PROFESSORA
Fundamentos de Genética Humana
FICHA CATALOGRÁFICA
C397 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE MARINGÁ. Núcleo de Educação a Distância. SILVA, Maria Fernanda Piffer Tomasi Baldez.
Fundamentos de Genética Humana. Maria Fernanda Piffer Tomasi Baldez da Silva. Maringá - PR.: Unicesumar, 2021.
212 p. “Graduação - EaD”.
CDD - 22 ed. 615 CIP - NBR 12899 - AACR/2
ISBN 978-65-5615-510-4
Impresso por:
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Tudo isso para honrarmos a nossa missão, que é promover a educação de qualidade nas
diferentes áreas do conhecimento, formando profissionais
cidadãos que contribuam para o desenvolvimento de uma sociedade
justa e solidária.
Reitor Wilson de Matos Silva
A UniCesumar celebra os seus 30 anos de história avançando a cada dia. Agora, enquanto Universidade, ampliamos a nossa autonomia e trabalhamos diariamente para que nossa educação à distância continue como uma das melhores do Brasil. Atuamos sobre quatro pilares que consolidam a visão abrangente do que é o conhecimento para nós: o intelectual, o profissional, o emocional e o espiritual.
A nossa missão é a de “Promover a educação de qualidade nas diferentes áreas do conhecimento, formando profissionais cidadãos que contribuam para o desenvolvimento de uma sociedade justa e solidária”. Neste sentido, a UniCesumar tem um gênio importante para o cumprimento integral desta missão: o coletivo. São os nossos professores e equipe que produzem a cada dia uma inovação, uma transformação na forma de pensar e de aprender. É assim que fazemos juntos um novo conhecimento diariamente.
São mais de 800 títulos de livros didáticos como este produzidos anualmente, com a distribuição de mais de 2 milhões de exemplares gratuitamente para nossos acadêmicos. Estamos presentes em mais de 700 polos EAD e cinco campi: Maringá, Curitiba, Londrina, Ponta Grossa e Corumbá), o que nos posiciona entre os 10 maiores grupos educacionais do país.
Aprendemos e escrevemos juntos esta belíssima história da jornada do conhecimento. Mário Quintana diz que “Livros não mudam o mundo, quem muda o mundo são as pessoas. Os livros só mudam as pessoas”. Seja bem-vindo à oportunidade de fazer a sua mudança!
Aqui você pode conhecer um
pouco mais sobre mim, além das informações do meu currículo.
Meu nome é Maria Fernanda Piffer Tomasi Baldez da Silva. Embora eu tenha esse nome grande, todos costu- mam me chamar de Mafer ou professora Mafer. Então, fique à vontade, caso prefira me chamar assim também.
Meus pais sempre lutaram bastante e, muitas vezes, a escolha deles era priorizar os meus estudos. Por isso, tive a oportunidade de estudar em escola particular. Para cursar a faculdade, foi diferente. Meus pais não podiam pagar uma faculdade particular, então, tive que vencer os cursinhos da vida para frequentar uma universidade pública. Formei-me em Ciências Biológicas (bacharelado e licenciatura) e, durante toda a faculdade, trabalhei como professora de cursinho e ministrei aulas particulares.
No último ano de faculdade, ingressei no mestrado em Genética e, após os dois anos, ingressei no doutorado, em Recife, Pernambuco. Pense na mudança! Foi um desafio grande estar em um lugar tão diferente. Entretanto, isso fez com que eu desenvolvesse depressão e precisasse retornar a minha cidade. Terminei os estudos entre via- gens para Maringá e Butantan, em São Paulo. Se devemos tirar algo bom de todas situações, posso dizer que esses acontecimentos me oportunizaram o término do douto- rado em dois anos, e não nos quatro anos convencionais. Enfim, estava com 29 anos e com doutorado. Trabalhei um tempo em Maringá e, depois, decidi retornar ao Nor- deste, agora, em Fortaleza, para trabalhar em grandes universidades de lá. Contudo, a saudade foi maior. Após cinco anos, retornei e, desde então, trabalho na Unice- sumar, localizada em Maringá, no Paraná.
Depois disso, até o momento, são 19 anos de expe- riência voltada à docência, apesar da pouca idade (risos). Trago isso a você enquanto um incentivo de que qualquer um pode chegar longe e, independentemente de toda a dificuldade, sempre há algo bom e frutos a colher, caso seja trilhado um caminho com humildade, fé e muita luta! Espero que você se apaixone por essa ciência tão bela como um dia eu me apaixonei. Grande abraço e muito estudo para você!
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Ao longo do livro, você será convidado(a) a refletir, questionar e transformar. Aproveite este momento.
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FUNDAMENTOS DE GENÉTICA HUMANA
Suponha que um hospital de sua região está oferecendo uma vaga de estágio remu- nerado na área de genética. Trata-se de um setor muito importante do hospital, visto que, atualmente, hospitais e outros grandes centros podem abrir setores para áreas de estudos e atendimentos de pacientes com doenças raras. Por isso, podem oferecer vagas para nutricionista, médico, enfermeiro, biomédico e farmacêutico, por exemplo. A prova de seleção avaliará o conhecimento dos candidatos em relação à área com ênfase em aconselhamento genético, leitura e execução de exames diagnósticos.
Embora, individualmente, sejam raras, se somadas, as doenças genéticas têm pre- valência estimada de 31,5 a 73,0 por 1.000 indivíduos. Além disso, estudos sustentam que os defeitos congênitos e as doenças genéticas são a segunda causa de mortali- dade infantil no Brasil. Por esses e outros motivos, foi estabelecida a Política Nacional de Atenção Integral às Pessoas com Doenças Raras no Sistema Único de Saúde. Essa política, instituída em 2014, foi extremamente importante, pois colabora com as fun- ções específicas para a atenção primária à saúde, incluindo o diagnóstico precoce e o mapeamento de pessoas com ou sob o risco de desenvolver doenças genéticas raras e/ ou defeitos congênitos, para que haja um encaminhamento regulado. Isso permitiu que os locais de atendimento pudessem contratar e contar com profissionais da saúde com especialidade na área de genética humana e médica, ao abrir o campo de vagas para profissionais que desejam estudar essa realidade tão impactante (SANTOS et al., 2020).
Tendo em vista que a disciplina “Genética humana” é a base do teste, você se con- sidera apto(a) a prestar a prova? Você conhece as principais leis e sabe os conceitos voltados ao material genético, incluindo o seu comportamento nas diferentes doenças e síndromes genéticas com as quais trabalhará, caso consiga o estágio?
Imagine que você foi aprovado(a) e começou a estagiar no hospital. Vários casos clínicos chegam até você, dentre eles, um em especial. Uma criança, aparentemente, nasceu normal, mas, à medida que os meses se passaram, ela começou a apresentar irritabilidade, debilidade de aprendizado e problemas gastrointestinais.
O médico, após vários exames, incluindo o de triagem mínima urinária, verificou que a paciente apresentava fenilalanina acima do normal. Isso permitiu a constatação de que a criança apresentava a doença fenilcetonúria. Logo, foram prescritas medicações específicas e solicitado o encaminhamento da criança a um nutricionista, para que fosse prescrita uma reeducação alimentar, com a exclusão de fenilalanina da sua dieta alimentar. Diante disso, você se pergunta: por quê? Qual é relação da dieta alimentar com esses sinais? A prevenção do retardo mental da criança pode ser feita com uma mudança de dieta?
Você não precisa fazer parte de um estágio e estar com todos os conhecimentos guardados, até porque o próprio estágio te fornecerá a experiência correta. Contudo, você precisa da base dessa genética, ou seja, deve entender os conceitos relacionados ao material genético, às mutações, às doenças genéticas e as suas manifestações, a fim de saber onde encontrar maiores informações, fornecer dados, solicitar exames com maiores certezas e, assim, otimizar o atendimento.
