introdução a genética
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Primeira aula de genética!TRANSCRIPT
Genética na Agropecuária
Prof. André Paiva
Genética - Introdução
Genética - Introdução
Como ciência, a genética só apareceu em 1900,
embora em 1865, um monge austríaco chamado
Gregor Mendel (1822-1884) já houvesse
apresentado os resultados de oito anos de
estudos sobre a transmissão de caracteres em
ervilhas (Pisum sativum).
Genética é a ciência que estuda a transmissão
das características de geração a geração, e as
leis que regem essa hereditariedade.
Genética - Introdução
Em 1900, alguns pesquisadores da Holanda e da
Alemanha chegaram às mesmas conclusões de
Mendel, sendo o seu trabalho redescoberto.
Eles foram suficientemente honestos para atribuir a
Mendel todo o sucesso das pesquisas, embora nesta
época o monge já tivesse morrido, sem saber que seria
considerado o Pai da Genética.
Sucesso de Mendel
Há relatos de inúmeros pesquisadores antes de Mendel que
fracassaram ao tentar explicar as bases da hereditariedade.
Escolha do material experimental: Ervilhas, planta de ciclocurto, descendência numerosa, e pouco espaço.
Estudou várias características (7) para ter certeza.
Foi persistente em defender suas idéias.
Sucesso de Mendel se deve há:
Aplicações na Agropecuária:
Alimentos – Quantidade
Alimentos – Qualidade
Alimentos – Custos
Alimentos – Acessibilidade
Genética e sua importância
Milho Híbrido – 1860 - 2000
7,8
6,5
5,2
3,9
2,6
1,3
0
1869 1930 1970 2000
Variedade
Híbrido
Duplo
Híbrido
Simples
t/ha
Evolução do desempenho do
frango de corte
Ano Peso vivo (g) Conversão alimentar
(kg cons./kg gp.)
Idade ao
abate (dias)
1920 1.000 5,00 120
1970 1.700 2,15 50
200x 2.300 1,85 38FONTE: UBA
Genética e sua importância
Diagnóstico Molecular da Síndrome do Estresse Suíno (PSS)
Genótipos: NN: normais (homozigotos negativos);
Nn: heterozigotos;
nn: homozigotos positivos.
Bases Químicas da Herança
Nos seres vivos, existem dois tipos de ácidosnucléicos:
RNA
(ácido ribonucléico)
DNA
(ácido desoxirribonucléico)
Base Química da
Hereditariedade
Local onde são armazenadas as
informações genéticas de um indivíduo
Nas células, o DNA é encontrado quase exclusivamente
no núcleo, embora exista também nos cloroplastos e nas
mitocôndrias.
Tem a função de sintetizar as moléculas de RNA e de
transmitir as características genéticas.
A molécula de DNA (ácido desoxirribonucléico) é formada
por duas longas cadeias de nucleotídeos.
nucleotídeo
DNA
Cada nucleotídeo contém:
Um ácido fosfórico
Um açúcar de cinco carbonos (Desoxirribose)
Uma das quatro bases nitrogenadas:
Adenina (A), Guanina (G), Timina (T), Citosina (C)
Fosfato
Pentose
Base
Fosfato
Pentose
Adenina
Fosfato
Citosina
Pentose
Fosfato Timina
Pentose
Purinas
Pirimidinas
Fosfato Guanina
Pentose
Erwin Chargaff, fez uma grande contribuição
para o estudo da genética.
A evidência de que a quantidade de Adenina
é igual a de Timina e a quantidade de Guanina
é igual a de Citosina
Adenina - Timina
Guanina - Citosina
Pontes de
hidrogênios
Pontes de Hidrogênio
A = T
G ≡ C
Variabilidade
Potencial de variabilidade dos seres
vivos
A diversidade de informações é determinada pela
seqüência de bases nitrogenadas;
O número possível de seqüências diferentes – ou
informações – é extremamente grande e depende do
número de pares de nucleotídeos existentes nas
moléculas de DNA dos organismos.
