Genoma Humano

Mónica Isabel Duarte Viegas – N.º 7783 Trabalho Criativo: “Genoma Humano”

II

Índice •

Introdução……………………………………………………………….……. III

•

Projecto

Genoma

Humano……………………………………………

….....IV •

ADN: Ácido Desoxirribonucleico……………………………………..… …..VI

•

Um pouco de história do ADN………………………………….…………. VII

•

Experiência de Frederick Griffith………………………………………… ….IX

•

Cromossomas e Genes…………………………………………………… ……X

•

Características do Código Genético…………………………………… ……XII

•

Proteínas……………………………………………………………………… XII

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III

Introdução Á

medida

que

o

nosso

conhecimento

sobre

a

vida

se

vai

estabelecendo é interessante verificar que os seres vivos apresentam elos fortes que reúnem todos os organismos vivos na actualidade e que são também comuns aos seres vivos que nos antecederam. Um dos princípios mais importantes que se estabeleceram com carácter de universalidade foi a natureza celular da vida. Quando quisemos desvendar a estrutura e as funções da célula, deparamo-nos com o ADN, molécula central da vida. A compreensão da forma como o ADN, coordena a actividade celular trouxe ao nosso conhecimento um novo elo entre todos os seres vivos, sendo que este elo incluía até uma linguagem em código. O ADN comunica as suas ordens, recorrendo, em todos os seres vivos, a um único “idioma”. Se o ADN é onde se encontra guardada toda a informação, que faz de cada individuo aquilo que é, não só a estrutura externa, como a sua aparência física, se é alto, baixo, magro, gordo, cabelo castanho, cabelo loiro, etc., mas também toda a sua estrutura interna, para que todo o seu corpo funcione necessita das indicações que se encontram guardadas no ADN, incluindo limitações físicas, doenças geneticamente determinadas, até o

tempo

de

vida

se

encontra

aqui

registado,

pelos

genes

do

envelhecimento. Então podemos partir do princípio que os segredos da vida e o segredo da essência do ser humano também poderão estar aqui guardados. Uns acreditam que sim, outros acreditam que apesar de o ADN representar um enigma muito interessante, todos os seres vivos o possuem

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IV

e mais nenhum ser vivo apresenta a complexidade característica do ser humano. Seja como for, o conhecer todo o genoma humano traz vantagens indiscutíveis, principalmente na área da saúde e da prevenção de doenças que são provocadas geneticamente. Mas é importante ter a consciência “da outra face da moeda”, que conhecer e manipular o genoma humano é entrar na “BIOS” de um poderoso computador e manipular a informação que tão equilibradamente a natureza criou e que alterar essa estrutura é alterar a humanidade na sua base. Logo é um conhecimento que deve ser bem gerido, correndo o risco de o ser humano pagar o preço com a sua própria humanidade. Para falarmos em Genoma Humano, temos que primeiro falar do Projecto Genoma Humano. E o que é o Projecto Genoma Humano? A informação genética que nos é transmitida pelos nossos pais está armazenada nas moléculas de ADN. Se tivéssemos que imprimir toda esta informação, com pequenos caracteres num livro de grande formato, ela ocuparia uma boa parte de uma biblioteca, já que representava 700 volumes com cerca de 1000 páginas cada livro. Projecto Genoma Humano O Humano

Projecto é

internacional, Estados

um

Genoma consórcio

composto

Unidos

da

pelos

América,

Alemanha, China, França, Reino Unido, Brasil e Japão, que tem por objectivo mapear todos os genes da espécie humana até ao ano de 2025. Mas no período de 1999 – 2000, surgiram poderosas máquinas novas e estratégias originais, de modo que quase a totalidade da sequenciação foi conseguida em Junho de 2000. Em 14 de Abril de 2003, foi emitido um comunicado de imprensa conjunto que anunciou que o projecto foi concluído com sucesso, com a sequenciação de 99% do genoma humano com uma precisão de 99,9%.

