O documento discute os conceitos fundamentais de genética molecular, incluindo a estrutura e função do DNA, replicação, transcrição e tradução. Também aborda técnicas como amplificação por PCR e clonagem, separação e detecção de DNA e RNA, e aplicações como o Projeto Genoma Humano.

1. Genética para
Enfermagem
Genética molecular: estrutura e função
do DNA, replicação, transcrição e
tradução
Prof. Esp. Nivaldo Jr.

2. Definições Gerais
• A genética molecular é a área da biologia que estuda a
estrutura e a função dos genes a nível molecular.
• A genética molecular usa os métodos da genética e
da biologia molecular.
• É chamada assim para se diferenciar de outros campos
da genética como a genética ecológica e a genética
populacional.
• Um campo importante da genética molecular é o uso de
informação molecular para determinar padrões de
descendência, e assim a classificação científica correta
dos organismos: a isto chamamos sistemática
molecular.

3. Definições Gerais
• Junto com a determinação do padrão de
descendentes, a genética molecular ajuda a
compreender as mutações genéticas que podem
causar certos tipos de doenças.
• Através da utilização dos métodos de genética e
biologia molecular, a genética molecular descobre as
razões pelas quais as características são exercidas e
como e porque algumas podem sofrer mutações.

4. Genética
Direta (Forward
genetics)
Uma das primeiras ferramentas a ser utilizada pelos
geneticistas moleculares na década de 1970 foi
o rastreio genético (mapeamento genético no Brasil).
O objetivo desta técnica é identificar o gene que é
responsável por um determinado fenótipo.
Muitas vezes usa-se um agente mutagênico para
acelerar este processo.
Uma vez isolados os organismos mutantes, torna-se
possível identificar molecularmente o gene
responsável pela mutação.

5. Genética
Reversa (Reverse
genetics)
Embora os rastreios da forward genetics sejam eficazes, podemos
usar uma abordagem mais direta: determinar o fenótipo resultante
da mutação de um determinado gene.
A isto chama-se genética reversa.
Em alguns organismos, tais como leveduras, ratos e camundongos, é
possível induzir uma detecção num gene específico, criando um gene
nocaute.
Uma alternativa possível é induzir deleções aleatórias no ADN e
selecionar posteriormente as deleções em genes de interesse,
usar interferência de RNA e criar organismos transgênicos em que
vai haver uma sobre-expressão do gene de interesse.

6. Técnicas em
genética
molecular
Existem quatro técnicas gerais utilizadas para genética
molecular: amplificação, separação e detecção, e
expressão.
A reação em cadeia da polimerase é especificamente
utilizada para a amplificação, que é um "instrumento
indispensável para uma grande variedade de aplicações".
Na técnica de separação e detecção o DNA e o RNAm são
isolados a partir de suas células.
A expressão do gene em células ou organismos é feita
num local ou tempo que não é normal para esse gene
específico.

7. Amplificação Há outros métodos para a
amplificação além da reação
em cadeia da polimerase.
Clonagem de DNA em bactérias
é também uma forma de
amplificar DNA em genes.

8. Amplificação
• Reação em cadeia da polimerase
• Os principais materiais utilizados na reação em
cadeia da polimerase (PCR - polymerase chain
reaction em inglês) são nucleotídeos do DNA, o
DNA molde (template), iniciadores (primers) e
a Taq polimerase.

9. Amplificação
• Reação em cadeia da polimerase
• Nucleotídeos de DNA são a base para o novo
DNA, o DNA molde é a sequência específica a ser
amplificada, iniciadores são nucleotídeos
complementares que podem ir em ambos os
lados do DNA molde, e a polimerase Taq é uma
enzima termicamente estável que salta-inicia a
produção de DNA novo às temperaturas elevadas
necessárias para a reação.

10. Amplificação
• Reação em cadeia da polimerase
• Nesta técnica não é necessário usar as bactérias
vivas ou células; tudo o que é necessário é a
sequência de bases do DNA e os materiais
listados acima.
 Conjunto de oito tubos de PCR, cada um contendo
100μL.

11. Amplificação
• Clonagem de DNA em bactérias
• O termo clonagem para este tipo de amplificação
envolve fazer múltiplas cópias idênticas de uma
sequência de DNA.
• A sequência de DNA alvo é então inserida num vector
de clonagem. Uma vez que este vector origina a partir
de um vírus auto-replicante, plasmídeo, ou uma
célula superior do organismo, quando o DNA de
tamanho apropriado é inserido o "alvo e fragmentos
de DNA do vector são então ligados" e criam uma
molécula de DNA recombinante.