Organismo Número de pares de
nucleotídeos
Homem 5,81 x 109 = 5. 810.000.000,00
Bovinos 5,08 x 109
Aves 2,36 x 109
Lírio 3,60 x 1011
Milho 1,36 x 1010
Fumo 2,18 x 109
E. coli 4,30 x 106
Número de pares de nucleotídeos por célula somática de diferentes
organismos
Curiosidade
Computador:
Sistema Binário (bit);
número de informações que consegue
processar 2n, n = número de bits;
Organismos vivos:
Sistema quaternário (bases nitrogenadas);
Número de informações que consegue processar 4n, n =
número de pares de nucleotídeos;
Capacidade de armazenar informações em estruturas
microscópicas (células);
Em 1953, Watson e Crick, propuseram
que a estrutura de DNA seria composta
por duas fitas enroladas para a direita,
formando uma hélice dupla.
A fita de DNA é antiparalela!5’
5’3’
3’
E o RNA? O que é e onde se encontra?
O RNA é encontrado tanto no núcleo como no
citoplasma, embora sua função de controle da
síntese de proteínas seja exercida exclusivamente
no citoplasma.
RNA - Ácido Ribonucléico
O RNA difere do DNA em 3 pontos principais:
1) O açúcar é a ribose
2) Em vez de Timina temos a Uracila (U)
3) Fita única
Existe vários tipos de RNAs, os mais importantes são:
RNA mensageiro
RNA transportador
RNA ribossômico
OS:: Todos são transcritos a partir de uma das fitas do
DNA.
Caracterização DNA RNA
1. Açúcar Desoxirribose Ribose
2. Fita Fita Dupla Fita Simples
3. Bases nitrogenadas
Piridiminas:
Citosinas e Timinas
Purinas:
Adenina e Guanina
Piridiminas:
Citosinas e Uracila
Purinas:
Adenina e Guanina
4. Tamanho Molécula Grande Molécula Curta
DNA DNA
Replicação
DNA RNA
Transcrição
DNA Polipeptídio
Tradução
RNA
Processos que envolvem a Hereditariedade
Replicação ou Duplicação DNA
A replicação é um processo no qual uma molécula de DNA
dupla fita é duplicado.
A replicação do DNA é semi-conservativa porque na
formação de uma nova cadeia nucleotidica tem-se como
referência uma cadeia nucleotidica molde.
A fidelidade da replicação é muito grande, com uma média
de apenas um erro por bilhão de nucleotídeos incorporados
após a síntese e correção de erros durante e
imediatamente após a replicação.
Para que o processo de replicação se inicie é necessário
que a actuação de uma enzima, a DNA polimerase.
Replicação ou Duplicação DNA
DNA polimerase
DNA
Ponto de
Partida
DNA
DNA
5’
5’
3’
3’
5’
5’
3’
3’
Animação :: DNA Duplicação
Replicação DNA
Fita molde Fita molde
Fita nova
Tipos de RNA
RNA - Ácido Ribonucléico
RNA mensageiro (mRNA)
Os genes, segmentos de DNA que servem de
molde para as moléculas de RNAm, localizam-se
nos diversos cromossomos da célula.
As moléculas de RNA mensageiro(RNAm)
sintetizadas a partir dos genes têm a informação
para a síntese de proteínas, codificada na forma de
trincas de bases nitrogenadas.
Cada trinca é chamada códon e define cada
aminoácido constituinte da proteína.
Transcrição
RNA - Ácido RibonucléicoRNA transportador (tRNA)
As moléculas de RNA transportador(RNAt) também
são sintetizadas a partir de segmentos de DNA.
Esse tipo de RNA é chamado de transportador por
ser o responsável pelo transporte das moléculas de
aminoácidos até os ribossomos, onde elas se unem
para formar as proteínas.
Em uma das extremidades liga-se um aminoácido
específico; em sua região mediana há uma trinca de
bases, o anticódon.
Por meio do anticódon, o RNAt emparelha-se
temporariamente a uma trinca de bases
complementares do RNAm
RNA Ribossômico (rRNA)
Constitui a maior porção do RNA celular;
Após seu acúmulo e associação com proteínas
ribossômicas, são transportados para o citoplasma e
formam o ribossomo;
Ribossomos: participam da síntese protéica.
