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Os cromossomos Antonia Kécya França Moita Costa [email protected] Seropédica - RJ Ministério da Educação Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro Instituto de Biologia Departamento de Genética 1

Ga aula 2_-_os_cromossomos

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Os cromossomos

Antonia Kécya França Moita Costa [email protected]

Seropédica - RJ

Ministério da Educação

Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro

Instituto de Biologia

Departamento de Genética

1

Page 2: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Objetivo da aula

Constituição química;

Número, forma estrutura e tamanho dos

cromossomos.

Estrutura do DNA e do RNA.

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Cromossomos

Conceito:

São corpúsculos filamentosos localizados nos

núcleos das células e que transportam o material

genético responsável pelas diferentes características

que os seres vivos apresentam.

Constituição Química dos Cromossomos:

DNA, RNA e PTNs.

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Page 4: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Os Cromossomos:

Número de cromossomos

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Estrutura dos cromossomos

Apresentam dois braços chamados de braço curto

(p) e braço longo (q).

São separados pela região de constrição primária

onde se localiza o centrômero;

Longitudalmente: apresentam duas cromátides,

dependendo do momento do ciclo celular;

Cada cromátide representa uma dupla cadeia de

DNA.

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Estrutura dos cromossomos

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Estrutura dos cromossomos

Segunda constrição (RON), ocorre em pelo menos

um dos cromossomos, conhecida como constrição

secundária, local onde estão situados os genes

ribossomais; que inicialmente irá formar os nucléolos

e posteriormente os ribossomos, onde será realizada

a síntese protéica.

Telômeros – telomerase – envelhecimento celular.

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Forma dos cromossomos

É determinada pela posição do centrômero.

A - Acrocêntrico;

B , C - Submetacêntricos;

D - Metacêntrico.

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Estrutura e Forma dos Cromossomos

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Estrutura e Forma dos Cromossomos

Melanophryniscus moreirae

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Os Cromossomos:

Tamanho dos Cromossomos: média de 1 a 20

micras de comprimento e 0,2 a 3 micras de diâmetro.

Cromossomos gigantes: Politênicos e Plumosos;

Microcromossomos.

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Page 12: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Tamanho dos Cromossomos

Nas aves encontramos cromossomos muito

pequenos chamados microcromossomos.

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Page 13: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Cromossomos

Célula Procarionte Célula Eucarionte

Sem envoltório nuclear

Poucas membranas

DNA pouco ou não

complexado em

proteínas

Divisão por fissão

binária e não por mitose

ou meiose

Com envoltório nuclear

Muitas membranas

DNA nuclear bastante

complexado com

proteínas

Divisão por mitose

Células somáticas

Divisão por meiose

Células germinativas 13

Page 14: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Cromossomos

Cromossomo procariótico:

A maioria contém uma única fita , a molécula de

DNA é circular.

O DNA é quase completamente desprovido de

defesa, é condensado e enovelado.

Cromossomo eucariótico:

Consiste de uma fita dupla liner, longa.

O DNA é mais complexo, possui duas vezes mais

proteínas (histonas → nucleossomos).

A proteína auxilia na compactação dentro do

núcleo. 14

Page 15: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Cromossomo Procarionte

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Fonte: The Cel. 2004

Dupla hélice

Nucleossomos

Solenoide

Cromômeros

Espirais

Cromátide

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Page 19: Ga aula 2_-_os_cromossomos

DNA Cromossoma

Gene

Promotor Intron Exon

Núcleo

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Page 20: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Ácidos Nucléicos

Existem dois tipos de ácidos nucléicos

Ácido desoxirribonucléico (DNA)

Ácido ribonucléico (RNA)

Ambos são polímeros lineares de nucleotídeos

conectados entre si via ligações covalentes

denominadas ligações fosfodiéster

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Ácido Desoxirribonucleico (DNA)

Contém toda a informação genética de um

organismo.

Esta informação está arranjada em unidades hoje

conhecidas como genes.

