PROFESSORA
Fundamentos de Genética Humana
FICHA CATALOGRÁFICA
C397 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE MARINGÁ. Núcleo de Educação a
Distância. SILVA, Maria Fernanda Piffer Tomasi Baldez.
Fundamentos de Genética Humana. Maria Fernanda Piffer Tomasi Baldez
da Silva. Maringá - PR.: Unicesumar, 2021.
212 p. “Graduação - EaD”.
CDD - 22 ed. 615 CIP - NBR 12899 - AACR/2
ISBN 978-65-5615-510-4
Impresso por:
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Ensino EAD Unicesumar Diretoria de Design Educacional
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Shutterstock.
Tudo isso para honrarmos a nossa missão, que é promover a educação
de qualidade nas
diferentes áreas do conhecimento, formando profissionais
cidadãos que contribuam para o desenvolvimento de uma
sociedade
justa e solidária.
Reitor Wilson de Matos Silva
A UniCesumar celebra os seus 30 anos de história avançando a cada
dia. Agora, enquanto Universidade, ampliamos a nossa autonomia e
trabalhamos diariamente para que nossa educação à distância
continue como uma das melhores do Brasil. Atuamos sobre quatro
pilares que consolidam a visão abrangente do que é o conhecimento
para nós: o intelectual, o profissional, o emocional e o
espiritual.
A nossa missão é a de “Promover a educação de qualidade nas
diferentes áreas do conhecimento, formando profissionais cidadãos
que contribuam para o desenvolvimento de uma sociedade justa e
solidária”. Neste sentido, a UniCesumar tem um gênio importante
para o cumprimento integral desta missão: o coletivo. São os nossos
professores e equipe que produzem a cada dia uma inovação, uma
transformação na forma de pensar e de aprender. É assim que fazemos
juntos um novo conhecimento diariamente.
São mais de 800 títulos de livros didáticos como este produzidos
anualmente, com a distribuição de mais de 2 milhões de exemplares
gratuitamente para nossos acadêmicos. Estamos presentes em mais de
700 polos EAD e cinco campi: Maringá, Curitiba, Londrina, Ponta
Grossa e Corumbá), o que nos posiciona entre os 10 maiores grupos
educacionais do país.
Aprendemos e escrevemos juntos esta belíssima história da jornada
do conhecimento. Mário Quintana diz que “Livros não mudam o mundo,
quem muda o mundo são as pessoas. Os livros só mudam as pessoas”.
Seja bem-vindo à oportunidade de fazer a sua mudança!
Aqui você pode conhecer um
pouco mais sobre mim, além das informações do meu currículo.
Meu nome é Maria Fernanda Piffer Tomasi Baldez da Silva. Embora eu
tenha esse nome grande, todos costu- mam me chamar de Mafer ou
professora Mafer. Então, fique à vontade, caso prefira me chamar
assim também.
Meus pais sempre lutaram bastante e, muitas vezes, a escolha deles
era priorizar os meus estudos. Por isso, tive a oportunidade de
estudar em escola particular. Para cursar a faculdade, foi
diferente. Meus pais não podiam pagar uma faculdade particular,
então, tive que vencer os cursinhos da vida para frequentar uma
universidade pública. Formei-me em Ciências Biológicas (bacharelado
e licenciatura) e, durante toda a faculdade, trabalhei como
professora de cursinho e ministrei aulas particulares.
No último ano de faculdade, ingressei no mestrado em Genética e,
após os dois anos, ingressei no doutorado, em Recife, Pernambuco.
Pense na mudança! Foi um desafio grande estar em um lugar tão
diferente. Entretanto, isso fez com que eu desenvolvesse depressão
e precisasse retornar a minha cidade. Terminei os estudos entre
via- gens para Maringá e Butantan, em São Paulo. Se devemos tirar
algo bom de todas situações, posso dizer que esses acontecimentos
me oportunizaram o término do douto- rado em dois anos, e não nos
quatro anos convencionais. Enfim, estava com 29 anos e com
doutorado. Trabalhei um tempo em Maringá e, depois, decidi retornar
ao Nor- deste, agora, em Fortaleza, para trabalhar em grandes
universidades de lá. Contudo, a saudade foi maior. Após cinco anos,
retornei e, desde então, trabalho na Unice- sumar, localizada em
Maringá, no Paraná.
Depois disso, até o momento, são 19 anos de expe- riência voltada à
docência, apesar da pouca idade (risos). Trago isso a você enquanto
um incentivo de que qualquer um pode chegar longe e,
independentemente de toda a dificuldade, sempre há algo bom e
frutos a colher, caso seja trilhado um caminho com humildade, fé e
muita luta! Espero que você se apaixone por essa ciência tão bela
como um dia eu me apaixonei. Grande abraço e muito estudo para
você!
Quando identificar o ícone de QR-CODE, utilize o aplicativo
Unicesumar Experience para ter acesso aos conteúdos on-line. O
download do aplicativo está disponível nas plataformas: Google Play
App Store
Ao longo do livro, você será convidado(a) a refletir, questionar e
transformar. Aproveite este momento.
PENSANDO JUNTOS
EU INDICO
Enquanto estuda, você pode acessar conteúdos online que ampliaram a
discussão sobre os assuntos de maneira interativa usando a
tecnologia a seu favor.
Sempre que encontrar esse ícone, esteja conectado à internet e
inicie o aplicativo Unicesumar Experience. Aproxime seu dispositivo
móvel da página indicada e veja os recursos em Realidade Aumentada.
Explore as ferramentas do App para saber das possibilidades de
interação de cada objeto.
REALIDADE AUMENTADA
Uma dose extra de conhecimento é sempre bem-vinda. Posicionando seu
leitor de QRCode sobre o código, você terá acesso aos vídeos que
complementam o assunto discutido
PÍLULA DE APRENDIZAGEM
Professores especialistas e convidados, ampliando as discussões
sobre os temas.
RODA DE CONVERSA
EXPLORANDO IDEIAS
Com este elemento, você terá a oportunidade de explorar termos e
palavras-chave do assunto discutido, de forma mais objetiva.
FUNDAMENTOS DE GENÉTICA HUMANA
Suponha que um hospital de sua região está oferecendo uma vaga de
estágio remu- nerado na área de genética. Trata-se de um setor
muito importante do hospital, visto que, atualmente, hospitais e
outros grandes centros podem abrir setores para áreas de estudos e
atendimentos de pacientes com doenças raras. Por isso, podem
oferecer vagas para nutricionista, médico, enfermeiro, biomédico e
farmacêutico, por exemplo. A prova de seleção avaliará o
conhecimento dos candidatos em relação à área com ênfase em
aconselhamento genético, leitura e execução de exames
diagnósticos.
Embora, individualmente, sejam raras, se somadas, as doenças
genéticas têm pre- valência estimada de 31,5 a 73,0 por 1.000
indivíduos. Além disso, estudos sustentam que os defeitos
congênitos e as doenças genéticas são a segunda causa de mortali-
dade infantil no Brasil. Por esses e outros motivos, foi
estabelecida a Política Nacional de Atenção Integral às Pessoas com
Doenças Raras no Sistema Único de Saúde. Essa política, instituída
em 2014, foi extremamente importante, pois colabora com as fun-
ções específicas para a atenção primária à saúde, incluindo o
diagnóstico precoce e o mapeamento de pessoas com ou sob o risco de
desenvolver doenças genéticas raras e/ ou defeitos congênitos, para
que haja um encaminhamento regulado. Isso permitiu que os locais de
atendimento pudessem contratar e contar com profissionais da saúde
com especialidade na área de genética humana e médica, ao abrir o
campo de vagas para profissionais que desejam estudar essa
realidade tão impactante (SANTOS et al., 2020).
Tendo em vista que a disciplina “Genética humana” é a base do
teste, você se con- sidera apto(a) a prestar a prova? Você conhece
as principais leis e sabe os conceitos voltados ao material
genético, incluindo o seu comportamento nas diferentes doenças e
síndromes genéticas com as quais trabalhará, caso consiga o
estágio?
Imagine que você foi aprovado(a) e começou a estagiar no hospital.
Vários casos clínicos chegam até você, dentre eles, um em especial.
Uma criança, aparentemente, nasceu normal, mas, à medida que os
meses se passaram, ela começou a apresentar irritabilidade,
debilidade de aprendizado e problemas gastrointestinais.