O RNA ribossômico (rRNA) é o principal componente
dos ribossomos, mas seu papel exato na síntese de
proteínas não exatamente conhecido.
RNA - Ácido Ribonucléico
Tradução
Níveis de organização do DNA
Conceitos principais:
O DNA é uma dupla hélice que consiste em duas cadeias de
nucleotídeos entrelaçadas;
O genoma é composto por moléculas de DNA, cada uma
organizada como um cromossomo;
Os genomas de eucariontes contêm componentes nucleares e
organelares;
Um gene é uma região do cromossomo capaz de fabricar um
transcrito funcional. (Importante pra cacete!)
Nucleosoma:
Segmento de 146 pares de bases de nucleotídeos de
comprimento;
Envolvendo um octâmero de histonas
Primeiro nível estrutural da cromatina;
Fibras de 11 nm.
Armazenando o DNA
Cromatina:
Complexo formado pelo DNA e diversas proteínas;
Constitui o material genéticos dos eucariontes;
Fibras de 10 nm de diametro.
Heterocromatina: a cromatina que permanece condensada
durante a interfase, sendo geneticamente inativa.
Eucromatina: não é visível à microscopia óptica durante a
interfase, ela contem a maioria, dos genes ativos.
Estrutura Cromossômica
Em qualquer cromossomo, existe pelo menos uma constricção,
chamada constricção primária ou centrômero. Esta região é de grande
importância durante a divisão celular, já que é através dela que os
cromossomos se prendem as fibras do fuso durante a divisão celular.
Quando uma célula vai entrar em divisão celular, os cromossomos
duplicam-se ainda na intérfase. Cada unidade do cromossomo duplicado
é denominada cromátide. As cromátides se acham unidas a altura do
centrômero.
Estrutura Cromossômica
De acordo com a localização do centrômero, temos quatro tipos
básicos de cromossomos:
a- Metacêntrico (centrômero na região mediana)
b- Sub-metacêntrico (centrômero deslocado do centro)
c- Acrocêntrico (centrômero próximo a uma das extremidades)
d- Telocêntrico (centrômero na posição terminal)
Número de cromossomos
O número de cromossomos é constante dentro de uma mesma espécie. De
acordo com este número, distinguimos dois tipos de células:
A célula somática (corporal): possui um número de cromossomos que
geralmente é o dobro do encontrado na célula reprodutora, e é chamada de
diplóide, representada por 2n.
A célula reprodutora (gameta): geralmente, possui a metade do número
encontrado na célula somática, e é chamada haplóide, representada por n.
Em cada célula diplóide, um dos conjuntos cromossômicos é de origem
paterna e o outro de origem materna. Cada par é chamado de homólogo e
possui genes que produzem proteínas com as mesmas funções
fundamentais.
Estrutura Cromossômica
Número de cromossomos X Espécie
Pepino (Cucumes sativus) - 14 cromossomos
Cevada (Hordeum vulgare) - 14 cromossomos
Cebola (Allium cepa) - 16 cromossomos
Milho (Zea mays) - 16 cromossomos
Banana (Musa paradisiaca) - 88 cromossomos outras sub-sepécies , 77, 55,
44, 22
Perereca (Hyla viridis) - 24 cromossomos
Gato (Felis catus) - 38 cromossomos
Camundongo (Mus musculus) - 40 cromossomos
Rato (Rattus rattus) - 42 cromossomos
Macaco rhesus (Macaca mulatta) - 42 cromossomos
Café (Coffea arabica) - 44 cromossomos
Coelho (Dryctolagus cuniculus)- 44 cromossomos
Homem (Homo sapiens) - 46 cromossomos
Boi (Bos taurus) - 60 cromossomos
Galo (Gallus domesticus) - 78 cromossomos
Cana de açúcar (Sacccharum officinarum) - 80 cromossomos
Pavão ( Meleagris gallopóvo) - 82 cromossomos
Replicação
Características da replicação do DNA
Eucariotos: a replicação se inicia em vários pontos ao longo da
molécula e é bidirecional;
Em Escherichia coli: a replicação se inicia em um único local de
seu DNA circular e também é bidirecional;
A replicação unidirecional é encontrada em alguns vírus.