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Page 22: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Estrutura dos Ácidos Nucléicos

As moléculas de DNA e RNA são compostas por

quatro diferentes nucleotídeos:

Adenina, Guanina e Citosina – comum para DNA e

RNA

Timina – encontrada somente no DNA

Uracila – encontrada somente no RNA

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Page 23: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Nucleotídeos

Os nucleotídeos, unidades básicas dos

ácidos nucléicos,

São constituídos de:

Uma base nitrogenada (anel heterocíclico de

átomos de carbono e nitrogênio).

Uma pentose (açúcar com cinco carbonos).

Um grupo fosfato (molécula com um átomo de

fósforo cercado por 4 oxigênios).

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Estrutura dos Ácidos Nucléicos

Todos os nucleotídeos apresentam uma estrutura em

comum:

radical fosfato

pentose

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Page 25: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Estrutura dos Ácidos Nucléicos

As bases nitrogenadas podem ser divididas em dois

grupos de acordo com sua estrutura:

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Estrutura dos Ácidos Nucléicos

O grupo hidroxil ligado ao carbono

3 da pentose de um nucleotídeo

forma uma ligação fosfodiéster com

o fosfato do outro nucleotídeo.

5’ C-A-G 3’

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Page 27: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Resíduos de açúcar

Dois tipos de pentoses são encontrados nos ácidos

nucléicos:

Ribose e desoxirribose

Diferem uma da outra pela presença ou ausência

do grupo hidroxila no C 2' da pentose. É baseado

nesta característica que os ácidos nucléicos

recebem o nome RNA (ribose) ou DNA

(desoxirribose)

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Page 28: Ga aula 2_-_os_cromossomos

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Page 29: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Estrutura do DNA

A molécula de DNA é uma dupla hélice cujas cadeias

estão unidas por pontes de hidrogênio estabelecidas

entre purinas e pirimidinas complementares:

Adenina sempre pareia com Timina (A = T) e

Guanina com Citosina (G = C).

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Page 30: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Estrutura do DNA

O modelo de dupla hélice , proposto por Watson e

Crick (1953), pautava-se...

Nas fotografias de difração de raio X das fibras

de DNA feitas por Rosalind Franklin no

laboratório de Maurice Wilkins (Cavendish

Institute, Cambridge, UK),

E nas razões entre as bases, descritas por

Chargaff.

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Page 31: Ga aula 2_-_os_cromossomos

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Page 32: Ga aula 2_-_os_cromossomos

A dupla hélice

Largura da hélice = 20 Angstrons. (1 Angstron =

10-10 metros).

Distância entre nucleotídeos = 3,4 Angstrons.

Uma volta completa da hélice = 34 Angstrons de

comprimento, o que corresponde a 10 nucleotídeos.

Célula somática humana tem comprimento do

filamento do DNA = 1,837 m.

Conteúdo de DNA de 1 núcleo espermático =

3,65 pg, o que daria para codificar 6 milhões de genes.

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Page 33: Ga aula 2_-_os_cromossomos

DNA

Duas fitas de polinucleotídeos associadas formando

uma estrutura de dupla hélice onde as pentoses e os

radicais fosfato compõe a fita e as bases projetam-se

para o interior da mesma;

As fitas mantêm-se unidas através da formação de

pontes de hidrogênio entre as bases o que contribui

para a estabilidade da dupla hélice;

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DNA

Adenina (A) pareia com Timina (T) através de 2

pontes de hidrogênio;

Guanina (G) pareia com Citosina (C) através de 3

pontes de hidrogênio.

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Page 35: Ga aula 2_-_os_cromossomos

DNA

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Page 36: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Antiparalelismo

As fitas do DNA estão

dispostas em direções

opostas.

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Page 37: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Complementaridade

Cada base de uma fita

é pareada com a

base complementar

da outra fita.

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Page 38: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Complementaridade

Durante a replicação

do DNA as duas fitas

velhas ou mães

servem de molde

para cada fita nova

ou filha

complementar, que

está sendo

sintetizada.