O médico, após vários exames, incluindo o de triagem mínima
urinária, verificou que a paciente apresentava fenilalanina acima
do normal. Isso permitiu a constatação de que a criança apresentava
a doença fenilcetonúria. Logo, foram prescritas medicações
específicas e solicitado o encaminhamento da criança a um
nutricionista, para que fosse prescrita uma reeducação alimentar,
com a exclusão de fenilalanina da sua dieta alimentar. Diante
disso, você se pergunta: por quê? Qual é relação da dieta alimentar
com esses sinais? A prevenção do retardo mental da criança pode ser
feita com uma mudança de dieta?
Você não precisa fazer parte de um estágio e estar com todos os
conhecimentos guardados, até porque o próprio estágio te fornecerá
a experiência correta. Contudo, você precisa da base dessa
genética, ou seja, deve entender os conceitos relacionados ao
material genético, às mutações, às doenças genéticas e as suas
manifestações, a fim de saber onde encontrar maiores informações,
fornecer dados, solicitar exames com maiores certezas e, assim,
otimizar o atendimento.
Por se tratar de doenças que, em geral, não apresentam cura e,
muitas vezes, os ge- nitores acreditam que os filhos carregam a
doença por problemas que eles possam ter gerado, a esperança que os
rege é uma possível cura. Normalmente, também buscam saber se os
outros filhos nascerão “normais”. Por isso, é imprescindível ter
uma boa base da disciplina “Genética humana”, para que você, em
conjunto com a equipe, realize os exames corretos, faça uma boa
leitura deles e, desse modo, forneça o máximo de informações
eficazes aos pais e/ou responsáveis ou até mesmo aos próprios
pacientes.
Considerando todas as necessidades dos profissionais da área da
saúde em relação ao mercado de trabalho e à qualificação
profissional, este livro visa elucidar as princi- pais
características genéticas que regem as principais doenças e
síndromes genéticas. Não só, mas explicará o modo como os exames
devem ser solicitados e explicitará os encaminhamentos a serem
feitos para o paciente envolvido.
Enquanto profissional da área da saúde, você não é apenas
responsável pelas infor- mações acerca do material genético, seu
comportamento e diferentes manifestações, mas também precisa
promover um direcionamento ao paciente em relação aos exames
corretos a serem pedidos e à equipe multidisciplinar que ele deve
ser encaminhado, a fim de potencializar a qualidade de vida.
Você, enquanto profissional da saúde, será o(a) detentor(a) de
informações cruciais para a sobrevida de muitos envolvidos.
Fornecer e divulgar os conhecimentos de for- ma correta fazem parte
de sua formação e, por isso, estudá-las neste momento são
essenciais.
Venha comigo! Vamos entender um pouco mais essa genética tão
intrigante! Abraços, Maria Fernanda!
APRENDIZAGEM CAMINHOS DE
6 117 PADRÕES DE HERANÇA AUTOSSÔMICA
GENÉTICA MENDELIANA PRIMEIRA LEI DE MENDEL: A SEGREGAÇÃO
MONOFATORIAL
EXPRESSÃO GÊNICA: TRANSCRIÇÃO E TRADUÇÃO
GENÉTICA MENDELIANA: SEGUNDA LEI DE MENDEL: A SEGREGAÇÃO
INDEPENDENTE
ERROS INATOS DE METABOLISMO
101
7 137 8 153 MUTAÇÕES: ALTERAÇÕES NUMÉRICAS E ESTRUTURAIS DOS
CROMOSSOMOS
DETERMINAÇÃO DO SEXO E HERANÇAS RELACIONADAS
9 181 GENÉTICA QUANTITATIVA E DE POPULAÇÕES
1 Nesta unidade, trabalharemos o material genético, que é essencial
para o conhecimento de toda a evolução da genética humana. Nesse
sentido, você compreenderá as partes que compõem o DNA e o RNA,
assim como entenderá como esses materiais se organizam para for-
mar os cromossomos, os quais são essenciais para o estudo da vida.
Também serão abordados os principais conceitos e aspectos que
abrangem cada um dos componentes desses materiais genéticos.
Conhecendo o material genético: DNA e RNA Dra. Maria Fernanda
Piffer Tomasi Baldez da Silva
12
UNICESUMAR
Suponha que você, acadêmico(a) da área da saúde, esteja em um
laboratório e, em um determinado momento, chega um exame re- pleto
de letras sequenciais e diagramas. Já imaginou? Estas letras
correspondem ao sequenciamento de uma molécula envolvida com um
vírus extremamente contagioso, por exemplo, o Covid-19. De que modo
você poderia interpretar essa sequência de letras? Qual é a relação
delas com o vírus e com a sua capacidade de infecção? O que seria
esse “sequenciamento”?
As letras sequenciais nada mais são que as bases nitrogenadas, um
dos componentes essenciais para formação correta do DNA e do RNA.
Portanto, elas e os demais componentes desses materiais genéticos
definem todas as características humanas. No caso anterior,
trata-se da sequência das bases nitrogenadas do material genético
do vírus. A sua sequência, da forma como é descrita, apresenta uma
sequência de genes responsável pelo poder infectante desse vírus.
Evidentemente, existem equipamentos sofisticados que te ajudarão a
fazer a leitura do exame, mas conhecer cada uma das bases e os
demais componentes do material genético proporciona maior su- cesso
na elucidação do exame.
Para iniciarmos o estudo desta unidade, gostaria que você fizesse
uma pesquisa rápida na Internet usando as seguintes palavras-chave:
base nitrogenada, DNA, RNA, cromatina, cromossomos e genes. Muitos
serão os textos que surgirão dessa pesquisa inicial. Selecione os
mais atuais (cerca de quatro a seis estudos) e faça um mapa mental
com as suas principais características e outros termos
relacionados.
Pense em trabalhar em um laboratório onde você poderá lidar com
materiais genéticos a todo momento. No laboratório, você terá
contato com diversos exames, desde os mais simples até os mais com-
plexos, tanto na execução quanto em sua interpretação. Para tanto,
você precisará das noções básicas do material genético, como a sua
composição e a função dentro da cadeia de produção de
proteínas.
Diante disso, você chegará à conclusão de que os seus conhe-
cimentos prévios são essenciais para o seu desenvolvimento pro-
fissional, seja na docência, seja na atuação prática. Contudo,
quais seriam esses conhecimentos básicos? Você saberia explicar?
Qual seria, por exemplo, a melhor fase da divisão celular para
analisar os cromossomos? Qual seria a melhor fase para analisar os
genes? A partir de qual composição do material genético você
iniciaria a execução de um dado exame?
13
UNIDADE 1
Você deverá ter em mente que o DNA, o RNA, a cromatina, os
cromossomos e os genes se referem a uma sequência importante de
definição do ser humano. Essas formas apenas definem estados bio-
químicos diferentes de um mesmo material genético. No entanto,
essas formas não são visíveis con- comitantemente, ou seja, em cada
fase de uma divisão celular, será possível observar apenas uma das
formas descritas. Isso implica na forma de trabalho com esse
material genético, dependendo do que se quer observar. Utilize o
seu diário de bordo para responder brevemente as questões
apresentadas. Esse e os demais assuntos voltados ao material
genético serão abordados nesta unidade.
Imagine como deve ter sido difícil entender de onde as nossas
características eram provenientes e o porquê elas eram e ainda são
tão diferentes e, algumas vezes, tão sutis, entre um indivíduo e
outro. Para entender a origem de tudo, vários foram os cientistas e
as técnicas utilizadas, a fim de compreender o modo como tudo se
formava. Um desses cientistas foi o médico Frederick Griffith
(SNUSTAD; SIMMONS, 2013). Em 1928, ele conseguiu provar que havia
uma estrutura capaz de determinar a capacidade de infecção de uma
bactéria e que essa estrutura era a capa das proteínas que
envolviam essa bactéria. Para conseguir provar a sua tese, Griffith
realizou um experimento que ficou conhecido como “princípio
transformante”. Para tanto, como objeto de estudo, usou o
Streptococcus pneumoniae (Figura 1), que é capaz de causar
infecções respiratórias adquiridas, como sinusites e pneumonias. A
intenção era saber qual parte da bactéria era a responsável por
causar os sinais e os sintomas referidos, além de entender a
maneira como esse organismo se produz dentro de nossas células,
causando tantos danos. Griffith fez isso estudando bactérias com e
sem cápsula.