Quebra das pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas;
DNA polimerase catalisa a adição de novos nucleotídeos
complementares às bases expostas;
Duas novas fitas de DNA são formadas.
PCR (Polymerase Chain Reaction)
“Replicação In Vitro”
Surgiu no final da década de 80;
Promove a síntese específica de certos segmentos do DNA
genômico;
Necessidade de síntese dos primers (cerca de 20 nucleotídeos);
Cada molécula produz duas moléculas filhas idênticas a cada ciclo
(2n).
Reação de PCR - Ingredientes
Pequena quantidade de DNA genômico (10ng);
Solução tampão contendo magnésio;
Dois primers específicos;
dATP, dTTP, dCTP, dGTP;
DNA polimerase;
PCR (Polymerase Chain Reaction)
“Replicação In Vitro”
Termociclador
940 separação das fitas de DNA (desnaturação);
550 os primers pareiam aos sítios que flanqueiam a região a ser
amplificada;
720 a enzima DNA polimerase estende o primer, ou seja,
adiciona nucleotídeos ao terminal 3’-OH dos primers;
Depois de 40 ciclos (1 a 4 h);
Região amplificada pode ser visualizada em gel de eletroforese.
Transcrição
RNA mensageiro
RNA transportador
RNA ribossômico
DNA
Transcrição
Tradução
Teoria "um gene - uma enzima". (Beadle e Tatum em 1945)
a) Todos os processos bioquímicos dos organismos estão sob
controle genético;
b) Os processos bioquímicos ocorrem numa seqüência de reações
individuais;
c) Cada reação simples é controlada por um gene simples;
d) Cada gene atua através do controle e produção de uma enzima
específica.
DNA Enzima
Tradução
RNA
Tradução
Falhas na teoria um gene – uma enzima
a) Um gene pode especificar a síntese de uma cadeia polipeptídica
que não apresenta nenhuma função enzimática (Ex.: Hemoglobina).
b) Uma enzima pode ser constituída por mais de uma cadeia
polipeptídica (Ex.: RNA polimerase).
c) Um gene pode controlar a atividade de uma enzima especificada por
outro gene (Ex.: sítio operadores, repressores, etc.);
d) Nem toda molécula com atividade enzimática é uma proteína.
DNA Polipeptídio
Tradução
RNA
Código Genético
P:: Quantos nucleotídeos seriam necessários para codificar um
aminoácido?
R:: 3 nucleotídeos codificam um aminoácido
4 Nucleotídeos (A, T, G e C) 3 codificam um aa
4 ³ = 64 possíveis combinações
Código Genético
64 possíveis aminoácido ?
1. Ácido aspártico (Asp)
2. Ácido glutâmico (Glu)
3. Alanina (Ala)
4. Arginina (Arg)
5. Asparagina (Asn)
6. Cisteína (Cys)
7. Fenilalanina (Phe)
8. Glicina (Gly)
9. Glutamina (Gln)
10.Histidina (His)
11. Isoleucina (Ile)
12.Leucina (Leu)
13.Lisina (Lys)
14.Metionina (Met)
15.Pirrolisina (Pyl)
16.Prolina (Pro)
17.Serina (Ser)
18.Selenocisteína (Sec)
19.Tirosina (Tyr)
20.Treonina (Thr)
21.Triptófano (Trp)
22.Valina (Val)
Código Genético
Código genético:
64 códons;
61 codificam para aminoácidos;
3 para terminação em cadeia;
3 dos que codificam aminoácidos são também como iniciadores.
Código Genético
Porque o Código genético é universal
Mesma trinca codificar o mesmo aminoácido em qualquer
organismo;
mRNA de coelho reconhecidos por tRNA de E. coli.
Origem da vida única;
Transgênicos.
Qual função do DNA?
Cite 3 características do DNA.
Cite 3 diferenças entre DNA e RNA.
O que é replicação, transcrição e tradução?
Porque a replicação é semi-conservativa?
Porque o código Genético é Universal?