Docente responsável: Felipe Santiago Chambergo Alcalde (fscha@usp.br), sala 204G-I1 Link: http://each.uspnet.usp.br/web/prof/felipe-chambergo Monitora: Blgo. Patricia Adriani Sala / Horário: Edifício I1-102 / Sexta-feira: 16:15 – 18:00 h. Créditos Aula: 2 Créditos Trabalho: 1 Carga Horária: 2 h/semana. Tipo: Optativa Semestral Requisito: ACH0505 - Fundamentos Biológicos para Ciências da Atividade Física III

Educação Física e Saúde ACH0596 - Biologia da Atividade Física

2º Semestre de 2016

• Apresentar e discutir de forma integrada os conceitos da base biológica da herança humana e o papel dos genes na aptidão física de um individuo. • Introduzir conceitos básicos de genética, biologia celular e molecular, focados nos mecanismos de regulação, expressão e variação gênica no ser humano. • Despertar no aluno raciocínio científico e crítico, capacitando-o a integrar o conhecimento adquirido, as diferentes condições e possibilidades fisiológicas e genéticas do ser humano em relação ao movimento e atividade física.

Objetivos

GENOMA

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/

NCBI : The National Center for Biotechnology Information advances science and health by providing access to biomedical and genomic information.

Fevereiro de 2001

Nature

The Human Genome Project

O GENÔMA HUMANO

Genomes 2da Edic. Brown, TA. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=genomes

Ser Humano

Célula Humana

Genôma Nuclear Genôma Mitocôndrial

Por ser uma dupla fita a longitude da molécula de DNA é expressa em pares de bases (pb): 1 kb = 1000 pb 1 Mb = 1000 kb = 1 000 000 pb 1 Gb = 1000 Mb = 1 000 000 kb = 1 000 000 000 pb

Característica Genôma Nuclear Genôma Mitocôndrial Tamanho 3.3 Gb 16.6 kb

Número de moléculas diferentes de DNA

23 em XX ou 24 em XY, todas lineais. Uma molécula de DNA circular

Número total de moléculas de DNA por célula

23 em célula haplóide; 46 em célula diplóide

Vários milhares

Proteínas associadas Várias classes de proteínas histonas e não histonas

Majoritariamente livre de proteínas

Número de Genes ~30 - 50 mil 37

Densidade Gênica ~1/40 kb ~1/0.45 kb

Tamanho do gene ~10 – 15 kb, variado Variado

Distancia intergênica ~ 25 – 30 kb

DNA repetitivo Grandes fragmentos Muito pouco

Transcrição Transcrição individual Transcrição de múltiplos genes

Introns Em muitos genes Ausentes

% de DNA codificador ~3% ~93%

Recombinação No mínimo um para cada par de homólogos na meiose

Não evidente

Herança Mendeliana para genes em autosomas e X; e paterna para Y

Exclusivamente materna

O Genôma nuclear e mitocôndrial Humano

Abbreviations: ATP6, ATP8, genes for ATPase subunits 6 and 8; COI, COII, COIII, genes for cytochrome c oxidase subunits I, II and III; Cytb, gene for apocytochrome b; ND1–ND6, genes for NADH hydrogenase subunits 1–6. Ribosomal RNA and transfer RNA are two types of non-coding RNA.

Genôma Mitocôndrial

Genes da cadeia respiratória

Genes de RNA ribossomal

Genes de tRNA

Genôma Nuclear

22 pares de cromossomos autosomas 1 par de cromossomos sexuais (XX ou XY)

Partes: (1) Cromátide: Braço do cromossomo. (2) Centrômero: Ponto no qual as cromátides unem-se e onde os microtúbulos se aderem. (3) Braço curto (p) (4) Braço cumprido (q) (5) Telómero

Cromossomo Estrutura organizada de DNA e proteína. Contem uma simples e continua molécula de DNA, a qual contem numerosos genes, elementos reguladores e outras seqüências nucleotídicas. Também apresentam proteínas ligadas ao DNA, que servem para empacotar o DNA e controlar sua função.

d) Telocéntrico c) Acrocéntrico a) Metacéntrico b) Submetacéntrico

5

Classificação: Segundo a posição do centrômero, podem ser:

Cromossomo metafásico

Padrão de bandas-G: Obtido após hidrolise com Tripsina e tratamento com corante Giemsa. Bandas obscuras (bandas-G): Regiões ricas em AT, Bandas claras: Regiões ricas em GC.

Grupo A Maiores, 1 e 3 metacéntricos;

2 submetacéntrico

Grupo B Maiores,

submetacéntricos

Grupo C Médios, submetacéntricos

Grupo D Médios, acrocéntricos

Grupo E Pequenos; 16 metacéntrico;

17 e 18 metacéntricos

Grupo F Pequenos,

metacéntricos

Grupo G Pequenos,

acrocéntricos

Identificação e padrão de bandas em Cromossomos

Localizando um gene no Cromossomo

Gene CFTR : 7q31.2 Cromossomo: 7 Braço: q Região: 3 Banda: 1 Sub-banda: 2

O mapeamento genético é o processo de determinação do locus de um gene particular. Locus (plural loci) é a posição de um gene no cromossomo. O gene localizado num locus, constitui um alelo. A lista de locus conhecidos num genoma constitui um mapa genético. Em células diplóides cujos cromossomos apresentam o mesmo alelo no mesmo locus são denominados Homozigotos entanto que alelos diferentes no mesmo locus, são denominados Heterozigotos.

