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Genetica2

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Genetica2

  1. 1. Universidade Federal do Piauí Campus Ministro Reis Velloso – Parnaíba Curso Biomedicina Disciplina Genética Básica As Bases Citológicas da Hereditariedade Profa Renata Canalle
  2. 2. Genética (do grego genno; fazer nascer) GENÉTICA → estuda a forma como se transmitem as características biológicas de geração para geração (Fonte: Wikipédia) Ciência que estuda as características hereditárias e suas variações
  3. 3. Sumário • Cromossomos • Divisão Celular • Ciclo Celular • Mitose • Meiose • Importância da Meiose • Gametogênese
  4. 4. CROMOSSOMOS Estruturas filamentosas localizadas no interior do núcleo das células, duplicação Contém os genes (transmissores das características hereditárias) Cromatina: complexo de DNA + histonas (proteínas básicas) + proteínas não histônicas (ácidas) + RNA 2 H2A, 2 H2B, 2 H3 e 2 H4 (octâmero de histonas) / H1 Melhor visualização (microscopia): durante a divisão celular (metáfase) – máximo de condensação, identificado individualmente genes não transcritos
  5. 5. O nucleossomo está organizado em fibras de 30 nm Subunidade básica estrutural da cromatina: cerca de 146 pb (1 volta e ¾) Compacta o DNA cerca de 100 vezes
  6. 6. CROMOSSOMOS Definição: É uma unidade do genoma constituída de cromatina (DNA + proteínas) ao longo da qual se dispõem os genes. Visível como entidade morfológica somente durante a divisão celular. 1 vídeo: compactação cromossômica
  7. 7. CROMOSSOMOS Cada indivíduo possui dois cromossomos de cada tipo (diplóide), do mesmo tamanho e igual localização do centrômero → homólogos Os cromossomos homólogos têm, normalmente, a mesma seqüência de genes Cada gene é representado por dois alelos, um em cada homólogo → locus gênico Organismo diplóide: contém duas cópias do mesmo gene (alelos) Ser humano → 2n = 46 22 pares de cromossomos homólogos → autossomos 1 par de cromossomos não homólogos → sexuais Homozigoto: alelos idênticos Heterozigoto: alelos diferentes
  8. 8. CROMOSSOMOS Células somáticas – 2n (diplóide) Células germinativas ou gametas – n (haplóide) Definições Diplóide: um organismo ou célula com dois conjuntos de cromossomos (2n) ou dois genomas Haplóide: um organismo ou célula que possui apenas um conjunto completo (n) de cromossomos ou genoma
  9. 9. TIPOS DE CROMOSSOMOS A – telocêntrico B – acrocêntrico C – submetacêntrico D - metacêntrico
  10. 10. TIPOS DE CROMOSSOMOS Telômero (TTAGGG) Braço Curto (p) p p Braço q q Longo (q) 21 (D e G) 17 3 Humanos
  11. 11. Telômeros Estabilidade e integridade Redução no nível de telomerase; decréscimo do número de repetições (TTAGGG em tandem): morte celular e envelhecimento celular A cada mitose os telômeros perdem de 50 a 200 desses nucleotídeos Telômero e telomerase
  12. 12. Divisão Celular MITOSE MEIOSE CÉLULAS SOMÁTICAS (2n) CÉLULAS GERMINATIVAS (n) Garante o crescimento dos Formação dos gametas (seres organismos; reposição das de reprodução sexuada) células mortas Material genético transmitido de Material genético reduzido à metade: forma igual de uma célula para manutenção da quantidade de DNA as descendentes necessária para cada espécie; crossing-over (variabilidade) dois cromossomos de cada tipo: um de origem paterna e outro materna
  13. 13. O Ciclo Celular Divisão celular Regulam o número de células do organismo vivo Morte celular (apoptose) As células passam por ciclos de crescimento e replicação (mitose), aumentando o número celular Um ciclo celular é o intervalo entre uma geração celular e outra: um ciclo mitose-mitose Apoptose: remove normalmente determinadas células durante o crescimento e o desenvolvimento, diminuindo o número de células, bem como eliminando células danificadas por agentes mutagênicos Mitose e apoptose → geneticamente controladas