Por se tratar de doenças que, em geral, não apresentam cura e, muitas vezes, os ge- nitores acreditam que os filhos carregam a doença por problemas que eles possam ter gerado, a esperança que os rege é uma possível cura. Normalmente, também buscam saber se os outros filhos nascerão “normais”. Por isso, é imprescindível ter uma boa base da disciplina “Genética humana”, para que você, em conjunto com a equipe, realize os exames corretos, faça uma boa leitura deles e, desse modo, forneça o máximo de informações eficazes aos pais e/ou responsáveis ou até mesmo aos próprios pacientes.
Considerando todas as necessidades dos profissionais da área da saúde em relação ao mercado de trabalho e à qualificação profissional, este livro visa elucidar as princi- pais características genéticas que regem as principais doenças e síndromes genéticas. Não só, mas explicará o modo como os exames devem ser solicitados e explicitará os encaminhamentos a serem feitos para o paciente envolvido.
Enquanto profissional da área da saúde, você não é apenas responsável pelas infor- mações acerca do material genético, seu comportamento e diferentes manifestações, mas também precisa promover um direcionamento ao paciente em relação aos exames corretos a serem pedidos e à equipe multidisciplinar que ele deve ser encaminhado, a fim de potencializar a qualidade de vida.
Você, enquanto profissional da saúde, será o(a) detentor(a) de informações cruciais para a sobrevida de muitos envolvidos. Fornecer e divulgar os conhecimentos de for- ma correta fazem parte de sua formação e, por isso, estudá-las neste momento são essenciais.
Venha comigo! Vamos entender um pouco mais essa genética tão intrigante! Abraços, Maria Fernanda!
APRENDIZAGEM CAMINHOS DE
6 117 PADRÕES DE HERANÇA AUTOSSÔMICA
GENÉTICA MENDELIANA PRIMEIRA LEI DE MENDEL: A SEGREGAÇÃO MONOFATORIAL
EXPRESSÃO GÊNICA: TRANSCRIÇÃO E TRADUÇÃO
GENÉTICA MENDELIANA: SEGUNDA LEI DE MENDEL: A SEGREGAÇÃO INDEPENDENTE
ERROS INATOS DE METABOLISMO
101
7 137 8 153 MUTAÇÕES: ALTERAÇÕES NUMÉRICAS E ESTRUTURAIS DOS CROMOSSOMOS
DETERMINAÇÃO DO SEXO E HERANÇAS RELACIONADAS
9 181 GENÉTICA QUANTITATIVA E DE POPULAÇÕES
1 Nesta unidade, trabalharemos o material genético, que é essencial para o conhecimento de toda a evolução da genética humana. Nesse sentido, você compreenderá as partes que compõem o DNA e o RNA, assim como entenderá como esses materiais se organizam para for- mar os cromossomos, os quais são essenciais para o estudo da vida. Também serão abordados os principais conceitos e aspectos que abrangem cada um dos componentes desses materiais genéticos.
Conhecendo o material genético: DNA e RNA Dra. Maria Fernanda Piffer Tomasi Baldez da Silva
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UNICESUMAR
Suponha que você, acadêmico(a) da área da saúde, esteja em um laboratório e, em um determinado momento, chega um exame re- pleto de letras sequenciais e diagramas. Já imaginou? Estas letras correspondem ao sequenciamento de uma molécula envolvida com um vírus extremamente contagioso, por exemplo, o Covid-19. De que modo você poderia interpretar essa sequência de letras? Qual é a relação delas com o vírus e com a sua capacidade de infecção? O que seria esse “sequenciamento”?
As letras sequenciais nada mais são que as bases nitrogenadas, um dos componentes essenciais para formação correta do DNA e do RNA. Portanto, elas e os demais componentes desses materiais genéticos definem todas as características humanas. No caso anterior, trata-se da sequência das bases nitrogenadas do material genético do vírus. A sua sequência, da forma como é descrita, apresenta uma sequência de genes responsável pelo poder infectante desse vírus. Evidentemente, existem equipamentos sofisticados que te ajudarão a fazer a leitura do exame, mas conhecer cada uma das bases e os demais componentes do material genético proporciona maior su- cesso na elucidação do exame.
Para iniciarmos o estudo desta unidade, gostaria que você fizesse uma pesquisa rápida na Internet usando as seguintes palavras-chave: base nitrogenada, DNA, RNA, cromatina, cromossomos e genes. Muitos serão os textos que surgirão dessa pesquisa inicial. Selecione os mais atuais (cerca de quatro a seis estudos) e faça um mapa mental com as suas principais características e outros termos relacionados.
Pense em trabalhar em um laboratório onde você poderá lidar com materiais genéticos a todo momento. No laboratório, você terá contato com diversos exames, desde os mais simples até os mais com- plexos, tanto na execução quanto em sua interpretação. Para tanto, você precisará das noções básicas do material genético, como a sua composição e a função dentro da cadeia de produção de proteínas.
Diante disso, você chegará à conclusão de que os seus conhe- cimentos prévios são essenciais para o seu desenvolvimento pro- fissional, seja na docência, seja na atuação prática. Contudo, quais seriam esses conhecimentos básicos? Você saberia explicar? Qual seria, por exemplo, a melhor fase da divisão celular para analisar os cromossomos? Qual seria a melhor fase para analisar os genes? A partir de qual composição do material genético você iniciaria a execução de um dado exame?
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UNIDADE 1
Você deverá ter em mente que o DNA, o RNA, a cromatina, os cromossomos e os genes se referem a uma sequência importante de definição do ser humano. Essas formas apenas definem estados bio- químicos diferentes de um mesmo material genético. No entanto, essas formas não são visíveis con- comitantemente, ou seja, em cada fase de uma divisão celular, será possível observar apenas uma das formas descritas. Isso implica na forma de trabalho com esse material genético, dependendo do que se quer observar. Utilize o seu diário de bordo para responder brevemente as questões apresentadas. Esse e os demais assuntos voltados ao material genético serão abordados nesta unidade.
Imagine como deve ter sido difícil entender de onde as nossas características eram provenientes e o porquê elas eram e ainda são tão diferentes e, algumas vezes, tão sutis, entre um indivíduo e outro. Para entender a origem de tudo, vários foram os cientistas e as técnicas utilizadas, a fim de compreender o modo como tudo se formava. Um desses cientistas foi o médico Frederick Griffith (SNUSTAD; SIMMONS, 2013). Em 1928, ele conseguiu provar que havia uma estrutura capaz de determinar a capacidade de infecção de uma bactéria e que essa estrutura era a capa das proteínas que envolviam essa bactéria. Para conseguir provar a sua tese, Griffith realizou um experimento que ficou conhecido como “princípio transformante”. Para tanto, como objeto de estudo, usou o Streptococcus pneumoniae (Figura 1), que é capaz de causar infecções respiratórias adquiridas, como sinusites e pneumonias. A intenção era saber qual parte da bactéria era a responsável por causar os sinais e os sintomas referidos, além de entender a maneira como esse organismo se produz dentro de nossas células, causando tantos danos. Griffith fez isso estudando bactérias com e sem cápsula.
DIÁRIO DE BORDO
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Griffith observou que, quando as bactérias estavam com a cápsula, ou seja, no momento em que as bactérias virulentas eram inoculadas em camundongos, os animais adquiriam pneumonia e morriam. Já quando os animais eram inoculados com bactérias avirulentas vivas, ou seja, sem a cápsula, o animal sobrevivia. Quando Griffith matava as bactérias virulentas por meio do calor e, depois, as inoculava nos animais, o que se observava era que as bactérias, em detrimento de terem as suas cápsulas destruídas pelo calor, permitiam que os animais sobrevivessem. Entretanto, quando as bactérias virulentas mor- tas pelo calor e as bactérias avirulentas vivas eram inoculadas juntas, havia a morte dos animais. Por intermédio de amostras de sangue desses animais, foi verificada a existência de bactérias virulentas, ou seja, houve a transformação das avirulentas em virulentas vivas. No entanto, não se sabia qual era o princípio responsável pela transformação das bactérias avirulentas em virulentas.
