quinta-feira, 16 de outubro de 2008

O Ciclo celular e as suas fases


Ciclo celular

O Ciclo celular é definido como o crescimento e a divisão da célula, de forma contínua e repetitiva. Considera-se assim o ciclo celular, como sendo o conjunto de transformações que decorrem desde a formação de uma célula até ao momento em que ela própria, por divisão, origina duas células.
O mecanismo que faz com que as células se multiplicam, dando origem a outras células tem o nome de divisão celular. A célula que se divide é chamada célula original ou mãe e as novas células são as células-filhas. Posteriormente estas células filhas poderão também tornar-se células mães, numa nova geração.


Função da divisão celular

A divisão celular tem como função (através da sua capacidade metabólica) a manutenção da vida enquanto conseguir (uma célula dá origem a uma outra célula).
Através desta divisão as células-filhas terão pelo menos metade ou a mesma quantidade de material genético da mãe onde há uma hereditariedade através da divisão celular normal, tendo como função e como finalidade passar o programa genético de uma geração celular para a geração seguinte (a cromatina da célula mãe, é replicada ou separada recebendo as células filhas uma quantidade do DNA da mãe).
As principais funções resumem-se assim à reconstituição celular, crescimento e desenvolvimento dos seres. No entanto, isto tem variações consoante o ser seja unicelular ou multicelular.

Na maioria dos seres unicelulares, a divisão conduz á reprodução do individuo, dando origem a duas células independentes, que irão constituir dois novos indivíduos.

Nos seres vivos multicelulares, a divisão celular permite a regeneração das células ou parte de órgãos que foram danificados ou a renovação das que envelheceram e morreram.
No caso do Homem o seu crescimento para, mas as divisões celulares continuam, assegurando a regeneração das células sanguíneas e da pele entre outras.
A divisão pode ocorrer com diferentes velocidades e consequentemente tempos diferentes, consoante os tecidos celulares em questão, visto que estes possuem diferentes funções. Factores externos, como a temperatura ou a disponibilidade de nutrientes também afectam a duração do ciclo e respectivas etapas.
Durante a divisão celular, dois aspectos importantes acontecem:
  1. divisão do núcleo (cariotomia ou cariocinese)
  2. divisão do citoplasma (citocinese ou citodierese)


Estrutura dos cromossomas nas células eucarióticas

Este tema, abordei-o anteriormente no post “ A estrutura do ADN e o modelo da dupla hélice”, porém agora vou rever algumas das noções já referidas e introduzir novos aspectos.
Nos seres eucariontes, as moleculas de DNA encontram-se no núcleo das células, constituindo estruturs filamentosas complexas designadas de cromossomas. Cada porção de DNA associada às histonas (proteínas que estão associadas as moléculas de DNA), constitui um filamento de cromatina.

“As histonas são grupos de proteínas solúveis em água, ricas em aminoácidos básicos que se associam ao DNA dos eucariontes, formando os nucleossomos, unidades formadoras da cromatina.”
O DNA contém a informação genética, enquanto que as protéinas são responsaveis pela forma fisica do cromossoma e pela regulação da actividade do DNA.

Os filamentos de cromatina (que como já sabemos é o conjunto do DNA associado a proteínas) encontram-se na maior parte do tempo, dispersos no núcleo da célula, sendo chamados de cromatina dispersa. Contudo, quando a célula está em divisão, estes filamentos sofrem um processo de condensação, originando filamentos curtos e espessos designados cromossomas ou cromatina condensada. A este processo de condensação chama-se espiralização.


Na fase de condensação, cada cromossoma é constituído por 2 cromatídeos, que resultam sempre de uma duplicação do filamento inicial de cromatina, que ocorreu anteriormente. Assim, cada um dos cromatídeos é formado por uma molécula de DNA e por histonas que lhe estão associadas.
Os cromatídeos de um cromossoma encontram-se unidos por uma estrutura sólida e resistente designada de centrómero, com uma sequencia de DNA específica, à qual se liga um disco proteico.
Fases do Ciclo celular

Depois de uma célula se dividir, é necessário algum tempo para que essa célula esteja pronta para uma nova divisão, reiniciando-se todo o processo. A alternância entre períodos de divisão e períodos de não divisão chama-se Ciclo Celular. Este ciclo por sua vez, é constituído por 2 fases principais:

  • Interfase (G1, S, G2) - Consiste no fim de uma divisão celular e no início da seguinte.
  • Fase mitótica ou período da divisão celular (Mitose e Citocinese) – Como o nome indica esta fase corresponde ao período em que ocorre a divisão celular.

Interfase

A interfase, ou seja, a fase entre duas divisões mitóticas, já foi considerada a fase de repouso da célula mas tal não é, de todo, verdade. Esta é uma fase em que os cromossomas não são visíveis ao microscópio óptico. A interfase pode ser subdividida em três partes:

  • Fase G1 - a designação desta etapa deriva de gap = intervalo, e decorre imediatamente após a mitose. É um período de intensa actividade bioquímica, no qual a célula cresce em volume e o número de organelos aumenta. Para que a célula passe para a fase seguinte do ciclo é necessário que atinja um ponto crítico designado ponto de restrição ou start, momento em que se dão mudanças internas;
  • Fase S - esta é a fase de síntese (S) de DNA e, aparentemente, requer um sinal citoplasmático para que se inicie. Cada cromossoma é duplicado longitudinalmente, passando a ser formado por dois cromatídeos (replicação semi-conservativa) . Nesta etapa numerosas proteínas (histonas, por exemplo) são igualmente sintetizadas;
  • Fase G2 - esta fase conduz directamente á mitose e permite formar estruturas com ela directamente relacionadas, como as fibras do fuso acromático.
    A afirmação: “a interfase é um período preparatório e indispensável para que a mitose ocorra”, baseia-se no facto de para que a mitose ocorra, é necessário que exista a duplicação quer do material genético, quer dos restantes constituintes celulares para que, a partir da célula-mãe, sejam produzidas 2 células-filhas. A interfase é um período em que esses processos de duplicação, sendo por isso uma fase indispensável para que a divisão celular se faça.