  14. 14. O Ciclo Celular Divisão celular CÂNCER desequilíbrio Morte celular (apoptose) Varia em diferentes tecidos e em diferentes épocas do desenvolvimento: - revestimento da parede interna do intestino pode se dividir ao longo da vida - uma célula do cérebro pode não se dividir mais após o nascimento - Embrião e feto – mitoses rápidas - ao nascer – taxa mitótica baixa de maneira espantosa
  15. 15. O Ciclo Celular Ciclo de vida das células pode ser dividido em 2 períodos: Intérfase – 16 a 24 h reprodução ou mitose – 1 a 2 h G0 Intérfase: dividida em 3 fases - G1, S e G2; replicação do DNA e transcrição gênica Ciclo celular mitótico
  16. 16. MITOSE Fase G2 Divisão celular Preparação para a divisão celular: síntese G1, S, G2 de proteínas e membrana Intérfase FASE S Duplicação do DNA FASE G1 Atividade metabólicas associadas com Células fígado: crescimento celular e vários anos; replicação do DNA: medula óssea síntese de proteínas, de 16-24 h lipídios, glicídios FASE G0 Fase G0 A célula não está se reproduzindo Células nervosas, músculo esquelético, linfócitos
  17. 17. O Ciclo Celular Com a síntese de DNA cada cromossomo sofre duplicação 2 filamentos ligados pelos centrômeros cromátides irmãs região de DNA que se associa a várias proteínas Centrômeros cinetócoro liga os cromossomos aos microtúbulos
  18. 18. O núcleo interfásico A aparência do núcleo interfásico é muito semelhante em todas as fases da intérfase (G1, S e G2) Intérfase : fase G1 Período de crescimento : a célula se prepara para a duplicação do DNA O núcleo está com conteúdo diplóide de DNA (por ex., 46 cromossomos em humanos, 2n) Os cromossomos não são visíveis (descondensados)
  19. 19. Intérfase – fase S Fase de síntese (duplicação) do DNA - os cromossomos são duplicados Os cromossomos não são visíveis (descondensados) Célula com cromossomos Célula diplóide duplicados (2 vezes a quantidade diplóide)
  20. 20. Intérfase – fase G2 Segunda fase de crescimento – a célula se prepara para a mitose Os cromossomos estão duplicados (4n), mas não estão visíveis
  21. 21. Mitose : a divisão celular propriamente dita Durante a mitose, os cromossomos sofrem condensação; cai a síntese de RNA e proteínas Observe : uma cromátide do cromossomo duplicado é equivalente, na verdade, a um cromossomo antes da duplicação
  22. 22. Mitose Divisão equacional das células somáticas cada célula filha recebe um lote completo de cromossomos Processo de distribuição de uma cópia de cromossomo para cada célula- filha segregação cromossômica. Importância: muitos tumores são caracterizados por um estado de desequilíbrio genético que resulta de erros mitóticos Primeiro divide-se o núcleo (cariocinese) e depois o citoplasma (citocinese) Fases da Mitose: 5 fases
  23. 23. Estágios da Mitose Os cromossomos passam pelos seguintes processos : Condensação Migração para o meio da célula Separação das cromátides irmãs Migração das cromátides irmãs para o pólo da célula Citocinese (separação do citoplasma)
  24. 24. Estágios da Mitose Prófase: - condensação gradual dos cromossomos; - nucléolo e citoesqueleto se desintegram; - início da formação do fuso mitótico centrossomos movem-se gradualmente para tomar posição nos pólos das células formam focos dos quais se irradiam os microtúbulos. Pró-metáfase: - Carioteca se desintegra; - Cromossomos se dispersam na célula e se ligam aos microtúbulos do fuso (através do cinetócoro); - cromossomos começam a mover entre os pólos do fuso; - cromossomos continuam se condensando.
  25. 25. Estágios da Mitose Metáfase: - Cromossomos atingem a máxima condensação período ótimo para a análise do cariótipo humano; - Cromossomos se dispõem na placa equatorial da célula. Anáfase: - Cromossomos se separam na região do centrômero; - Cromátides irmãs tornam-se cromossomos filhos; - Cromossomos filhos se movem para os pólos opostos da célula. Telófase: - Cromossomos começam a se descondensar; - Carioteca começa a ser reconstituída; - Núcleo gradualmente reassume aspecto interfásico.
