1. O documento discute a evolução do conceito de gene, desde as primeiras ideias sobre hereditariedade até os estudos de Mendel, Morgan e outros cientistas que levaram à compreensão moderna de como os genes funcionam. 2. As descobertas de Mendel estabeleceram os princípios da segregação e distribuição independente dos fatores de hereditariedade (genes). 3. Estudos posteriores demonstraram que os genes estão localizados nos cromossomos e que controlam características hereditárias.

1. Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia - UESB Departamento de Ciências Biológicas Programa de Pós-Graduação em Genética, Biodiversidade e Conservação Disciplina: Biologia Celular e Molecular Docentes: Ana Maria Waldschmidt Sergio Siqueira Junior Noção Funcional do Gene Aluna: Silene de Araújo Pereira

7. 2. As Descobertas de Mendel ─ 1865: “Experimentos em Plantas Híbridas” – Sociedade de Ciências Naturais em Brno. ─ “ ervilhas-de-cheiro” – Pisum sativum ─ Cruzamentos experimentais ─ Características dominantes e recessivas ─ CONCLUSÕES: ▪ Características controladas por 2 fatores ▪ Linhagens puras ▪ Gametas com um só fator ▪ Reaparecimento da característica recessiva em F 2

8. 2. As descobertas de Mendel Princípio da segregação independente Os dois membros de um par de fatores (genes) se segregam um do outro para os gametas, de modo que metade dos gametas tem um membro do par e a outra metade tem outro membro do par. 1ª Lei de Mendel

9. 2. As descobertas de Mendel Princípio da distribuição independente Durante a formação de gametas, a segregação dos alelos de um gene é independente da segregação dos alelos de outros genes. Em outras palavras: O processo de colocar R ou r em um gameta é independente do processo que coloca Y ou y no mesmo gameta. 2ª Lei de Mendel

15. 4. Como os genes funcionam? (continuação) 4.1 Um gene mutante – um bloqueio metabólico (continuação) Catabolismo da fenilalanina Ácido fenilperúvico Alcaptonúria Atuação do gene no controle metabólico

17. Procedimento usado por Beadle e Tatum

18. 4. Como os genes funcionam? (continuação) 4.2 Um gene – Uma enzima (continuação) ─ 7 linhagens de mutantes requeriam arginina em meio mínimo ─ As mutações estavam em 3 locais diferentes Crescimento de mutantes Arg em resposta a suplementos Suplemento Mutante Ornitina citrulina Arginina Arg-1 + + + Arg-2 - + + Arg-3 - - + NOTA: Um sinal + indica crescimento; um sinal – indica não crescimento

19. 4. Como os genes funcionam? (continuação) 4.2 Um gene – Uma enzima (continuação) ─ Conclusão: Beadle e Tatum demonstraram que uma mutação resultava na perda de uma atividade enzimática. “ Neste longo caminho, descobrimos o que Garrod viu tão claramente há muitos anos. Hoje, conhecemos o seu trabalho e estamos cientes de que adicionamos pouco, se algo, em um princípio novo... Portanto, somos capazes de demonstrar que o que Garrod mostrou para alguns genes e algumas reações químicas em humanos era verdade para muitos genes e muitas reações em Neurospora.” Beadle, discurso do Pêmio Nobel em 1958.

20. 4. Como os genes funcionam? (continuação) 4.3 Um gene – Um polipeptídeo / Um gene – Um transcrito ─ Muitas enzimas e proteínas são heteromultiméricas ─ Exemplos: Triptofano-sintetase ( E.coli ), DNA-polimerase III (E.coli), Hemoglobina, etc.

21. 4. Como os genes funcionam (continuação) 4.3 Um gene – Um polipeptídeo / Um gene – Um transcrito ─ Quantos genes são necessários para produzir uma mosca, um verme ou um ser humano? ─ O genoma humano..