Fita nova

Fita velha

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Page 39: Ga aula 2_-_os_cromossomos

A Dupla Hélice

Fatores que estabilizam a dupla hélice:

• interações hidrofóbicas

• forças de van der Walls

• pontes de hidrogênio

• interações iônicas

Entre as bases

nitrogenadas

Entre os grupos fosfato do

DNA e os cátions (Mg2+)

presentes na solução

fisiológica 39

Page 40: Ga aula 2_-_os_cromossomos

A Dupla Hélice

Sulco menor

Sulco maior

A dupla hélice apresenta dois tipos de

sulcos aos quais se ligam as proteínas

da cromatina.

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Page 41: Ga aula 2_-_os_cromossomos

O empacotamento do DNA:

A estrutura terciária do DNA

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DNA em procariontes: DNA circular nas formas não-

super-helicoidal (esquerda) e super-helicoidal (direita)

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A Dupla Hélice

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A forma predominante

de torção da espiral

do DNA é para a

direita ou sentido

horário.

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Propriedades Químicas e Físicas do DNA

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Page 44: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Dogma Central da Biologia Molecular

Desde meados da década de 50 já se pensava na

hipótese do DNA constituir-se num molde para a

síntese de moléculas de RNA;

Os RNAs, por sua vez, devido a sua mobilidade e

flexibilidade acoplar-se-iam aos ribossomos e

dirigiriam a síntese de proteínas;

Baseado neste raciocínio, Francis Crick propôs em

1956 o dogma central da biologia, salientando o fluxo

unidirecional da informação: do DNA à proteína.

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Para compreender este fluxo utilizamos a ideia de

moldes:

O DNA serviria de molde

A síntese de novas moléculas de DNA

(duplicação),

A síntese de moléculas de RNA (transcrição).

Nesta proposta, jamais as proteínas servem de

molde à síntese de ácidos nucléicos ou de outras

moléculas de proteína.

Page 47: Ga aula 2_-_os_cromossomos

• A proposta original foi ampliada nos últimos anos

com a descoberta, em 1970, da enzima

transcriptase reversa.

– Foi esclarecido que é possível sintetizar DNA

utilizando-se RNA como molde .

• Um pouco antes disto, por volta de 1965, foi

demonstrado que o RNA também podia servir de

molde à síntese de outras moléculas de RNA.

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Estes novos conhecimentos permitiram que o dogma

central se ampliasse sem, contudo, perder a

unidirecionalidade, ou seja, de ácido nucléico para

proteína.

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Page 49: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Conservativa ou Semiconservativa?

Unidirecional ou Bidirecional?

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Replicação do DNA

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Replicação Semiconservativa

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Evidência baseada em um experimento clássico de

Meselson-Stahl em 1958.

Células de E. Coli foram inicialmente colocadas em

um meio para crescimento contendo sais de amônia

preparados com 15N (nitrogênio pesado – “heavy”)

até todo o DNA celular conter o isótopo.

Page 51: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Replicação Semiconservativa

As células foram, então, transferidas para um meio

contendo 14N (nitrogênio leve – “light”).

As amostras foram analisadas com gradiente de

densidade que separa as duplas H-H, L-L e H-L em

bandas distintas.

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PNAS

44:671, 1958 52

Page 53: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Replicação Semiconservativa

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Page 54: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Dogma central da biologia molecular

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Fluxo de informação genética:

1) A partir do DNA → DNA, a sua transmissão

ocorre de geração em geração.

2) De DNA → proteína durante a sua expressão

fenotípica em um organismo.

Page 55: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Dogma central da biologia molecular

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Fluxo de informação genética:

Transcrição: DNA → RNA

por vezes reversível.

Tradução: RNA → proteína (irreversíveis).

Ocasionalmente, fluxos genéticos de informação

partir de RNA → DNA (transcrição reversa).

Page 56: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Material hereditário

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A principal diferença estrutural entre DNA e RNA é:

• hidrogênio vs hidróxido

• Timina (T) vs. Uracila (U).