DIÁRIO DE BORDO
14
UNICESUMAR
Griffith observou que, quando as bactérias estavam com a cápsula,
ou seja, no momento em que as bactérias virulentas eram inoculadas
em camundongos, os animais adquiriam pneumonia e morriam. Já quando
os animais eram inoculados com bactérias avirulentas vivas, ou
seja, sem a cápsula, o animal sobrevivia. Quando Griffith matava as
bactérias virulentas por meio do calor e, depois, as inoculava nos
animais, o que se observava era que as bactérias, em detrimento de
terem as suas cápsulas destruídas pelo calor, permitiam que os
animais sobrevivessem. Entretanto, quando as bactérias virulentas
mor- tas pelo calor e as bactérias avirulentas vivas eram
inoculadas juntas, havia a morte dos animais. Por intermédio de
amostras de sangue desses animais, foi verificada a existência de
bactérias virulentas, ou seja, houve a transformação das
avirulentas em virulentas vivas. No entanto, não se sabia qual era
o princípio responsável pela transformação das bactérias
avirulentas em virulentas.
Somente em 1944 é que o médico Oswald Avery e colaboradores
elucidaram o princípio trans- formante e comprovaram que, mesmo que
a infecção seja causada pela cápsula da bactéria, o que
transformava um tipo de microrganismo em outro era o DNA. Contudo,
será que esse DNA também existe em organismos eucariotos? Sim,
existe! Em 1952, Hershey e Chase demonstraram a existência do DNA
enquanto material genético em um eucarionte, o bacteriófago T2
(Figura 2). Por meio do experimento, conseguiram provar que era o
DNA que entrava no hospedeiro durante a reprodução do microrganismo
e que esse mesmo DNA podia ser transmitido aos bacteriófagos da
prole (SNUSTAD; SIMMONS, 2013).
Descrição da Imagem: na figura, é possível observar uma grande
quantidade de bactérias com formato de bastonete.
Figura 1 - Imagem ilustrativa da bactéria Streptococus
pneumoniae
15
UNIDADE 1
Foi em 1953 que dois cientistas, Watson e Crick, baseados nesses e
em outros experimentos, conseguiram determinar as características
do DNA. Esses dados são usados até hoje para mostrar a estrutura
desse material genético tão importante e para evidenciar o modo
como, a partir dele, podemos construir outro material genético, o
RNA. A partir de agora, estudaremos esses dois materiais genéticos
tão relevantes.
O DNA e o RNA são abreviações da língua inglesa para ácido
desoxirribonucléico e ácido ribonucleico, respectivamente. Eles são
compostos pelas sequências de estruturas conhecidas como
nucleotídeos (ALBERTS et al., 2017). Cada nucleotídeo, no entanto,
é formado por um grupo fosfato, uma pentose e uma base nitrogenada.
São cinco os tipos de nucleotídeos encontrados, os quais são
nomeados pelo tipo de base nitrogenada que carregam, assim como
podemos verificar na Figura 3.
Descrição da Imagem: a figura mostra uma bactéria com bacteriófagos
ao redor, o que evidencia a infecção da bactéria causada pelos
bacteriófagos. A estrutura da bactéria é em bastão e a sua
coloração é alaranjada. Já os bacteriófagos apresentam cor verde e
são constituídos por cabeça e cauda.
Figura 2 - Imagem ilustrativa do bacteriófago T2 infectando uma
bactéria
16
UNICESUMAR
Fique atento(a)! Na Figura 4, é possível observar que existem
nucleotídeos comuns ao DNA e ao RNA, assim como há nucleotídeos
específicos a cada um. À esquerda, é visível a representação dos
quatro tipos de nucleotídeos encontrados no DNA, que são nominados
pelas bases nitrogenadas timina, adenina, citosina e guanina. À
direita, são observáveis os nucleotídeos presentes no RNA, que se
diferem dos nucleotídeos do DNA pela existência do nucleotídeo que
contém a uracila (exclusiva do RNA) e pela inexistência dos
nucleotídeos com timina.
A pentose é formada por cinco carbonos, os quais podem se agrupar
de duas formas e formar a desoxirribose e a ribose. A primeira é
encontrada no DNA e a segunda está presente no RNA. Elas recebem
esses nomes pela presença ou pela ausência de oxigênio na hidroxila
no carbono 2 da pentose. Em relação à pentose do DNA, não existe
oxigênio nessa hidroxila, quando comparada com a ribose no RNA. Por
isso, foi acrescentada a terminologia –des, que significa falta, e
-oxi-, que faz menção ao oxigênio da hidroxila, completando o termo
“desoxirribose” (Figura 4).
Desoxirribonucleotídeo timina
Desoxirribonucleotídeo adenina
Desoxirribonucleotídeo citosina
Desoxirribonucleotídeo guanina
Ribonucleotídeo uracila
Ribonucleotídeo adenina
Ribonucleotídeo citosina
Ribonucleotídeo guanina
Descrição da Imagem: na coluna da esquerda, estão quatro grupos
moleculares. De cima para baixo, temos o deso- xirribonucleotídeo
timina, seguido por desoxirribonucleótido adenina,
desoxirribonucleótido citosina e desoxirribonu- cleotídeo guanina.
Também há círculos amarelos, que representam o grupo fosfato;
estruturas azuis, que representam a desoxirribose (D); estruturas
arroxeadas, que representam as bases nitrogenadas timina (T);
estruturas róseas, as quais representam as bases nitrogenadas
adenina (A); estruturas azuladas, que representam as bases
nitrogenadas citosina (S); e estruturas alaranjadas, as quais
representam as bases nitrogenadas guanina (G). Na coluna da
direita, encontram-se quatro grupos moleculares. De cima para
baixo, temos o ribonucleotídeo uracila, seguido por ribonu-
cleotídeo adenina, ribonucleotídeo citosina e ribonucleotídeo
guanina. Também há círculos amarelos, que representam o grupo
fosfato; estruturas verdes, que representam a ribose (R);
estruturas rosadas, as quais representam as bases nitrogenadas
uracila (U); estruturas róseas, que representam as bases
nitrogenadas adenina (A); estruturas azuladas, as quais representam
as bases nitrogenadas citosina (S); e estruturas alaranjadas, que
representam as bases nitro- genadas guanina (G).
Figura 3 - Nucleotídeos representativos das moléculas de DNA e de
RNA
17
UNIDADE 1
Já as bases nitrogenadas são formadas por anéis carbônicos contendo
nitrogênio, oxigênio e hidrogênio. Eles também se agrupam de
maneira específica e podem formar dois grandes grupos de bases: as
pirimídicas e as púricas (Figura 5). As ba- ses pirimídicas são
aquelas que têm apenas um anel de carbono e são três as mais
conhecidas: a citosina, a timina e a uracila. Já as bases
nitrogenadas púri- cas apresentam dois anéis de carbono: a adenina
e a guani- na (NUSSBAUM; MCINNES; WILLARD, 2016).
Descrição da Imagem: à esquerda, está representada a pentose do
DNA, que é chamada de “desoxirribose”. Também é observável o
hidrogênio (H) destacado em azul. Já à direita, está representada a
pentose do RNA. Tam- bém é destacada de cor de rosa a hidroxila
(OH).
Figura 4 - Diferenças entre a desoxirribose e a ribose
Descrição da Imagem: na figura, a timina e a uracila são
demonstradas por meio das ligações carbônicas em forma de um anel
que tem ligações envolvendo nitrogênio (N), oxigênio (O) e
hidrogênio (H). A citosina é demonstrada por intermédio das
ligações carbônicas em forma de um anel com ligações envolvendo
nitrogênio (N), oxigênio (O) e hidro- gênio (H). Nota-se, no ápice
da molécula, a presença de NH2, ao contrário do O encontrado na
timina e na uracila. A adenina é demonstrada por meio das ligações
carbônicas em forma de dois anéis com ligações envolvendo
nitrogênio (N), oxigênio (O) e hidrogênio (H). A guanina (guanine)
é demonstrada por meio das ligações carbônicas em forma de dois
anéis com ligações envolvendo nitrogênio (N), oxigênio (O) e
hidrogênio (H). Nota-se que, no ápice da molécula, há a presença de
O, ao contrário de NH2.