22. 4. Como os genes funcionam (continuação) 4.4 Relações entre genes e proteínas ► 4.3.1 Estrutura das proteínas Como os genes controlam o funcionamento das enzimas???

23. 4. Como os genes funcionam (continuação)

27. 4. Como os genes funcionam (continuação) 4.4 Relações entre genes e proteínas ► 4.3.4 Co-linearidade entre genes e proteínas Mapa genético Distância de mapa (não em escala) Aminoácidos no Polipeptídeo tipo selvagem Aminoácidos no Polipeptídeo mutante Posição da mudança de aminoácido no polipeptídeo

28. 4. Como os genes funcionam (continuação) 4.4 Relações entre genes e proteínas

30. 4. Como os genes funcionam (continuação) 4.4 Relações entre genes e proteínas ► 4.3.5 Funcionamento enzimático Enzima digestiva carboxipeptidase

31. 4. Como os genes funcionam (continuação) 4.4 Relações entre genes e proteínas ► 4.3.5 Funcionamento enzimático

32. 4. Como os genes funcionam (continuação) 4.4 Relações entre genes e proteínas ► 4.3.6 Genes e metabolismo celular: doenças genéticas

33. 5. Ulta-estrutura do gene 5.1 Teoria das contas ─ Unidade fundamental da estrutura (indivisível), da mutação e do funcionamento 5.2 Recombinação dentro do gene ─ 1940: Clarence P. Oliver ─ Locus lozenger do cromossomo X da Drosophila melanogaster ─ Duas mutações consideradas alelas ─ Fenótipos: lz + -> Selvagem lz s -> olho de “óculos” lz g -> olho “vítreo” ♀ lz s l lz g -> olhos lozenge

34. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.2 Recombinação dentro do gene (continuação) Como explicar este resultado?? 0,2 por cento Se a fêmea lz s l lz g tivesse um cromossomo X do tipo lz s l lz g X lz s ou lz g ♀ ♂ P: F 1 : lz +

35. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.2 Recombinação dentro do gene (continuação) A prole com olho selvagem teria esse cromossomo X E nunca acontecia esse tipo de cromossomo: + +

36. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.2 Recombinação dentro do gene (continuação) A explicação: CONCLUSÃO: O gene é divisível, contendo sítios separáveis por recombinação;

37. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.3 Teste de complementação ─ 1940: Edward Lewis desenvolveu o teste de complementação ─ Determina se duas mutações que produzem o mesmo fenótipo ou fenótipos semelhantes estão no mesmo gene ou em genes diferentes. ─ Heterozigoto duplo, com duas mutações pode existir em dois arranjos:

38. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.3 Teste de complementação ─ Lewis trabalhou com mutações recessivas para cores do olhos White (w) e Apricot (apr) em moscas-de-frutas ─ Gene no cromossomo X ─ Fenótipos : Moscas tipo selvagem (apr+/w+)-> olhos vermelhos Fêmeas apr/apr -> olhos damasco Fêmeas w/w -> olhos brancos Fêmeas apr/w -> olhos damasco-claro ─ Lewis descobre que: fêmeas heterozigotas apr/w tinha olhos damasco-claro e produziam prole com olhos vermelhos, tendo cromossomos recombinantes apr+/w+ ─ apr w/apr+w+, elas tinham olhos vermelhos (selvagem) e apr w+/apr+ w, elas tinham olhos damasco-claro ─ Os dois genótipos têm a mesma informação genética: mutante e selvagem, mas com arranjos e fenótipos diferentes.

39. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.3 Teste de complementação

40. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.3 Teste de complementação

41. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.3 Teste de complementação a) Mutantes apr e w estão em sítios diferentes no mesmo gene. 1) CIS 2) TRANS b) Mutantes apr e w estão em genes diferentes 1) CIS 2) TRANS

42. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.3 Teste de complementação ─ Quando temos fenótipos diferentes e com os mesmos marcadores genéticos mas com arranjos diferentes, tem-se o efeito de posição cis-trans . ─ Seymour Benzer introduziu o termo cístron para se referir a unidade de função definida operacionalmente pelo teste cis-trans. Ou seja, ele chamou os grupos de complementação de cístron . ─ CONCLUINDO: O teste de complementação, ou trans, fornece uma definição operacional para o gene; ele é usado para determinar se as mutações são no mesmo gene ou em genes diferentes.

43. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.4 Genes superpostos e Genes dentro de genes ─ Bacteriófago ΦX174: molécula de DNA circular; 5.386 nucleotídeos; 9 genes (estudos iniciais). ─ O fago codifica 11 proteínas diferentes, que coletivamente contém mais de 2.300 aminoácidos. ─ o código genético é um código triplo, onde cada sequência de 3 nucleotídeos especifica 1 aminoácido (5.386/3 = 1.795). Eles têm poucos nucleotídeos pra muitos aminoácidos. Como o ΦX174 pode codificar essas 11 proteínas só com essa quantidade de nucleotídeos? ─ Os genes superpõem quando o mesmo trecho de DNA pode estar envolvido na codificação de mais do que uma proteína. ─ Característica fundamental: Trinca de iniciação TAC (Códon AUG -> F-Met)

44. T-A-C A-U-G Genes superpostos do bacteriófago ΦX174

45. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação)

46. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.4 Genes superpostos e Genes dentro de genes Mapa físico do genoma do fago ΦX174

47. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.4 Genes superpostos e Genes dentro de genes ─ Genes sobrepostos é uma raridade; ─ Genes sobrepostos podem ser considerados uma economia necessária ─ Vantagens: mais proteínas podem ser especificadas por genomas pequenos. ─ Desvantagem: mutações em genes superpostos geralmente alteram a estrutura de mais de uma proteína

48. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.5 Genes interrompidos e Genes estocados em cromossomos como “segmentos de genes” ─ Em procariotos as sequências de pares de nucleotídeos especificam sequências co-lineares de aminoácidos nos produtos polipeptídicos dos genes. ─ Em eucariotos a maioria dos genes possui sequências que são expressas (éxons) e sequências intercalares (íntrons). ─ Muitos genes eucarióticos interrompidos codificam uma única cadeia polipeptídica com uma função específica (RNAm – éxons unidos na mesma ordem do gene) ─ Exóns podem ser recompostos em sequências diferentes da sequência original no gene ( isomorfas de proteínas) ─ A co-linearidade entre os genes e seus produtos polipeptídicos é mantida.

49. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.5 Genes interrompidos e Genes estocados em cromossomos como “segmentos de genes”

50. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.5 Genes interrompidos e Genes estocados em cromossomos como “segmentos de genes” ► Montagem de genes ─ Alguns genes do sistema imunológico em vertebrados são montados a partir de segmentos gênicos durante o desenvolvimento. ─ Cada anticorpo é formado por 4 cadeias polipeptídicas: 2 cadeias pesadas iguais e 2 cadeias leves iguais. ─ As cadeias leves são de dois tipos: kapa e lambda ─ Cada cadeia contém uma região variável e uma região constante . ─ As sequências de DNA que codificam estas cadeias de anticorpos, estão presentes em segmentos gênicos. ─ diferenciação de linfócitos B -> plasmócito

51. 5. Ultra-estrutura do gene (continuação) 5.5 Genes interrompidos e Genes estocados em cromossomos como “segmentos de genes” Montagem de uma cadeia kapa leve em humanos O cromossomo não contém o gene, mas sim os segmentos gênicos do gene.

52. 7. Referência Bibliográfica 1. Griffiths, A.J.F.; Miller, J.H., Suzuki, D.T. Lewontin, R.C., Gelbart, W.M. Introdução à Genética , 7ª ed., Editora Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 2002,794p. 2. SNUSTAD, P., SIMMONS, M. J. Fundamentos de Genética, 4ª. ed., Guanabara. 922p, 2008;