12. Amplificação
• Clonagem de DNA em bactérias
• As moléculas de DNA recombinantes são depois
colocados em uma cepa de bactérias (E.
coli geralmente), que produz várias cópias idênticas
por transformação.
• A transformação é o mecanismo de absorção de DNA
possuído por bactérias. No entanto, apenas uma
molécula de DNA recombinante pode ser clonada
dentro de uma única célula bacteriana, de modo que
cada clone é de apenas uma inserção de DNA.

13. Separação
e
detecção
Na separação e detecção o DNA e o
RNAm são isolados a partir de células
(a separação) e, em seguida
detectados simplesmente pelo
isolamento.
As culturas celulares são também
aumentadas para proporcionar um
fornecimento constante de células
prontas para o isolamento.

14. Separação e detecção
• Cultura de Células
• Uma cultura de células para a
genética molecular é uma cultura
que é cultivada em condições
artificiais.
• Alguns tipos de células crescem
bem em tais culturas como as
células da pele, mas outras células
não são tão produtivas em
culturas.
Células epiteliais em cultura. Em vermelho, queratina e
em verde, DNA.

15. Separação e detecção
• Cultura de Células
• Existem diferentes técnicas para
cada tipo de célula, algumas
apenas recentemente encontradas
para fomentar o crescimento de
células-tronco e nervo.
• Culturas para a genética molecular
são congeladas, a fim de preservar
todas as cópias do gene espécime
e descongeladas apenas quando
necessário. Isto permite um
fornecimento constante de
células.
Células epiteliais em cultura. Em vermelho, queratina e
em verde, DNA.

16. Separação e
detecção • Isolamento do DNA
• O isolamento do DNA extrai DNA a partir de uma célula
de uma forma pura.
• Em primeiro lugar, o DNA é separado a partir de
componentes celulares, tais como proteínas, RNA, e
lipídeos.
• Isto é feito colocando as células escolhidas
em um tubo com uma solução que
mecanicamente, quimicamente, rompe as
células abertas.

17. Separação e
detecção
• Isolamento do DNA
• Esta solução contém enzimas,
produtos químicos, e sais que
rompe as células exceto o DNA.
• Ele contém enzimas para dissolver
proteínas, produtos químicos para
destruir todos os RNA presentes, e
sais para ajudar a puxar o DNA
para fora da solução.

18. Separação e detecção
• Isolamento do DNA
• Em seguida, o DNA é separado da
solução ao ser girado em uma
centrífuga, o que permite que o
DNA se acumule na parte inferior
do tubo.
• Após este ciclo na centrífuga a
solução é vertida fora e o DNA é
ressuspenso em uma segunda
solução o que faz com que se
torne fácil de trabalhar com o DNA
no futuro.

19. Separação e detecção
• Isolamento do DNA
• Isto resulta em uma amostra de
DNA concentrada que contém
milhares de cópias de cada gene.
• Para projetos de grande porte, tais
como o sequenciamento do
genoma humano, todo esse
trabalho é feito por robôs.

21. Separação e detecção
• Isolamento do RNA
• DNA expresso que codifica para a síntese de uma proteína é o objetivo final
para cientistas e este DNA expresso é obtido através do isolamento de RNAm
(o RNA mensageiro).
• Primeiro, os laboratórios utilizam uma modificação celular normal de ARNm
que acrescenta-se a 200 nucleotídeos de adenina para o fim da molécula
(cauda poli (A)).
• Uma vez que este tenha sido adicionado, a célula é rompida e o conteúdo da
célula é exposto a grânulos sintéticos que são revestidos com nucleotídeos da
cadeia timina.

22. Separação e detecção
• Isolamento do RNA
• Devido a Adenina e Timina parearem juntas no DNA, a cauda poli (A) e os
grânulos sintéticos são atraídos um para o outro, e uma vez que eles se
liguem a este processo, os componentes celulares podem ser lavados sem
remover o RNAm.
• Uma vez que o RNAm foi isolado, a transcriptase reversa é empregue para
convertê-lo para ADN de cadeia simples, a partir do qual um DNA de cadeia
dupla estável é produzido usando DNA polimerase.
• O DNA complementar (cDNA) é muito mais estável do que o RNAm e, assim,
uma vez que o DNA de cadeia dupla tenha sido produzido ele representa as
sequências expressas de DNA que os cientistas procuram.

