Genética e biologia molecular

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<p>13WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>Cerca de 10% da cromatina, a qual contém os genes que são ativamente transcritos, está</p><p>na forma de fibra de 10 nm, ou seja, menos compactada. A maioria da cromatina do núcleo</p><p>interfásico parece estar na forma de fibras de 30 nm. Desta forma, a compactação do DNA em</p><p>cromatina resolve o problema de espaço dentro do núcleo, porém compactação significa que grande</p><p>parte do DNA não está prontamente acessível para ser transcrita. Assim, são reconhecidos dois</p><p>tipos básicos de cromatina, a eucromatina e a heterocromatina. A cromatina menos compactada</p><p>recebe o nome de eucromatina, a qual tem o DNA transcricionalmente ativo. A heterocromatina</p><p>corresponde à cromatina mais compactada e, por isso, transcricionalmente inativa. No entanto, a</p><p>cromatina é altamente dinâmica; setores da cromatina que aparecem como hetecromatina em um</p><p>tipo celular ou em uma etapa da sua diferenciação, em outros tipos celulares e em outras etapas,</p><p>se apresentam com eucromatina.</p><p>É na forma de cromatina ativa que o DNA se expressa na célula, pois nessa forma ele</p><p>pode ser transcrito nos diferentes tipos de RNA. Existem mecanismos importantes para alterar</p><p>a estrutura da cromatina e assim garantir a expressão gênica. Por exemplo, a acetilação das</p><p>histonas presentes na região central do nucleossomo diminui a interação dessas proteínas com o</p><p>DNA. Assim, a fibra de 30 nm torna-se mais instável, o que impede uma compactação maior da</p><p>cromatina e favorece a transcrição (o processo de transcrição será estudado no item 3.2). Além</p><p>disso, existem as proteínas de remodelamento da cromatina, que serão discutidas no item 3.2.2.</p><p>2.2.2 Cromossomos</p><p>À medida que a célula entra em mitose, o DNA torna-se extremamente compactado para</p><p>que possa ser distribuído entre as células-filhas sem se entrelaçar ou quebrar. O grau máximo de</p><p>compactação do DNA é atingido em uma fase da mitose denominada metáfase; neste momento,</p><p>o DNA é denominado cromossomo. Acredita-se que as alças das fibras de cromatina de 30</p><p>nm dobrem-se sobre si mesmas para formar o cromossomo metafásico compacto das células</p><p>mitóticas, nas quais o DNA está compactado quase 1000 vezes. A cromatina compactada dessa</p><p>forma não pode mais ser usada como molde para a síntese de RNA, de modo que a transcrição</p><p>cessa durante a mitose.</p><p>Eletromicrografias indicam que o DNA no cromossomo metafásico está organizado em</p><p>grandes alças ancoradas a um esqueleto proteico, o qual é constituído por mais de 30 proteínas</p><p>acídicas diferentes. Assim, o cromossomo metafásico é formado por um esqueleto central de</p><p>proteínas não histônicas, ao qual a fibra cromatínica de 30 nm se associa como alças. Pertencem</p><p>a esse esqueleto proteico as condensinas (Figura 9).</p><p>14WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>As condensinas se associam em dímeros que, por sua vez, se associam à fibra de cromatina,</p><p>compactando-a (Figura 10).</p><p>Figura 9 - Compactação do DNA. A) Dupla hélice. B) Nucleossomos. C) Solenoide. D) Fibra de 30 nm formando</p><p>laços ou alças a partir de um eixo de proteínas não histonas. E) Nível elevado de compactação ao redor de um eixo</p><p>proteico não histona. Fonte: De Robertis e Hib (2017).</p><p>A duplicação do DNA é condição determinante para que a célula entre em divisão,</p><p>logo, o cromossomo metafásico é composto por duas moléculas de DNA, cada qual presente</p><p>em uma das duas cromátides que constituem o cromossomo. Cada cromátide, por sua vez, é</p><p>resultante da compactação da fibra cromatínica de 30 nm, como descrito anteriormente. Com a</p><p>participação de dímeros de proteínas não histonas, denominadas coesinas, as duas cromátides de</p><p>um cromossomo se unem por meio de uma região de estrangulamento, denominada constrição</p><p>primária ou centrômero (Figura 10).