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V

Com a tecnologia da época, estimou-se que todos os genes haviam sido sequenciados. Mas devemos ter em atenção que nem todo o ADN humano foi sequenciado. Estimativas actuais concluem que apenas 2% do material genético é composto por genes, enquanto a maior parte parece não conter instruções para a formação de proteínas e existe provavelmente por razões estruturais. E ainda existe, por limitações tecnológicas, parte do ADN que possuem repetições de bases que também ainda não foram totalmente sequenciadas, tais como os centrómeros e os telómeros dos cromossomas. E devemos ter em conta que de todos os genes já sequenciados, apenas 50% codificam proteínas de função conhecida. No Projecto Genoma Humano pode ser dividido em quatro etapas:

•

Numa primeira etapa o objectivo é a determinação da sequência da totalidade do ADN, presente no património genético de um ser humano.

•

Numa segunda etapa que é onde se encontra actualmente o projecto, apesar de bastante avançado, que consiste em identificar as partes da sequência de ADN total que correspondem a genes A maior parte da sequência de ADN total do genoma humano não contêm genes, estes estão largamente dispersos ao longo da sequência e ocupam apenas cerca de 3% das bases do ADN. Quando se conseguir estabelecer o número, dimensão e localização dos genes, como saber quantos deles pertencem às diversas categorias e quais são os únicos e quais são membros de famílias de genes, contendo mais ou menos a mesma estrutura.

•

Numa terceira etapa, incidirá sobre a compreensão da estrutura e da função de todas as proteínas codificadas pelos genes. Grande parte dos genes, que já foram identificados, codifica proteínas que não têm uma função conhecida e aperfeiçoando as técnicas que permitam determinar precisamente quais os papeis desempenhados por essas proteínas.

•

Numa quarta etapa visará compreender a estrutura e a função global do ADN.

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VI

Inicialmente as razões que motivaram o lançamento da sequenciação do genoma humano eram, em grande parte, a recolha de conhecimentos fundamentais, existia também a esperança de que os genes forneceriam informações úteis para a saúde humana. Nos últimos anos, as motivações direccionaram-se mais para objectivos comerciais e industriais precisos, a partir do momento em que se evidenciaram implicações financeiras importantes. Á medida que se foi estabelecendo a sequência de certas partes do genoma humano e que se começou a identificar novos genes, tornou-se cada vez mais claro que muitos deles estavam implicados nas doenças e que o facto de se dispor dos conhecimentos precisos fornecidos pela sequência desses genes permitiria facilitar o desenvolvimento de novos medicamentos e de melhores tratamentos. No futuro, quando se pretender fazer a análise completa do estado de um indivíduo, será necessário não só identificar de forma especifica os seus genes (análise genómica), mas também a nível de expressão de proteínas específicas em diversos tecidos (análise proteónica) com base nestas informações,

poder-se-ão

aplicar

tratamentos

terapêuticos

altamente

personalizados. Os objectivos na área da saúde são:

•

Melhoria e simplificação dos métodos de diagnóstico de doenças genéticas;

•

Optimização das terapêuticas de doenças genéticas;

•

Prevenção de doenças multifactoriais.

Mas a genética não se limita apenas á possível cura ou prevenção de doenças. Quando um ser humano nasce não só o seu futuro está influenciado pelas influências exteriores que irá estar sujeito ao longo de toda a sua vida, desde o primeiro momento de vida, mas também a forma como ele irá gerir as suas acções e interiorizar as acções dos outros, mas, igualmente, o genoma que a criança traz codificado no seu ADN, que lhe atribui instruções que irão afectar, não apenas a sua estrutura, o seu tamanho, a sua cor e outros atributos físicos, como também a sua