Além disso, e tão importante como a interfase é o estado em que a maior parte das células mais especializadas permanece a maior parte do tempo, corresponde ao período em que elas desempenham suas funções específicas (ficam na fase G1, de crescimento celular).


Fase Mitótica

A fase mitótica embora varie em aspectos mínimos de uns organismos para os outros, a base do seu processo é semelhante na maior parte das células eucarióticas. Nesta fase podem ser consideradas 2 etapas:

  • Mitose ou Cariocinese (divisão do núcleo)
  • Citocinese (divisão do citoplasma)

A mitose é um processo contínuo mas geralmente consideram-se, por uma questão de facilidade, quatro etapas: Profase, Metafase, Anafase e Telofase. No decorrer destas etapas, o material genético sintetizado na fase S do ciclo celular é dividido igualmente por dois núcleos filhos. Este processo está associado à divisão de células somáticas.

A mitose é iniciada apenas em presença de um factor promotor da mitose (MPF) proteico citoplasmático, que provoca a condensação dos cromossomas. As variações de concentração de MPF estão relacionadas com as variações de uma outra proteína conhecida por ciclina. Aparentemente, quando a ciclina atinge uma certa concentração no citoplasma, o MPF é activado. Durante a mitose a ciclina é rapidamente destruída, aumentando novamente durante o ciclo seguinte.

Um dos primeiros sinais do próximo início da mitose é o surgimento de uma faixa relativamente densa de micrótubulos logo abaixo da membrana citoplasmática. Esta faixa envolve o núcleo num plano que corresponderá ao plano equatorial do fuso acromático mitótico. Esta faixa desaparece após a formação do fuso acromático mas corresponderá ao local onde se forma a separação entre as duas células filhas.

A duração da mitose varia com o tipo de célula, de tecido e de organismo. Em células vegetais de raiz de Angiospérmica, os tempos medidos foram os seguintes: Profase 1-2 horas, Metafase 5-15 minutos, Anafase 2-10 minutos e Telofase 10-30 minutos. Ainda neste tipo de célula, a interfase pode durar de 12 a 30 horas.

MITOSE

As etapas da mitose, propriamente dita, decorrem da seguinte forma:

  1. Célula vegetal em Profase - o núcleo já não tem contornos muito nítidos pois a membrana está a desaparecer, nucléolo desapareceu. Cromossomas parecem filamentos finos e longo.
    Célula animal em Profase - vista ao M.O.C. a transição entre a fase G2 e a Profase não é nítida. Durante esta etapa, a mais longa de todo o processo mitótico, a cromatina condensa-se gradualmente em cromossomas bem definidos. Durante este processo é visível que cada cromossoma é compostos por dois cromatídeos enrolados um no outro, pois o DNA foi duplicado durante a fase S. No final da Profase os cromatídeos estão visíveis lado a lado, unidos pelo centrómero, uma sequência específica de DNA que ligará a molécula ás fibras do fuso acromático. A presença do centrómero divide cada cromatídeo em dois braços. É durante esta fase que surge em volta do núcleo a chamada zona clara, que contém os microtúbulos. Estes inicialmente estão orientados ao acaso mas no fim da etapa estão alinhados paralelamente á superfície do núcleo, ao longo do eixo do fuso acromático. O nucléolo desintegra-se e, determinando o final da etapa, o invólucro nuclear desaparece.

  2. Célula vegetal em Metafase, cromossomas alinhados ao centro formando a placa equatorial.
    Célula animal em Metafase - esta etapa inicia-se com a formação do fuso acromático, uma estrutura tridimensional larga no centro e afilada nas extremidades, que ocupa a área anteriormente ocupada pelo núcleo. As fibras do fuso são feixes de microtúbulos e vão-se ligar a complexos proteicos especializados - cinetócoros - desenvolvidos nos centrómeros durante a Profase. Estes microtúbulos do cinetócoros estendem-se, juntamente com os microtúbulos polares, para os pólos da célula. Através deles vai ocorrer o alinhamento dos cromossomas no centro do fuso, formando a placa equatorial. Nesta situação os cromatídeos estão em posição de se separarem. O alinhamento das fibras do fuso acromático ocorre a partir dos centros de organização dos microtúbulos. Em animais e protistas esse centro organizador é o centrossoma, uma nuvem de material amorfo que rodeia o par de centríolos. Em células vegetais, que não contêm centrossomas, os organizadores existem e garantem a formação do fuso, mesmo que os pólos sejam pouco definidos.

  3. Célula vegetal em Anafase, com os cromossomas a iniciar a sua ascensão em direcção aos pólos

    Célula animal em Anafase - esta etapa, muito breve, começa bruscamente, com a separação simultânea de todos os cromatídeos pelos centrómeros. Cada cromatídeo toma agora para si a designação de cromossoma. À medida que os cinetócoros se deslocam em direcção a pólos opostos os braços dos cromossomas são arrastados, sendo as pontas dos braços mais longos as últimas a serem separadas. Este movimento em direcção aos pólos parece dever-se ao encurtamento dos microtúbulos junto ao cinetócoro, como se este "comesse" o caminho ao longo das fibras. No final da Anafase dois conjuntos idênticos de cromossomas encontram-se em cada pólo.
  4. Célula vegetal em Telofase, cromossomas separados em dois grupos e iniciando a relaxação, enquanto a citocinese decorre, separando as células filhas.