Figura 5 - Bases pirimídicas (timina, uracila e citosina) e bases
púricas (adenina e guanina)
DIFERENÇAS ENTRE A DESOXIRRIBOSE E A RIBOSE
RiboseDesoxirribose
NULEOBASES
18
UNICESUMAR
Agora que você já estudou um pouco os componentes de um
nucleotídeo, vamos entender como eles se ligam? Entre o grupo
fosfato, a pentose é a base nitrogenada. Além disso, existem
ligações químicas responsáveis pela formação do nucleotídeo e pela
união deles entre si. As ligações que mantêm os com- ponentes do
nucleotídeo unidos entre si são a ligação glicosídica e a ligação
fosfoéster. A primeira é a responsável por unir a pentose à base
nitrogenada por meio do carbono 1 da pentose e da base nitrogenada.
Já a ligação fosfoéster é a responsável por unir o grupo fosfato à
pentose por intermédio do carbono 5 da pentose e do grupo
fosfato.
O que também se sabe é que o material genético é formado por
sequências desses nucleotídeos unidos entre si. Para que permaneçam
estáveis, a ligação ocorre entre o fosfato do carbono 5 de uma
pentose e o carbono 3 da pentose seguinte. O nome dessa ligação é
ligação fosfodiéster (Figura 6). As ligações feitas ao longo da
fita deixam duas pontas livres e são conhecidas como terminais 5’ e
3’, ou seja, a extremidade 5’ é aquela que em que o carbono 5 está
livre e a extremidade 3’ é aquela em que o carbono 3 está livre, o
que indica que o material genético é uma estrutura linear
(BORGES-OSÓRIO; ROBINSON, 2013).
Descrição da Imagem: na figura, do lado esquerdo, há a presença dos
agrupamentos fosfato, pentose e base ni- trogenada. O fosfato é
representado por um círculo alaranjado, a pentose por um pentágono
de cor roxa e a base nitrogenada por um hexágono na cor verde. Já
do lado direito, é observável a representação da fita dupla hélice
do DNA, evidenciando as pontas 5' e 3'. A ilustração apresenta
setas vermelhas que representam as ligações fosfodiéster.
Figura 6 - Ilustração da ligação fosfodiéster entre o fosfato do
carbono 5 de uma pentose e o carbono 3 da pentose seguinte
19
UNIDADE 1
Quando descobriram o DNA, constataram que a sua estrutura era
composta por sequências de nu- cleotídeos e que elas deveriam se
unir de alguma forma. Você sabe como isso acontece? É simples: as
fitas se unem por meio das bases nitrogenadas. Em 1940, Chargaff
descobriu certa proporção entre as bases púricas e pirimídicas na
estrutura do DNA. Ele verificou que as bases nitrogenadas púricas e
as pirimídicas são complementares entre si. No caso do DNA, a
adenina sempre se ligava por meio de duas pontes de hidrogênio à
timina e a guanina por intermédio de três pontes de hidrogênio à
citosina (Figura 7). Chargaff também descobriu que o número de
pares de bases e, consequentemente, o nú- mero de pares de
nucleotídeos variam nos diferentes organismos, de acordo com a sua
complexidade (NUSSBAUM; MCINNES; WILLARD, 2013).
Descrição da Imagem: na figura, da esquerda para a direita, temos a
citosina, a guanina, a timina e a adenina. Os círculos representam
as moléculas de hidrogênio (branco), nitrogênio (azul), oxigênio
(alaranjado) e carbono (cinza). Já a estrutura em rosa representa a
pentose e as estruturas em anéis, que estão nas cores roxo e azul,
representam as bases nitrogenadas. Por fim, as linhas pontilhadas
evidenciam as pontes de hidrogênio.
Figura 7 - Pareamento das bases do DNA
Nucleotídeos
Hidrogênio
Nitrogênio
Oxigênio
Carbono
Ao final de todas essas descobertas, foi possível demonstrar que a
estrutura completa do DNA se apre- senta enquanto duas cadeias
lineares e polinucleotídicas enroladas para a direita, sendo
complementares e antiparalelas. Em outras palavras, uma fita se dá
no sentido 5’ para 3’, enquanto a outra acontece no sentido inverso
(3’ para 5’), assim como você pode observar na Figura 8.
Vamos explorar mais essa molécula tão complexa? Que tal uma
realidade
aumentada da Figura 8? Assim, você poderá ter uma
ideia mais real e tridimensional da estrutura, composição e
movimentação do ácido
desoxirribonucléico.
20
UNICESUMAR
Na realidade aumentada, você observou que o DNA é uma molécula
tridimensional com uma fita dupla que tem o seu giro para a
direita. Uma das fitas é sentido 3’ - 5’ e a outra é o inverso 5’ -
3’. Isso se deve às ligações que devem ocorrer entre as bases
nitrogenadas. Em detrimento da composição química das bases
nitrogenadas e das suas ligações livres, as duas fitas de DNA só
podem se ligar desde que elas estejam uma o inverso e opostas à
outra, ou seja, no formato antiparalelo.
Além disso, as ligações chamadas “pontes de hidrogênio” permitem a
ocorrência de ligações às bases de maneira específica. A timina e a
adenina se unem por meio de duas pontes de hidrogênio, enquanto as
bases guanina e citosina se ligam por intermédio de três pontes de
hidrogênio. Nesse con-
DNA double helix
Citosina (C) Guanina (G) Timina (T) Adenina (A)
Descrição da Imagem: na figura, a estrutura em hélice do DNA
(represen- tada por linhas verticais verdes) é o DNA, evidenciando
os locais onde ficam os grupos fosfato e pentoses. Também há letras
internas, as quais represen- tam as bases nitrogenadas
(representadas pelas letras G, C, T e A) ligadas entre si por meio
de pontes de hidrogênio (linhas pontilhadas), em que C (citosina
-roxa) sempre se liga por intermédio de três pontes de hidrogênio
com G (guanina- azul) e vice-versa. Além disso, T (timina -
amarelo) sempre se liga por meio de duas pontes de hidrogênio com A
(adenina - vermelho) e vice-versa. É observável que uma das linhas
verticais verdes é sentido 5’ - 3’ e a outra é 3’-5’, ou seja,
tratam-se de fitas antiparalelas.
Figura 8 - Estrutura do DNA dupla hélice
REALIDADE AUMENTADA
ÁCIDO RIBONUCLEICO
UNIDADE 1
texto, podemos concluir que fitas de DNA com maior proporção de
guanina-citosina são mais estáveis que as fitas com
adenina-timina.
Perceba também a organização das ligações das fitas: interna- mente
à dupla fita, temos as ligações entre as bases nitrogenadas, que
unem as duas fitas. Já nos extremos, representados pelas linhas
helicoidais verdes, estão as moléculas de fosfato ligadas (por
liga- ções fosfodiéster) às pentoses do tipo desoxirriboses, que
formam cada fita. Essa organização é muito semelhante a uma
escadaria com corrimão, em que as escadas são as bases e os
corrimões são os grupamentos fosfato e pentoses.
Já o ácido ribonucleico (RNA), assim como é visível na Figura 9, é
formado por apenas uma sequência de nucleotídeos e com a base
nitrogenada específica dele, a uracila.
Descrição da Imagem: na figura, à esquerda, está ilustrada a fita
de RNA (ácido ribonucleico) em uma linha vertical azul com as bases
nitrogenadas, que são representadas por retângulos roxo, amarelo,
vermelho e azul claro. À direita, estão ilustrados os quatro tipos
de bases nitrogenadas encontra- dos na fita. De cima para baixo,
temos a adenina (molécula azul clara), a guanina (amarela), a
citosina (vermelho) e a uracila (roxo).
Figura 9 - Molécula de RNA
22
UNICESUMAR
Você sabia que, além do DNA no formato de dupla hélice linear, você
pode encontrar outros formatos? Quando Watson e Crick desvendaram a
estrutura do DNA, eles se basearam no tipo mais comumente
encontrado: o DNA tipo B. No entanto, além da forma linear, você
poderá se deparar com estudos que mostram o DNA sob a forma
circular. Ele pode ser encontrado no citoplasma de bactérias e
vírus ou, então, formando o DNA que encontramos nas mitocôndrias,
assim como é visível na Figura 10.