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VII

inteligência, a sua susceptibilidades, a doenças, o seu tempo de vida e até aspectos do seu comportamento. Logicamente, que não é um enriquecimento de conhecimento muito grande, perceber o que é o Projecto Genoma Humano, sem perceber qual a matéria-prima que este projecto manipula. Teremos obrigatoriamente que abordar conceitos como o que é o ADN? Ou um cromossoma? Ou um gene? Onde se localiza o ADN? Como se estrutura? Como de duplica ou como se transmite? São questões essenciais, para compreender sobre o que realmente trabalha o Projecto Genoma Humano. ADN – Ácido Desoxirribonucleico É um composto orgânico, uma macromolécula composta por unidades fundamentais designadas de nucleótidos, que contêm as instruções genéticas que coordenam o desenvolvimento e funcionamento de todos os seres vivos e alguns vírus. O seu principal papel é armazenar as informações necessárias para a construção das proteínas e RNA. A estrutura da molécula do ADN foi descoberta conjuntamente por James Watson e Francis Crick em 07 de Março de 1953, o que lhes valeu o Prémio Nobel de Fisiologia ou Medicina, juntamente com Maurice Wilkins. Em organismos vivos, o ADN não existe como uma molécula única, mas sim como um par de moléculas firmemente associadas. As duas longas cadeias de ADN enrolam-se, formando uma dupla hélice. Como é constituído por vários nucleótidos, o ADN pode ser referido como um polinucleótido. Numa dupla hélice, a direcção dos nucleótidos de uma cadeia é oposta á direcção dos nucleótidos da outra cadeia, designando-se de antiparalelas.

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VIII

A dupla hélice do ADN é estabilizada por pontes de hidrogénio1 entre as bases presas às duas cadeias. As quatro bases encontradas adenina

são

(A),

a

a

citosina

(C), a guanina (G) e a timina

(T)

que

são

classificadas

em

dois

tipos:

a

adenina

e

a

guanina são chamadas de purina2 e a citosina e a timina são chamadas de pirimidina3. quinta

base,

pirimidina, uracilo

Há

uma que

é

chamada

de

(U),

mas

que

apenas está presente no RNA e que substitui a timina, não se encontra no ADN. Cada tipo de base de uma cadeia forma uma ligação com apenas um tipo

de

base

de

outra

cadeia,

designando-se

este

fenómeno

de

complementaridade de bases. Assim A liga-se a T e G liga-se a C. Como as pontes de hidrogénio não são ligações covalentes 4 podem ser quebradas e reunidas com relativa facilidade. Os dois tipos de pares de bases formam diferentes números de pontes de hidrogénio: o A com o T forma duas pontes de hidrogénio, enquanto a ligação de G com C forma três pontes de hidrogénio, sendo este último uma ligação mais forte do que os primeiros. 1

Pontes de Hidrogénio: são interacções que ocorrem entre o átomo de hidrogénio e dois ou mais átomos, de forma que o hidrogénio sirva de elo entre os átomos com os quais interage. 2

Purina: Compostas por um anel duplo

3

Pirimidina: tem apenas um anel, em que dois átomos de azoto substituem o carbono na posição 1 e 3 4

Ligações covalentes: partilha de um ou mais pares de electrões entre átomos, causando uma atracção mutua entre eles e que mantêm a molécula resultante unida.

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IX

Como resultado desta complementaridade, toda a informação contida numa cadeia de ADN está também contida na outra, o que é fundamental para a replicação do ADN. O

ADN

sintetizado

utiliza

como

molde

uma

cadeia

de

ADN

preexistente. Neste processo intervêm enzimas. A enzima Helicase

separa

as

duas

cadeias de ADN, quebrando as

ligações

de

hidrogénio

estabelecidas entre as bases azotadas

complementares

em cada cadeia. As

ADN

polimerase

os

sucessivos

agregam

nucleótidos na extremidade da cadeia em crescimento. Como

cada

molécula

de ADN é formada por uma dupla hélice em que uma cadeia

é

original

(preexistente) e uma cadeia é nova (recém-sintetizada), dizse que o mecanismo da replicação do ADN é semi-conservativo Um pouco de história do ADN A história do ADN começa no final da década de 1860, com Friedrich Miescher (1844 – 1895) que estava disposto a dedicar-se ao estudo da química da célula. Em um dos seus muitos experimentos com células de pus, Miescher obteve um precipitado que diferia quimicamente de todas as substâncias proteicas conhecidas, esta nova substância concentrava-se no núcleo celular, o que foi considerado pouco importante. Miescher ainda demonstrou que para além de estar presente nas células de pus, estava igualmente presente em materiais tão diversos como o rim, o fígado, o testículo, a levedura e as hemácias nucleadas das aves, e que a quantidade de hidrogénio (H), oxigénio (O), carbono (C) e nitrogénio

