2A1_-_Estrutura_DNA_2019__Modo_de_Compatibilidade_

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Genética Molecular
• genes 
- elementos biológicos constituídos por ácido desoxirribonucleico (DNA)
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 biologia molecular
computação
bioquímica
genética
biologia celular
Wild type cdc25
mutante
wee 
mutante
biofísica
bacteriologia
2
- estudo da biologia e da natureza humana
- dissecação genética
* análise e identificação dos componentes de
qualquer processo biológico
- análise da saúde humana das populações
* alterações no genoma humano por acção de
agentes ambientais (radiações/químicos)
- análise de doenças genéticas
* hereditárias (fenilcetonúria, fibrose cística,
distrofia muscular)
* somáticas (cancro / tendência hereditária)
* aberrações cromossómicas (síndroma de Down)
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
• genética molecular
C
A
G
T
A
A
G
T
T
G
C
C
A T
C G
3
• modelos biológicos
E.coli
(Escherichia coli)
Saccharomyces cerevisiae
(levedura)
- Arabidopsis thaliana (flor)
Drosophila melanogaster 
(mosca da fruta)
Caenorhabditis elegans
(nemátodo)
Mus Musculus
(ratinho)
Xenopus Tropicalis (sapo)
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
4
Homo sapiens Chimpanzé
Fig. 26-18a
(a) Orthologous genes
Ancestral gene
Ancestral species
Speciation with
divergence of gene
Species A Species B
Orthologous genes
speciation is the 
evolutionary process 
by which new biological 
species arise
- existem em cópia única no 
genoma
- podem divergir por 
especiação (processo 
evolutivo pelo qual se formam 
as espécies vivas) 
- genes de espécies diferentes 
que derivam do mesmo gene 
ancestral comum às duas 
espécies
(b) Paralogous genes
Paralogous genes
Gene duplication and divergence
Species A after many generations
Species A
- resultam da duplicação de genes e 
são encontrados em mais de uma 
cópia no genoma
- podem divergir dentro do subtipo 
que os transporta e muitas vezes 
adquirem novas funções
• genes ortólogos
• genes parálogos 
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
5
• genes ortólogos e parálogos
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
6
Quando este organismo evolui, sofre especiação, 
e dá origem a duas espécies diferentes, cada uma 
com sua versão do gene azul e do amarelo. Os 
dois genes azuis são ortólogos entre si, e os dois 
genes amarelos também são ortólogos um com o 
outro; e qualquer um dos dois azuis permanece 
como um parálogo de amarelo.
Quando o gene azul sofre uma duplicação, 
obtemos dois genes parálogos (azul e amarelo) 
no mesmo organismo, que ao longo da história 
evolutiva se diferenciam entre eles
•
d
iag
ram
 o
f g
lo
b
in
 fam
ily tree 
• EBR - Genética Molecular - FFUP 
7
Plasmid
isolated
1Bacterium
Bacterial
chromosome
Plasmid
2
DNA
isolated
Cell containing gene
of interest
DNA
Gene of
interest
3 Gene 
inserted 
into plasmid
Recombinant DNA
(plasmid)
4 Plasmid put into
bacterial cell
Recombinant
bacterium
5
Copies of gene Copies of protein
Clones of cellGene for pest
resistance
inserted into
plants
Gene used to alter bacteria
for cleaning up toxic waste
Protein used to dissolve blood
clots in heart attack therapy
Protein used to 
make snow form
at higher
temperature
Cell multiplies with
gene of interest
• engenharia genética
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
8
• engenharia genética
- produtos
farmacêuticos de
interesse clínico.
- alimentos
geneticamente
modificados
- animais mais saudáveis 
e produtivos
- plantas com
resistência a vírus
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
9
- insulina4,5g: 250 mil porcos ou
obter 27 toneladas de pâncreas
- hormona de crescimento 1g:
glândula pituitária ~ 45 cadáveres
•
en
g
en
h
aria
g
en
ética
• EBR - Genética Molecular - FFUP 
1
0
• terapia génica 
- introdução de uma cópia de um gene normal em células que têm uma cópia mutada
* doentes com 
Deficiência Imune 
Severa Combinada 
(SCID) têm falta do 
gene adenosina 
desaminase (ADA) 
- bloqueio da formação de proteínas por oligonucleótidos e moléculas de RNA anti-
sense
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
- a toxina que devia 
ser convertida 
em ácido úrico 
acumula-se e destrói 
as células T e, sem 
estas, as células B 
não são estimuladas a 
produzir anticorpos e 
a criança, muito 
sensível a infeções e 
cancro, não vive mais 
do que 1 ano
11
• interacção gene / meio ambiente
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
12
• interacção gene / meio ambiente
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
13
25ºC 37ºC
- unidade de informação 
genética
- segmento de DNA com regiões 
codificantes (produção de 
uma proteína)
• gene
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
14
• gene
- regiões reguladoras anteriores (montante) e posteriores (jusante) 
- exões: regiões codificantes
- intrões: regiões não codificantes
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
15
(promotor com 
sequências consenso)
• genes humanos têm intrões, exões e sequências reguladoras
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
16
• g
en
e
C
A
P
P
o
ly-A
 tail
• EBR - Genética Molecular - FFUP 
1
7
• genes sobrepostos
• 
E
B
R
 -
G
e
n
é
ti
c
a
 
