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Docente responsável: Felipe Santiago Chambergo Alcalde ([email protected]), sala 204G-I1 Link: http://each.uspnet.usp.br/web/prof/felipe-chambergo Monitora: Blgo. Patricia Adriani Sala / Horário: Edifício I1-102 / Sexta-feira: 16:15 – 18:00 h. Créditos Aula: 2 Créditos Trabalho: 1 Carga Horária: 2 h/semana. Tipo: Optativa Semestral Requisito: ACH0505 - Fundamentos Biológicos para Ciências da Atividade Física III
Educação Física e Saúde ACH0596 - Biologia da Atividade Física
2º Semestre de 2016
• Apresentar e discutir de forma integrada os conceitos da base biológica da herança humana e o papel dos genes na aptidão física de um individuo. • Introduzir conceitos básicos de genética, biologia celular e molecular, focados nos mecanismos de regulação, expressão e variação gênica no ser humano. • Despertar no aluno raciocínio científico e crítico, capacitando-o a integrar o conhecimento adquirido, as diferentes condições e possibilidades fisiológicas e genéticas do ser humano em relação ao movimento e atividade física.
Objetivos
GENOMA
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
NCBI : The National Center for Biotechnology Information advances science and health by providing access to biomedical and genomic information.
Fevereiro de 2001
Nature
The Human Genome Project
O GENÔMA HUMANO
Genomes 2da Edic. Brown, TA. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=genomes
Ser Humano
Célula Humana
Genôma Nuclear Genôma Mitocôndrial
Por ser uma dupla fita a longitude da molécula de DNA é expressa em pares de bases (pb): 1 kb = 1000 pb 1 Mb = 1000 kb = 1 000 000 pb 1 Gb = 1000 Mb = 1 000 000 kb = 1 000 000 000 pb
Característica Genôma Nuclear Genôma Mitocôndrial Tamanho 3.3 Gb 16.6 kb
Número de moléculas diferentes de DNA
23 em XX ou 24 em XY, todas lineais. Uma molécula de DNA circular
Número total de moléculas de DNA por célula
23 em célula haplóide; 46 em célula diplóide
Vários milhares
Proteínas associadas Várias classes de proteínas histonas e não histonas
Majoritariamente livre de proteínas
Número de Genes ~30 - 50 mil 37
Densidade Gênica ~1/40 kb ~1/0.45 kb
Tamanho do gene ~10 – 15 kb, variado Variado
Distancia intergênica ~ 25 – 30 kb
DNA repetitivo Grandes fragmentos Muito pouco
Transcrição Transcrição individual Transcrição de múltiplos genes
Introns Em muitos genes Ausentes
% de DNA codificador ~3% ~93%
Recombinação No mínimo um para cada par de homólogos na meiose
Não evidente
Herança Mendeliana para genes em autosomas e X; e paterna para Y
Exclusivamente materna
O Genôma nuclear e mitocôndrial Humano
Abbreviations: ATP6, ATP8, genes for ATPase subunits 6 and 8; COI, COII, COIII, genes for cytochrome c oxidase subunits I, II and III; Cytb, gene for apocytochrome b; ND1–ND6, genes for NADH hydrogenase subunits 1–6. Ribosomal RNA and transfer RNA are two types of non-coding RNA.
Genôma Mitocôndrial
Genes da cadeia respiratória
Genes de RNA ribossomal
Genes de tRNA
Genôma Nuclear
22 pares de cromossomos autosomas 1 par de cromossomos sexuais (XX ou XY)
Partes: (1) Cromátide: Braço do cromossomo. (2) Centrômero: Ponto no qual as cromátides unem-se e onde os microtúbulos se aderem. (3) Braço curto (p) (4) Braço cumprido (q) (5) Telómero
Cromossomo Estrutura organizada de DNA e proteína. Contem uma simples e continua molécula de DNA, a qual contem numerosos genes, elementos reguladores e outras seqüências nucleotídicas. Também apresentam proteínas ligadas ao DNA, que servem para empacotar o DNA e controlar sua função.
d) Telocéntrico c) Acrocéntrico a) Metacéntrico b) Submetacéntrico
5
Classificação: Segundo a posição do centrômero, podem ser:
Cromossomo metafásico
Padrão de bandas-G: Obtido após hidrolise com Tripsina e tratamento com corante Giemsa. Bandas obscuras (bandas-G): Regiões ricas em AT, Bandas claras: Regiões ricas em GC.
Grupo A Maiores, 1 e 3 metacéntricos;
2 submetacéntrico
Grupo B Maiores,
submetacéntricos
Grupo C Médios, submetacéntricos
Grupo D Médios, acrocéntricos
Grupo E Pequenos; 16 metacéntrico;
17 e 18 metacéntricos
Grupo F Pequenos,
metacéntricos
Grupo G Pequenos,
acrocéntricos
Identificação e padrão de bandas em Cromossomos
Localizando um gene no Cromossomo
Gene CFTR : 7q31.2 Cromossomo: 7 Braço: q Região: 3 Banda: 1 Sub-banda: 2
O mapeamento genético é o processo de determinação do locus de um gene particular. Locus (plural loci) é a posição de um gene no cromossomo. O gene localizado num locus, constitui um alelo. A lista de locus conhecidos num genoma constitui um mapa genético. Em células diplóides cujos cromossomos apresentam o mesmo alelo no mesmo locus são denominados Homozigotos entanto que alelos diferentes no mesmo locus, são denominados Heterozigotos.