Somente em 1944 é que o médico Oswald Avery e colaboradores elucidaram o princípio trans- formante e comprovaram que, mesmo que a infecção seja causada pela cápsula da bactéria, o que transformava um tipo de microrganismo em outro era o DNA. Contudo, será que esse DNA também existe em organismos eucariotos? Sim, existe! Em 1952, Hershey e Chase demonstraram a existência do DNA enquanto material genético em um eucarionte, o bacteriófago T2 (Figura 2). Por meio do experimento, conseguiram provar que era o DNA que entrava no hospedeiro durante a reprodução do microrganismo e que esse mesmo DNA podia ser transmitido aos bacteriófagos da prole (SNUSTAD; SIMMONS, 2013).
Descrição da Imagem: na figura, é possível observar uma grande quantidade de bactérias com formato de bastonete.
Figura 1 - Imagem ilustrativa da bactéria Streptococus pneumoniae
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UNIDADE 1
Foi em 1953 que dois cientistas, Watson e Crick, baseados nesses e em outros experimentos, conseguiram determinar as características do DNA. Esses dados são usados até hoje para mostrar a estrutura desse material genético tão importante e para evidenciar o modo como, a partir dele, podemos construir outro material genético, o RNA. A partir de agora, estudaremos esses dois materiais genéticos tão relevantes.
O DNA e o RNA são abreviações da língua inglesa para ácido desoxirribonucléico e ácido ribonucleico, respectivamente. Eles são compostos pelas sequências de estruturas conhecidas como nucleotídeos (ALBERTS et al., 2017). Cada nucleotídeo, no entanto, é formado por um grupo fosfato, uma pentose e uma base nitrogenada. São cinco os tipos de nucleotídeos encontrados, os quais são nomeados pelo tipo de base nitrogenada que carregam, assim como podemos verificar na Figura 3.
Descrição da Imagem: a figura mostra uma bactéria com bacteriófagos ao redor, o que evidencia a infecção da bactéria causada pelos bacteriófagos. A estrutura da bactéria é em bastão e a sua coloração é alaranjada. Já os bacteriófagos apresentam cor verde e são constituídos por cabeça e cauda.
Figura 2 - Imagem ilustrativa do bacteriófago T2 infectando uma bactéria
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UNICESUMAR
Fique atento(a)! Na Figura 4, é possível observar que existem nucleotídeos comuns ao DNA e ao RNA, assim como há nucleotídeos específicos a cada um. À esquerda, é visível a representação dos quatro tipos de nucleotídeos encontrados no DNA, que são nominados pelas bases nitrogenadas timina, adenina, citosina e guanina. À direita, são observáveis os nucleotídeos presentes no RNA, que se diferem dos nucleotídeos do DNA pela existência do nucleotídeo que contém a uracila (exclusiva do RNA) e pela inexistência dos nucleotídeos com timina.
A pentose é formada por cinco carbonos, os quais podem se agrupar de duas formas e formar a desoxirribose e a ribose. A primeira é encontrada no DNA e a segunda está presente no RNA. Elas recebem esses nomes pela presença ou pela ausência de oxigênio na hidroxila no carbono 2 da pentose. Em relação à pentose do DNA, não existe oxigênio nessa hidroxila, quando comparada com a ribose no RNA. Por isso, foi acrescentada a terminologia –des, que significa falta, e -oxi-, que faz menção ao oxigênio da hidroxila, completando o termo “desoxirribose” (Figura 4).
Desoxirribonucleotídeo timina
Desoxirribonucleotídeo adenina
Desoxirribonucleotídeo citosina
Desoxirribonucleotídeo guanina
Ribonucleotídeo uracila
Ribonucleotídeo adenina
Ribonucleotídeo citosina
Ribonucleotídeo guanina
Descrição da Imagem: na coluna da esquerda, estão quatro grupos moleculares. De cima para baixo, temos o deso- xirribonucleotídeo timina, seguido por desoxirribonucleótido adenina, desoxirribonucleótido citosina e desoxirribonu- cleotídeo guanina. Também há círculos amarelos, que representam o grupo fosfato; estruturas azuis, que representam a desoxirribose (D); estruturas arroxeadas, que representam as bases nitrogenadas timina (T); estruturas róseas, as quais representam as bases nitrogenadas adenina (A); estruturas azuladas, que representam as bases nitrogenadas citosina (S); e estruturas alaranjadas, as quais representam as bases nitrogenadas guanina (G). Na coluna da direita, encontram-se quatro grupos moleculares. De cima para baixo, temos o ribonucleotídeo uracila, seguido por ribonu- cleotídeo adenina, ribonucleotídeo citosina e ribonucleotídeo guanina. Também há círculos amarelos, que representam o grupo fosfato; estruturas verdes, que representam a ribose (R); estruturas rosadas, as quais representam as bases nitrogenadas uracila (U); estruturas róseas, que representam as bases nitrogenadas adenina (A); estruturas azuladas, as quais representam as bases nitrogenadas citosina (S); e estruturas alaranjadas, que representam as bases nitro- genadas guanina (G).
Figura 3 - Nucleotídeos representativos das moléculas de DNA e de RNA
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UNIDADE 1
Já as bases nitrogenadas são formadas por anéis carbônicos contendo nitrogênio, oxigênio e hidrogênio. Eles também se agrupam de maneira específica e podem formar dois grandes grupos de bases: as pirimídicas e as púricas (Figura 5). As ba- ses pirimídicas são aquelas que têm apenas um anel de carbono e são três as mais conhecidas: a citosina, a timina e a uracila. Já as bases nitrogenadas púri- cas apresentam dois anéis de carbono: a adenina e a guani- na (NUSSBAUM; MCINNES; WILLARD, 2016).
Descrição da Imagem: à esquerda, está representada a pentose do DNA, que é chamada de “desoxirribose”. Também é observável o hidrogênio (H) destacado em azul. Já à direita, está representada a pentose do RNA. Tam- bém é destacada de cor de rosa a hidroxila (OH).
Figura 4 - Diferenças entre a desoxirribose e a ribose
Descrição da Imagem: na figura, a timina e a uracila são demonstradas por meio das ligações carbônicas em forma de um anel que tem ligações envolvendo nitrogênio (N), oxigênio (O) e hidrogênio (H). A citosina é demonstrada por intermédio das ligações carbônicas em forma de um anel com ligações envolvendo nitrogênio (N), oxigênio (O) e hidro- gênio (H). Nota-se, no ápice da molécula, a presença de NH2, ao contrário do O encontrado na timina e na uracila. A adenina é demonstrada por meio das ligações carbônicas em forma de dois anéis com ligações envolvendo nitrogênio (N), oxigênio (O) e hidrogênio (H). A guanina (guanine) é demonstrada por meio das ligações carbônicas em forma de dois anéis com ligações envolvendo nitrogênio (N), oxigênio (O) e hidrogênio (H). Nota-se que, no ápice da molécula, há a presença de O, ao contrário de NH2.
Figura 5 - Bases pirimídicas (timina, uracila e citosina) e bases púricas (adenina e guanina)
DIFERENÇAS ENTRE A DESOXIRRIBOSE E A RIBOSE
RiboseDesoxirribose
NULEOBASES
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UNICESUMAR
Agora que você já estudou um pouco os componentes de um nucleotídeo, vamos entender como eles se ligam? Entre o grupo fosfato, a pentose é a base nitrogenada. Além disso, existem ligações químicas responsáveis pela formação do nucleotídeo e pela união deles entre si. As ligações que mantêm os com- ponentes do nucleotídeo unidos entre si são a ligação glicosídica e a ligação fosfoéster. A primeira é a responsável por unir a pentose à base nitrogenada por meio do carbono 1 da pentose e da base nitrogenada. Já a ligação fosfoéster é a responsável por unir o grupo fosfato à pentose por intermédio do carbono 5 da pentose e do grupo fosfato.