M
o
le
c
u
la
r 
-
F
F
U
P
 
(b) shows relative positions of 7 φX174 genes
- 11 genes
- 5 genes são sobrepostos 
- 5,386 bp
* ΦX174
18
• g
en
es so
b
rep
o
sto
s
• EBR - Genética Molecular - FFUP 
1
9
20
Coding RNAs
• 
E
B
R
 -
G
e
n
é
ti
c
a
 
M
o
le
c
u
la
r 
-
F
F
U
P
 
Non-Coding RNAs: 
(formerly known as 
“JUNK”)
21
Nature Reviews Drug Discovery 12, 433-446, 2013
Non-Coding RNAs
• 
E
B
R
 -
G
e
n
é
ti
c
a
 
M
o
le
c
u
la
r 
-
F
F
U
P
 
tRNAs transfer RNAs, snoRNAs small nucleolar RNAs, miRNAs microRNAs, 
siRNAs small interfering RNAs, snRNAs small nuclear RNA, exRNAs
extracellular RNA, piRNAs piwi-interacting RNAs, scaRNAs small cajal body 
specific RNAs, rRNAs ribosomal RNAs, circRNAs circular RNAs 
Tumour Biol. 2016 ,37(11):14403-14413.
* code for other types of RNA
- microRNA 
small RNAs that 
interfere with
mRNAs made
by certain exons
- antisense RNA 
prevents protein-coding RNA from being translated
• intrões (“junk”) 
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
22
• biorreguladores (riboswitches)
- são sequências curtas
de RNA não codificante 
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
• RNAs que por modificações 
conformacionais funcionam como 
interruptores que regulam a síntese 
de proteínas em resposta às 
condições ambientais
23
• riboswitches might represent ancient forms of gene control
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
- a riboswitch that 
responds to guanine
24
- estão frequentemente localizados perto da extremidade 5’ do mRNA , e 
alteram a sua conformação enquanto o mRNA está a ser sintetizado 
bloqueando ou permitindo o progresso da RNA polimerase se a pequena 
molécula reguladora está ligada ou desligada 
- regulam vias metabólicas (vitaminas, aminoácidos e purinas) 
- um único cromossoma
- não têm compartimentos
- não têm membrana nuclear
• procariotas
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
• eucariotas
- vários cromossomas e compartimentos
- uma ou mais células com núcleo envolvido 
por membrana
25
• EBR - Genética Molecular - FFUP 
2
6
PROKARYOTES EUKARYOTES
single chromosome plus 
plasmids
many chromosomes
circular chromosome linear chromosomes
made only of DNA made of chromatin, a 
nucleoprotein (DNA coiled 
around histone proteins)
found in cytoplasm found in a nucleus
copies its chromosome and 
divides immediately afterwards
copies chromosomes, then 
the cell grows, then goes 
throughmitosis to organise 
chromosomes in two equal 
groups
• chromosomes in eukaryotes and prokaryotes are different
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
27
Cromatina
polímeros
de DNA
eucromatina
heterocromatina
facultativa
(genes inactivos)
constitutiva
(seq.repetidas)
proteínas
histonas
não histonas
genes cromossomas cromatina núcleo 
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
28
Species Chrom. Genes Base pairs
Human
(Homo sapiens)
46
(23 pairs)
20-25.000 3.1 billion
Mouse
(Mus musculus) 40 22.5-30.000 2.7 billion
Puffer fish
(Fugu rubripes) 44 31.000 365 million
Malaria 
mosquito
(Anopheles gambiae)
6 14.000 289 million
Fruit Fly
(Drosophila melanogaster) 8 14.000 137 million
Roundworm
(C. elegans) 12 19.000 97 million
Bacterium
(E. coli) 1 5.000 4.1 million
• genoma = material genético de um conjunto de cromossomas
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
29
• genótipo = composição genética de um organismo
• fenótipo = expressão física de um genótipo (morfologia, 
comportamento, fisiologia e relações ecológicas)
- formas alternativas do
mesmo gene responsáveis
pela expressão de uma
característica particular
- a nível molecular a maioria
da sequência do DNA é
idêntica, mas pode
apresentar um ou mais
nucleótidos diferentes
• alelos
a
b
A
G
C
T
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
• homozigoto - se os dois alelos são idênticos
• heterozigoto - se os dois alelos são diferentes
30
- alelo dominante: expressa o seu fenótipo mesmo quando é 