  26. 26. Estágios da Mitose 2 vídeos: mitose
  27. 27. Ciclo de condensação e descondensação à medida que um cromossomo progride no ciclo celular
  28. 28. Controle do Ciclo Celular Como é garantido que os eventos do ciclo celular ocorram na ordem correta ? uma célula não pode começar a se dividir até que seu DNA tenha sido replicado, e corretamente Controlado por sinais químicos de fora e de dentro da célula que induzem a proliferação celular (controle positivo) Sinais externos: hormônios (que agem à distância) e fatores de crescimento (que atuam mais localmente; PDGF, FGF, EGF) Sinais internos: proteínas de dois tipos – ciclinas e quinases dependentes de ciclinas (CDKs)
  29. 29. CDKs e ciclinas CICLINAS : síntese e destruição contínuas, níveis aumentam durante a intérfase (quando a célula se aproxima da mitose) CDKs : atividade quinase dependente das ciclinas, sempre presente na célula Ciclina-quinase: fosforilam e ativam moléculas responsáveis pela divisão celular
  30. 30. Várias classes de ciclinas: concentrações elevam e descem em diferentes momentos do ciclo celular - Ciclinas G1 e as Ciclinas M Duas quinases dependentes de ciclinas: CDK2 (cyclin-dependent protein kinase) e Cdc2 (cell-division cycle)
  31. 31. O fator promotor da fase S (SPF) A fase S: ocorre quando a ciclina G1 ou A ativa a CDK2 = SPF fosforilação e ativação de moléculas responsáveis pela duplicação do DNA Ciclina começa declinar → separa-se da CDK2 → desaparece SPF → ciclina degradada por proteassomas (ubiquitinação)
  32. 32. O fator promotor de mitose (MPF) A fase M: ocorre quando a ciclina M ou B ativa a CDC2 (CDK1) = MPF ciclina M começa a ser sintetizada a partir da fase G2, antes que desapareça ciclina G1 A dissociação do MPF ocorre no começo da anáfase, e só se todos os cromossomos estiverem no plano equatorial
  33. 33. Controle do Ciclo Celular
  34. 34. Proteína pRb e fator E2F (proteína de regulação gênica; fator de transcrição) atuam na fosforilação CICLINAS G1 Início de G1: síntese da ciclina D liga-se com CDK4 e 6, formando dois complexos D1 D2 D3 Mais tarde: síntese da ciclina E CDK4 CDK6 liga-se a CDK2 atuam (bloqueiam) E Controladores negativos do ciclo celular: CDK2 CKIs (inibidores de quinase dependente de ciclinas) p15, p16, p21, p27, p53
  35. 35. G1 S G2 M CDK2 CDK4 CDK1 CIC.D CIC.A CDK6 CIC.B CIC.D CDK1 CDK2 CIC.A CIC.E
  36. 36. Controle do Ciclo Celular
  37. 37. Mecanismos de checagem do ciclo celular : os checkpoints Mecanismos de “vigilância”: Níveis intracelulares Integridade do DNA Sinais extracelulares OK ! CUIDADO ! Terminar o ciclo celular Reparar o dano G1 e G2 são “checkpoints” do ciclo celular APOPTOSE Se danos forem detectados: Morte celular a célula se recupera é instruída a morrer por morte celular programada (apoptose)
  38. 38. Mecanismos de checagem do ciclo celular : os checkpoints p53, p21 e p16
  39. 39. MEIOSE Divisão celular onde células diplóides (2n) da linhagem germinativa originam gametas haplóides (n) Uma rodada de síntese de DNA seguida de duas rodadas de segregação cromossômica e divisão celular Meiose é composta de duas divisões meiose I e meiose II Meiose I reducional (segregação dos cromossomos homólogos) Na meiose I ocorre a recombinação ou crossing-over Meiose II equacional (segregação das cromátides irmãs)
  40. 40. Esquema geral da meiose I e II tétrade recombinação
  41. 41. Fases da Meiose I Prófase I Estágio complexo, sub-dividido em 5 sub-fases: leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese Leptóteno: filamento fino Cromossomos já duplicados tornam-se visíveis como filamentos finos que estão começando a condensar Cromátides irmãs não podem ser distinguíveis regiões mais espessas (cromômeros) e menos espessas Zigóteno: parelha Cromossomos homólogos começam a se parear (sinapse) complexo sinaptonêmico → troca entre cromátides (crossing-over)
