Introdu O Gen Tica 150706

INTRODUÇÃO À GENÉTICA

Profª Aline Pic-Taylor Aula 1

O que é Genética? ❚ A genética é o ramo da biologia que estuda a forma como se transmitem as características biológicas de geração para geração. ❚ do grego, génesis: origem. Estudo dos genes, isto é, das estruturas que contêm e transmitem a hereditariedade. ❚ Estudo do DNA e propriedades ❙ O DNA é o suporte químico da hereditariedade e controlador dos processos vitais em todos os organismos, excepto para fagos e alguns vírus de RNA.  ❙ Cromossomos = “novelos de DNA”

Introdução à Genética: Conceitos Importantes ❚ Características ❙ conjunto de qualidades que são marcas essenciais de um grupo, família ou espécie em particular.

❚ Fenótipo ❙ a forma apresentada, as características observadas em um organismo como resultado da interação da informação genética daquele organismo e do meio no qual ele se apresenta.

Introdução à Genética: Conceitos Importantes ❚ genótipo ❙ Corresponde a informação herdada, codificada internamente e carregada por todos organismos vivos. Esta informação é usada como uma instrução para montar e manter um organismo vivo. Portanto é passada de uma geração para a próxima.

Introdução à Genética: Conceitos Importantes ❚ Gene ❙ Unidade de informação hereditária. É uma zona específica do DNA dos indivíduos que contém codificada a informação para a síntese de uma determinada proteína, que contribuirá para determinada característica daquele organismo.

Introdução à Genética: Conceitos Importantes ❚ Haplóide (n=1) ❙ contém 1 cópia do material genético por célula. (ex: gametas- 23 cromossomos)

❚ Diplóide (n=2) ❙ contém 2 cópias do material genético por célula. (ex: célula hepática- 46 cromossomos)

Introdução à Genética: Conceitos Importantes ❚ Alelo ❙ cada uma das formas alternativas de um gene. A representação normal é feita por meio de uma letra.

❚ Loci (pl) ❙ Localização específica dos alelos num cromossomo. Um par de alelos tem loci iguais.

Introdução à Genética Conceitos Importantes ❚ Alelo recessivo ❙ o indivíduo só apresenta as características expressas em seu fenótipo, quando existem dois alelos para essa característica nos loci do mesmo gene.

❚ Alelo dominante ❙ o indivíduo apresenta as caraterísticas expressas em seu fenótipo mesmo quando um só um alelo está presente.

Introdução à Genética: Conceitos Importantes ❚ Homozigoto ❙ a presença de dois alelos semelhantes no loci correspondente do mesmo gene. (bb, BB)

❚ Heterozigoto ❙ a presença de dois alelos diferentes nos loci do mesmo gene. (Aa)

Introdução à Genética: Conceitos Importantes Aa

BB bb

Introdução à Genética: Conceitos Importantes ❚ Cruzamentos ❙ Cruzamento monohíbrido: cruzamento entre indivíduos heterozigotos idênticos em um mesmo locus (Aa X Aa) ❙ Cruzamento dihíbrido:cruzamento entre indivíduos heterozigotos idênticos em dois loci (AaBb X AaBb)

E no princípio eram as ervilhas....

Gregor Mendel: o pai da genética

❚ Gregor Mendel - 1822-1884 O pai da Genética ❙ princípio da hereditariedade : cruzamento de ervilhas ❘ ”Em 1859 eu obtive uma ervilha descendente fértil com sementes grandes e saborosas de uma primeira geração híbrida. Desde o ano seguinte sua progênese reteve as características desejadas e eram uniformes. Esta variedade foi cultivada em nossa horta e muitas plantas cresceram até 1865" (Gregor Mendel para Carl Nägeli, abril 1867) http://www.mendelweb.org/Mendel.html

O experimento de Mendel

7 pares de características - 2 anos de cruzamento Linhagem pura = autofertilização

Flores brancas (FB) ou Flores púrpuras (FP) FB puras

x

FP puras

FP (100%)

F1 F2

FB

Autofertilização

224

:

705

1

:

3

FP

Primeira Lei de Mendel ❚ Segregação igual: ❙ Os dois membros de um par de 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 o outro par.