    Célula animal em Telofase - nesta etapa final da mitose, a separação dos dois conjuntos de cromossomas é finalizada pela formação da membrana nuclear, a partir de retículo endoplasmático rugoso. O fuso acromático desaparece e os cromossomas relaxam novamente, tornando-se indistintos. O nucléolo é reconstituído e cada núcleo entra na interfase.


CITOCINESE

Terminada a divisão do núcleo,ou seja, a cariocinese, inicia-se a citocinese, que é a divisão do citoplasma e da célula toda. A rigor, a citocinese normalmente inicia-se na anafase e dura até a telofase onde se dá o estrangulamento do núcleo da célula e também por sua vez de toda a célula. Com a continuidade desse estrangulamento, a célula acaba por se separar completamente, o que caracteriza o fim da citocinese

Citocinese animal e de alguns protistas:
Nas células animais (sem parede celular) forma-se na zona equatorial um anel contráctil de filamentos proteicos que se contraem puxando a membrana para dentro levando de inicio ao aparecimento de um sulco de clivagem que vai estrangulando o citoplasma, até se separem as duas células – filhas.

Citocinese vegetal:
No entanto, em células vegetais a separação ocorre através da formação do fragmoplasto.
Esta estrutura é um sistema de fibras semelhantes às do fuso, formadas por microtúbulos mas organizados perpendicularmente ao eixo do fuso. A esta rede de fibras vem juntar-se vesículas do Golgi contendo substâncias pépticas para formar a lamela média. As suas membranas fundem-se para formar a membrana plasmática em formação, do centro para o exterior, em direcção á parede celular já existente.
Os plasmodesmos formam-se igualmente neste momento, quando túbulos de retículo endoplasmático liso são apanhados no meio desta rede. Por último, cada célula filha deposita a sua parede celular sobre a lamela média assim formada.





quarta-feira, 15 de outubro de 2008

Alterações no material genético - As Mutações

Esta é a capa do trabalho de grupo sobre as mutações.
Este trabalho foi realizado pelos elementos: Catarina Almeida, Catarina Barata e Helena.
Com este trabalho aprofundamos os conhecimentos sobre as mutações, bem como os subtemas mais específicos como a origem, efeitos, vários tipos de mutações.

Na introdução referimos a importância do DNA, pois é nele que ocorrem os erros genéticos.

Seguidamente, referimos conceitos-chave, que permitem uma melhor compreensão do tema em questão. Os conceitos são:
  • Código genético: código de correspondência ente os quatro nucleótidos que entram na composição dos ácidos nucleícos e os vintes aminoácidos que entram na composição das proteínas.

  • Genótipo: constituição genética dos indivíduos inscrita nos cromossomas.

  • Fenótipo: característica física ou o comportamento visível de um organismo ou de um ser humano. Estes representam uma parte muito reduzida da face visível dos genótipos, já que a maior parte dos genes existentes nos organismos não tem uma representação ou uma característica visível.
  • Alelo: Sequência de uma molécula de ADN (gene) situada no mesmo locus e que corresponde a diferentes versões do mesmo gene. Os alelos do mesmo gene originam proteínas que realizam a mesma função, mas que diferem na sequência dos aminoácidos-

  • Loci (pl) Locus (sing): É o local fixo de um cromossoma onde está localizado um determinado gene.

Função das proteínas nas características dos seres vivos

Como sabemos, a série de bases do DNA é traduzida em sequências proteícas de acordo com os tipos de bases azotadas (cada aminoácido corresponde a uma série de três bases). Diferentes sequências de aminoácidos com diferentes propriedades químicas levam a diferentes comportamentos das proteínas. Logo, a substituição ou eliminação de uma única base pode levar a proteínas diferentes, mais quantidade produzida de uma proteína ou silenciamento do gene.
As proteínas são sequências formadas nos genes de onde têm informações para determinadas características espalhadas por todo o corpo e são, também, moléculas complexas que apresentam um conjunto de propriedades e funções, sendo componentes de elementos estruturais transportadores de oxigénio e anticorpos, além de serem enzimas essenciais e catalizadoras na própria molécula de DNA.
Embora existam apenas vinte variedades de aminoácidos, longas repetições de sequências múltiplas permitem dezenas de milhares de combinações de aminoácidos para formar uma grande variedade de proteínas. De facto, existem cerca de 50 mil tipos de diferentes proteínas no nosso corpo em que cada uma dessas combinações de codões é um gene.

Quando apanhamos sol sem protector solar, por exemplo, o DNA das nossas células tem que ser reparado. Porquê? Por que os raios ultravioleta, ou raios UV, podem quebrar o DNA. Se o DNA for danificado, essa célula pode morrer ou tornar-se cancerosa. Para que isso não aconteça as proteínas fazem uma reparação e consertam o DNA.


Existem várias proteínas que corrigem os erros nas cadeias do DNA e podem ser essas proteínas que reduzem a taxa de erros ou mutações a um mínimo. Se os genes destas proteínas sofrerem mutações, elas podem ser inutilizadas, havendo consequentemente uma maior taxa de mutações – fenómeno denominado instabilidade genética.
Isso leva-nos de volta à principal função do DNA: produzir proteínas. Por isso é que as proteínas são importantes num ser vivo pois têm a capacidade de reparar e consertar o DNA através da produção de aminoácidos. Mas como nem sempre se verifica essa reparação, surgem mutações nos indivíduos.






Mas afinal, o que é uma mutação?