O que também se sabe é que o material genético é formado por sequências desses nucleotídeos unidos entre si. Para que permaneçam estáveis, a ligação ocorre entre o fosfato do carbono 5 de uma pentose e o carbono 3 da pentose seguinte. O nome dessa ligação é ligação fosfodiéster (Figura 6). As ligações feitas ao longo da fita deixam duas pontas livres e são conhecidas como terminais 5’ e 3’, ou seja, a extremidade 5’ é aquela que em que o carbono 5 está livre e a extremidade 3’ é aquela em que o carbono 3 está livre, o que indica que o material genético é uma estrutura linear (BORGES-OSÓRIO; ROBINSON, 2013).
Descrição da Imagem: na figura, do lado esquerdo, há a presença dos agrupamentos fosfato, pentose e base ni- trogenada. O fosfato é representado por um círculo alaranjado, a pentose por um pentágono de cor roxa e a base nitrogenada por um hexágono na cor verde. Já do lado direito, é observável a representação da fita dupla hélice do DNA, evidenciando as pontas 5' e 3'. A ilustração apresenta setas vermelhas que representam as ligações fosfodiéster.
Figura 6 - Ilustração da ligação fosfodiéster entre o fosfato do carbono 5 de uma pentose e o carbono 3 da pentose seguinte
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UNIDADE 1
Quando descobriram o DNA, constataram que a sua estrutura era composta por sequências de nu- cleotídeos e que elas deveriam se unir de alguma forma. Você sabe como isso acontece? É simples: as fitas se unem por meio das bases nitrogenadas. Em 1940, Chargaff descobriu certa proporção entre as bases púricas e pirimídicas na estrutura do DNA. Ele verificou que as bases nitrogenadas púricas e as pirimídicas são complementares entre si. No caso do DNA, a adenina sempre se ligava por meio de duas pontes de hidrogênio à timina e a guanina por intermédio de três pontes de hidrogênio à citosina (Figura 7). Chargaff também descobriu que o número de pares de bases e, consequentemente, o nú- mero de pares de nucleotídeos variam nos diferentes organismos, de acordo com a sua complexidade (NUSSBAUM; MCINNES; WILLARD, 2013).
Descrição da Imagem: na figura, da esquerda para a direita, temos a citosina, a guanina, a timina e a adenina. Os círculos representam as moléculas de hidrogênio (branco), nitrogênio (azul), oxigênio (alaranjado) e carbono (cinza). Já a estrutura em rosa representa a pentose e as estruturas em anéis, que estão nas cores roxo e azul, representam as bases nitrogenadas. Por fim, as linhas pontilhadas evidenciam as pontes de hidrogênio.
Figura 7 - Pareamento das bases do DNA
Nucleotídeos
Hidrogênio
Nitrogênio
Oxigênio
Carbono
Ao final de todas essas descobertas, foi possível demonstrar que a estrutura completa do DNA se apre- senta enquanto duas cadeias lineares e polinucleotídicas enroladas para a direita, sendo complementares e antiparalelas. Em outras palavras, uma fita se dá no sentido 5’ para 3’, enquanto a outra acontece no sentido inverso (3’ para 5’), assim como você pode observar na Figura 8.
Vamos explorar mais essa molécula tão complexa? Que tal uma realidade
aumentada da Figura 8? Assim, você poderá ter uma
ideia mais real e tridimensional da estrutura, composição e movimentação do ácido
desoxirribonucléico.
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UNICESUMAR
Na realidade aumentada, você observou que o DNA é uma molécula tridimensional com uma fita dupla que tem o seu giro para a direita. Uma das fitas é sentido 3’ - 5’ e a outra é o inverso 5’ - 3’. Isso se deve às ligações que devem ocorrer entre as bases nitrogenadas. Em detrimento da composição química das bases nitrogenadas e das suas ligações livres, as duas fitas de DNA só podem se ligar desde que elas estejam uma o inverso e opostas à outra, ou seja, no formato antiparalelo.
Além disso, as ligações chamadas “pontes de hidrogênio” permitem a ocorrência de ligações às bases de maneira específica. A timina e a adenina se unem por meio de duas pontes de hidrogênio, enquanto as bases guanina e citosina se ligam por intermédio de três pontes de hidrogênio. Nesse con-
DNA double helix
Citosina (C) Guanina (G) Timina (T) Adenina (A)
Descrição da Imagem: na figura, a estrutura em hélice do DNA (represen- tada por linhas verticais verdes) é o DNA, evidenciando os locais onde ficam os grupos fosfato e pentoses. Também há letras internas, as quais represen- tam as bases nitrogenadas (representadas pelas letras G, C, T e A) ligadas entre si por meio de pontes de hidrogênio (linhas pontilhadas), em que C (citosina -roxa) sempre se liga por intermédio de três pontes de hidrogênio com G (guanina- azul) e vice-versa. Além disso, T (timina - amarelo) sempre se liga por meio de duas pontes de hidrogênio com A (adenina - vermelho) e vice-versa. É observável que uma das linhas verticais verdes é sentido 5’ - 3’ e a outra é 3’-5’, ou seja, tratam-se de fitas antiparalelas.
Figura 8 - Estrutura do DNA dupla hélice
REALIDADE AUMENTADA
ÁCIDO RIBONUCLEICO
UNIDADE 1
texto, podemos concluir que fitas de DNA com maior proporção de guanina-citosina são mais estáveis que as fitas com adenina-timina.
Perceba também a organização das ligações das fitas: interna- mente à dupla fita, temos as ligações entre as bases nitrogenadas, que unem as duas fitas. Já nos extremos, representados pelas linhas helicoidais verdes, estão as moléculas de fosfato ligadas (por liga- ções fosfodiéster) às pentoses do tipo desoxirriboses, que formam cada fita. Essa organização é muito semelhante a uma escadaria com corrimão, em que as escadas são as bases e os corrimões são os grupamentos fosfato e pentoses.
Já o ácido ribonucleico (RNA), assim como é visível na Figura 9, é formado por apenas uma sequência de nucleotídeos e com a base nitrogenada específica dele, a uracila.
Descrição da Imagem: na figura, à esquerda, está ilustrada a fita de RNA (ácido ribonucleico) em uma linha vertical azul com as bases nitrogenadas, que são representadas por retângulos roxo, amarelo, vermelho e azul claro. À direita, estão ilustrados os quatro tipos de bases nitrogenadas encontra- dos na fita. De cima para baixo, temos a adenina (molécula azul clara), a guanina (amarela), a citosina (vermelho) e a uracila (roxo).
Figura 9 - Molécula de RNA
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UNICESUMAR
Você sabia que, além do DNA no formato de dupla hélice linear, você pode encontrar outros formatos? Quando Watson e Crick desvendaram a estrutura do DNA, eles se basearam no tipo mais comumente encontrado: o DNA tipo B. No entanto, além da forma linear, você poderá se deparar com estudos que mostram o DNA sob a forma circular. Ele pode ser encontrado no citoplasma de bactérias e vírus ou, então, formando o DNA que encontramos nas mitocôndrias, assim como é visível na Figura 10.
Descrição da Imagem: a figura ilustra o DNA em forma de círculo. Nela, há duas linhas, uma azul e outra vermelha. Cada uma representa uma das fitas do DNA. Também há linhas cinzas no interior das fitas duplas, que representam as pontes de hidrogênio.