“cen”, perto do centrômero (16pcen); “ter ou tel”, perto do telómero (16qter)

Localização Molecular Gene_Sequence Localiza genes conhecidos ou putativos, anotados após seqüenciamento do DNA.

Localização Citogenética Ideograma Representação do padrão de bandas-G no cromossomo

Mapas

Mapa do Cromossomo 20

(www.ncbi.nlm.nih.gov)

1. 2782 genes – 247 Mb 2. 1888 genes – 243 Mb 3. 1469 genes – 200 Mb 4. 1154 genes – 191 Mb 5. 1268 genes – 181 Mb 6. 1505 genes – 171 Mb 7. 1452 genes – 159 Mb 8. 984 genes – 146 Mb 9. 1148 genes – 140 Mb 10. 1106 genes – 135 Mb 11. 1848 genes – 134 Mb 12. 1370 genes – 132 Mb 13. 551 genes – 114 Mb 14. 1275 genes – 106 Mb 15. 645 genes – 100 Mb 16. 1109 genes – 89 Mb 17. 1469 genes – 79 Mb 18. 432 genes – 76 Mb 19. 1695 genes – 64 Mb 20. 737 genes – 62 Mb 21. 352 genes – 0,05 Mb 22. 742 genes – 50 Mb X. 1336 genes – 155 Mb Y. 307 genes – 58 Mb

www.ncbi.nlm.nih.gov

Cariótipo Humano

Classificação Funcional dos genes Humanos

Relação entre os genes humanos e genes de outros organismos

Chinwalla et al. 2002. Nature 420, 520-562.

Aproximadamente 90.2% do genoma humano e 93.3% do genoma de camundongo, apresentam SINTENIA (genes ortologos, presentes na mesma ordem, indicando um ancestro comum).

Genoma humano x Genoma de Camundongo

DOGMA CENTRAL

REPLICAÇÂO

TRANSCRIÇÂO (SÌNTESE DE RNA)

TRADUÇÂO (SÌNTESE DE PROTEÍNA)

Ribossomo

Proteína

Á hidrolise química completa de um ácido nucléico da lugar a una mistura equimolar de:

A. Uma base nitrogenada heterocíclica: purina ou pirimidina B. Uma pentose: ribose ou desoxirribose C. Ortofosfato

Os ácidos nucléicos são polímeros cujos monômeros são os nucleotídeos.

Ácidos nucléicos

O N

NN

N

NH2

OHOH

CH2OP-OO

O-

HH H

Pentosa Base

NucleósidoFosfato

Nucleótido

+

+

9

1

5’- pApCpGpT -3’

Ligação fosfodiéster

Ligação β-glicosídica

Polinucleotídeo

DNA RNA Polinucleotídeos

Associação complementar de bases (pontes de hidrogênio)

DNA: Modelo de WATSON-CRICK (1953)

•Duas fitas de polinucleotídeos que giram em torno de um eixo comum, formando uma dupla fita, complementaria e antiparalela; • O plano das bases é perpendicular ao eixo da fita;

Sulco maior

Sulco menor

*Dupla hélice

*Dextrôgira

*Complementaria

5’

3’

3’

5’

O

-O

H2C

O

P

-O

O

O-

CH2

O

PO-

O

ON

NH3C

OH

O

NN

NNN

H

O

ON

N

O

NHH

NN

NN

NH H

O

H

O

ON

N

N

N

OH

NH

H

N N

O

NH

H

O

O-

CH2

O

PO-

O

O-

CH2

O

PO-

O

O

N

N

N

N

NH

H NN

O

O

H3C

H

O

-O

H2C

O

P

-O

O

-O

H2C

O

P

-O

O

O

-O

H2C

O

P

-O O

ON

N

N

N

OH

NH

H

N N

O

NH

H O

O-

CH2

O

PO-

H

O

-O

H2C

O

P

-O

O

O-

CH2

O

PO-

O

DNA

Uracila em lugar de timina

2’-OH na pentosa

O

-O

H2C

O

P

-O

ON

N

OH

O

ON

N

O

NHH

ON

N

N

N

OH

NH

H

ON

N

N

N

NH

H

O

-O

H2C

O

P

-O

O

-O

H2C

O

P

-O

O

-O

H2C

O

P

-O

ON

N

N

N

OH

NH

H

O

-O

H2C

O

P

-O

O

OH

OH

OH

OH

OH

5’

3’

RNA

Encontrado tanto no núcleo como no citoplasma. Atua como intermediário usando a informação codificada no DNA para especificar a seqüência de aminoácidos de uma proteína funcional.