</p><p>Figura 10 – A) Estrutura de um dímero de moléculas de coesina ou de condensina, pois ambas apresentam a mes-</p><p>ma estrutura. B) Dímeros de condensina associados a uma fibra de cromatina, que compacta a fibra e auxilia na</p><p>formação do cromossomo. C) Moléculas de coesinas que se ligam, na altura do centrômero, às duas cromátides do</p><p>cromossomo, mantendo essas cromátides unidas. Fonte: Junqueira e Carneiro (2012).</p><p>15WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>A posição do centrômero permite a classificação morfológica dos cromossomos em</p><p>quatro tipos. Os cromossomos metacêntricos possuem centrômero em uma posição mais ou</p><p>menos central, de modo que as cromátides têm braços de mesmo tamanho. Os cromossomos</p><p>submetacêntricos apresentam o centrômero deslocado do centro, de modo que as cromátides</p><p>têm um braço curto e um longo. Os cromossomos acrocêntricos apresentam o centrômero</p><p>subterminal, deslocado para uma das extremidades, de modo que os braços curtos das cromátides</p><p>são muito pequenos. Os cromossomos telocêntricos apresentam centrômero terminal, de forma</p><p>que as cromátides têm apenas braços longos. Estes últimos não são normalmente encontrados na</p><p>espécie humana, sendo comuns em outras espécies (Figura 11). O braço curto de um cromossomo</p><p>é identificado pela letra p e o braço longo pela letra q.</p><p>Figura 11 - Classificação dos cromossomos quanto à posição do centrômero. Fonte: Pierce (2017).</p><p>Nas extremidades do cromossomo metafásico, são encontradas sequências repetitivas</p><p>de DNA, que constituem os telômeros. Os telômeros mantêm a estabilidade dos cromossomos,</p><p>impedindo a sua adesão (Figura 12).</p><p>Figura 12 - Estrutura dos cromossomos. Fonte: Pierce (2017).</p><p>16WWW.UNINGA.BR</p><p>GE</p><p>NÉ</p><p>TI</p><p>CA</p><p>E</p><p>B</p><p>IO</p><p>LO</p><p>GI</p><p>A</p><p>M</p><p>OL</p><p>EC</p><p>UL</p><p>AR</p><p>|</p><p>U</p><p>NI</p><p>DA</p><p>DE</p><p>1</p><p>EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA</p><p>O elevado grau de compactação atingido quando o DNA se encontra na forma de</p><p>cromossomo faz com que este possa ser visto como estrutura individual, a qual, quando fixada e</p><p>fotografada, pode ser isolada, classificada e ordenada com relativa facilidade.</p><p>2.3 Organização Cromossômica do Genoma Humano</p><p>Como vimos, normalmente, as células humanas contêm 46 moléculas de DNA,</p><p>consequentemente, 46 cromossomos, os quais constam de 23 pares, sendo que 22 deles estão</p><p>presentes tanto na mulher como no homem e recebem o nome de autossomos ou autossômicos.</p><p>O par restante, conhecido como par sexual, na mulher, é composto por dois cromossomos</p><p>idênticos, os cromossomos X, e no homem, por dois cromossomos bastante diferentes, pois um</p><p>deles é um cromossomo X e o outro é o pequeno cromossomo Y.</p><p>O conjunto completo de cromossomos de um organismo é chamado de cariótipo, e é</p><p>geralmente representado pela imagem dos cromossomos metafásicos ordenados em tamanho</p><p>decrescente (Figura 13). Por convenção, o maior autossomo é chamado de cromossomo 1, o</p><p>seguinte maior é chamado de cromossomo 2, e assim por diante. No caso dos dois últimos pares</p><p>de autossomos, os números originalmente atribuídos não refletem seus tamanhos reais, pois hoje</p><p>sabemos que o cromossomo 22 é ligeiramente maior que o cromossomo 21. O cromossomo X</p><p>tem tamanho intermediário e o cromossomo Y tem aproximadamente o mesmo tamanho do</p><p>cromossomo 22 (Figura 14).</p><p>Figura 13 - Cariótipo masculino (46, XY). Fonte: Snustad e Simmons (2018).</p><p>A ordem dos cromossomos por tamanho não reflete a ordem por número de genes</p><p>ativos. Algumas regiões cromossômicas são “ricas em genes”, enquanto outras são “pobres em</p><p>genes”. O cromossomo 19, por exemplo, é um dos menores cromossomos em termos de tamanho,</p><p>porém é o terceiro cromossomo em número de genes ativos, o que demonstra que ele é rico em</p><p>genes (Figura 14). Por sua vez, outros cromossomos, grandes em tamanho, possuem pequena</p><p>quantidade de genes ativos, sendo pobres em genes.</p>