Descrição da Imagem: a figura ilustra o DNA em forma de círculo.
Nela, há duas linhas, uma azul e outra vermelha. Cada uma
representa uma das fitas do DNA. Também há linhas cinzas no
interior das fitas duplas, que representam as pontes de
hidrogênio.
Figura 10 - Estrutura de DNA circular
Agora que você já conhece a estruturação do material genético, que
tal entendermos como ele está organizado em nossas células? Você se
lembra que, no começo desta unidade, você foi questionado sobre um
exame que tinha uma sequência de letras que deveriam ser
elucidadas? O que será que essas letras, que, agora, você já sabe
que são as bases nitrogenadas, podem nos responder sobre as nossas
características? Será que são elas, por exemplo, que determinam a
cor de cabelo ou o formato de olho? Que teremos, ou não, câncer?
Isso é o que veremos a seguir!
23
UNIDADE 1
No século XIX, estudos microscópicos das células eucarióticas
levaram os cientistas a suporem que o núcleo da célula continha
estruturas com mecanismos importantes que poderiam ser passados de
gerações em gerações. Eles descobriram a existência da cromatina.
Quando você estudou o DNA, você constatou que ele é formado por uma
sequência de nucleotídeos, certo? O ácido desoxirribonucléico é uma
molécula imensa e, se de alguma forma, não se compactar, não cabe
nos núcleos de suas células (GRIFFITHS et al., 2017). Por isso, o
DNA se associa a uma grande quantidade de proteínas e forma uma
massa compacta que é conhecida como cromatina (Figura 11).
Descrição da Imagem: na figura, há uma estrutura circular cor de
rosa, a qual é uma representação esquemática do núcleo. Ela está
com uma estrutura emaranhada de cor azul em seu interior, que
representa o DNA sob a forma de cromatina.
Figura 11 - Imagem de um núcleo cortado com um emaranhado de DNA em
seu interior
A cromatina apresenta uma estrutura composta por DNA, proteínas
histônicas e proteínas não-histô- nicas. As proteínas histônicas
têm uma estrutura em hélice, assim como o próprio DNA. No entanto,
apresentam caráter básico, que favorece a sua ligação ao DNA, que
tem caráter ácido. Em outras pa- lavras, as cargas positivas das
proteínas histônicas as auxiliam na ligação com o esqueleto de
fosfato e os açúcares negativamente carregados do DNA.
São cinco histonas, as chamadas H1, H2A, H2B, H3 e H4. As histonas
H2A, H2B, H3 e H4 formam um octâmero, que se liga no DNA. Essa
interação para formar o octâmero se dá pela associação tetramérica
de H3-H4 unida à dois dímeros de H2A-H2B. A histona H1 tem a função
de colaborar com o empacotamento mais adiante da cromatina, fase
conhecida como solenoide. Todavia, não se preocupe, pois a
estudaremos mais adiante nesta unidade (GRIFFITHS et al.,
2017).
24
UNICESUMAR
O octâmero se organiza ao redor do DNA, a fim de que seja possível
que o material genético dê duas voltas ao redor dele, o que ajuda a
diminuir o tamanho do material genético como um todo. Cada
estrutura de DNA em conjunto com octâmero de histonas é conhecida
como nucleossomo, assim como é perceptível na Figura 12. Já a
sequência de vários nucleossomos é conhecida como nucleofi-
lamento. Perceba que, entre os nucleossomos, há um DNA desnudo
chamado DNA de ligação ou espaçador, em que há cerca de 20 a 100
pares de bases. É nele que todo maquinário enzimático pode acessar
as bases nitrogenadas para produzir as estruturas que determinam as
nossas características, cuja palavra representativa é “gene”
(SNUSTAD; SIMMONS, 2013).
Além das proteínas histônicas, existem as proteínas não-histônicas,
que são um grupo hetero- gêneo formado por proteínas ácidas e
maiores. Trata-se de todas as demais proteínas estruturais que
estão envolvidas na formação posterior do cromossomo; proteínas
associadas à replicação e reparo do DNA; e proteínas envolvidas na
regulação gênica. Como regra geral, as proteínas não-histônicas
estão associadas à estruturação da cromatina em níveis de
organização superiores, enquanto as proteínas histônicas
correspondem ao nível de organização básico do material
genético.
Cada uma das células das proteínas não-histônicas tem o núcleo com
tipos de colorações diferentes e relacionadas diretamente com os
padrões distintos da cromatina: a eucromatina e a heterocromatina.
A eucromatina, que aparece com uma coloração mais clara no núcleo,
é a cromatina ativa, ou seja,
Cromatina
Sequência de DNA
DNA acessível
Descrição da Imagem: a figura representa o DNA sob várias formas de
compactação. Há, em azul, estruturas circula- res que simbolizam os
octâmeros de histonas. Cada octâmero está envolvido por duas linhas
roxas, que representam as duas voltas que o DNA dá em cada
octâmero. Também há uma linha vermelha que mostra um gene, o qual
pode estar dentro ou fora da estrutura dos octâmeros. Quando está
fora, ou seja, sem octâmero ligado, é chamado de “gene ativo” e,
quando está ligado, é chamado de “gene inativo”.
Figura 12 - Ilustração da cromatina com os octâmeros de histonas
enrolados no DNA em evidência
25
UNIDADE 1
aquela que está acessível ao maquinário enzimático e é capaz de
produzir proteínas e determinar as suas características. Já a
heterocromatina, que tem cor mais escura, é a cromatina inativa ou
pouco ativa. Nela, dificilmente ocorrerá a expressão de qualquer
gene. As fibras de DNA e as proteínas que constituem a eucromatina
também fazem parte da heterocromatina. Logo, eucromatina e
heterocro- matina não são elementos distintos, mas diferentes graus
de condensação do material genético.
Descrição da Imagem: na imagem, há uma linha circular em vermelho,
que representa o envoltório nuclear. Dentro dessa linha, também há
um círculo em azul, que se refere ao nucléolo e, em volta, há um
círculo um pouco maior e de cor verde, que expressa a
heterocromatina. Por fim, para completar o espaço dentro da linha,
de cor cinza, é evidenciada a eucromatina.
Figura 13 - Imagem em microscopia eletrônica que evidencia o
núcleo
A eucromatina representa cerca de 10% do material genético (genoma)
ativo e, nesse local, os nucleos- somos estão menos condensados. A
proteína H1 parece estar ligada mais frouxamente à cromatina e,
apesar das quatro histonas nucleossomais estarem em quantidades
normais na cromatina ativa, elas são extremamente acetiladas
(adição de grupo acetil às histonas), quando comparadas às histonas
da cromatina inativa, o que garante maior atividade a esse
material.
Algumas regiões da cromatina, no entanto, encontram-se densamente
empacotadas, condição com- parável à do cromossomo, cuja
denominação é heterocromatina. Elas são compostas por sequências de
DNA repetitivo com pouca ou nenhuma atividade gênica, ou seja, que
quase não contém genes. Os genes que estão heterocromatinizados são
resistentes à expressão gênica. Geralmente, esse DNA se apresenta
metilado (adição de metil à molécula), a fim de diminuir a
transcrição nessa região, e com hipoacetilação histônica (menor
quantidade de grupos acetil nas histonas), aumentando a carga
positiva da molécula, o que facilita a condensação do material
genético e diminui a expressão gênica (NUSSBAUM; MCINNES; WILLARD,
2016).
26
UNICESUMAR
A heterocromatina ainda pode se distinguir em heterocromatina
constitutiva e heterocromatina facultativa. A heterocromatina
constitutiva nunca se expressa, isto é, nunca é transcrita em RNA,
uma vez que está permanentemente condensada. Já a heterocromatina
facultativa é aquela que pode ser transcrita em RNA. É a parte da
heterocromatina que está limitada a determinados tipos celulares e
em certas fases do desenvolvimento. Um exemplo clássico é o
cromossomo X dos mamíferos fêmeas (NUSSBAUM; MCINNES; WILLARD,
2016).