Os termos genes, código genético, dupla-hélice e mutações são coisas do século XX. Por exemplo, Darwin desconhecia estes fenómenos, bem com a maioria dos evolucionistas da sua época.
Em 1900 a palavra “mutação”, em biologia, era sinónimo de “mudança morfológica abrupta”.A palavra mutação deriva do latim mutare=mudar e os indivíduos que manifestam uma mutação são chamados de mutantes.
Só mais recentemente se dizem frases como: “Uma transformação dos genes determina o aparecimento de novos caracteres”. Hoje em dia, pode-se afirmar que uma mutação é um fenómeno que resulta da alteração na sequência de bases azotadas da molécula de DNA, que pode conduzir a mudanças nas proteínas que se iram formar e consequentemente pode levar a modificações das características do ser onde ocorreu. A mutação actua do mesmo modo, em planos morfológicos, fisiológicos, bioquímicos, bem como psíquicos.
As mutações, conhecidas há muito tempo como monstruosidades hereditárias, foram estudadas primeiro pelo botânico holandês de Vries e sobretudo pelo geneticista americano Thomas Morgan.
As mutações são sempre alterações bruscas e imprevistas do material hereditário.


Tipos de mutações

  • Mutações génicas --> são alterações pontuais que afectam a estrutura dos genes, ou seja, afectam a sequência de bases que codifica uma determinada proteína. Sendo assim, uma pequena alteração na sequência dos pares de bases que constituem a molécula de DNA pode originar uma proteína diferente da que seria inicialmente codificada pelo gene ao nível do qual ocorreu a mutação.

  • Mutações cromossómicas --> são alterações que se dão na estrutura (mutação cromossómica estrutural) ou do número (mutação cromossómica numérica) de cromossomas. Estas alterações podem afectar uma determinada região de um cromossoma, um cromossoma inteiro ou todo o complemento cromossómico de um indivíduo.


Mutações génicas


As mutações génicas podem ser classificadas com base no tipo de alteração que ocorre na sequência de bases de DNA:

  • Substituição: Ocorre a troca de um nucleótido de DNA por outro.

  • Inserção/Adição: Ocorrer a introdução de um nucleotído suplementar.

  • Delecção: Ocorre a perda de um nucleotído de DNA.

Mutação por alteração do modo de leitura - Por inserção

A inserção acontece quando uma ou mais bases são adicionadas ao DNA, modificando a ordem de leitura da molécula durante a replicação ou durante a transcrição. A adição de um conjunto de genes que não seja múltiplo de três altera completamente e informação da mensagem do gene.


5’ ATT CGA TAT TCA 3’ ----» 5’ ATT CGC ATA TTC A 3’



Mutação por alteração do modo de leitura - Por deleção

Este fenómeno acontece quando uma ou mais bases são retiradas do DNA, modificando a ordem da leitura, durante a replicação ou a transcrição.
Quando o número de bases envolvidas não é múltiplo de três, a mutação altera a leitura da tradução a partir do ponto de mutação resultando numa uma proteína com sequência de aminoácidos diferentes.


Quando o número de bases envolvidas é múltiplo de três, obtêm-se uma proteína com falta de aminoácidos.

Mutação por alteração do modo de leitura - Por substituição

Substituição: Ocorre a troca de um ou mais pares de bases. Chama-se transição à substituição de uma base purina por outra ou de uma pirimidica por outra e transversão a substituição de uma base purina por uma pirimidica ou vice-versa.




Efeitos no fenótipo -Por substituição


Mutação silenciosa: Substituição de uma base do DNA por outra, mas que não causa nenhum efeito sobre a sequência de aminoácidos. É mais frequente acontecer no 3º nucleótido de cada codão, pois o código genético é redundante, ou seja, a um aminoácido podem corresponder vários codões apesar de a um codão só corresponder um aminoácido.


Mutação com perda de sentido: Substituição de uma base do DNA por outra que tem como consequência a substituição de um aminoácido por outro. Um exemplo disso é a anemia falciforme.


Mutação sem perda de sentido: Substituição de uma base do DNA em que um codão que específica um aminoácido é alterado por um codão STOP (codão de finalização), ou por um codão de iniciação que origina uma proteína mais curta ou mais longa.


Segue-se um quadro com os conceitos básicos do que já foi referido:



Doenças génicas:

ANEMIA FALCIFORME



FENILCETONÚRIA




Origem/Causa das mutações


As células, quando expostas a certos factores/agentes, poderão passar a contrair uma mutação. Esta mutação pode ocorrer porque se origina um erro ao nível das moléculas de DNA, em que o trabalho das enzimas não é eficaz, não conseguindo corrigir este erro, sendo assim passado para as gerações seguintes.
As mutações poderão ocorrer de dois modos:

  • Espontaneamente;

  • Induzidas - exposição a determinados agentes.


Mutações espontâneas


As mutações espontâneas podem ocorrer devido:

  • Às quatro bases nucleotídicas poderem existir sob duas formas diferentes. Assim, quando uma base adquire uma forma rara, pode emparelhar-se com uma base diferente;

  • À ocorrência de erros na replicação do DNA, motivados pela DNA Polimerase. Mesmo que alguns erros sejam reparados durante o processo de replicação do DNA, alguns persistem.

São mais frequentes em regiões com sequências de DNA repetitivas ou simétricas, pois nestes locais aumenta o risco de uma cadeia de DNA emparelhar consigo própria durante a replicação; em genes de maior tamanho que, devido à sua dimensão, possuem uma maior probabilidade de sofrer alterações na sua sequência de bases e em genes do genoma mitocondrial, pois estes não possuem mecanismos de reparação do DNA.