Funções e tipos de RNA

Os distintos tipos de RNA permitem a expressão fenotípica do DNA: - Como mensagem genético que determina a seqüência de aminoácidos na sínteses de proteína: RNA mensageiro ou mRNA - Como molécula que ativa os aminoácidos para poder ser incorporados em uma nova proteína: RNA de transferência ou tRNA - Como elemento estrutural básico das partículas encarregadas de levar a cabo a sínteses protéica, os ribossomos: RNA ribossômico ou rRNA

FITA PARENTAL FITA PARENTAL

FITAS PARENTAIS DESENROLADAS

FITAS-FILHA

Replicação do DNA

-Separação das duas fitas -Síntese de uma fita complementar para cada uma

Ação da DNA polimerase

Transcrição

RNA polimerase Fita molde de DNA

5’-CGTTGCAATTGCGAT-3’ (Fita não molde) 3’-GCAACGTTAACGCTA-5’ (Fita molde)

5’-CGUUGCAAUUGCGAU-3’ (RNA) 3’-GCAACGTTAACGCTA-5’ (DNA)

DNA e síntese de RNA: Transcrição

RNA polimerase +

rNTPs

Código Genético Segunda letra

Primeira Letra

SÍNTESE DE PROTEÍNA

“Universal e degenerado”

Componentes para as cinco etapas na síntese de proteínas em E. coli

Direção da tradução

+NH3

+NH3

+NH3 +NH3

+NH3

Subunidades

40S

60S

mRNA

Polipeptídeo crescente

Polissomo

Anemia falciforme

Eritrócito normal Eritrócito Falciforme

Hemoglobina S: Substituição: Val 6 Glu.

(Val x Glu) Cria um contato hidrofobico, na posição da cadeia B, que induz as moléculas da desoxi-hemoglobina S a se associar formando agregados fibrosos.

Med Sci Sports Exerc. 2009. 41(1):35-73. Review.

Objetivo

O Mapa da aptidão e desempenho lista todos os genes e/ou marcadores genéticos relacionados ao fenótipo de desempenho físico e aptidão

relacionada a saúde.

Chaves (Keys): -Exercise - Genotype -Physical activity - Polymorphism -Performance - Mutation -Training - Linkage -Genetics

www.ncbi.nlm.nih.gov - PubMed

The literature search is limited to articles published in English, French, German, and Finnish.

The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2006-2007 update.

Bray MS, Hagberg JM, Pérusse L, Rankinen T, Roth SM, Wolfarth B, Bouchard C.

Abstract This update of the human gene map for physical performance and health-related fitness phenotypes covers the research advances reported in 2006 and 2007. 1 - Os genes e marcadores com evidências de associação ou vínculo com um desempenho ou um fenótipo de aptidão em pessoas sedentárias ou ativas, nas respostas ao exercício agudo ou treino de adaptações induzidas são posicionados no mapa de todos os autossomos e cromossomos sexuais. 2 - O mapa de aptidão e desempenho agora inclui 214 entradas de genes autossômicos e locus de características quantitativas e mais outros sete no cromossomo X. Além disso, existem 18 genes mitocondriais, que foi mostrado influenciam no fenotipo de aptidão e desempenho. 3- A maioria dos estudos relatados até agora são baseados em amostras pequenas e não podem fornecer provas definitivas de que variantes de seqüências de DNA em um determinado gene são com certeza associados à variação humana em características de aptidão e desempenho.

Fenótipo de desempenho físico: -Resistência cardiorrespiratória -Condição de resistência de atletas de elite -Força muscular -Intolerância ao exercício

Fenótipo de aptidão relacionada a saúde: -Parâmetros hemodinâmicos (morfologia do coração, pressão sanguínea, atividade cardíaca). -Composição antropométrica e corporal -Metabolismo de insulina e glicose -Fatores como lipídeos e lipoproteínas no plasma

Mapa 2006 - 2007

Genes Mitocôndriais

Enzima convertedora de Angiotensinogenio I (ECA)

Receptor adrenergico beta-2

Receptor de bradykinina 2

Enzima convertedora de Angiotensinogenio I (ECA)

CONCLUSÂO

O papel da Atividade Física regular, na redução do risco de doenças comuns e crônicas, tais como doença cardiovascular, diabetes tipo 2, ou obesidade é considerado bem estabelecida, mas a interação entre os genes específicos e os benefícios obtidos a partir de um estilo de vida fisicamente ativo em termos de saúde não receberam muita atenção até agora. O mesmo é verdadeiro para a diferença individual no nível de risco associado a um estilo de vida sedentário. Não sabemos se genes específicos conferem um maior risco ou, inversamente, alguma proteção a indivíduos cronicamente sedentários ou inativos. Por isso, é extremamente importante entender o verdadeiro papel do exercício regular ou atividade física na prevenção de doenças crônicas e da inatividade física no risco de morte prematura. Pesquisa é também necessária, para entender a base genética do sedentarismo e a necessidade de se envolver em atividade física regular.