introdução a genética

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Genética na Agropecuária Prof. André Paiva

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Primeira aula de genética!

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Page 1: Introdução a Genética

Genética na Agropecuária

Prof. André Paiva

Page 2: Introdução a Genética

Genética - Introdução

Page 3: Introdução a Genética

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.

Page 4: Introdução a Genética

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.

Page 5: Introdução a 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:

Page 6: Introdução a Genética

Aplicações na Agropecuária:

Alimentos – Quantidade

Alimentos – Qualidade

Alimentos – Custos

Alimentos – Acessibilidade

Page 7: Introdução a Genética

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

Page 8: Introdução a Genética

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

Page 9: Introdução a Genética

Genética e sua importância

Diagnóstico Molecular da Síndrome do Estresse Suíno (PSS)

Genótipos: NN: normais (homozigotos negativos);

Nn: heterozigotos;

nn: homozigotos positivos.

Page 10: Introdução a Genética

Bases Químicas da Herança

Page 11: Introdução a Genética

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

Page 12: Introdução a Genética

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

Page 13: Introdução a Genética

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

Page 14: Introdução a Genética

Fosfato

Pentose

Adenina

Fosfato

Citosina

Pentose

Fosfato Timina

Pentose

Purinas

Pirimidinas

Fosfato Guanina

Pentose

Page 15: Introdução a Genética

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

Page 16: Introdução a Genética

Pontes de Hidrogênio

A = T

G ≡ C

Page 17: Introdução a Genética

Variabilidade

Page 18: Introdução a Genética

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

Page 19: Introdução a Genética

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);

Page 20: Introdução a Genética

Em 1953, Watson e Crick, propuseram

que a estrutura de DNA seria composta

por duas fitas enroladas para a direita,

formando uma hélice dupla.

Page 21: Introdução a Genética

A fita de DNA é antiparalela!5’

5’3’

3’

Page 22: Introdução a Genética

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.

Page 23: Introdução a Genética

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.

Page 24: Introdução a Genética

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

Page 25: Introdução a Genética

DNA DNA

Replicação

DNA RNA

Transcrição

DNA Polipeptídio

Tradução

RNA

Processos que envolvem a Hereditariedade

Page 26: Introdução a Genética

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.

Page 27: Introdução a Genética

Replicação ou Duplicação DNA

DNA polimerase

DNA

Ponto de

Partida

DNA

DNA

5’

5’

3’

3’

5’

5’

3’

3’

Animação :: DNA Duplicação

Page 28: Introdução a Genética

Replicação DNA

Fita molde Fita molde

Fita nova

Page 29: Introdução a Genética

Tipos de RNA

Page 30: Introdução a Genética

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.

Page 31: Introdução a Genética

Transcrição

Page 32: Introdução a Genética

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

Page 33: Introdução a Genética
Page 34: Introdução a Genética

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

Page 35: Introdução a Genética

Tradução

Page 36: Introdução a Genética

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!)

Page 37: Introdução a Genética

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.

Page 38: Introdução a Genética

Armazenando o DNA

Page 39: Introdução a Genética

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.

Page 40: Introdução a Genética

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.

Page 41: Introdução a Genética

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)

Page 42: Introdução a Genética

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.

Page 43: Introdução a Genética

Estrutura Cromossômica

Page 44: Introdução a Genética

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

Page 45: Introdução a Genética

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.

Page 46: Introdução a Genética

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;

Page 47: Introdução a Genética

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.

Page 48: Introdução a Genética

Transcrição

RNA mensageiro

RNA transportador

RNA ribossômico

DNA

Transcrição

Page 49: Introdução a Genética

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

Page 50: Introdução a Genética

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

Page 51: Introdução a Genética

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

Page 52: Introdução a Genética

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)

Page 53: Introdução a Genética

Código Genético

Código genético:

64 códons;

61 codificam para aminoácidos;

3 para terminação em cadeia;

3 dos que codificam aminoácidos são também como iniciadores.

Page 54: Introdução a Genética

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.

Page 55: Introdução a Genética

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?