Você sabia que, no sexo feminino, metade das células apresentam o
cromossomo X, que é de origem paterno ativo (eucromatinizado), e o
cromossomo X, que é de origem materno inativo
(heterocromatinizado)? Não só, mas que, na outra metade,
encontramos o contrário disso? Você saberia dizer o motivo pelo
qual ocorre essa situação? Isso acontece para que haja uma
compensação na expressão do material genético, ou seja, para que a
mulher não fique com excesso de genes em relação ao homem, o que
aconteceria caso os dois cromossomos X funcionassem. A
heterocromatinização, ou seja, a compactação do cromossomo X se
inicia no 16º dia após a fecundação. Até essa fase, os dois
cromossomos X têm comportamento eucromático. No entanto, a partir
desse momento, cada célula terá a heterocromatinização de um dos
seus X, o que promove a compensação da dosagem de genes. Essa
heterocromatinização é tão in- tensa que é possível ver o
cromossomo X heterocromatizinado no formato de um corpúsculo, o
corpúsculo de Barr, quando são analisados os núcleos de células
femininas (Figura 14). Fonte: a autora.
Descrição da Imagem: na figura, há um neurônio de formato fusiforme
com estrutura circular clara no centro, o qual representa o núcleo.
Em seu interior, há dois pontos de cor roxa: o maior é o nucléolo e
o menor é o corpúsculo de Barr. Também há outras células em roxo ao
redor, as quais representam outros tipos celulares do sistema
nervoso.
Figura 14 - Neurônio corado com cristal violeta mostrando o
corpúsculo de Barr (cromatina sexual) localizado próximo a um
grande nucléolo
27
UNIDADE 1
A cromatina, por ocasião de uma divisão celular, seja para
multiplicar as suas células (mitose), seja para dividi-las
(meiose), deve se compactar, a fim de formar estruturas únicas que
são conhecidas como cromossomos. Esse processo não é direto
(cromatina-cromossomos). Na realidade, a cromatina passa por níveis
de compactação até que o cromossomo seja formado. Isso precisa
ocorrer para que as células-filhas recebam as quantidades exatas de
material genético, o que é facilitado pela própria estrutura do
cromossomo, que garante uma divisão mais eficiente.
Além disso, a formação dos cromossomos no momento da divisão é
essencial para garantir a integridade do material. Você precisa ter
em mente que, quando o material genético está sob a forma de
cromossomos, não haverá qualquer determinação de características,
já que o material genético estará extremamente compactado e
inacessível à maquinaria enzimática (GRIFFTHS et al., 2017).
Um aspecto relevante que você precisa ter em mente é que a
cromatina e o cromossomo apresentam a mesma estrutura, o DNA,
apenas com diferenças morfofisiológicas entre si. Além disso, com
as descobertas das experiências relacionadas aos cruzamentos de um
grande estudioso da hereditariedade, Gregor Mendel, no começo do
século XX e, depois, por parte de Morgan, em 1910, tornou-se
plausível a existência, nos cromos- somos, de estruturas que
poderiam ser traduzidas em características, os chamados genes, os
quais seriam transmitidos dos genitores para a prole.
Relembre o que você estudou até agora: o filamento de cromatina que
contém vários nucleossomos unidos se chama nucleofilamento.
Contudo, na presença das histonas H1, esse nucleofilamento pode
ado- tar uma conformação mais compacta, em detrimento do
enrolamento desses nucleossomos sobre si mesmos. Portanto, a
histona H1 pode ser chamada de proteína histônica de ligação, já
que, além de ajudar na ma- nutenção do nucleossomo, também colabora
para a compactação de um nucleossomo a outro.
Quando esses nucleossomos se aproximam, por meio de interações, das
histonas H1, em forma de interação zigue-zague, eles estruturam um
segun- do nível de compactação chamado solenóide, compactando ainda
mais o material genético. Os solenóides também podem dobrar sobre
si mesmos por enovelamento helicoidal ou em forma de alças (mais
comum), com a ajuda das proteínas não-histônicas. Por fim, essas
alças ainda se compactam e dobram sobre si mesmas, formando as
cromátides dos cromossomos, último nível de compactação da
cromatina. Para isso, são recrutadas pro- teínas não-histônicas
específicas, como as condensinas e as coesinas.
28
UNICESUMAR
Histonas
Chromossome
Adenina (A)
Timina (T)
Guanina (G)
Citosina (C)
Descrição da Imagem: na figura, de cima para baixo, é possível
encontrar o DNA, que é representado por duas fitas verdes em hélice
com as bases nitrogenadas (retângulos coloridos) em seu interior,
ligados por pontes de hidrogênio (linhas pontilhadas). O DNA se
enrola sobre os octâmeros de histonas (estruturas coloridas
circulares), diminuindo o tamanho da fita. Seguindo, evidencia-se a
compactação ainda maior do nucleofilamento por meio da aproximação
dos octâmeros entre si, formando o solenoide. Depois, observa-se a
formação de alças que culminam na formação do cromossomo, o que é
evidenciado por um desenho em formato de X verde.
Figura 15 - Várias formas que podemos encontrar o DNA
Vale ressaltar que o cromossomo pode ser composto por uma ou duas
cromátides. Entretanto, o que significa esse termo? Cromátide é uma
porção do cromossomo, ou seja, em cada cromátide, encontra- remos
apenas um DNA compactado. Todavia, por que toda vez que imaginamos
uma imagem de um cromossomo, ele aparece em formato de “X”? Quando
observamos o cromossomo à nível de metáfase, é perceptível que ele
se apresenta duplicado, ou seja, com duas cromátides, o que se
assemelha com o formato de um “X”. Essa duplicação se deu um pouco
antes, no momento em que o material genético foi duplicado, ou
seja, antes de se dividir, para garantir que as células filhas
recebam material genético em quantidades proporcionais. Quando o
DNA é duplicado, os produtos de duplicação (futuras cromátides) são
unidos por meio de proteínas específicas, as coesinas, que formam
uma espécie de anel envolvendo o DNA duplicado. Isso garante que,
quando houver a compactação da cromatina, no momento inicial da
divisão celular, os cromossomos apresentarão as duas cromátides
idênticas (Figura 16).
29
UNIDADE 1
Suponha que, hoje, você fosse chama- do para trabalhar como
estagiário na área de aconselhamento genético, ou seja, em um
laboratório que, a par- tir da coleta de material, determina o
cariótipo (sequência, quantidade e morfologia dos cromossomos) de
de- terminado indivíduo, com o objetivo de auxiliar na elucidação
de algumas síndromes genéticas. Entretanto, para garantir a sua
vaga no estágio, você precisa determinar o cariótipo apre- sentado
na Figura 17. Diante dessa si- tuação, o que você faria?
Conseguiria determinar o cariótipo?
Descrição da Imagem: na figura, há um desenho esquemático que
mostra as partes que formam um cromossomo. Assim, são evidencia-
dos os telômeros por meio de pontas vermelhas e o centrômero, por
intermédio de um círculo azul central. Também é possível observar
duas estruturas verticais azuis (cromátides-irmãs), as quais
apresen- tam uma fita de DNA (linha branca). Acima da região do
centrômero, está o braço curto (short arm) e, abaixo, o braço longo
(long arm) do cromossomo.
Figura 16 - A estrutura do cromossomo com ênfase nas duas
cromátides (cromátides-irmãs)
Cromossomo X
Centrômero
Cromátides-irmãs
Descrição da Imagem: na figura, os cromossomos estão representados
por números. Para cada número, existe um par de cromossomos de
igual tamanho e conformação de bandas claras e escuras (tracejados
em tons variados de cinza). Totalizam-se 22 pares de cromossomos,
chamados de autossomos. O último par é o par de cromossomos
sexuais, que pode ser XX (sexo feminino) ou XY (sexo mascu- lino).
Na figura, é possível observar dois cromossomos sexuais diferentes,
sendo um maior (X) e um menor (Y).
Figura 17 - Cariótipo de um homem normal
30
UNICESUMAR
A determinação do cariótipo só é possível porque existem diferentes
tipos de cromossomos, que se di- ferem com base na disposição dos
seus braços: o braço curto “p” e o braço longo “q”, ambos formados
a partir do centrômero (Figura 18). O cromossomo metacêntrico
apresenta os dois braços, “p” e “q”, do mesmo tamanho, enquanto o
cromossomo submetacêntrico tem o braço “p” ligeiramente
menor.