Mutações induzidas


As mutações induzidas são provocadas por agentes mutagénicos que são substâncias químicas/físicas/biológicas que aumentam a probabilidade de ocorrência de mutações. Há vários agentes, sendo eles:

  • Agentes físicos, tais como várias fontes naturais de radiação ( raios X, gama cósmicos, ultravioletas e até minerais radioactivos da crosta terrestre) e a temperatura. Certos minerais da crosta emitem radiações ionizantes, os raios α, β e γ. Estas radiações, especialmente os raios γ, têm energia suficiente para remover electrões dos átomos e quebrar a estrutura dos açucares e fosfato do DNA;

  • Agentes químicos, tais como as substâncias enumeradas como cancerígenas (corantes alimentares, componentes do fumo do cigarro, drogas usadas em quimioterapia, etc). Estas actuam danificando as ligações químicas ou mesmo substituindo nucleótidos;

  • Agentes biológicos, tais como a acção de vírus e bactérias. Estas injectam parte do seu DNA, na cadeia de DNA da célula hospedeira. Também poderão ocorrer mutações devido a falhas de ordem genética.


Mesmo que estes agentes sejam mutagénicos, são muitas vezes utilizados pela ciência, em quantidades mínimas.


Mutações e a descendência


Existem no nosso organismo dois tipos de células, nas quais podem ocorrer as mutações:

  • Células somáticas à são células do corpo que formam tecidos ou órgãos do corpo, ou seja são as constituintes da estrutura de todo o ser vivo. O seu núcleo divide-se apenas por mitose (processo em que as células eucarióticas dividem os seus cromossomas pelas duas células filhas).
    As mutações nas células somáticas têm pouca importância porque essas mutações permanecem apenas nas linhagens de células de um indivíduo, não sendo passadas a seus descendentes.

  • Células germinativas/gaméticas à são células haplóides, (contêm metade do número de cromossomas característicos da espécie), tais como os espermatozóides e os óvulos (gâmetas). Estas células contém a informação genética que irá ser transmitida a descendência, podendo o DNA mutado ser transmitido as gerações seguintes.

Mas afinal, existem mutações positivas?


Sim, e estas são necessárias não só para a evolução em direcção a uma maior complexidade dos seres, mas também para compensar os danos de muitas mutações prejudiciais.
As mutações são responsáveis pela variabilidade genética e pela extensão da variabilidade genotípica. Ela fornece a matéria-prima para o processo evolutivo, cujo sucesso depende da existência de variabilidade.
O processo evolutivo consiste basicamente em concentrar numa população indivíduos com maior frequência de genes favoráveis. Um organismo evoluído é resultante de um processo de selecção, no qual as mutações que lhe eram vantajosas foram preservadas. Portanto, para estes indivíduos é pouco provável que alterações aleatórias nos genes possam contribuir para melhorias, uma vez que o organismo já se encontra em estágio avançado de selecção. Assim, de maneira geral, considera-se que a maioria das mutações são prejudiciais.


Efeitos das mutações


Assim, podemos dizer que existem 3 efeitos das mutações.
- Os efeitos benéficos como já vimos, podem conduzir a características vantajosas que se traduz numa evolução genética. Por exemplo, uma deleção específica de 32 pares de base no CCR5 humano confere resistência ao HIV a homozigóticos (1) e atrasa o despoletar da SIDA em heterozigóticos (2).
- Os efeitos prejudiciais estão associados a um funcionamento irregular da célula, que pode levar até a morte do indivíduo.
- Os efeitos neutros que surgem porque o código genético é redundante, logo podem surgir mutações que não modifiquem a sequencia de aminoácidos da proteína, as mutações silenciosas. Assim o novo aminoácido pode ter funções semelhantes ao anterior ou a substituição do aminoácido pode ocorrer numa zona da proteína que não seja determinante para a sua função.


Por fim, a conclusão do trabalho:




Bibliografia


Sites:
*http://www.cienciaviva.pt/projectos/concluidos/genomahumano/artigos/index.asp?lang=pt&accao=showTexto5&projecto=15
*http://www.drashirleydecampos.com.br/noticias/15074
*http://biologia12.wordpress.com/2008/01/13/mutacoes-versao-mais-visivel/
*http://biohelp.blogs.sapo.pt/2939.html
*http://nelsonfq.blogs.sapo.pt/3234.html
*http://madeiratorres10d.blogspot.com/2005_10_01_archive.html
*http://www.cientic.com/tema_mutacoes.html
*http://www.notapositiva.com/trab_estudantes/trab_estudantes/biologia/biologia_trabalhos/anemiafalciforme.htm *http://www.notapositiva.com/trab_estudantes/trab_estudantes/biologia/biologia_trabalhos/erroscelulares.htm
*http://esjmlima.prof2000.pt/trabalhos%20AP/12%C2%BAC/muta%C3%A7oes2.pdf

sábado, 4 de outubro de 2008

O mecanismo da Síntese Proteíca

A síntese de uma proteína é um mecanismo complexo, que se inicia no núcleo com o ADN e termina no citoplasma, ao nível dos ribossomas com a formação de proteínas.


Esta passagem da linguagem dos ácidos nucleícos para a linguagem das proteínas ocorre em três etapas:

  1. Transcrição - ocorre no núcleo;
  2. Migração -ocorre na passagem da informação do núcleo para o citoplasma;
  3. Tradução -ocorre no citoplasma, mais proprimente nos ribossomas.
    3.1- Iniciação,
    3.2- Alongamento,
    3.3- Finalização.



ADN → Transcrição → ARNm → Tradução → cadeia polipeptídica (proteína)



1. A transcrição é a etapa em que ocorre a cópia da sequência de bases do ADN para uma cadeia complementar de RNAm.
Esta etapa decorre no núcleo, onde apenas uma cadeia de ADN é usada como molde para síntese de RNAm, segundo a regra do emparelhamento de bases. Esta síntese é comandada pela enzima RNA-polimerase, que desliga um troço de ADN, abrindo a cadeia e iniciando a síntese, sempre no sentido 5’ -> 3’. Após a passagem da RNA-polimerase a cadeia de ADN volta fechar, formando-se novamente pontes de hidrogénio entre as bases azotadas das 2 cadeias.