Figura 10 - Estrutura de DNA circular
Agora que você já conhece a estruturação do material genético, que tal entendermos como ele está organizado em nossas células? Você se lembra que, no começo desta unidade, você foi questionado sobre um exame que tinha uma sequência de letras que deveriam ser elucidadas? O que será que essas letras, que, agora, você já sabe que são as bases nitrogenadas, podem nos responder sobre as nossas características? Será que são elas, por exemplo, que determinam a cor de cabelo ou o formato de olho? Que teremos, ou não, câncer? Isso é o que veremos a seguir!
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UNIDADE 1
No século XIX, estudos microscópicos das células eucarióticas levaram os cientistas a suporem que o núcleo da célula continha estruturas com mecanismos importantes que poderiam ser passados de gerações em gerações. Eles descobriram a existência da cromatina. Quando você estudou o DNA, você constatou que ele é formado por uma sequência de nucleotídeos, certo? O ácido desoxirribonucléico é uma molécula imensa e, se de alguma forma, não se compactar, não cabe nos núcleos de suas células (GRIFFITHS et al., 2017). Por isso, o DNA se associa a uma grande quantidade de proteínas e forma uma massa compacta que é conhecida como cromatina (Figura 11).
Descrição da Imagem: na figura, há uma estrutura circular cor de rosa, a qual é uma representação esquemática do núcleo. Ela está com uma estrutura emaranhada de cor azul em seu interior, que representa o DNA sob a forma de cromatina.
Figura 11 - Imagem de um núcleo cortado com um emaranhado de DNA em seu interior
A cromatina apresenta uma estrutura composta por DNA, proteínas histônicas e proteínas não-histô- nicas. As proteínas histônicas têm uma estrutura em hélice, assim como o próprio DNA. No entanto, apresentam caráter básico, que favorece a sua ligação ao DNA, que tem caráter ácido. Em outras pa- lavras, as cargas positivas das proteínas histônicas as auxiliam na ligação com o esqueleto de fosfato e os açúcares negativamente carregados do DNA.
São cinco histonas, as chamadas H1, H2A, H2B, H3 e H4. As histonas H2A, H2B, H3 e H4 formam um octâmero, que se liga no DNA. Essa interação para formar o octâmero se dá pela associação tetramérica de H3-H4 unida à dois dímeros de H2A-H2B. A histona H1 tem a função de colaborar com o empacotamento mais adiante da cromatina, fase conhecida como solenoide. Todavia, não se preocupe, pois a estudaremos mais adiante nesta unidade (GRIFFITHS et al., 2017).
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O octâmero se organiza ao redor do DNA, a fim de que seja possível que o material genético dê duas voltas ao redor dele, o que ajuda a diminuir o tamanho do material genético como um todo. Cada estrutura de DNA em conjunto com octâmero de histonas é conhecida como nucleossomo, assim como é perceptível na Figura 12. Já a sequência de vários nucleossomos é conhecida como nucleofi- lamento. Perceba que, entre os nucleossomos, há um DNA desnudo chamado DNA de ligação ou espaçador, em que há cerca de 20 a 100 pares de bases. É nele que todo maquinário enzimático pode acessar as bases nitrogenadas para produzir as estruturas que determinam as nossas características, cuja palavra representativa é “gene” (SNUSTAD; SIMMONS, 2013).
Além das proteínas histônicas, existem as proteínas não-histônicas, que são um grupo hetero- gêneo formado por proteínas ácidas e maiores. Trata-se de todas as demais proteínas estruturais que estão envolvidas na formação posterior do cromossomo; proteínas associadas à replicação e reparo do DNA; e proteínas envolvidas na regulação gênica. Como regra geral, as proteínas não-histônicas estão associadas à estruturação da cromatina em níveis de organização superiores, enquanto as proteínas histônicas correspondem ao nível de organização básico do material genético.
Cada uma das células das proteínas não-histônicas tem o núcleo com tipos de colorações diferentes e relacionadas diretamente com os padrões distintos da cromatina: a eucromatina e a heterocromatina. A eucromatina, que aparece com uma coloração mais clara no núcleo, é a cromatina ativa, ou seja,
Cromatina
Sequência de DNA
DNA acessível
Descrição da Imagem: a figura representa o DNA sob várias formas de compactação. Há, em azul, estruturas circula- res que simbolizam os octâmeros de histonas. Cada octâmero está envolvido por duas linhas roxas, que representam as duas voltas que o DNA dá em cada octâmero. Também há uma linha vermelha que mostra um gene, o qual pode estar dentro ou fora da estrutura dos octâmeros. Quando está fora, ou seja, sem octâmero ligado, é chamado de “gene ativo” e, quando está ligado, é chamado de “gene inativo”.
Figura 12 - Ilustração da cromatina com os octâmeros de histonas enrolados no DNA em evidência
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UNIDADE 1
aquela que está acessível ao maquinário enzimático e é capaz de produzir proteínas e determinar as suas características. Já a heterocromatina, que tem cor mais escura, é a cromatina inativa ou pouco ativa. Nela, dificilmente ocorrerá a expressão de qualquer gene. As fibras de DNA e as proteínas que constituem a eucromatina também fazem parte da heterocromatina. Logo, eucromatina e heterocro- matina não são elementos distintos, mas diferentes graus de condensação do material genético.
Descrição da Imagem: na imagem, há uma linha circular em vermelho, que representa o envoltório nuclear. Dentro dessa linha, também há um círculo em azul, que se refere ao nucléolo e, em volta, há um círculo um pouco maior e de cor verde, que expressa a heterocromatina. Por fim, para completar o espaço dentro da linha, de cor cinza, é evidenciada a eucromatina.
Figura 13 - Imagem em microscopia eletrônica que evidencia o núcleo
A eucromatina representa cerca de 10% do material genético (genoma) ativo e, nesse local, os nucleos- somos estão menos condensados. A proteína H1 parece estar ligada mais frouxamente à cromatina e, apesar das quatro histonas nucleossomais estarem em quantidades normais na cromatina ativa, elas são extremamente acetiladas (adição de grupo acetil às histonas), quando comparadas às histonas da cromatina inativa, o que garante maior atividade a esse material.
Algumas regiões da cromatina, no entanto, encontram-se densamente empacotadas, condição com- parável à do cromossomo, cuja denominação é heterocromatina. Elas são compostas por sequências de DNA repetitivo com pouca ou nenhuma atividade gênica, ou seja, que quase não contém genes. Os genes que estão heterocromatinizados são resistentes à expressão gênica. Geralmente, esse DNA se apresenta metilado (adição de metil à molécula), a fim de diminuir a transcrição nessa região, e com hipoacetilação histônica (menor quantidade de grupos acetil nas histonas), aumentando a carga positiva da molécula, o que facilita a condensação do material genético e diminui a expressão gênica (NUSSBAUM; MCINNES; WILLARD, 2016).
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A heterocromatina ainda pode se distinguir em heterocromatina constitutiva e heterocromatina facultativa. A heterocromatina constitutiva nunca se expressa, isto é, nunca é transcrita em RNA, uma vez que está permanentemente condensada. Já a heterocromatina facultativa é aquela que pode ser transcrita em RNA. É a parte da heterocromatina que está limitada a determinados tipos celulares e em certas fases do desenvolvimento. Um exemplo clássico é o cromossomo X dos mamíferos fêmeas (NUSSBAUM; MCINNES; WILLARD, 2016).
Você sabia que, no sexo feminino, metade das células apresentam o cromossomo X, que é de origem paterno ativo (eucromatinizado), e o cromossomo X, que é de origem materno inativo (heterocromatinizado)? Não só, mas que, na outra metade, encontramos o contrário disso? Você saberia dizer o motivo pelo qual ocorre essa situação? Isso acontece para que haja uma compensação na expressão do material genético, ou seja, para que a mulher não fique com excesso de genes em relação ao homem, o que aconteceria caso os dois cromossomos X funcionassem. A heterocromatinização, ou seja, a compactação do cromossomo X se inicia no 16º dia após a fecundação. Até essa fase, os dois cromossomos X têm comportamento eucromático. No entanto, a partir desse momento, cada célula terá a heterocromatinização de um dos seus X, o que promove a compensação da dosagem de genes. Essa heterocromatinização é tão in- tensa que é possível ver o cromossomo X heterocromatizinado no formato de um corpúsculo, o corpúsculo de Barr, quando são analisados os núcleos de células femininas (Figura 14). Fonte: a autora.