Page 57: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Material hereditário

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A principal diferença estrutural

entre DNA e RNA é:

• A maioria dos organismos e os

virus tem o DNA (fita dupla)

como material genético.

Alguns virus tem RNA (fita

simples).

Page 58: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Construindo os blocos

A molécula de DNA são geralmente compostas por

duas fitas que tem suas fitas pareadas de forma

complementar (pontes de Hidrogênio).

Ligações fosfodiester:

Os nucleotídeos se ligam por ligações fosfodiester.

Purina: A, G.

Pirimidinas: C,T, U.

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Page 59: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Tipos de RNA

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São 4 as classes de moléculas de RNA

consideradas essenciais a expressão do gene:

• RNA Messengeiro (mRNA): carreiam as

informações do DNA para o ribossomo, onde as

proteínas são sintetizadas.

• RNA Transportador (tRNA): pequenas moléculas

de RNA que funcionam como adaptadores entre os

aminoácidos e os códons da molécula de RNA

durante a tradução.

Page 60: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Tipos de RNA

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• RNA Ribossomal (rRNA): componentes

estruturais dos ribossomos, que auxiliam as máquinas

especializadas em traduzir sequências de nucleotídeos

dos mRNAs em sequências de aminoácidos dos

polipeptídeos.

• Small Nuclear RNA (snRNA): componente

estrutural do spliceosomes, estrutura nuclear que

cortam os introns dos genes nucleares.

Page 61: Ga aula 2_-_os_cromossomos

O que é um Gene?

Região do DNA que controla a hereditariedade da

característica.

Geralmente corresponde a uma sequência usada na

produção de uma proteína específica ou RNA.

• Correspondem à sequência que codificam:

• os polipeptídeos, rRNA, tRNA e outros, além de

sequências não transcritas ou não traduzidas.

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Page 62: Ga aula 2_-_os_cromossomos

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Page 63: Ga aula 2_-_os_cromossomos

O que é um Gene?

Gene Estrutural;

Cadeia Molde ou não Senso ou não Codificadora;

Cadeia não Molde ou Senso ou Codificadora;

Região Promotora = sítio de ligação da RNAse;

Seqüência Líder = sítio de acoplamento dos ribossomos;

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Page 64: Ga aula 2_-_os_cromossomos

O que é um Gene?

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Sítio de Iniciação da Transcrição - AUG (Metionina);

Sítio de Terminação da Transcrição - UGA, UAA,

UAG;

Sequencia Reboque - Região após a trinca de

Terminação. Necessária para o processamento do

mRNA.

Page 65: Ga aula 2_-_os_cromossomos

O que é um Gene?

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Um gene transporta a informação biológica de forma

que pode ser copiada e transmitida a cada uma das

células de sua progênie. Estas, incluem a unidade

funcional:

• sequência codificante de DNA,

• sequências não-codificantes do DNA, e introns.

Genes podem ser tão curtos contendo 1000 pares de

bases, quanto longos contendo centenas de milhares

de pares de bases.

Page 66: Ga aula 2_-_os_cromossomos

O que é um Gene?

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Page 67: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Origem da Replicação

ORIGEM Sítio de restrição

EcoRI

Cromossomo viral

circular

EcoRI

Bolha de

replicação

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Page 68: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Experimento com SV40 (Simian Virus)

DNA viral de células infectadas com SV40 foi cortado

com a enzima de restrição EcoRI, que reconhece um

sítio único.

A partir de um “ponto” vai se formando uma bolha

chamada bolha de replicação comprovando a

existência de um ponto de origem da replicação

Características da origem de replicação:

estrutura repetitiva

sequências ricas em AT

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Page 69: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Origem da Replicação

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Page 70: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Replicação Bidirecional

Um experimento através da autoradiografia de

moléculas de DNA marcadas de culturas de células

mamárias revelou grupos de replicons (unidades de

replicação) com um ponto de origem de replicação

central.