Nos seres eucariontes o RNA sintetizado sofre um processamento ou maturação, antes de abandonar o núcleo. Durante este processo, diversas porções do RNA inicialmente transcritas, são removidas - os intrões. Estes são sequências não codificadoras, que são eliminadas através de enzimas. Entretanto as sequências codificadoras restantes - os exões – são unidos entre si, formando o RNAm funcional ou maturado. Pelo facto do RNA inicialmente transcrito ser um precursor do mRNA é frequentemente chamado de RNA pré-mensageiro (pré - mRNA).



O processo de transcrição permite não só a síntese de mRNA, mas também de outros tipos de RNA, nomeadamente, RNA ribossómico (rRNA) e RNA transferência (tRNA), como está esquematizado na figura.


A seguinte tabela mostra os intervenientes da transcrição:


2. A migração ocorre no final do processo de transcrição, pois dá-se quando o mRNA migra do núcleo para o citoplasma, no qual vai ocorrer a tradução da mensagem. O mRNA passa para o citoplasma através dos poros nucleares do núcleo.

3. Na tradução dá-se a produção das proteínas, segundo a sequência de codões do mRNA, com a ajuda dos RNAt, RNAr (referidos no post ESTRUTURA DO RNA) e dos ribossomas.
Os ribossomas são organelos membranares constituídos por RNA ribossómico e porções proteicas. Cada ribossoma apresenta uma subunidade maior e uma menor.

Apesar de já ter refiro o tRNA, nunca é de mais mostrar um esquema deste.

Referem-te a esta etapa que decorre no citoplasma, podem-se distinguir a forma como ocorre nos dois tipos de seres:
  • Nos eucariontes a etapa dá-se quase sempre nas membranas do retículo endoplasmático rugoso, onde os ribossomas estão inseridos. Neste caso, as proteínas sintetizadas são enviadas para o interior das cisternas do RER, sendo depois distribuídas por toda a célula.
  • Em procariontes, que não apresentam sistemas membranares, os ribossomas estão dispersos no citoplasma.



Apesar de a tradução ser efectuada pelos ribossomas que actuam de forma independente, em determinadas situações, podem associar-se em polirribossomas descodificando a mesma cadeia de ARNm em simultâneo.

Este processo é constituído por 3 etapas:

  • Iniciação – o RNAm liga-se ao ribossoma na subunidade grande (através do RNAr). O RNAt iniciador transporta o aminoácido metionina até à subunidade menor do ribossoma;

  • Alongamento – sequencialmente, um novo RNAt transporta um novo aminoácido até ao ribossoma, ligando-se ao codão. Há formação de uma ligação peptídica entre o aminoácido que chega e os anteriores e o ribossoma avança 3 bases no RNAm. O estabelecimento destas ligações requer energia, fornecida, como sempre, por degradação de moléculas de ATP;

  • Finalização – os codões de finalização não têm anticodão complementar, pelo que quando o ribossoma atinge um deles, a síntese acaba, a cadeia polipeptídica destaca-se, podendo sofrer transformações posteriores no retículo e no complexo de Golgi. As subunidades do ribossoma separam-se e ficam livres para iniciar nova síntese.

A tabela que se segue mostra os intervenientes na tradução:



A síntese proteica tem características fundamentais para a sua função:

  • Complexidade – são inúmeros os intervenientes neste processo, entre enzimas, vários tipos de ácidos nucléicos e moléculas fornecedoras de energia;

  • Rapidez – uma célula eucariótica pode construir uma proteína com 140 aminoácidos em 2 minutos, mantendo todo o rigor do processo;

  • Amplificação – a mesma zona do DNA pode ser transcrita várias vezes, formando-se várias moléculas de RNAm idênticas, o que compensa a sua curta duração. Outra forma de acelerar o processo é utilizar polirribossomas, ou seja, vários ribossomas vão “lendo” a mesma molécula de RNAm, em sequência, produzindo cada um a sua proteína.


Muitas das proteínas sintetizadas encontram-se inactivas do ponto de vista biológico, sofrendo várias alterações antes de atingirem a sua conformação definitiva e condicionarem o metabolismo celular. Uma vez activas, as proteínas, podem:
* ter função enzimática, como as proteases, e de transporte, como a hemoglobina;
* ser integradas em estruturas celulares, como a membrana plasmática, os lisossomas, as mitocôndrias ou o núcleo;
* ser exportadas, por exocitose, para o meio extracelular, como por exemplo as enzimas digestivas ou as hormonas de natureza proteíca.

Sites auxiliares:
*http://calazans.ccems.pt/cn/Jogos/SINTESE.htm (teste da síntese proteíca)
*http://www.esec-odivelas.rcts.pt/BioGeo/ficha_rep.htm (ficha sobre a síntese proteíca)
*http://www.icb.ufmg.br/big/genegrad/genetica/genetica/fluxo.htm (desde o RNA a síntese proteíca)
* http://www.universitario.com.br/celo/topicos/subtopicos/genetica/dna/dna.html (Síntese Protreíca)

Sintese Proteíca: O Código Genético

As proteínas e os ácidos nucleicos são macromoléculas compostas por uma sequência particular de monómeros, respectivamente aminoácidos e nucleótidos.
A ordem dos aminoácidos numa proteína confere-lhe características e funções biológicas específicas, o que foi constatado em 1957 por Ingram, ao estudar a anemia falciforme. Esta doença, comum em África, é devida à alteração de um único aminoácido numa das quatro cadeias polipeptídicas da hemoglobina: a substituição de ácido glutâmico por valina na posição 6 da cadeia, provoca uma alteração conformacional na hemoglobina.
Se uma alteração mínima pode ter este tipo de consequência catastrófica, então deve existir um mecanismo que determine com rigor a sequência de aminoácidos numa proteína.
Esse mecanismo transmitirá, de geração em geração, toda a informação necessária à correcta construção e funcionamento das células e organismos que compõem. Essa informação está contida, em código, na sequência de bases azotadas da molécula, pelo que se pode dizer que o alfabeto do DNA apenas contém 4 “letras”.
No entanto, o alfabeto das proteínas contém 22 “letras”, como representá-los a todos com apenas 4 bases?