Quando o braço “p” é bem menor que o “q”, esse cromossomo é
telocêntrico. Por fim, quando há apenas o braço “q”, o cromossomo
será chamado de acrocêntrico, que é quase ausente nos humanos. Com
base nessa disposição e na disposição das bandas sequenciais de
cores claras (eucromatina) e escuras (heterocromatina) que cada
cromossomo possui, você conseguirá entender a morfologia e a
quantidade de cromossomos que aquela amostra tem e, assim,
determinar possíveis alterações.
Com exceção das células germinativas, cada célula eucariótica é
constituída por duas cópias de cada cromossomo, uma herdada da mãe
e outra do pai. Esses cromossomos são conhecidos como cromos- somos
homólogos. Os seres humanos apresentam 46 cromossomos nas suas
células somáticas, os quais podem ser observados e distinguidos com
a utilização de corantes específicos, que se ligam a certos tipos
de sequências de DNA e formam padrões de bandas ao longo do
cromossomo. O cariótipo que você viu na Figura 17 é uma
demonstração clara desse tipo de cromossomo. Caso você se depare,
no seu trabalho, com a necessidade de analisá-lo, isso se dará por
intermédio da sequência, da morfologia e da estrutura de cada par
de homólogos.
Descrição da Imagem: na figura, os cromossomos são representados
por desenhos em X de diferentes tamanhos, já que, pela posição do
centrômero (expresso por um círculo rosa), cada cromossomo receberá
um nome diferente. São eles: metacêntrico (metacentric),
submetacêntrico (submetacentric), acrocêntrico (acrocentric) e
telocêntrico (telocentric).
Figura 18 - Tipos de cromossomos evidenciados pelo tamanho dos
braços
TIPOS DE CROMOSSOMOS
UNIDADE 1
Descrição da Imagem: na figura, encontram-se cinco círculos que
representam as células realizando o processo de mitose. Na
intérfase, há a presença do núcleo, representado por um círculo
interno menor, com o material genético sob a forma emaranhada,
chamada de cromatina (linhas enoveladas roxas). Também há uma
estrutura preta no cír- culo maior, a qual representa o centríolo.
Na prófase, o núcleo desaparece, pois os centríolos ficam opostos
às células e de forma duplicada. Além disso, a cromatina se
compactou e formou os cromossomos, que são representados por
estruturas amarelas e azuis em formato de X. Na metáfase, é
observável a célula em maior tamanho e os cromossomos estão
posicionados no centro da célula e presos pelos centríolos por meio
das fibras de fuso (linhas pontilhadas). Na anáfase, há a separação
das cromátides irmãs (separação das partes de um mesmo cromossomo).
Por fim, na telófase, acontece o reaparecimento do núcleo e o
término da divisão das células, simbolizado por duas estruturas
circulares.
Figura 19 - Ilustração de um processo de mitose com ênfase nas
fibras de fuso
Descrição da Imagem: na figura, há círculos, os quais representam
as células realizando o processo de meiose. Da esquerda para a
direita, há a desintegração do núcleo (representado por pontilhados
em vermelho) com os centríolos, que vão para os lados opostos das
células e de forma duplicada, presos pelas fibras de fuso
(expressas por linhas pretas). Posteriormente, a célula fica em
maior tamanho e os cromossomos permanecem posicionados no centro da
célula, presos pelos centríolos por meio das fibras de fuso, com
posterior separação. Por fim, há o reaparecimento do núcleo e
acontece o término da divisão das células.
Figura 20 - Ilustração do processo de meiose com ênfase as fibras
de fuso (conjunto de microtúbulos)
MITOSE
Intérfase Prófase Metáfase Anáfase Telófase
Além dos conceitos que você já estudou sobre os cromossomos
homólogos e as bandas claras e escuras, você pode observar, na
Figura 16, outras regiões do cromossomo, seja um cromossomo
homólogo, seja um cromossomo único. O centrômero ou constrição
primária é formado por uma sequência de DNA heterocromático e têm
duas funções principais: a de unir as cromátides e a de ancorar os
mi- crotúbulos no momento em que ocorrer a divisão das cromátides,
a fim de direcioná-las corretamente na divisão celular. Perceba
que, tanto na mitose quanto na meiose (Figuras 19 e 20), é na
região do centrômero que as fibras de fuso se posicionam para
“prender” o cromossomo na posição correta e, assim, garantir a
divisão de maneira satisfatória para as células-filhas (ALBERTS et
al., 2017).
Prófase I Metáfase I Anáfase I Telófase I e citocinese
Prófase II Metáfase II Anáfase II Telófase II e citocinese
32
UNICESUMAR
Ainda na Figura 16, você pode observar duas regiões destacadas em
rosa nas pontas do cromossomo. Essas regiões são os telômeros, que
representam o DNA das porções finais dos cromossomos e foram
identificados pela primeira vez por Müller, na década de 30. Os
telômeros devem manter a estabilidade estrutural do cromossomo e
precisam ajudar na organização dos cromossomos, mantendo-os presos
à membrana nuclear. No entanto, a cada divisão celular, parte
dessas porções finais são perdidas, o que pode ser um fator
determinante para o envelhecimento celular.
Por que não existe um mecanismo que possa manter as regiões
teloméricas estáveis e sem perdas durante as divisões celulares?
Esse mecanismo existe e é garantido por uma enzima chamada
telomerase. Entretanto, nas células somáticas, essa enzima está
inativa e funciona apenas nas células germinativas. Isso não é um
aspecto negativo, já que, se alguma célula somática tiver defeito,
ela acabará sendo des- truída pela falta de material genético,
processo ocasionado pelas sucessivas perdas de material durante as
divisões. Já em relação às células germinativas, o fato de a
telomerase funcionar também é perfeito, porque, assim, teremos a
garantia da perpetuação da espécie.
No entanto, ainda há um problema. Foi descoberto que as células
cancerígenas, por algum motivo, conseguem ativar as suas
telomerases e, com isso, dividem-se eternamente, sem que haja o
envelheci- mento e a morte da célula. Esse processo é chamado de
imortalização celular e é um dos fatores que torna tão complexa a
eliminação do câncer de um organismo.
Agora que você já sabe bastante sobre os cromossomos, vamos estudar
a relação entre o DNA, os genes, os cromossomos e a expressão das
características. Você já deve ter ouvido falar que os genes podem
ajudar a determinar as características essenciais para nós, certo?
O que será que existe neles que garante essa função? Será que é
algo na estrutura que pode estar, algumas vezes, alterado e gera as
diferenças entre os indivíduos ou até mesmo algumas doenças?
Você sabia que as mulheres com idade acima de 35 anos têm maior
probabilidade de gerar filhos com anomalias genéticas, como a
síndrome de Down, o que pode estar relacionado com a ocorrência de
falhas na meiose? Como você poderia relacionar esse fato com as
fibras de fuso que acabamos de estudar? As mulheres já têm o
processo de formação dos seus gametas iniciado ainda na vida
intraute- rina. Isso significa que, quando uma mulher está com mais
de 35 anos, seus gametas já estão mais velhos e com estruturas mais
deficitárias. No momento em que esses cromossomos estiverem
emparelhados pelas fibras de fuso e terão que se dividir para
terminar a formação do gameta, iniciada há muito tempo, a divisão
pode não ser igualitária e as células gaméticas receberão
quantidades desiguais de cromossomos. Se uma dessas células, como a
que recebeu um cromossomo a mais, for a que fará parte da
fecundação, o zigoto terá mais cromossomos que o normal, gerando um
feto com síndrome de Down. Fonte: a autora.
33
UNIDADE 1
Quando você estudou o material genético no início desta unidade,
você constatou que ele pode estar sobre várias conformações
distintas, o que faz com ele desempenhe o seu papel corretamente.
Muito antes de os biólogos entenderem a estrutura do DNA, eles já
haviam reconhecido que os ge- nes estavam localizados nos
cromossomos e que cada gene se encontrava em um local específico do
cromossomo, chamado lócus gênico. Somente mais tarde, com a
descoberta do DNA, é que se pôde relacionar essas estruturas e
entender que um gene nada mais é que um segmento de DNA específico
e contém um código, ou seja, a sequência de nucleotídeos, a fim de
produzir um RNA e, depois, uma proteína funcional.
