mais duas enzimas: uma permease e uma trancetilase.
 Estas enzimas são codificadas por genes estruturais.
 Para além de os três genes serem adjacentes no mesmo cromossoma, eles são também transcritos num único RNA policistrónico. Mas, enquanto não houver lactose no meio, esses genes não são expressos.
 No processo de regulação negativa, em operões como o da lactose, e na ausência de substrato, uma proteína repressora liga-se ao operador, impedindo que a RNA polimerase se ligue ao promotor, de tal forma que a transcrição não ocorre. Esta proteína repressora resulta do chamado gene regulador (ou gene l ou lac l), situado próximo dos genes estruturais.
 O repressor liga-se a uma região do DNA próxima do gene que codifica para a -galactosidase e perto do ponto em que se inicia a transcrição do RNA policistrónico. É a especificidade do repressor (o repressor tem a capacidade de reconhecer uma sequência específica de DNA, ou seja, um operador específico) que determina que este se ligue ao ponto no DNA próximo do gene que ele controla, e não noutro local ao longo do cromossoma.
 Estando o repressor ligado ao operador é impedida a transcrição do DNA pela RNA polimerase.
 Derivados da lactose, ou a própria lactose, podem ligar-se ao repressor, alterando a sua configuração. Assim, este deixa de ter afinidade com o operador, e permite a ligação da RNA polimerase ao promotor, possibilitando a transcrição do operão.



•Acção do Calor em eucariontes (regulação em resposta a factor externo):
 Quando as células se encontram sujeitas a temperaturas superiores a 42ºC, mesmo que por curtos períodos de tempo, sofrem alterações nas suas proteínas. Estas adquirem outras conformações e podem deixar de ser funcionais, o que pode levar a morte celular.
 Nestas situações, é activada a expressão de genes que originarão proteínas com capacidade de reverter as conformações incorrectas de outras proteínas e assim impedir a sua acumulação e consequentemente mau funcionamento celular.

terça-feira, 4 de janeiro de 2011

Organização do Material Genético

Organização do Material Genético nos Procariontes e Eucariontes:

DNA em células procarióticas e eucarióticas:


Gene
•Unidade fundamental física e funcional da hereditariedade.
•Segmento da molécula de DNA.

Cromossoma: molécula de DNA, extremamente longa e associada a proteínas.

•Organização da cromatina nos cromossomas:
- O DNA é uma molécula de grandes dimensões, que necessita de ser estabilizada por complexos proteícos para evitar que se fragmente.
- Como o DNA possui carga negativa ( devido aos grupos fosfato), ligar-se-à às histonas (proteínas) que possuem muitos aminoácidos com carga positiva.
- Forma-se uma estrutura que se designa nucleossoma e cuja unidade fundamental é composta por 146 pares de bases, duplamente enroladas em redor de um complexo de histonas.

A molécula de DNA (cromossoma) assim enrolada e empacotada ocupa um reduzido espaço e pode ser armazenada no núcleo.

A disposição da cromatina dentro do núcleo e o seu grau de condensação variam de um tipo celular para outro e são características de cada célula. O mesmo tipo de célula pode apresentar a cromatina com vários graus de condensação, de acordo com o estágio funcional da mesma:
oInterfase: a cromatina encontra-se uniformemente dispersa (pouco condensada) e filamentosa.
oProfase: cada cromossoma enrola-se sobre si mesmo condensando-se, ficando cada vez mais curto e estreito, em forma de bastão.
oFase S: cada cromossoma sofre duplicação.

Estrutura de um cromossoma metafásico:
oCromatídeos: duas moléculas iguais de DNA produzidas por replicação durante a fase S do ciclo celular.
oCentrómero: principal constrição do cromossoma e local onde este se liga às fibras do fuso acromático. Pensa-se que o centrómero seja constituído por sequências repetidas de DNA específico ligado a proteínas. Associado a cada centrómero está um cinetocoro, estrutura formada por proteínas, à qual se ligam os microtúbulos. Os cromossomas são classificddados e acordo com a posição do centrómero em metacêntricos, submetacêntricos, acrocêntricos e telocêntricos.
oTelómero: extremidades dos cromossomas. Previnem a degradação dos cromossomas por exonucleases (enzimas que degradam o DNA a partir dos extremos da molécula), mantendo a sua estabilidade e impedindo a formação de anomalias aquando da divisão celular. São formados por sequências de DNA repetitivas e inertes, o que permite que as extremidades de diferentes cromossomas não estabeleçam interacções entre si.
oCromatina: complexo formado por DNA e proteínas que constitui os cromossomas das células eucarióticas.