“cen”, perto do centrômero (16pcen); “ter ou tel”, perto do telómero (16qter)
Localização Molecular Gene_Sequence Localiza genes conhecidos ou putativos, anotados após seqüenciamento do DNA.
Localização Citogenética Ideograma Representação do padrão de bandas-G no cromossomo
Mapas
Mapa do Cromossomo 20
(www.ncbi.nlm.nih.gov)
1. 2782 genes – 247 Mb 2. 1888 genes – 243 Mb 3. 1469 genes – 200 Mb 4. 1154 genes – 191 Mb 5. 1268 genes – 181 Mb 6. 1505 genes – 171 Mb 7. 1452 genes – 159 Mb 8. 984 genes – 146 Mb 9. 1148 genes – 140 Mb 10. 1106 genes – 135 Mb 11. 1848 genes – 134 Mb 12. 1370 genes – 132 Mb 13. 551 genes – 114 Mb 14. 1275 genes – 106 Mb 15. 645 genes – 100 Mb 16. 1109 genes – 89 Mb 17. 1469 genes – 79 Mb 18. 432 genes – 76 Mb 19. 1695 genes – 64 Mb 20. 737 genes – 62 Mb 21. 352 genes – 0,05 Mb 22. 742 genes – 50 Mb X. 1336 genes – 155 Mb Y. 307 genes – 58 Mb
www.ncbi.nlm.nih.gov
Cariótipo Humano
Classificação Funcional dos genes Humanos
Relação entre os genes humanos e genes de outros organismos
Chinwalla et al. 2002. Nature 420, 520-562.
Aproximadamente 90.2% do genoma humano e 93.3% do genoma de camundongo, apresentam SINTENIA (genes ortologos, presentes na mesma ordem, indicando um ancestro comum).
Genoma humano x Genoma de Camundongo
DOGMA CENTRAL
REPLICAÇÂO
TRANSCRIÇÂO (SÌNTESE DE RNA)
TRADUÇÂO (SÌNTESE DE PROTEÍNA)
Ribossomo
Proteína
Á hidrolise química completa de um ácido nucléico da lugar a una mistura equimolar de:
A. Uma base nitrogenada heterocíclica: purina ou pirimidina B. Uma pentose: ribose ou desoxirribose C. Ortofosfato
Os ácidos nucléicos são polímeros cujos monômeros são os nucleotídeos.
Ácidos nucléicos
O N
NN
N
NH2
OHOH
CH2OP-OO
O-
HH H
Pentosa Base
NucleósidoFosfato
Nucleótido
+
+
9
1
5’- pApCpGpT -3’
Ligação fosfodiéster
Ligação β-glicosídica
Polinucleotídeo
DNA RNA Polinucleotídeos
Associação complementar de bases (pontes de hidrogênio)
DNA: Modelo de WATSON-CRICK (1953)
•Duas fitas de polinucleotídeos que giram em torno de um eixo comum, formando uma dupla fita, complementaria e antiparalela; • O plano das bases é perpendicular ao eixo da fita;
Sulco maior
Sulco menor
*Dupla hélice
*Dextrôgira
*Complementaria
5’
3’
3’
5’
O
-O
H2C
O
P
-O
O
O-
CH2
O
PO-
O
ON
NH3C
OH
O
NN
NNN
H
O
ON
N
O
NHH
NN
NN
NH H
O
H
O
ON
N
N
N
OH
NH
H
N N
O
NH
H
O
O-
CH2
O
PO-
O
O-
CH2
O
PO-
O
O
N
N
N
N
NH
H NN
O
O
H3C
H
O
-O
H2C
O
P
-O
O
-O
H2C
O
P
-O
O
O
-O
H2C
O
P
-O O
ON
N
N
N
OH
NH
H
N N
O
NH
H O
O-
CH2
O
PO-
H
O
-O
H2C
O
P
-O
O
O-
CH2
O
PO-
O
DNA
Uracila em lugar de timina
2’-OH na pentosa
O
-O
H2C
O
P
-O
ON
N
OH
O
ON
N
O
NHH
ON
N
N
N
OH
NH
H
ON
N
N
N
NH
H
O
-O
H2C
O
P
-O
O
-O
H2C
O
P
-O
O
-O
H2C
O
P
-O
ON
N
N
N
OH
NH
H
O
-O
H2C
O
P
-O
O
OH
OH
OH
OH
OH
5’
3’
RNA
Encontrado tanto no núcleo como no citoplasma. Atua como intermediário usando a informação codificada no DNA para especificar a seqüência de aminoácidos de uma proteína funcional.