Descrição da Imagem: na figura, há um neurônio de formato fusiforme com estrutura circular clara no centro, o qual representa o núcleo. Em seu interior, há dois pontos de cor roxa: o maior é o nucléolo e o menor é o corpúsculo de Barr. Também há outras células em roxo ao redor, as quais representam outros tipos celulares do sistema nervoso.
Figura 14 - Neurônio corado com cristal violeta mostrando o corpúsculo de Barr (cromatina sexual) localizado próximo a um grande nucléolo
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UNIDADE 1
A cromatina, por ocasião de uma divisão celular, seja para multiplicar as suas células (mitose), seja para dividi-las (meiose), deve se compactar, a fim de formar estruturas únicas que são conhecidas como cromossomos. Esse processo não é direto (cromatina-cromossomos). Na realidade, a cromatina passa por níveis de compactação até que o cromossomo seja formado. Isso precisa ocorrer para que as células-filhas recebam as quantidades exatas de material genético, o que é facilitado pela própria estrutura do cromossomo, que garante uma divisão mais eficiente.
Além disso, a formação dos cromossomos no momento da divisão é essencial para garantir a integridade do material. Você precisa ter em mente que, quando o material genético está sob a forma de cromossomos, não haverá qualquer determinação de características, já que o material genético estará extremamente compactado e inacessível à maquinaria enzimática (GRIFFTHS et al., 2017).
Um aspecto relevante que você precisa ter em mente é que a cromatina e o cromossomo apresentam a mesma estrutura, o DNA, apenas com diferenças morfofisiológicas entre si. Além disso, com as descobertas das experiências relacionadas aos cruzamentos de um grande estudioso da hereditariedade, Gregor Mendel, no começo do século XX e, depois, por parte de Morgan, em 1910, tornou-se plausível a existência, nos cromos- somos, de estruturas que poderiam ser traduzidas em características, os chamados genes, os quais seriam transmitidos dos genitores para a prole.
Relembre o que você estudou até agora: o filamento de cromatina que contém vários nucleossomos unidos se chama nucleofilamento. Contudo, na presença das histonas H1, esse nucleofilamento pode ado- tar uma conformação mais compacta, em detrimento do enrolamento desses nucleossomos sobre si mesmos. Portanto, a histona H1 pode ser chamada de proteína histônica de ligação, já que, além de ajudar na ma- nutenção do nucleossomo, também colabora para a compactação de um nucleossomo a outro.
Quando esses nucleossomos se aproximam, por meio de interações, das histonas H1, em forma de interação zigue-zague, eles estruturam um segun- do nível de compactação chamado solenóide, compactando ainda mais o material genético. Os solenóides também podem dobrar sobre si mesmos por enovelamento helicoidal ou em forma de alças (mais comum), com a ajuda das proteínas não-histônicas. Por fim, essas alças ainda se compactam e dobram sobre si mesmas, formando as cromátides dos cromossomos, último nível de compactação da cromatina. Para isso, são recrutadas pro- teínas não-histônicas específicas, como as condensinas e as coesinas.
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Histonas
Chromossome
Adenina (A)
Timina (T)
Guanina (G)
Citosina (C)
Descrição da Imagem: na figura, de cima para baixo, é possível encontrar o DNA, que é representado por duas fitas verdes em hélice com as bases nitrogenadas (retângulos coloridos) em seu interior, ligados por pontes de hidrogênio (linhas pontilhadas). O DNA se enrola sobre os octâmeros de histonas (estruturas coloridas circulares), diminuindo o tamanho da fita. Seguindo, evidencia-se a compactação ainda maior do nucleofilamento por meio da aproximação dos octâmeros entre si, formando o solenoide. Depois, observa-se a formação de alças que culminam na formação do cromossomo, o que é evidenciado por um desenho em formato de X verde.
Figura 15 - Várias formas que podemos encontrar o DNA
Vale ressaltar que o cromossomo pode ser composto por uma ou duas cromátides. Entretanto, o que significa esse termo? Cromátide é uma porção do cromossomo, ou seja, em cada cromátide, encontra- remos apenas um DNA compactado. Todavia, por que toda vez que imaginamos uma imagem de um cromossomo, ele aparece em formato de “X”? Quando observamos o cromossomo à nível de metáfase, é perceptível que ele se apresenta duplicado, ou seja, com duas cromátides, o que se assemelha com o formato de um “X”. Essa duplicação se deu um pouco antes, no momento em que o material genético foi duplicado, ou seja, antes de se dividir, para garantir que as células filhas recebam material genético em quantidades proporcionais. Quando o DNA é duplicado, os produtos de duplicação (futuras cromátides) são unidos por meio de proteínas específicas, as coesinas, que formam uma espécie de anel envolvendo o DNA duplicado. Isso garante que, quando houver a compactação da cromatina, no momento inicial da divisão celular, os cromossomos apresentarão as duas cromátides idênticas (Figura 16).
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UNIDADE 1
Suponha que, hoje, você fosse chama- do para trabalhar como estagiário na área de aconselhamento genético, ou seja, em um laboratório que, a par- tir da coleta de material, determina o cariótipo (sequência, quantidade e morfologia dos cromossomos) de de- terminado indivíduo, com o objetivo de auxiliar na elucidação de algumas síndromes genéticas. Entretanto, para garantir a sua vaga no estágio, você precisa determinar o cariótipo apre- sentado na Figura 17. Diante dessa si- tuação, o que você faria? Conseguiria determinar o cariótipo?
Descrição da Imagem: na figura, há um desenho esquemático que mostra as partes que formam um cromossomo. Assim, são evidencia- dos os telômeros por meio de pontas vermelhas e o centrômero, por intermédio de um círculo azul central. Também é possível observar duas estruturas verticais azuis (cromátides-irmãs), as quais apresen- tam uma fita de DNA (linha branca). Acima da região do centrômero, está o braço curto (short arm) e, abaixo, o braço longo (long arm) do cromossomo.
Figura 16 - A estrutura do cromossomo com ênfase nas duas cromátides (cromátides-irmãs)
Cromossomo X
Centrômero
Cromátides-irmãs
Descrição da Imagem: na figura, os cromossomos estão representados por números. Para cada número, existe um par de cromossomos de igual tamanho e conformação de bandas claras e escuras (tracejados em tons variados de cinza). Totalizam-se 22 pares de cromossomos, chamados de autossomos. O último par é o par de cromossomos sexuais, que pode ser XX (sexo feminino) ou XY (sexo mascu- lino). Na figura, é possível observar dois cromossomos sexuais diferentes, sendo um maior (X) e um menor (Y).
Figura 17 - Cariótipo de um homem normal
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UNICESUMAR
A determinação do cariótipo só é possível porque existem diferentes tipos de cromossomos, que se di- ferem com base na disposição dos seus braços: o braço curto “p” e o braço longo “q”, ambos formados a partir do centrômero (Figura 18). O cromossomo metacêntrico apresenta os dois braços, “p” e “q”, do mesmo tamanho, enquanto o cromossomo submetacêntrico tem o braço “p” ligeiramente menor.
Quando o braço “p” é bem menor que o “q”, esse cromossomo é telocêntrico. Por fim, quando há apenas o braço “q”, o cromossomo será chamado de acrocêntrico, que é quase ausente nos humanos. Com base nessa disposição e na disposição das bandas sequenciais de cores claras (eucromatina) e escuras (heterocromatina) que cada cromossomo possui, você conseguirá entender a morfologia e a quantidade de cromossomos que aquela amostra tem e, assim, determinar possíveis alterações.