  42. 42. Fases da Meiose I Paquíteno: grosso Cromossomos tornam-se mais helicoidizados (condensados) Cromossomos são chamados de tétrades – 4 cromátides célula germinativa masculina: cromossomos X e Y unidos apenas pelas porções distais dos braços curtos ocorrem os crossing-overs (recombinação) dos cromossomos paternos e maternos → VARIABILIDADE GENÉTICA mapeamento gênico de distúrbios herdados Diplóteno: duplo após a recombinação, cromossomos homólogos começam a se separar; centrômeros continuam intactos cromátides irmãs continuam unidas; aparecem os quiasmas marcam a posição onde ocorreram recombinações. Diacinese: através cromossomos atingem condensação máxima; fim da prófase I
  43. 43. Prófase I - paquíteno Meiose sem crossing-over Meiose com crossing-over Novas combinações de alelos 1 vídeo: meiose com e sem crossing-over
  44. 44. Fases da Meiose I Metáfase I Membrana nuclear desaparece cromossomos alinham-se na placa equatorial Anáfase I Os cromossomos homólogos se separam, migrando para pólos opostos da célula disjunção 1ª lei de Mendel a distribuição ou segregação dos membros de cada par de homólogos é aleatória (independente se paterno ou materno) – VARIABILIDADE GENÉTICA – 223 (8.388.608) 2ª lei de Mendel na mitose as cromátides-irmãs se separam, não os homólogos número cromossômico é reduzido a metade. Obs: muitos erros podem ocorrer nesta fase, resultando em ambos os homólogos de um par indo para o mesmo pólo celular não-disjunção
  45. 45. Fases da Meiose I a distribuição ou segregação dos membros de cada par de homólogos é aleatória (independente se paterno ou materno) – VARIABILIDADE GENÉTICA 223 (8.388.608) Anáfase I 1 vídeo: meiose, segregação dos homólogos
  46. 46. Fases da Meiose I Anáfase I Aneuploidia; aberrações cromossômicas numéricas Não-disjunção mitótica – doença genética; mosaicismo Telófase I Citoplasma se divide formando duas células com lotes haplóides Meiose II Similar a mitose, só que ocorre em células haplóides
  47. 47. Fases da Meiose I 2 vídeos: não-disjunção meiose I e meiose II
  48. 48. Esquema geral da meiose I e II tétrade recombinação
  49. 49. Comparação entre Mitose e Meiose Meiose: redução de cromossomos à metade; recombinação genética, ou seja, troca de segmentos cromossômicos; segregação aleatória dos cromossomos homólogos paternos e maternos → variabilidade genética mecanismo destinado a distribuir aleatoriamente os genes paternos e maternos nos gametas, tanto pela recombinação genética como pela segregação dos cromossomos homólogos
  50. 50. Gametogênese não é contínua ao longo da vida. Na mulher, os Ovulogênese estágios da meiose ocorrem no ovário fetal → ovócitos primários (param em prófase I até a puberdade). Na puberdade, onde o ovócito primário, próximo à época da ovulação, reinicia sua meiose I → ovócito secundário → meiose II, e após a fertilização, o ovócito secundário dá origem ao óvulo, completando a meiose II apenas se fecundado. São 3000 ovócitos primários, sendo que apenas 300 óvulos são expelidos No homem ocorre dia a dia. Na puberdade, por Espermatogênese ação hormonal, os túbulos seminíferos amadurecem e as células sexuais primárias multiplicam-se (mitose) → espermatogônias → aumentam de tamanho → espermatócitos primários → meiose I → espermatócitos secundários → meiose II → espermátides → espermatozóides (todo o processo leva entre 64 e 74 dias)
  51. 51. Espermatogênese Ovulogênese Puberdade Ovário fetal puberdade
  52. 52. Comparação entre Espermatogênese e ovulogênese humanas
  53. 53. Relevância Médica da Mitose e da Meiose Significado biológico: garantia da constância do número de cromossomos – integridade do genoma Relevância Médica: erros nesses mecanismos de divisão celular → formação de um indivíduo ou de uma linhagem celular com um número anormal de cromossomos. - não-disjunção meiótica: mecanismo de mutação mais comum, fetos cromossomicamente anormais, retardo mental, abortos, síndromes. - não-disjunção mitótica: mosaicismo cromossômico (S. Down); tumores cromossomicamente anormais.
  54. 54. Sumário • Cromossomos • Divisão Celular • Ciclo Celular • Mitose • Meiose • Importância da Meiose • Gametogênese

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