Se apenas usássemos uma base para representar um aminoácido apenas teríamos proteínas com 4 tipos de aminoácidos. Dado que tal não acontece, teremos que utilizar combinações de bases para representar aminoácidos.
Não podemos ter apenas pares de bases pois assim apenas seriam codificados 16 (4 ao quadrado) aminoácidos, logo teremos que usar tripletos, ou seja, conjuntos de 3 bases, que nos permitem codificar 64 (4 ao cubo) possibilidades, muitas mais do que as que necessitamos. Assim, tres nucleótidos consecutivos do DNA constituem um codogene, tripleto que representa a mais pequena unidade de mensagem genética necessária à codificação de um aminoácido.


Como exitem diferentes sequências de tripletos, essas vão codificar diferentes séries de aminoácidos. Isso é feito através dum mecanismo em que a informação do DNA é trancrita para uma sequência de ribonucleótidos que constituem o mRNA. O mRNA posteriormente abandona o núcleo e transporta a mensagem em código até aos ribossomas, aonde é descodificada. Cada tripleto do mRNAque codifica um determinado aminoácido designa-se vulgarmente codão.
A seguinte imagem mostra o código genético.



Este código genético em algumas características importantes:

· Universalidade – este tipo de codificação em tripletos é usada por toda a Vida na Terra, desde os organismos mais simples, como as bactérias ou os vírus, aos mais complexos. Esta universalidade garante que o código terá surgido muito cedo na evolução da Vida na Terra, provavelmente logo no primeiro ancestral procarionte dos organismos actuais;

· Redundância – no código existem vários codões com o mesmo significado, identificando o mesmo aminoácido, consequência directa do facto de haver um número superior de tripletos do que de aminoácidos. Por este motivo, a terceira base de cada tripleto é a menos específica (o aminoácido arginina, por exemplo, pode ser codificado pelos codões CGU, CGC, CGA e CGG);

· Objectividade – o código não é ambíguo, cada codão apenas codifica para um aminoácido, não gerando confusões;

· Tripleto AUG tem dupla função – codifica o aminoácido metionina e é um codão de iniciação da síntese proteica (logo todas as proteínas começam com este aminoácido). Esta situação, no entanto, apenas se aplica aos organismos eucariontes e às arqueobactérias;

· Tripletos UAA, UAG, UGA são codões de finalização – estes codões aparentemente sem sentido, indicam o momento de fim de síntese, não codificando aminoácidos.

É possivel concluir que:
*Um tripleto, corresponde à menor unidade da informação genética, sendo a sequência de tripletos no DNA a responsável pela sequência de aminoácidos numa proteína.
*Um aminoácido pode ser codificado por vários codões, mas cada codão só codifica um e só um aminoácido.

Estrutura do RNA

O ácido ribonucleico, ou RNA, forma moléculas muito menores que as do DNA. Na sua grande maioria, o RNA encontra-se no citoplasma, onde desempenha diversas funções relacionadas com a construção de proteínas, ou seja, faz chegar a informação contida no DNA ao exterior do núcleo.
O RNA é um ácido nucleico de cadeia simples, contendo a pentose ribose e as bases azotadas adenina, citosina, guanina e uracilo.

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Conforme a função que desempenha, o RNA apresenta formas diferentes, podendo mesmo apresentar zonas dobradas sobre si mesmo, em que a cadeia se emparelha por ligações A=U e C=G.
Existem três tipos diferentes de RNA:
· RNA ribossómico ou RNAr – representa cerca de 80% do RNA presente na célula. Tem, em média, cerca de 3700 nucleótidos. É uma molécula larga e dobrada que, associada a proteínas, forma o ribossoma, organitos citoplasmáticos que coordenam a síntese proteica;


· RNA de transferência ou RNAt – representa cerca de 15% do RNA da célula e tem, em média, 75 nucleótidos. Embora formada por uma única cadeia de nucleótidos, dobra-se sobre si próprio de uma forma característica (em folha de trevo), originando zonas de cadeia dupla. Em todas as moléculas de RNAt algumas características são comuns:
* Extremidade 5’ é fosforilada;
* Extremidade 3’ tem a sequência CCA, com a adenina ligada a um grupo hidroxilo –OH), local de ligação do aminoácido activado pelo ATP, originando o complexo RNAt-aminoacil;
* Nucleótidos que não estabelecem pontes de hidrogénio entre si originam quatro ansas (a zona alargada que forma as folhas do trevo): na ansa 1 liga-se a enzima que catalisa as reacções, a ansa 2 é o anticodão (sequência de 3 nucleótidos complementares de cada codão do RNAm), na ansa 3 liga-se o ribossoma e a ansa 4 é formada pelas extremidades 3’ e 5’, onde se liga o aminoácido;



· RNA mensageiro ou RNAm – presente em baixa percentagem na célula (cerca de 5%), tem um tamanho muito variável. Esta molécula tem vida muito curta, apenas transmite a mensagem do DNA do núcleo para o citoplasma.
A quantidade de RNA presente numa célula depende em grande parte da taxa metabólica da célula (quanto maior esta for, mais RNA estará presente).

quarta-feira, 1 de outubro de 2008

Experiência de Meselson e Stahl

O teste da hipótese da replicação semiconservativa
Matthew Meselson e Franklin Stahl, em 1958 realizaram experiências, que tinham como objectivo comprovar a hipótese semiconservativa, trabalhando com a marcação do ADN por incorporação de Azoto pesado 15N.
Os cientistas imaginaram que, se as duas cadeias polinucleotídicas de uma molécula de ADN fossem marcadas, seria possível fazer uma previsão sobre o destino dessas cadeias no decorrer das gerações seguintes.
Segundo a previsão:

a) Após uma replicação, ambas as moléculas filhas estariam marcadas e cada uma delas conteria metade da marcação da molécula mãe original.
b) Após duas replicações, metade das moléculas estaria marcada e, a outra metade não. A metade marcada, conteria a mesma marcação que as moléculas originais (que foram geradas na primeira replicação).