O experimento de Mendel

7 pares de características - 2 anos de cruzamento Linhagem pura

Sementes amarelas, verdes, lisas e rugosas (Mendel considerou apenas 1 característica) Sementes amarelas (YY) X Sementes verdes (yy) F2 = 3 amarelos (YY) (Yy) : 1 verde (yy) CRUZAMENTOS MONOHÍBRIDOS Sementes lisas (RR) X Sementes rugosas (rr) F2 = 3 lisas (RR) (Rr) : 1 rugosa (rr)

Sementes amarela rugosa X

Sementes verde lisa

YYrr

yyRR

F1 = Sementes amarela lisa (YyRr)

F2 = AmarelaLisa Verde Lisa Amarela Rug. Verde Rug. 315

108

101

32

9

3

3

1

Segunda Lei de Mendel ❚ Segregação independente: ❙ Durante a formação de gametas, a segregação dos alelos de um gene é independente da segregação dos alelos de um outro gene.

O PAPEL DA GENÉTICA NA MEDICINA

HISTÓRICO

I- Histórico: Genética Moderna - Os fatos ❚ ❚ ❚ ❚

❚ ❚

1865: genes são partículas ou fatores 1903: cromossomos são unidades hereditárias 1910: genes estão nos cromossomos 1913: Genes são organizados de maneira linear nos cromossomos 1927: Mutações são mudanças físicas nos genes 1931: Recombinação é

❚ ❚ ❚ ❚ ❚ ❚ ❚

1944: DNA é o material genético 1945: um gene codifica uma proteína 1953: O DNA é uma dupla hélice 1958: Replicação do DNA é semiconservativa 1961: O código genético é formado de tripletes 1977: O DNA pode ser seqüenciado 1997: Genomas

A descoberta do DNA – Friedrich Miescher (1844 -1995) ❚ Nacionalidade: Suíça ❚ 1868-1869: descreveu a nucleína, extraída de pus de curativos cirúrgicos da clínica de Tübingen. ❚ Estoque de fósforo da célula.

A composição do DNA ❚ Richard Altman – isolamento do ácido nucléico ❚ Albrecht Kossel – purinas e pirimidinas ❚ Phoebus Levene – Ribose e desoxirribose

A cristalografia de raios X Willian Bragg (18621942)

Lawrence Bragg (18901971) Max von Laue (1879-1960)

Genes e cromossomos ❚ Thomas Hunt Morgan (18661945) ❚ 1907-1915: Na “sala das moscas” descobriu que os genes estão nos cromossomos

Genes e cromossomos

O princípio transformante – Frederick Griffith (1881-1941) ❚ Nacionalidade: Inglaterra ❚ 1927: famoso experimento de Griffith

O experimento de Griffith

O princípio transformante é o DNA ❚ Oswald Theodore Avery (1877-1955) ❚ 1930-1943: Junto com MacLeod e McCarty demonstraram que o DNA é o princípio transformante ❚ Avery e McCarty – Primeira precipitação de DNA de bacteria, publicado em 1944.

O princípio transformante é o DNA

O DNA como material hereditário ❚ Alfred Day Hershey (1908-1997) ❚ Martha Chase (19282003) ❚ 1952: com o experimento do liquidificador confirmaram ser o DNA o material hereditário

O experimento do liquidificador

Purinas e pirimidinas ❚ Erwin Chargaff (1905-2002) ❚ 1949: A proporção de purinas e pirimidinas é 1.

A dupla hélice desvendada ❚ James Dewey Watson (1928-) ❚ Francis Harry Compton Crick (1916-2004) ❚ Maurice Hugh Frederick Wilkins (1916-2004) ❚ Rosalind Elsie Franklin (19201958)

O pioneiro Wilkins ❚ Físico que após ler What is Life? Decidiu desvendar o DNA. ❚ Diretor da Unidade de Biofísica do King’s College ❚ Chefe de Franklin, amigo de Crick

Rosalind Franklin – Fotos do DNA ❚ Contratada como pos-doc por John Randall ❚ Falecida antes do prêmio Nobel de 1962 ❚ Produziu os principais dados experimentais de cristalografia

Rosalind Franklin – Fotos do DNA

O velho doutorando Crick ❚ Doutorando no laboratório Cavendish, chefiado por Lawrence Bragg ❚ Físico

O jovem americano Watson ❚ Biólogo americano ❚ Pós-doutorando no Laboratório Cavendish

Franklin→Wilkins→Crick ❚ Franklin e Wilkins não se entendiam bem ❚ Franklin deliberadamente escondeu dados, e acabou demitida. ❚ Wilkins mostrou resultados de Franklin a Crick, que publicou a estrutura do DNA

