GENÔMICA NUTRICIONAL: Modulando a Origem e a Saúde Celular

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1 Curso: Nutricius Vitae GENÔMICA NUTRICIONAL: Modulando a Origem e a Saúde Celular Profª. Cibele Velloso Rodrigues cvbiogenet@yahoo.com.br Conteúdo da aula 1. Áreas da genética (15 min) 2. Noções básicas da genética celular e molecular (1:30h) 2.1. Cromossomos Humanos 2.2. Anatomia do material genético 2.3. Fluxo da informação gênica expressão gênica 2.4. Mutações gênicas e polimorfismos 2.5. Padrões de Herança nas populações humanas 3. Genoma Humano e suas implicações (1h) 4. Herança multifatorial 5. Biotecnologia (45 min) Personagens que marcaram a Genética e Evolução 1

2 Campos da Genética Humana e Médica Citogenética humana - estudo dos cromossomos humanos e suas alterações Genética Bioquímica humana - ácidos nucléicos, proteínas e enzimas em indivíduos normais e mutantes Genética molecular humana - identificação e análises dos genes Imunogenética - genética dos grupos sangüíneos, ag tissulares (tipos de HLA) e outros componentes do sistema imune Genética clássica - estuda as relações de ligação e segregação de genes mendelianos e pesquisa tipos complexos de herança. Genética clínica- diagnóstico, prognóstico e até com o tratamento de certas doenças. Genética de populações - freqüência dos genes nas populações, forças evolutivas Genética de células somáticas - transmissão dos genes no nível celular Genética desenvolvimental- mecanismos genéticos do desenvolvimento normal e anormal Genética reprodutiva- detalhes dos gametas e da formação inicial do embrião por técnicas genéticas Farmacogenética - fatores genéticos que controlam a disponibilidade e cinética de drogas no organismo; reações adversas às drogas Ecogenética - extensão da farmacogenética e lida com o papel da variabilidade genética que afeta a resposta a agentes ambientais 2

3 NÚCLEO CELULAR Cromossomos humanos Cariótipo Homem: 46, XY Mulher: 46, XX Fibras de cromatina DNA ácido desoxiribonucléico 3

4 DNA + PROTEÍNAS CROMATINA CROMOSSOMO Cromossomos humanos - padrão de bandas Q,G e R Cariograma normal D E F G B C A 4

5 telômero Bandeamento dos cromossomos p Braço curto q Braço longo Loco gênico telômero TELÔMEROS como relógio biológico Telômeros e clonagem Telômeros e senescência celular 5

6 Alterações cromossômicas Loco gênico Exons: sequências codificadoras TODOS OS TIPOS DE CÉLULA SOMÁTICAS CONTÊM 46 CROMOSSOMOS E OS MESMOS GENES. ELAS DIFEREM PELOS GENES QUE ESTÃO ATIVADOS OU INATIVADOS. 6

7 Distúrbios genéticos mapeados nos cromossomos 11 e 12 Cromossomo X com locos de distúrbios genéticos Human Genome Program, U.S. Department of Energy, Genomics and Its Impact on Medicine and Society: A 2001 Primer,

8 Partes dos nucleotídeos Ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas do DNA Formação dos pares de bases 8

9 Ligação fosfodiéster apoptose Sistema de reparo checkpoint otts/y- DNA/Miscellaneous/DNA%20Gallery/DNA%20with%20F eatures.jpg 9

10 EXPRESSÃO GÊNICA Região promotora gene Códon iniciador aminoácidos Fluxo da informação genética 10

11 Tabela do código genético P r i m e i r a Segunda letra l e t r a Fluxo da expressão gênica : DNA RNA - proteína GENE A 5 A T G C A G C C A T G C A C G... TGA3 3 T A C G T C G G T A C G T G C ACT5 RNAm 5 A U G C A G C C A U G C A C G.UGA 3 cadeia: met gln pro cis his. (fim) Polipeptídica = Fenótipo Aspectos Moleculares exemplo da expressão gênica da proteína do Fator 8 de coagulação sangüínea X F8 mrna Fator VIII Célula pb Transcrição 9010 b Tradução Xq28 Genoma 11

12 Proteínas ligantes de DNA: Fatores de transcrição Regulam a transcrição gênica Mutações gênicas e polimorfismos 12

13 MUTAÇÃO GÊNICA alteração permanente e herdável na estrutura do material genético; pode acarretar mudança fenotípica; potencial fonte de variabilidade genética nas populações; proporciona entendimento dos processos bioquímicos básicos da expressão gênica e do desenvolvimento. Causas das mutações mutações espontâneas: erros na replicação do DNA, lesões espontâneas, elementos genéticos de transposição; mutações induzidas: exposição a agentes mutagênicos As mutações no material genético são permanentes e herdáveis 13

14 Variações de ponto são geralmente binários (bialélicos) alelo 0...AAGCGTTATAGC... alelo 1...AAGTGTTATAGC... µ = 10-7 a 10-8 / locus / geração Mutação x Polimorfismo freqüência do alelo é maior que 1% na população MUTAÇÕES GÊNICAS E GERAÇÃO DE NOVOS ALELOS ALTERAÇÃO NA SEQÜÊNCIA DO GENE GENE A1 Novas formas do gene (alelos) 5 A T G C A G C C A T G C A C G 3 3 T A C G T C G G T A C G T G C. 5 Fenótipo selvagem: met gln pro cis his. mutação Alelo A2 do gene A 5 A T G C A G G C A T G C A C G 3 3 T A C G T C C G T A C G T G C. 5 Fenótipo mutante: met gln ala cis his. MUTAÇÃO DE SENTIDO TROCADO mudança de aminoácido Altera o códon e muda o aminoácido 14