OR OR

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Page 71: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Síntese de DNA em Eucariontes:

As “Bolhas de Replicação”

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Nos eucariontes, a replicação

requer “múltiplas origens”, devi-

do ao tamanho de seu genoma.

A replicação é bidirecional e,

em ambas as fitas, simultânea.

Este processo gera “bolhas de

replicação”.

Page 72: Ga aula 2_-_os_cromossomos

O que é um Gene?

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Hoje temos descritos em torno de 30 a 40 mil genes.

Porque tanto DNA? Qual seria sua função?

DNA não transcrito: corresponde ao DNA

espaçador e aos íntrons.

DNA transcrito = exons.

Page 73: Ga aula 2_-_os_cromossomos

O que é um Gene?

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Para que tanto DNA? DNA Espaçador.

Page 74: Ga aula 2_-_os_cromossomos

O que é um Gene?

Para que tanto DNA? Íntrons.

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Page 75: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Regiões Codificadoras e

Não-Codificadoras do DNA

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O DNA é formado por 2 regiões:

Gênicas Intergênicas Gênicas Intergênicas

Região Gênica

É a porção que codifica

para um produto final, que

pode ser uma cadeia

polipeptídica ou um RNA.

Região Intergênica

É a porção regulatória, que

sinaliza o início ou o final

de um gene, que influencia

a transcrição gênica, ou

que é o ponto de início

para a replicação do DNA.

Page 76: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Gene: Intron e Exon

Exon: são segmentos de genes eucarióticos que

correspondem a uma sequencia que ficará no final do

processo de transcrição desse gene. Em algumas

espécies (incluindo seres humanos), os exons são

separadas por regiões longas de DNA (introns).

Intron: são sequências de bases de DNA dentro de

genes eucarióticos que não estão representados na

transcrição do RNA maduro porque eles são

retirados do transcrito primário de RNA.

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Page 77: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Genes

• Em eucariotos: a maioria dos genes que codificam.

• proteínas (genes estruturais) são transcritos

• individualmente.

• Em procariotos: frequentemente são transcritos.

• unidos: policistrônicos

• Unidades genéticas: OPERONS

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Considerações Finais

Como se diferencia um cromossomo de indivíduos

procariotos e eucariotos?

Como se diferencia DNA do RNA?

Como se diferencia complementaridade, de

replicação semiconservativa, de antiparalelismo?

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Page 82: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Oração do DNA

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Creio no DNA todo poderoso criador de todos os seres vivos, creio no RNA, seu único filho, que foi concebido por ordem a graça do DNA polimerase. Nasceu como transcrito primário padeceu sobre o poder das nucleases, metilases e poliadenilases. Foi processa, modificado e transportado. Desceu do citoplasma e em poucos segundos foi traduzido à proteína. Subiu pelo retículo endoplasmático e o complexo de Golgi,

E está ancorado à direita de uma

proteína G

Na membrana plasmática

De onde há de vir a controlar a

transdução de sinais

Em células normais e apoptóticas

Creio na Biologia Molecular

Na terapia gênica e na

biotecnologia

No seqüenciamento do genoma

humano

Na correção de mutações

Na clonagem da Dolly

Na vida eterna.

Amém.

Page 83: Ga aula 2_-_os_cromossomos

Bibliografia citada

ANTHONY JF GRIFFITHS et. al. – Introdução a Genética.

9ª. Ed. São Paulo: Guanabara Koogan, 2010. cap. 7. 744p.

NICHOLAS, F.W. 2011. Introdução à Genética Veterinária.

3ª. Edição. Artmed Editora S. A., Porto Alegre. 347 p.

OTTO, P. G. 2006. Genética Básica para Veterinária. 4ª.

Edição. Editora Roca Ltda, São Paulo. 284 p.

ARMADA, J. L.; SILVA, H. D. & AZEVEDO, P. C. N. 2009.

Conceitos Básicos de Genética Animal. Editora Armada,

Rio de Janeiro. 166 p.

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