Funções e tipos de RNA
Os distintos tipos de RNA permitem a expressão fenotípica do DNA: - Como mensagem genético que determina a seqüência de aminoácidos na sínteses de proteína: RNA mensageiro ou mRNA - Como molécula que ativa os aminoácidos para poder ser incorporados em uma nova proteína: RNA de transferência ou tRNA - Como elemento estrutural básico das partículas encarregadas de levar a cabo a sínteses protéica, os ribossomos: RNA ribossômico ou rRNA
FITA PARENTAL FITA PARENTAL
FITAS PARENTAIS DESENROLADAS
FITAS-FILHA
Replicação do DNA
-Separação das duas fitas -Síntese de uma fita complementar para cada uma
Ação da DNA polimerase
Transcrição
RNA polimerase Fita molde de DNA
5’-CGTTGCAATTGCGAT-3’ (Fita não molde) 3’-GCAACGTTAACGCTA-5’ (Fita molde)
5’-CGUUGCAAUUGCGAU-3’ (RNA) 3’-GCAACGTTAACGCTA-5’ (DNA)
DNA e síntese de RNA: Transcrição
RNA polimerase +
rNTPs
Código Genético Segunda letra
Primeira Letra
SÍNTESE DE PROTEÍNA
“Universal e degenerado”
Componentes para as cinco etapas na síntese de proteínas em E. coli
Direção da tradução
+NH3
+NH3
+NH3 +NH3
+NH3
Subunidades
40S
60S
mRNA
Polipeptídeo crescente
Polissomo
Anemia falciforme
Eritrócito normal Eritrócito Falciforme
Hemoglobina S: Substituição: Val 6 Glu.
(Val x Glu) Cria um contato hidrofobico, na posição da cadeia B, que induz as moléculas da desoxi-hemoglobina S a se associar formando agregados fibrosos.
Med Sci Sports Exerc. 2009. 41(1):35-73. Review.
Objetivo
O Mapa da aptidão e desempenho lista todos os genes e/ou marcadores genéticos relacionados ao fenótipo de desempenho físico e aptidão
relacionada a saúde.
Chaves (Keys): -Exercise - Genotype -Physical activity - Polymorphism -Performance - Mutation -Training - Linkage -Genetics
www.ncbi.nlm.nih.gov - PubMed
The literature search is limited to articles published in English, French, German, and Finnish.
The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2006-2007 update.
Bray MS, Hagberg JM, Pérusse L, Rankinen T, Roth SM, Wolfarth B, Bouchard C.
Abstract This update of the human gene map for physical performance and health-related fitness phenotypes covers the research advances reported in 2006 and 2007. 1 - Os genes e marcadores com evidências de associação ou vínculo com um desempenho ou um fenótipo de aptidão em pessoas sedentárias ou ativas, nas respostas ao exercício agudo ou treino de adaptações induzidas são posicionados no mapa de todos os autossomos e cromossomos sexuais. 2 - O mapa de aptidão e desempenho agora inclui 214 entradas de genes autossômicos e locus de características quantitativas e mais outros sete no cromossomo X. Além disso, existem 18 genes mitocondriais, que foi mostrado influenciam no fenotipo de aptidão e desempenho. 3- A maioria dos estudos relatados até agora são baseados em amostras pequenas e não podem fornecer provas definitivas de que variantes de seqüências de DNA em um determinado gene são com certeza associados à variação humana em características de aptidão e desempenho.
Fenótipo de desempenho físico: -Resistência cardiorrespiratória -Condição de resistência de atletas de elite -Força muscular -Intolerância ao exercício
Fenótipo de aptidão relacionada a saúde: -Parâmetros hemodinâmicos (morfologia do coração, pressão sanguínea, atividade cardíaca). -Composição antropométrica e corporal -Metabolismo de insulina e glicose -Fatores como lipídeos e lipoproteínas no plasma
Mapa 2006 - 2007
Genes Mitocôndriais
Enzima convertedora de Angiotensinogenio I (ECA)
Receptor adrenergico beta-2
Receptor de bradykinina 2
Enzima convertedora de Angiotensinogenio I (ECA)
CONCLUSÂO
O papel da Atividade Física regular, na redução do risco de doenças comuns e crônicas, tais como doença cardiovascular, diabetes tipo 2, ou obesidade é considerado bem estabelecida, mas a interação entre os genes específicos e os benefícios obtidos a partir de um estilo de vida fisicamente ativo em termos de saúde não receberam muita atenção até agora. O mesmo é verdadeiro para a diferença individual no nível de risco associado a um estilo de vida sedentário. Não sabemos se genes específicos conferem um maior risco ou, inversamente, alguma proteção a indivíduos cronicamente sedentários ou inativos. Por isso, é extremamente importante entender o verdadeiro papel do exercício regular ou atividade física na prevenção de doenças crônicas e da inatividade física no risco de morte prematura. Pesquisa é também necessária, para entender a base genética do sedentarismo e a necessidade de se envolver em atividade física regular.