Com exceção das células germinativas, cada célula eucariótica é constituída por duas cópias de cada cromossomo, uma herdada da mãe e outra do pai. Esses cromossomos são conhecidos como cromos- somos homólogos. Os seres humanos apresentam 46 cromossomos nas suas células somáticas, os quais podem ser observados e distinguidos com a utilização de corantes específicos, que se ligam a certos tipos de sequências de DNA e formam padrões de bandas ao longo do cromossomo. O cariótipo que você viu na Figura 17 é uma demonstração clara desse tipo de cromossomo. Caso você se depare, no seu trabalho, com a necessidade de analisá-lo, isso se dará por intermédio da sequência, da morfologia e da estrutura de cada par de homólogos.
Descrição da Imagem: na figura, os cromossomos são representados por desenhos em X de diferentes tamanhos, já que, pela posição do centrômero (expresso por um círculo rosa), cada cromossomo receberá um nome diferente. São eles: metacêntrico (metacentric), submetacêntrico (submetacentric), acrocêntrico (acrocentric) e telocêntrico (telocentric).
Figura 18 - Tipos de cromossomos evidenciados pelo tamanho dos braços
TIPOS DE CROMOSSOMOS
UNIDADE 1
Descrição da Imagem: na figura, encontram-se cinco círculos que representam as células realizando o processo de mitose. Na intérfase, há a presença do núcleo, representado por um círculo interno menor, com o material genético sob a forma emaranhada, chamada de cromatina (linhas enoveladas roxas). Também há uma estrutura preta no cír- culo maior, a qual representa o centríolo. Na prófase, o núcleo desaparece, pois os centríolos ficam opostos às células e de forma duplicada. Além disso, a cromatina se compactou e formou os cromossomos, que são representados por estruturas amarelas e azuis em formato de X. Na metáfase, é observável a célula em maior tamanho e os cromossomos estão posicionados no centro da célula e presos pelos centríolos por meio das fibras de fuso (linhas pontilhadas). Na anáfase, há a separação das cromátides irmãs (separação das partes de um mesmo cromossomo). Por fim, na telófase, acontece o reaparecimento do núcleo e o término da divisão das células, simbolizado por duas estruturas circulares.
Figura 19 - Ilustração de um processo de mitose com ênfase nas fibras de fuso
Descrição da Imagem: na figura, há círculos, os quais representam as células realizando o processo de meiose. Da esquerda para a direita, há a desintegração do núcleo (representado por pontilhados em vermelho) com os centríolos, que vão para os lados opostos das células e de forma duplicada, presos pelas fibras de fuso (expressas por linhas pretas). Posteriormente, a célula fica em maior tamanho e os cromossomos permanecem posicionados no centro da célula, presos pelos centríolos por meio das fibras de fuso, com posterior separação. Por fim, há o reaparecimento do núcleo e acontece o término da divisão das células.
Figura 20 - Ilustração do processo de meiose com ênfase as fibras de fuso (conjunto de microtúbulos)
MITOSE
Intérfase Prófase Metáfase Anáfase Telófase
Além dos conceitos que você já estudou sobre os cromossomos homólogos e as bandas claras e escuras, você pode observar, na Figura 16, outras regiões do cromossomo, seja um cromossomo homólogo, seja um cromossomo único. O centrômero ou constrição primária é formado por uma sequência de DNA heterocromático e têm duas funções principais: a de unir as cromátides e a de ancorar os mi- crotúbulos no momento em que ocorrer a divisão das cromátides, a fim de direcioná-las corretamente na divisão celular. Perceba que, tanto na mitose quanto na meiose (Figuras 19 e 20), é na região do centrômero que as fibras de fuso se posicionam para “prender” o cromossomo na posição correta e, assim, garantir a divisão de maneira satisfatória para as células-filhas (ALBERTS et al., 2017).
Prófase I Metáfase I Anáfase I Telófase I e citocinese
Prófase II Metáfase II Anáfase II Telófase II e citocinese
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Ainda na Figura 16, você pode observar duas regiões destacadas em rosa nas pontas do cromossomo. Essas regiões são os telômeros, que representam o DNA das porções finais dos cromossomos e foram identificados pela primeira vez por Müller, na década de 30. Os telômeros devem manter a estabilidade estrutural do cromossomo e precisam ajudar na organização dos cromossomos, mantendo-os presos à membrana nuclear. No entanto, a cada divisão celular, parte dessas porções finais são perdidas, o que pode ser um fator determinante para o envelhecimento celular.
Por que não existe um mecanismo que possa manter as regiões teloméricas estáveis e sem perdas durante as divisões celulares? Esse mecanismo existe e é garantido por uma enzima chamada telomerase. Entretanto, nas células somáticas, essa enzima está inativa e funciona apenas nas células germinativas. Isso não é um aspecto negativo, já que, se alguma célula somática tiver defeito, ela acabará sendo des- truída pela falta de material genético, processo ocasionado pelas sucessivas perdas de material durante as divisões. Já em relação às células germinativas, o fato de a telomerase funcionar também é perfeito, porque, assim, teremos a garantia da perpetuação da espécie.
No entanto, ainda há um problema. Foi descoberto que as células cancerígenas, por algum motivo, conseguem ativar as suas telomerases e, com isso, dividem-se eternamente, sem que haja o envelheci- mento e a morte da célula. Esse processo é chamado de imortalização celular e é um dos fatores que torna tão complexa a eliminação do câncer de um organismo.
Agora que você já sabe bastante sobre os cromossomos, vamos estudar a relação entre o DNA, os genes, os cromossomos e a expressão das características. Você já deve ter ouvido falar que os genes podem ajudar a determinar as características essenciais para nós, certo? O que será que existe neles que garante essa função? Será que é algo na estrutura que pode estar, algumas vezes, alterado e gera as diferenças entre os indivíduos ou até mesmo algumas doenças?
Você sabia que as mulheres com idade acima de 35 anos têm maior probabilidade de gerar filhos com anomalias genéticas, como a síndrome de Down, o que pode estar relacionado com a ocorrência de falhas na meiose? Como você poderia relacionar esse fato com as fibras de fuso que acabamos de estudar? As mulheres já têm o processo de formação dos seus gametas iniciado ainda na vida intraute- rina. Isso significa que, quando uma mulher está com mais de 35 anos, seus gametas já estão mais velhos e com estruturas mais deficitárias. No momento em que esses cromossomos estiverem emparelhados pelas fibras de fuso e terão que se dividir para terminar a formação do gameta, iniciada há muito tempo, a divisão pode não ser igualitária e as células gaméticas receberão quantidades desiguais de cromossomos. Se uma dessas células, como a que recebeu um cromossomo a mais, for a que fará parte da fecundação, o zigoto terá mais cromossomos que o normal, gerando um feto com síndrome de Down. Fonte: a autora.
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UNIDADE 1
Quando você estudou o material genético no início desta unidade, você constatou que ele pode estar sobre várias conformações distintas, o que faz com ele desempenhe o seu papel corretamente. Muito antes de os biólogos entenderem a estrutura do DNA, eles já haviam reconhecido que os ge- nes estavam localizados nos cromossomos e que cada gene se encontrava em um local específico do cromossomo, chamado lócus gênico. Somente mais tarde, com a descoberta do DNA, é que se pôde relacionar essas estruturas e entender que um gene nada mais é que um segmento de DNA específico e contém um código, ou seja, a sequência de nucleotídeos, a fim de produzir um RNA e, depois, uma proteína funcional.