Watson & Crick ❚ Watson via em Crick o professor ideal ❚ Crick via em Watson alguém com quem discutir idéias

1953 – A Dupla Hélice ❚ Modelos de metal e papelão ❚ Dados de cristalografia

O Nobel de 1962

Wilkins, Perutz, Crick, Steinbeck, Watson, Kendrew

O Dogma Central da Biologia Molecular Francis Crick 1958

Completando o Dogma ❚ Francis Crick ❚ Sidney Brenner (1927-) : RNA ❚ Marshall W. Nirenberg (1927-) : O código genético ❚ Severo Ochoa (1905-1993) e Arthur Kornberg (1918-): Síntese de DNA e RNA

Sequenciamento de DNA ❚ Walter Gilbert (1932-) : Sequenciamento químico ❚ Frederick Sanger (1918-) : Sequenciamento com ddNTPs

Engenharia Genética ❚ Paul Berg (1926-) ❚ 1972: Primeira molécula de DNA recombinante

PCR ❚ Kary B. Mullis (1944-) ❚ 1981: a reação em cadeia da polimerase durante a viagem de carro. "I do my best thinking while driving," the scientist with the tanned face and bleached hair once explained. For this brilliant idea born at the speed of 50 m.p.h., he received a $10,000 bonus from Cetus, with whom he eventually parted ways. (Cetus later sold the technolgy to LaRoche for $300,000,000.)

About PCR..... ❚ "Beginning with a single molecule of the genetic material DNA, the PCR can generate 100 billion similar molecules in an afternoon. The reaction is easy to execute. It requires no more than a test tube, a few simple reagents and a source of heat. The DNA sample that one wishes to copy can be pure, or it can be a minute part of an extremely complex mixture of biological materials. The DNA may come from a hospital tissue specimen, from a single human hair, from a drop of dried blood at the scene of a crime, from the tissues of a mummified brain or from a 40,000-year-old wooly mammoth frozen in a glacier."

O Projeto Genoma Humano ❚ J. Craig Venter & Celera X Francis Collins & HUGO

O papel da genética na medicina ❚ Genética Humana ❙ Ciência da variação e da hereditariedade dos seres humanos

❚ Genética Médica ❙ Especialidade que lida com o diagnóstico, o tratamento e o controle dos distúrbios hereditários

❚ Projeto do Genoma Humano ❙ Identificação de TODOS os genes humanos ❙ Determinação de como as variações nestes genes contribuem Saúde / Doença ❙ Desenvolvimento de melhores meios de diagnóstico, medidas preventivas e métodos terapêuticos ❙ Reconhecimento do papel que os fatores genéticos desempenham na etiologia das doenças Fatores ambientais Fatores genéticos

Doença

Genética na Medicina ❚ Doença ⇒ genes / ambiente ❙ Monogênicos ❘ Genes mutantes individuais

❙ Cromossômicos ❘ Cromossomos inteiros

❙ Multifatoriais ❘ Combinações de pequenas variações nos genes; juntas produzem ou predispõem a um grave defeito associadas a fatores ambientais

Genética na Medicina ❙ “Precisaremos de médicos que conheçam a anatomia molecular e a fisiologia dos cromossomos e genes, como o cirurgião cardíaco conhece o funcionamento do coração”. Paul Berg (Prêmio Nobel)

CA MPO S D E INTER ESSE G EN ÉT IC A HU MA NA E MÉD ICA ❚ Citogenética ❙ Cromossomos

❚ Genética do Desenvolvimento ❙ Controle genético do desenvolvimento

❚ Genética Molecular e Bioquímica ❙ Estrutura e função de genes

❚ Genética Clínica ❙ Diagnóstico e cuidados dos pacientes

❚ Genômica ❙ Organização e funcionamento do genoma ❚ Genética de Populações ❙ Variações genéticas nas pop. Humanas e fatores que determinam as freqüências alélicas

❚ Aconselhamento genético ❚ Diagnóstico pré natal ❙ Fornecimento de informação sobre o risco ❙ Suporte psicológico e educacional

Uso da genética na Medicina Progressos da biotecnologia ❚ Desenvolvimento de: ❙ ❙ ❙ ❙

Vacinas Tratamentos Suplementos Kits de diagnostico

❚ Pela tecnologia do DNA recombinante