Contudo, lembre-se: não é sempre que um gene será capaz de produzir
ao final uma proteína. Às vezes, ele produz apenas o RNA com outras
funções, sem que se chegue a formar sequências proteicas. Por isso,
convencionou-se chamar de éxon a porção do gene que é capaz de
codificar proteínas e de íntrons as porções que não codificam
(SNUSTAD; SIMMONS, 2013). Isso nos faz entender que apesar de o
nosso DNA ser tão grande em comprimento, não é por completo que é
capaz de produzir as pro- teínas que possam determinar as nossas
características. Na verdade, apenas uma pequena parcela serve para
isso. Toda a grande maioria do DNA busca garantir que a pequena
parcela funcione perfeitamente.
Acredito que, depois de todo o estudo desta unidade, ficou claro
que você, profissional da saúde, têm uma função relevante no
entendimento da genética. Conhecer o material genético, sua
composição e organização é necessário para que você possa
interpretar exames e testes com os quais se deparará durante a sua
vida profissional.
Querido(a) aluno(a), te convido a ouvir o podcast voltado à relação
entre as células cancerígenas, os telômeros, a telomerase e o
envelhecimento celular. Assim, abordaremos a tão sonhada busca pela
imortalidade e pela cura do câncer.
M A
P A
M EN
TA L
Não é incrível como o nosso material genético está organizado e
como ele é perfeito na determi- nação de cada uma de nossas
características? Encerramos esta unidade com uma visão ampla e
completa sobre o material genético e a relação entre o DNA, o RNA,
os genes, os cromossomos e a determinação de características. Nesta
unidade, você pôde observar que o material genético é extremamente
complexo, porém extraordinariamente organizado, a fim de garantir
que um organismo seja tão parecido e, ao mesmo tempo, tão diferente
do outro.
Espero que esta unidade “abra a sua mente” e te instigue a ler mais
sobre o assunto. Não só, mas que também te faça sentir
familiarizado com essa estrutura tão importante para o ser hu- mano
que é o material genético. Com esses conhecimentos, tenho certeza
que se você precisar, durante a sua caminhada profissional, fazer
leituras de exames e cariótipos, você conseguirá chegar a um
resultado satisfatório.
Caro(a) aluno(a), agora, gostaria que você fizesse uma verificação
crítica dos conhecimentos adquiridos ao término desta unidade. Para
isso, construa um mapa mental estabelecendo as composições e as
características do DNA e do RNA usando como base as seguintes
palavras: número de fitas, tipo de bases nitrogenadas, ligação
entre as bases e tipo de pentose. Observe o início do preenchimento
e dê sequência a ele. Vamos lá?
Material GenéticoDNA RNA
Desoxirribose Tipo de pentose
A G
O R
A É
C O
M V
O C
Ê 1. O material genético é um componente estrutural de grande
relevância para o ser hu-
mano e apresenta uma grande diversidade de informações essenciais
ao organismo. Com base em seus estudos leia a excerto a seguir e
assinale a alternativa que melhor o justifique: O núcleo é o centro
das informações genéticas. O seu material genético pode se dar de
duas formas, dependendo do estágio e do momento da divisão
celular.
a) No núcleo, fica armazenado o RNA, que garante a determinação das
características. Dependendo da necessidade, o RNA pode formar os
cromossomos ou genes, que garantem a determinação das
características.
b) As informações genéticas a que a frase se refere são os
cromossomos, que contêm diferentes partes associadas
intrinsecamente com o material genético conhecido como DNA.
c) Cromatina, cromossomo, genes e DNA se referem à mesma estrutura
em estágios diferentes. No entanto, para determinar as informações
genéticas, é necessária uma sequência correta de cromatina.
d) É no núcleo que fica armazenado o DNA, que contém uma sequência
específica de nucleotídeos. Dependendo da necessidade, o DNA pode
se encontrar sob a forma de cromatina ou sob a forma de
cromossomo.
e) As informações genéticas dependem da interação entre RNA e
maquinaria enzimática. Para isso, o RNA pode se encontrar sob duas
formas distintas: cromatina ou cromos- somo. Ambas as estruturas
podem ser vistas ao mesmo tempo no interior do núcleo.
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Ê
2. Watson e Crick, em seus estudos sobre o material genético,
descobriram a estrutura fantástica que esse material tem e que até
hoje é estudada por nós. Desvendar o DNA e a sua estruturação
tornou possível a descoberta da hereditariedade de algumas doenças
e revelou o motivo pelo qual, entre os humanos, não existe raça,
mas etnia. Tudo isso foi possível graças à descoberta da sequência
de nucleotídeos existentes no DNA. Hoje, sabemos que há uma
diferença muito pequena entre as sequências de dois indivíduos, mas
que podem determinar as características específicas do formato dos
olhos de um sujeito, por exemplo. No entanto, isso não é o
suficiente para dizer que somos de raças distintas. Sobre as
características dos nucleotídeos, assinale a alternativa
correta:
a) Os nucleotídeos são as unidades monoméricas dos ácidos
nucleicos. São constituídos por uma base nitrogenada, um radical
fosfato e uma pentose.
b) Os nucleotídeos são as unidades monoméricas apenas do RNA. São
constituídos por uma base nitrogenada, um radical fosfato e uma
hexose.
c) Os nucleotídeos são as unidades monoméricas apenas do DNA. São
constituídos por uma base nitrogenada, um radical fosfato e uma
pentose.
d) Os nucleotídeos são as unidades monoméricas dos ácidos
nucleicos. São constituídos por uma base nitrogenada, um radical
fosfato e uma hexose.
e) Os nucleotídeos são as unidades monoméricas dos ácidos
nucleicos. São constituídos por uma base nitrogenada, um radical
sulfato e uma pentose.
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A G
O R
A É
C O
M V
O C
Ê 3. Durante a descoberta do material genético, evidenciaram-se
dois tipos diferentes: o DNA
e o RNA. Assim, uma diferença entre ambos estaria contida nos seus
nucleotídeos. Além disso, outras diferenças também puderam ser
verificadas, como o tipo de pentose e o número de fitas que cada um
tem. Tudo isso garante a particularidade de cada ácido nucléico e a
sua eficiência em desempenhar funções distintas. Em relação às
diferenças entre o DNA e o RNA, assinale a alternativa
correta:
a) No DNA, é possível observar que a pentose é a desoxirribose. As
bases nitrogenadas que compõem os nucleotídeos podem ser: timina,
citosina, guanina e adenina. Essas estruturas formam duas fitas em
hélice. O RNA tem a ribose como pentose. No entan- to, as bases
nitrogenadas são iguais, apenas se diferindo pelo número de fitas,
que é apenas uma.
b) No DNA, é possível observar que a pentose é a desoxirribose. As
bases nitrogenadas que compõem os nucleotídeos podem ser: timina,
citosina, guanina e adenina. Essas estruturas formam duas fitas em
hélice. O RNA tem a ribose como pentose. No entanto, as bases
nitrogenadas são iguais, com exceção da uracila, no lugar da
timina, apenas se diferindo pelo número de fitas, que é apenas
uma.
c) No DNA, é possível observar que a pentose é a ribose. As bases
nitrogenadas que com- põem os nucleotídeos podem ser: timina,
citosina, guanina e adenina. Essas estruturas formam duas fitas em
hélice. O RNA tem a ribose como pentose. No entanto, as bases
nitrogenadas são iguais, apenas se diferindo pelo número de fitas,
que é apenas uma e se dá em forma de hélice.
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Ê
d) No DNA, é possível observar que a pentose é a ribose. As bases
nitrogenadas que com- põem os nucleotídeos podem ser: uracila,
citosina, guanina e adenina. Essas estruturas formam duas fitas em
hélice. O RNA tem a ribose como pentose. No entanto, as bases
nitrogenadas são iguais, apenas se diferindo pelo número de fitas,
que é apenas uma e se dá em forma de hélice.
e) No DNA, é possível observar que a pentose é a desoxirribose. As
bases nitrogenadas que compõem os nucleotídeos podem ser: uracila,
citosina, guanina e adenina. Essas estruturas formam duas fitas em
hélice. O RNA tem a ribose como pentose. No entan- to, as bases
nitrogenadas são iguais, apenas se diferindo pelo número de fitas,
que é apenas uma e se dá em forma de hélice.
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