heterozigoto com um alelo recessivo
- alelo recessivo: não é expresso fenotipicamente num heterozigoto
• alelos
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
31
• cromossomas homólogos
- emparelham durante a meiose ou correspondem a cromossomas de 
espécies diferentes que mantêm o mesmo número de genes durante a 
evolução
- formas alternativas do mesmo gene que se situam no mesmo locus de 
cromossomas homólogos
Genotype: PP aa Bb
Heterozygous
P a b
P a B
Gene loci
Recessive
allele
Dominant
allele
Homozygous
for the
dominant allele
Homozygous
for the
recessive allele
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
32
Telomere
Telomere
cromossoma
metafásico
• cromatídeos irmãos ou cromátidas irmãs
- duas cópias de um cromossoma, replicado durante a fase S do ciclo celular 
e que se separam durante a mitose
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
33
- cariótipo humano:
* 22 pares - autossómicos ou somáticos
* 1 par - sexual (XX ou XY) ou heterocromático
- número, tamanho e forma do conjunto de 
cromossomas metafásicos de 1 célula eucariota
• cariótipo
Y X
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
34
- metacêntrico
centrómero localizado a meio e 
os braços do cromossoma são 
iguais
- sub-metacêntrico 
centrómero deslocado para uma 
das extremidade, produzindo um 
num braço longo (q) e um braço 
curto (p) 
- acrocêntrico 
centrómero próximo do braço 
longo e um braço curto muito 
reduzido
- telocêntrico 
centrómero próximo da 
extremidade do cromossoma
• forma
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
35
• bandeamento de cromossomas
Q - Quinacrina
C - centrómero 
G - Giemsa 
R - reverso das 
bandas G e Q
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
36
G-banded metaphase chromosomes
• bandeamento de cromossomas
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
37
• cariótipo
grupo D
grupo E
grupo Ggrupo F
grupo A
grupo C
grupo B
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
38
Heat-killed 
R strain 
• Fred Griffit, 1928 - transformação
* Diplococcus pneumonia: - forma lisa (S) cápsula polissacarídica 
- forma rugosa (R)
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
39
Frederick Griffith em 1936
• Fred Griffit, 1928 - transformação
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
+ Heat-killed S strain
40
• Alfred Hershey e Marta Chase, 1952
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
41
• estrutura do DNA
Purinas
Pirimidinas
Nucleósido
Desoxinucleótido
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
42
RNA - Ácido ribonucleicoDNA - ácido desoxirribonucleico
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
43
44
- performed X-ray diffraction studies to identify 
the 3-D structure and concluded that DNA has 
an helicoidally form
- using Maurice Wilkins’ DNA fibers, discovered 
that the molecule has a diameter of 2 nm and 
makes a complete turn of the helix every 3.4 nm
• DNA - Rosalind Franklin
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
• DNA - modelo de Watson e Crick (1953)
Watson Crick
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
45
• DNA - modelo de Watson e Crick (1953)
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
46
• especificidade do emparelhamento de bases
• complementaridade de bases nas cadeias
• forma B tem 10 bp por volta
• enrolamento no sentido dos ponteiros do relógio
• DNA - modelo de Watson e Crick (1953)
• cadeias anti-paralelas
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
47
• cadeia de polinucleótidos
- constituída por um conjunto de nucleótidos adjacentes com ligações 
covalentes (ligações fosfodiéster) entre a posição 5’ de uma pentose 
e a posição 3’ de outra pentose através de um grupo fosfato, que é 
fornecido por um nucleótido trifosfatado
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
48
• EBR - Genética Molecular - FFUP 
4
9
• an
álise d
e raio
s-X
• EBR - Genética Molecular - FFUP 