15 Um par de cromossomos homólogos Descendentes paterno e materno Loco gênico Um par de alelos Formas alternativas de um gene em cromossomos homólogos Três pares de genes (em três diferentes locos nos cromossomos homólogos A1 A1 A1A1 HOMOZIGOTO A1A2 A1A2 A2 A2 A2A2 HOMOZIGOTO Genótipos: possíveis das Combinações dos alelos A1 A2 HETEROZIGOTO A1A2 A genética dos cabelos: cor e textura 15

16 Dominância x Recessividade Alelo A1 = anemia falciforme RECESSIVO Alelo A2 = hemoglobina normal DOMINANTE GENÓTIPO HOMOZIGOTO A2A2 FENÓTIPO Hemoglobina normal HETEROZIGOTO A1A2 HOMOZIGOTO A1A1 Hemoglobina normal Traço falcêmico Anemia falciforme Drepanocítico HEMOGLOBINA α2β2 Hemoglobina A Hb α2 β2 Estrutura quaternária da hemoglobina MUTAÇÃO DE SENTIDO TROCADO Gene β cadeia de b-globina de 146 códons 146 aminoácidos Códons Hemoglobina A Hemoglobina S CCT GAG GAG Pro Glu Glu CCT GTG GAG Pro Val Glu Glu - aminoácido com carga negativa Val - aminoácido hidrofóbico 16

17 HEMÁCIAS NORMAIS HEMÁCIA FALCÊMICA Dominância x Recessividade Alelo A1 = tamanho normal da câmara pulpar RECESSIVO Alelo A2 = taurodontismo DOMINANTE GENÓTIPO HOMOZIGOTO A2A2 FENÓTIPO TAURODONTISMO HETEROZIGOTO A1A2 TAURODONTISMO HOMOZIGOTO A1A1 NORMAL 17

18 RECORDANDO... HERANÇA AUTOSSÔMICA GENES ALELOS HOMOZIGOTO HETEROZIGOTO GENE DOMINANTE GENE RECESSIVO CODOMINÂNCIA PSEUDODOMINÂNCIA PLEIOTROPIA EPISTASIA - Quando os genes estão localizados nos cromossomos que não são os sexuais (1 a 22). - Genes que ocupam mesmo lugar (loco) em cromossomos homólogos. - Quando o indivíduo possui genes iguais (alelos). - Quando o indivíduo possui genes diferentes. - Quando seu efeito se faz notar, mesmo que ocorra em dose simples. - Quando para manifestar seu efeito tem de estar em dose dupla. - Quando dois alelos influem de maneira detectável sobre o fenótipo. - Quando na deleção em 1 cromossomo e os genes, mesmo recessivos, do outro cromossomo passam a manifestar-se livremente. - Quando um gene atua sobre várias características - Quando um gene oculta ou elimina a atuação de outro não alelo. Como surgem as mutações Causas das mutações e mecanismos MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS Causas das mutações espontâneas - vias de substituição de bases únicas Erros na replicação do DNA : pareamento incomum de bases C:A ou T:G após a replicação do DNA : conversão do par A:T em C:G desaminação : remoção de um grupo amino da base C parau: conversão de um par G:C em A:T (transição) depurinação: quebra da ligação glicosídica entre a base púrica e a pentose e consequente perda daquela base gera sítios apurínicos 18

19 oxidação: produção de 8-oxidG muda o par GC para GA peróxido de hidrogênio, radicais hidroxila, radicais superóxido (irradiação ou subproduto do metabolismo) - causam reações oxidativas danosas ao DNA em grande quantidade nas mitocôndrias Danos causados por radicais de oxigênio: dr = desoxiribose MUTAÇÕES INDUZIDAS Agentes mutagênicos agentes químicos : análogos de base ex.: 5-bromouracil agentes alquilantes: gás mostarda, enxofre nitrogenados, etilmetanosulfato (G passa a parear com T) corantes acridínicos: intercalam entre as bases do DNA ex.: puromicina aflatoxina B1 gera sítios apurínicos cloreto de vinil; formaldeído; nitrito de sódio; acrilamida; benzopireno, edulcorantes (aspartame, sacarina, ciclamato de sódio etc) 19

20 AFLATOXINA B1 - carcinogênico, gera sítios apurínicos Sistema SOS coloca Adenina preferencialmente no sítio apurínico Gera: GC - TA transversões agentes físicos radiações ionizantes de alta energia = ionização das moléculas quebra das ligações açúcar-fosfato do DNA deleção de um ou mais pares de base radiações não ionizantes: UV A, B e C indução de dímeros de pirimidina Agentes virais Retrovírus: HPV, HIV (carreiam oncogenes) Vírus de DNA: Herpes genital Luz Ultravioleta Dímero de pirimidina 20

21 REPARO DE UM DÍMERO DE TIMINA INDUZIDO POR LUZ UV PELA ENZIMA Fotoliase 21