O teste da hipótese semiconservativa foi possível porque na época os autores dispunham de métodos eficientes para marcar as moléculas de ADN assim como para separar as moléculas marcadas das não-marcadas, e entre as marcadas, distinguir as moléculas com diferentes quantidades de marcação.

1ª EXPERIÊNCIA


Na primeira experiência cultivaram bactérias Escherichia coli, num meio de cultura contendo um isótopo pesado de azoto (15N) e outras destas bactérias num meio de cultura contendo azoto normal (14N). Quando as bactérias Escherichia coli vivem num meio de cultura normal (com 14N), o seu DNA, depois de extraído e centrifugado, deposita-se mais próximo da superfície do que do fundo do tubo de ensaio, ao contrário das bactérias que vivem num meio com 15N, que depois de extraído e centrifugado o seu ADN deposita-se no fundo do tubo de ensaio.Isto comprava que as bactérias contendo azoto pesado (15N) são mais densas que as bactérias que contêm o isótopo de azoto normal.

2ª EXPERIÊNCIA

Na segunda experiência, cultivaram-se bactérias num meio com 15N.
Após 14 gerações nesse meio de cultura, pôde prever-se que todo o ADN das bactérias continha o isótopo pesado 15N. Posteriormente as bactérias foram transferidas para um meio de cultura contendo apenas a forma leve do azoto, o 14N.
Depois da transferência para o novo meio, retirou-se imediatamente uma amostra onde se extraiu o ADN, que foi posteriormente centrifugado.Verificou-se que as bactérias da geração parental continham apenas ADN com o azoto pesado. As gerações seguintes porém, já seriam sintetizadas com base no azoto normal.
Deixaram-se assim, as bactérias da geração 0 - G0 dividirem-se nesse meio e o processo foi interrompido:

a) Ao fim de 20 minutos (corresponde ao tempo necessário para a divisão das bactérias de modo a obter uma nova geração) obteve-se a 1ª geração - G1 em que todas as bactérias apresentavam um ADN de densidade intermédia -14N15N (50% de 15N e 50% de 14N).
b) Ao fim de 40 minutos (2ª geração - G2) - 50% das bactérias G2 apresentavam um ADN de densidade intermédia (14N15N) e os outros 50% apresentavam um ADN de densidade normal 14N, conforme podemos ver no esquema mostrado na figura seguinte.



Tipos de azoto:
vermelho = 14N
azul = 15N

Mas, de que maneira foi possível identificar os diferentes tipos de moléculas (contendo diferentes quantidade de 14N e 15N) para verificar se a previsão se confirmava?

A distinção entre os diferentes tipos de ADN foi possível graças a técnica analítica desenvolvida por Jerome Vinograd, que ficou conhecida como centrifugação de equilíbrio em gradiente de densidade.
O gradiente de densidade forma-se quando uma solução de cloreto de césio é submetida a uma ultracentrifugação. O sal de césio distribuísse em concentrações gradativamente maiores, do cimo para o fundo do tubo de ensaio, de modo que a solução é mais densa no fundo e menos densa no topo. Quando moléculas são misturadas com uma solução de cloreto de césio, e essa mistura é submetida a uma ultracentrifugação, as moléculas posicionam-se no gradiente de densidade do césio, numa faixa correspondente à sua própria densidade. Moléculas de ADN com diferentes proporções de 14N e 15N têm densidades diferentes e, portanto, posicionam-se em regiões diferentes no tubo de ensaio.


O 15N é mais denso que o 14N, portanto s as moléculas de ADN distribuíram-se da seguinte maneira no tubo:
100% 15N: mais abaixo (vermelho).
100% 14N: mais acima (azul).
50% 15N, 50% de 14N: posição intermediária (azul/vermelho).

Com a experiência de Meselson e Stahl foi possível verificar que:
1 – As moléculas de ADN extraídas de bactérias cultivadas em meio normal com 14N têm baixa densidade.

2 - O ADN extraído de bactérias cultivadas por 14 gerações em 15N, incorporam esse azoto nos seus nucleótidos, formando um ADN com maior densidade, que se deposita mais próximo do fundo do tubo, depois de centrifugado.

3 - O ADN extraído da primeira geração produzida a partir de bactérias marcadas com 15N e cultivadas em 14N, ficavam numa posição intermediária do gradiente, entre as duas anteriores.

4 –O ADN extraído da segunda geração produzida a partir de bactérias marcadas com 15N e cultivadas em 14N, formavam duas faixas, uma correspondente as moléculas não marcadas (14N) e outra correspondente às moléculas contendo 50% 14N e 50% 15N.

5- O ADN extraído da terceira geração tem-se 75% das moléculas não marcadas e 25% das moléculas marcadas (50% 15N, 50% 14N).


Os resultados experimentais concordaram inequivocamente, com a previsão da hipótese da replicação semiconservativa do ADN, a qual foi então aceita como verdadeira e que é hoje actualmente aceite.

O VIDEO: http://highered.mcgraw-hill.com/olc/dl/120076/bio22.swf (em inglês)