5
0
• estabilidade: - pontes de hidrogénio
- interacções hidrofóbicas
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
51
• co
n
fo
rm
açõ
es d
o
 D
N
A
• EBR - Genética Molecular - FFUP 
5
2
•
m
etilação
 d
o
 D
N
A
• EBR - Genética Molecular - FFUP 
5
3
• tautomerismo
amino 
imino
ceto
enol
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
54
•
tau
to
m
erism
o
• EBR - Genética Molecular - FFUP 
5
5
• sequências invertidas (palíndromas)
- sequência de DNA de cadeia dupla que é 
a mesma quando as duas cadeias são 
lidas numa direcção definida 
56
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
• estruturas cruciformes
• sequências invertidas (palíndromas)
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
57
Nature Reviews Genetics 13:770-780 , 2012
• estruturas cruciformes
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
58
• estruturas secundárias
• estruturas terciárias
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
59
• desnaturação e renaturação do DNA
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
60* Tm = temperatura de fusão
* desnaturação: aumento da hipercromicidade
* maior conteúdo em GC maior Tm
61
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
Anal Biochem 
2010, 406, 34-40
• desnaturação e renaturação do DNA
* ação da formamida, ureia ecalor
62
• desnaturação e renaturação do DNA
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
63
* Southern blotting allows
you to examine the 
distance between 2 cut 
sites near a gene of 
interest
* Northern blotting allows
you to examine the size 
and amount of a specific 
mRNA that was in the 
tissue used to prepare 
the RNA.
* Western blotting allows
you to examine the size 
and amount of a specific 
protein.
• deteção de DNA
RNA e proteína 
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
64
• deteção de DNA
RNA e proteína 
•
co
mp
actação
 d
o
 D
N
A
• EBR - Genética Molecular - FFUP 
6
5
•
co
m
p
actação
 d
o
 D
N
A
• EBR - Genética Molecular - FFUP 
6
6
• digestão com a nuclease do micrococcus
- mononucleossoma (200 bp)
- DNA linker (8 a 114 bp)
- DNA core (146 bp)
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
o
le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
67
•
co
m
p
actação
 d
o
 D
N
A
• EBR - Genética Molecular - FFUP 
6
8
• organization of chromosomes in the mammalian nucleus
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
a 
M
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le
cu
la
r 
-
F
F
U
P
 
Chromosome
territory
Chromosomes in the
interphase nucleus
Chromatin
loop
Transcription
factory
10 µm
- os laços de cromatina estendem-se dos cromossomas individuais em locais 
específicos no núcleo
69
- os laços dos diferentes cromossomas podem 
agregar-se em locais particulares, alguns ricos 
em fatores de transcrição e de RNA-
polimerases, que podem ser áreas 
especializadas para uma função comum
- suporte proteico constituído por diversas proteínas: 
* SMCs
* topoisomerase II
* HGM1/Y 
* outras proteínas 
desconhecidas
- cromossoma metafásico depois de extração salina 
das histonas com diiodossalicilato de lítio
• scaffold
MAR = matrix 
attachment regions
SAR = scaffold 
associated regions
• 
E
B
R
 -
G
en
ét
ic
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M
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cu
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-
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• compactação do DNA
Telomere
Telomere
• 
E
B
R
 -
G
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ét
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cu
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-
F
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U
P
 
71
•
co
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p
actação
 d
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• EBR - Genética Molecular - FFUP 
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2