23. Aplicações
Uma de suas aplicações consiste no estudo da
mutação e variação de cepas de bactérias.

24. O
Projeto
Genoma
Humano
O Projeto Genoma Humano é um projeto de
genética molecular, que começou na década de
1990 e foi projetado para levar quinze anos para
ser concluído.
No entanto, por causa dos avanços tecnológicos
o andamento do projeto foi adiantado e o
projeto terminou em 2003, tendo apenas treze
anos.
O projeto foi iniciado pelo Departamento de
Energia dos EUA e do National Institutes of
Health em um esforço para atingir seis metas
estabelecidas.

25. O Projeto
Genoma
Humano
• Estes objetivos foram:
• Identificação de 20 mil a 25 mil genes no DNA
humano (embora as estimativas iniciais eram
cerca de 100 mil genes);
• Determinar sequências de pares de base
químicos no DNA humano;
• Armazenar todas as informações encontradas
em bancos de dados;
• Melhorar as ferramentas utilizadas para análise
de dados;
• Transferência de tecnologias para setores
privados; e
• Abordar as questões éticas, legais e sociais (ELSI)
que pudessem surgir a partir dos projetos.

26. Finalizando...
• A genética molecular é um ramo da genética que estuda a estrutura e
função dos genes em nível molecular.
• Isso envolve a análise da informação genética contida no DNA e como
essa informação é transmitida de geração em geração.
• A genética molecular também estuda as interações entre o DNA e
outros componentes celulares, como proteínas e RNA.

27. Finalizando...
• Os avanços em técnicas de sequenciamento de DNA permitiram que
os pesquisadores estudem o genoma completo de organismos,
incluindo humanos.
• Isso tem levado a importantes descobertas na área da medicina,
como a identificação de genes responsáveis por doenças hereditárias
e a compreensão das bases moleculares de certas doenças.

28. Finalizando...
• A genética molecular também é importante em outras áreas da
biologia, como a biologia do desenvolvimento, onde os pesquisadores
estudam como os genes controlam o desenvolvimento embrionário e
a diferenciação celular.
• Além disso, a genética molecular é usada em biotecnologia para
desenvolver novas terapias e produtos baseados em genes.

29. Exercitando
Questões comentadas

30. Exercícios
1. Qual é o objetivo da genética molecular?
a) Analisar e manipular os componentes moleculares da informação
genética.
b) Estudar apenas a estrutura do DNA.
c) Criar organismos transgênicos.
d) Desenvolver terapias alternativas.
e) Investigar apenas a expressão gênica.

31. Exercícios
Essa questão aborda o objetivo da genética
molecular, que é o estudo e manipulação dos
componentes moleculares da informação genética.
As alternativas apresentam outras possibilidades
relacionadas, mas a resposta correta é a letra "a".

32. Exercícios
2. Qual é a principal aplicação da genética molecular na medicina?
a) Aumentar a resistência de plantas a doenças e estresses
ambientais.
b) Descobrir terapias personalizadas para doenças genéticas.
c) Identificar espécies de animais.
d) Analisar a estrutura dos cromossomos.
e) Criar organismos geneticamente modificados.

33. Exercícios
Nessa questão temos o questionamento
do que é a principal aplicação da
genética molecular na medicina.
A resposta correta é a letra "b", que se
refere à descoberta de terapias
personalizadas para doenças genéticas.
As demais alternativas apresentam
outras aplicações da genética molecular
em áreas distintas.

34. Exercícios
3. Quais são as questões éticas e sociais relacionadas à genética
molecular?
a) A privacidade genética e a modificação genética em seres humanos.
b) O uso de plantas transgênicas na alimentação humana.
c) A modificação genética em animais selvagens.
d) O uso de terapias genéticas em todos os pacientes.
e) O uso de terapias genéticas apenas em pacientes com doenças
raras.

35. Exercícios
A terceira pergunta aborda as questões
éticas e sociais relacionadas à genética
molecular.
A resposta correta é a letra "a", que se refere
à privacidade genética e à modificação
genética em seres humanos.
As demais alternativas apresentam outras
possibilidades de questões éticas e sociais
relacionadas à genética molecular, mas não
são as principais.