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X

(N) diferiam das encontradas em proteínas. Miescher denominou-a de nucleína e só publicou um trabalho sobre este tema, em 1871, com muita resistência, incluindo do próprio autor e com muita contestação. Por

volta

de

1889,

Richard

Altmann

(1852

–

1900),

obteve

preparações altamente purificadas de nucleína. Por ser uma substância com carácter ácido, Altmann sugeriu que esta fosse designada de ácido nucleíco, em vez de nucleína. Em 1877, surge Albrecht Kossel (1853 – 1927), que começou a estudar a composição química das nucleínas. Kossel detectou dois tipos de bases azotadas: a adenina e a guanina. Em 1893, ele identificou uma nova base azotada que denominou de timina, logo em seguida, descobriu uma quarta base azotada a citosina. Em 1894, o grupo liderado por Kossel descobriu que os ácidos nucleícos continham uma pentose, um açúcar com cinco átomos de carbono. Em 1909, Phoebis Levine e Walter Jacobs (1883 – 1967), conseguiram determinar a organização das moléculas de fosfato, de pentose e base azotada no ácido nucleíco, formando uma unidade fundamental, o nucleótido. Em 1930, Levine e colaboradores identificaram pentoses componentes do ácido nucleíco: o ácido ribonucleico, ou ribose, e o ácido desoxirribonucleico, ou desoxirribose. Experiência de Frederick Griffith Uma

experiência

feita

por

Frederick

Griffith,

com

bactérias

Streptococus Pneumoniae, em 1928. Foi usado dois tipos desta bactéria, uma que era normalmente virulenta e mortal, e que por

serem

envoltas

numa

cápsula

de

polissacarídeos tinham um aspecto liso, foram identificadas como sendo S. A outra, era um tipo mutante não virulento, que pela ausência da cápsula de polissacarídeos apresentavam

um

aspecto rugoso, e por isso

foram

identificadas como R. Ferveu algumas células S, matando-as,

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XI

posteriormente injectou estas células em animais de laboratório não matando esses animais. Mas animais injectados com células S mortas com células R vivas, morreram. De algum modo, os restos de células S aquecidas haviam convertido células R vivas em células S vivas. O objectivo seguinte era detectar qual era o componente químico das células doadoras mortas que havia causado a transformação? O problema foi resolvido por experimentos feito, em 1944, por Oswald Avery e dois colegas, C. M. Macleod e M. McCarty. Abordaram a questão, destruindo quimicamente todas as principais categorias de substâncias no extracto das células mortas, uma de cada vez. E os polissacarídeos, as proteínas, gorduras e ácido ribonucleico (RNA) foram todos demonstrados como não sendo o agente transformante. A mistura só perdia a sua habilidade transformante quando a mistura doadora era tratada com enzima desoxirrinonucleosa (DNase), que quebra o ADN. Logo estes resultados indicavam fortemente, que o DNA era o material genético. Cromossomas e Genes O ADN encontra-se no núcleo da célula numa mistura com proteínas, chamadas de histonas, designando-se de cromatina a esta mistura. Quando ocorre a mitose esta cromatina condensa-se, apresentando uma estrutura particular, que se designa de cromossoma. Cada espécie possui um número

de

específico,

no

cromossomas caso

do

ser

humano tem 46 cromossomas dispostos em pares, formando 23

pares

Para

de

cromossomas.

cada

par

de

cromossomas, um membro foi herdado da mãe e o outro membro foi herdado pelo pai. No cromossoma localizase

os

genes,

que

são

elementos fundamentais da hereditariedade, dos membros herdados estão

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XII

presentes genes semelhantes que ficam juntos, a estes genes semelhantes designam-se de alelos. Existem genes dominantes e genes recessivos, dos genes herdados, manifesta-se aquele que for dominante, os genes recessivos apenas se manifestam quando se localizam dois genes recessivos em ambos os membros do cromossoma. Os genes são sequencias especificas de bases que se apresentam a intervalos regulares na sequencia do ADN de cada cromossoma, estas longas sequencias de bases constituem um gene têm, na maior parte dos casos, a função de especificar a estrutura de uma proteína particular. O ponto de inicio dos genes é marcado por uma sequencia especifica de bases, indicando o inicio da informação a ser transcrita em RNA. Existem três grandes classes de RNA:

•

RNAmensageiro (RNAm) que são susceptíveis de serem traduzidos em proteínas graças ao código genético, designando-se este processo de transcrição. Por Exemplo: ADN RNAm

•

ATG GTG CAC CTG ACT CCT GAG GAG AAG UAU CAC GUG GAC UGA GGA CUC CUC UUC

Após este RNAm sair para o citoplasma vai ligar-se a um ribossoma, que é incorporado por RNAribossómico (RNAr) onde se processa a tradução

•

A cada codão (um tripleto formado por três bases) vai corresponder um anti – codão, segundo a complementaridade das bases, cada anti – codão é transportado por um RNAtransferência (RNAt), que para além de transportar o anti – codão, traz um aminoácido que corresponde aquele codão. Por Exemplo: RNAm Anti – Codão

UAU CAG GUG GAC UGA GGA CUC CUC UUC AUA GUC CAC CUG ACU CCU GAG GAG AAG

Mónica Isabel Duarte Viegas – N.º 7783 Trabalho Criativo: “Genoma Humano” Aminoácido Met – Val – His – Leu – Thr – Pro – Glu – Glu - Lys Esta sequência de aminoácidos corresponde á proteína

XIII

da

hemoglobina. Uma importante indicação para saber onde começa um gene é reconhecer a presença de um codão de iniciação, que é AUG no RNAm e ATG no ADN, da mesma forma existe um codão que indica o fim da informação genética, ou seja, do gene.

Características do Código Genéticos:

•

Universalidade do código genético: é uma linguagem que é comum a quase todas as células, desde os organismos mais simples aos mais complexos;

•

O código não é ambíguo: A um tripleto de nucleótidos corresponde um aminoácido e só um, sendo sempre o mesmo;

•

O código genético é redundante: significa que vários codões são sinónimo, isto é, podem codificar o mesmo aminoácido;

•

O terceiro nucleótido de cada codão não é tão específico como os dois primeiros: o aminoácido arginina pode ser codificado pelos codões CGU, CGC, CGA, CGG;

•

O tripleto AUG tem dupla função: codifica o aminoácido metionina e é igualmente um codão de iniciação;

•

Os tripletos UAA, UAG; UGA são codões de finalização e não codificam nenhum aminoácido.

Proteínas A imensidade de processos químicos diferentes que têm lugar numa célula põe em acção milhares de proteínas distintas. Estas representam uma classe de moléculas extremamente vasta e variada, mas apesar de toda a sua diversidade, estas moléculas são todas construídas segundo os mesmos princípios, utilizando uma gama de vinte elementos básicos – os aminoácidos.

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XIV

As proteínas desempenham praticamente todas as tarefas químicas especificas necessárias á manutenção em vida das células. Tais como:

•

Anticorpos: dotados de pontos de ligação específica para os antigénios,

capazes

de

reconhecer

um

grande

repertório

de

estruturas químicas diferentes;

•

Proteínas de Transporte: como a hemoglobina, que se ligam a gases, metais ou nutrientes específicos, a fim de facilitar o seu transporte até aos alvos apropriados do corpo;

•

Proteínas Receptoras: como as que figuram nas membranas celulares, que reconhecem a chegada de sinais químicos e asseguram a transdução dessas informações determinando alterações especificas no interior da célula;

•

Proteínas de Estrutura: como o colagénio no tecido conjuntivo ou a ceratina nos cabelos, que se apresentam sob a forma de longas fibras assegurando uma rigidez estrutural;

•

Hormonas: como a insulina ou a hormona de crescimento, que são sinais captados por proteínas receptoras especificas;

•

Proteínas Mensageiras Intracelulares: como as proteínas G, que sofrem modificações quando certas moléculas se ligam a receptores na superfície das células, o que se desencadeia respostas particulares no interior destas últimas;

•

Proteínas responsáveis pela produção de uma força: trata-se, por exemplo, da miosina, que, em associação com uma outra proteína, a actina, está na base das reacções fundamentais que subentendem a contracção muscular;

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•

XV

Factores de transcrição, que se ligam a sequencias especificas de ADN para determinar os genes activos e os genes activos.

Esta lista representa apenas uma pequena amostra daquilo que as proteínas são responsáveis, a lista real é muito, muito maior.