•Existem várias técnicas que permitem a coloração dos cromossomas.
- Pensa-se que as diferenças de côr se devem à existência de diferentes proporções entre as bases azotadas.
- Os padrões de bandas que se formam são típicos da espécie e permitem dividir facilmente as diferentes regiões dos cromossomas, pois cada banda pode ser numerada.
- Vantagens:
- identificação de modificações no cromossoma;
- auxílio na detecção de doenças
- determinados corantes permitem determinar quais as zonas do cromossoma em que se encontram os genes activos, isto é, quais as zonas onde ocorre a transcrição e estudar a regulação da expressão génica ao longo do desenvolvimento e diferenciação.


Material Genético Extranuclear:
Embora a maioria do material genético se encontre no núcleo, as mitocôndrias e os cloroplastos também possuem material genético.

•Este material encontra-se organizado em cromossomas circulares, pelo menos 1 por organelo, podendo existir mais cópias. Estes cromossomas apresentam características semelhantes aos cromossomas bacterianos (argumento favorável à teoria endossimbiótica).
•DNA Mitocondrial:
- Codifica para proteínas associadas à obtenção de energia pela respiração, bem como para o RNA associado ao processo de transcrição e tradução. No entanto, a maioria das proteínas provêm da expressão de genes nucleares.
- O RNAm é traduzido no citoplasma e as proteínas encaminhadas para a mitocôndria, onde se juntam às que são sintetizadas no próprio organelo.
- O código genético mitocondrial apresenta algumas diferenças do resto do genoma.
•DNA Cloroplastidial:
- Os genes estão relacionados com processos de obtenção de energia (ATP) pela fotossíntese, codificando para proteínas associadas ao metabolismo fotossintético.
- Tal como nas mitocôndrias, parte das proteínas, ou subunidades proteícas, derivam de genes nucleares, ocorrendo o transporte de proteínas para o interior do cloroplasto. Também se encontram genes que codificam para o RNA e proteínas associadas à maquinaria da expressão génica.

Genoma
•Conjunto de todos os genes de um determinado organismo.
•O tamanho do genoma eucarionte é, em geral, muito superior ao dos procariontes devido, em parte, à sua maior complexidade.
•A comparação da dimensão do genoma entre eucariontes não permite obter informação acerca da complexidade do organismo.
•Importância para a sociedade da sequênciação do genoma:
 prever as consequências de muitas disfunções, incluindo doenças;
 diagnóstico precoce;
 melhorias nos tratamentos;
 informação sobre os diferentes grupos de população que habitam o mundo;
 informação sobre a evolução.

Cariótipo
•Cariótipo humano: 23 pares de cromossomas (22 autossomas, 1 heterossomas).
•O número de cromossomas não reflecte linearmente a complexidade dos organismos, pois para além do número temos que ter em conta as dimensões...
•Os cromossomas num mesmo genoma variam muito de tamanho. Os cromossomas num cariótipo encontram-se organizados por ordem decrescente de tamanho.

Tipos de DNA presentes num cromossoma eucarionte:
•DNA que codifica para genes funcionais: pode ocorrer uma ou mais cópias. A maioria dos genes ocorre apenas uma vez, mas os que sintetizam para o RNA, nomeadamente o ribossomal, encontram-se em elevado número, com mais do que uma cópia por genoma.
•DNA repetitivo:pode compor sequências com ou sem sentido, originando, neste último exemplo, os centrómeros e os telómeros. A sua função não foi ainda claramente demonstrada.
•DNA espaçador: designa-se frequentemente por DNA lixo e corresponde a todas as unidades que ainda não foram identificadas e sem função aparente.