Contudo, lembre-se: não é sempre que um gene será capaz de produzir ao final uma proteína. Às vezes, ele produz apenas o RNA com outras funções, sem que se chegue a formar sequências proteicas. Por isso, convencionou-se chamar de éxon a porção do gene que é capaz de codificar proteínas e de íntrons as porções que não codificam (SNUSTAD; SIMMONS, 2013). Isso nos faz entender que apesar de o nosso DNA ser tão grande em comprimento, não é por completo que é capaz de produzir as pro- teínas que possam determinar as nossas características. Na verdade, apenas uma pequena parcela serve para isso. Toda a grande maioria do DNA busca garantir que a pequena parcela funcione perfeitamente.
Acredito que, depois de todo o estudo desta unidade, ficou claro que você, profissional da saúde, têm uma função relevante no entendimento da genética. Conhecer o material genético, sua composição e organização é necessário para que você possa interpretar exames e testes com os quais se deparará durante a sua vida profissional.
Querido(a) aluno(a), te convido a ouvir o podcast voltado à relação entre as células cancerígenas, os telômeros, a telomerase e o envelhecimento celular. Assim, abordaremos a tão sonhada busca pela imortalidade e pela cura do câncer.
M A
P A
M EN
TA L
Não é incrível como o nosso material genético está organizado e como ele é perfeito na determi- nação de cada uma de nossas características? Encerramos esta unidade com uma visão ampla e completa sobre o material genético e a relação entre o DNA, o RNA, os genes, os cromossomos e a determinação de características. Nesta unidade, você pôde observar que o material genético é extremamente complexo, porém extraordinariamente organizado, a fim de garantir que um organismo seja tão parecido e, ao mesmo tempo, tão diferente do outro.
Espero que esta unidade “abra a sua mente” e te instigue a ler mais sobre o assunto. Não só, mas que também te faça sentir familiarizado com essa estrutura tão importante para o ser hu- mano que é o material genético. Com esses conhecimentos, tenho certeza que se você precisar, durante a sua caminhada profissional, fazer leituras de exames e cariótipos, você conseguirá chegar a um resultado satisfatório.
Caro(a) aluno(a), agora, gostaria que você fizesse uma verificação crítica dos conhecimentos adquiridos ao término desta unidade. Para isso, construa um mapa mental estabelecendo as composições e as características do DNA e do RNA usando como base as seguintes palavras: número de fitas, tipo de bases nitrogenadas, ligação entre as bases e tipo de pentose. Observe o início do preenchimento e dê sequência a ele. Vamos lá?
Material GenéticoDNA RNA
Desoxirribose Tipo de pentose
A G
O R
A É
C O
M V
O C
Ê 1. O material genético é um componente estrutural de grande relevância para o ser hu-
mano e apresenta uma grande diversidade de informações essenciais ao organismo. Com base em seus estudos leia a excerto a seguir e assinale a alternativa que melhor o justifique: O núcleo é o centro das informações genéticas. O seu material genético pode se dar de duas formas, dependendo do estágio e do momento da divisão celular.
a) No núcleo, fica armazenado o RNA, que garante a determinação das características. Dependendo da necessidade, o RNA pode formar os cromossomos ou genes, que garantem a determinação das características.
b) As informações genéticas a que a frase se refere são os cromossomos, que contêm diferentes partes associadas intrinsecamente com o material genético conhecido como DNA.
c) Cromatina, cromossomo, genes e DNA se referem à mesma estrutura em estágios diferentes. No entanto, para determinar as informações genéticas, é necessária uma sequência correta de cromatina.
d) É no núcleo que fica armazenado o DNA, que contém uma sequência específica de nucleotídeos. Dependendo da necessidade, o DNA pode se encontrar sob a forma de cromatina ou sob a forma de cromossomo.
e) As informações genéticas dependem da interação entre RNA e maquinaria enzimática. Para isso, o RNA pode se encontrar sob duas formas distintas: cromatina ou cromos- somo. Ambas as estruturas podem ser vistas ao mesmo tempo no interior do núcleo.
37
Ê
2. Watson e Crick, em seus estudos sobre o material genético, descobriram a estrutura fantástica que esse material tem e que até hoje é estudada por nós. Desvendar o DNA e a sua estruturação tornou possível a descoberta da hereditariedade de algumas doenças e revelou o motivo pelo qual, entre os humanos, não existe raça, mas etnia. Tudo isso foi possível graças à descoberta da sequência de nucleotídeos existentes no DNA. Hoje, sabemos que há uma diferença muito pequena entre as sequências de dois indivíduos, mas que podem determinar as características específicas do formato dos olhos de um sujeito, por exemplo. No entanto, isso não é o suficiente para dizer que somos de raças distintas. Sobre as características dos nucleotídeos, assinale a alternativa correta:
a) Os nucleotídeos são as unidades monoméricas dos ácidos nucleicos. São constituídos por uma base nitrogenada, um radical fosfato e uma pentose.
b) Os nucleotídeos são as unidades monoméricas apenas do RNA. São constituídos por uma base nitrogenada, um radical fosfato e uma hexose.
c) Os nucleotídeos são as unidades monoméricas apenas do DNA. São constituídos por uma base nitrogenada, um radical fosfato e uma pentose.
d) Os nucleotídeos são as unidades monoméricas dos ácidos nucleicos. São constituídos por uma base nitrogenada, um radical fosfato e uma hexose.
e) Os nucleotídeos são as unidades monoméricas dos ácidos nucleicos. São constituídos por uma base nitrogenada, um radical sulfato e uma pentose.
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A G
O R
A É
C O
M V
O C
Ê 3. Durante a descoberta do material genético, evidenciaram-se dois tipos diferentes: o DNA
e o RNA. Assim, uma diferença entre ambos estaria contida nos seus nucleotídeos. Além disso, outras diferenças também puderam ser verificadas, como o tipo de pentose e o número de fitas que cada um tem. Tudo isso garante a particularidade de cada ácido nucléico e a sua eficiência em desempenhar funções distintas. Em relação às diferenças entre o DNA e o RNA, assinale a alternativa correta:
a) No DNA, é possível observar que a pentose é a desoxirribose. As bases nitrogenadas que compõem os nucleotídeos podem ser: timina, citosina, guanina e adenina. Essas estruturas formam duas fitas em hélice. O RNA tem a ribose como pentose. No entan- to, as bases nitrogenadas são iguais, apenas se diferindo pelo número de fitas, que é apenas uma.
b) No DNA, é possível observar que a pentose é a desoxirribose. As bases nitrogenadas que compõem os nucleotídeos podem ser: timina, citosina, guanina e adenina. Essas estruturas formam duas fitas em hélice. O RNA tem a ribose como pentose. No entanto, as bases nitrogenadas são iguais, com exceção da uracila, no lugar da timina, apenas se diferindo pelo número de fitas, que é apenas uma.
c) No DNA, é possível observar que a pentose é a ribose. As bases nitrogenadas que com- põem os nucleotídeos podem ser: timina, citosina, guanina e adenina. Essas estruturas formam duas fitas em hélice. O RNA tem a ribose como pentose. No entanto, as bases nitrogenadas são iguais, apenas se diferindo pelo número de fitas, que é apenas uma e se dá em forma de hélice.
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d) No DNA, é possível observar que a pentose é a ribose. As bases nitrogenadas que com- põem os nucleotídeos podem ser: uracila, citosina, guanina e adenina. Essas estruturas formam duas fitas em hélice. O RNA tem a ribose como pentose. No entanto, as bases nitrogenadas são iguais, apenas se diferindo pelo número de fitas, que é apenas uma e se dá em forma de hélice.
e) No DNA, é possível observar que a pentose é a desoxirribose. As bases nitrogenadas que compõem os nucleotídeos podem ser: uracila, citosina, guanina e adenina. Essas estruturas formam duas fitas em hélice. O RNA tem a ribose como pentose. No entan- to, as bases nitrogenadas são iguais, apenas se diferindo pelo número de fitas, que é apenas uma e se dá em forma de hélice.
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