Em formação

17.1: O Fluxo de Informação Genética - Biologia


O fluxo de informação genética

Em bactérias, arquéias e eucariotos, o papel principal do DNA é armazenar informações hereditárias que codificam o conjunto de instruções necessário para criar o organismo em questão. Embora tenhamos ficado muito melhores na leitura rápida da composição química (a sequência de nucleotídeos em um genoma e algumas das modificações químicas que são feitas nele), ainda não sabemos como decodificar de forma confiável todas as informações dentro e todas dos mecanismos pelos quais é lido e, em última análise, expresso.

Existem, no entanto, alguns princípios básicos e mecanismos associados à leitura e expressão do código genético cujas etapas básicas são compreendidas e que precisam fazer parte do kit de ferramentas conceituais para todos os biólogos. Dois desses processos são a transcrição e a tradução, que são a manipulação de partes do código genético escrito no DNA em moléculas do RNA polimérico relacionado e a leitura e codificação do código de RNA em proteínas, respectivamente.

Em BIS2A, nos concentramos amplamente no desenvolvimento de uma compreensão do

processo

de transcrição (lembre-se de que uma história de energia é simplesmente uma rubrica para descrever um processo) e seu papel na expressão da informação genética. Motivamos nossa discussão sobre transcrição focalizando os problemas funcionais (trazendo partes de nossa rubrica de solução de problemas / desafio de design) que devem ser resolvidos durante o processo a ocorrer. Em seguida, descrevemos como o processo é usado pela Natureza para criar uma variedade de moléculas de RNA funcionais (que podem ter várias funções estruturais, catalíticas ou regulatórias), incluindo as chamadas moléculas de RNA mensageiro (mRNA) que carregam as informações necessárias para sintetizar proteínas . Da mesma forma, nos concentramos nos desafios e questões associadas ao processo de tradução, o processo pelo qual os ribossomos sintetizam proteínas.

O fluxo básico de informações genéticas em sistemas biológicos é freqüentemente descrito em um esquema conhecido como "o dogma central" (veja a figura abaixo). Este esquema afirma que a informação codificada no DNA flui para o RNA através da transcrição e, finalmente, para as proteínas através da tradução. Processos como a transcrição reversa (a criação de DNA a partir de um modelo de RNA) e replicação também representam mecanismos para a propagação de informações em diferentes formas. Este esquema, no entanto, não diz nada em si sobre como a informação é codificada ou sobre os mecanismos pelos quais os sinais regulatórios se movem entre as várias camadas de tipos de moléculas representadas no modelo. Portanto, embora o esquema abaixo seja uma parte quase necessária do léxico de qualquer biólogo, talvez um remanescente da velha tradição, os alunos também devem estar cientes de que os mecanismos de fluxo de informações são mais complexos (aprenderemos sobre alguns à medida que avançamos, e que "o dogma central" representa apenas algumas vias centrais).

figura 1. O fluxo de informações genéticas.
Atribuição: Marc T. Facciotti (trabalho original)

Genótipo para fenótipo

Um conceito importante nas seções a seguir é a relação entre as informações genéticas, o genótipo, e o resultado de expressá-lo, o fenótipo. Esses dois termos e os mecanismos que os ligam serão discutidos repetidamente nas próximas semanas - comece a se tornar proficiente no uso desse vocabulário.

Figura 2. A informação armazenada no DNA está na sequência dos nucleotídeos individuais quando lida na direção 5 'para 3'. A conversão da informação do DNA em RNA (um processo chamado transcrição) produz a segunda forma que a informação assume na célula. O mRNA é usado como molde para a criação da sequência de aminoácidos das proteínas (em tradução). Aqui, dois conjuntos diferentes de informações são mostrados. A sequência de DNA é ligeiramente diferente, resultando em dois mRNAs diferentes produzidos, seguidos por duas proteínas diferentes e, finalmente, duas cores de revestimento diferentes para os camundongos.

Genótipo refere-se às informações armazenadas no DNA do organismo, a sequência dos nucleotídeos e a compilação de seus genes. Fenótipo refere-se a qualquer característica física que você pode medir, como altura, peso, quantidade de ATP produzida, capacidade de metabolizar a lactose, resposta a estímulos ambientais, etc. seleção. A figura acima mostra essa ideia. Observe também que, embora as discussões clássicas das relações genótipo e fenótipo sejam discutidas no contexto de organismos multicelulares, essa nomenclatura e os conceitos subjacentes se aplicam a todos os organismos, até mesmo organismos unicelulares como bactérias e arquéias.

Nota: possível discussão

Algo que você não consegue ver "a olho" pode ser considerado um fenótipo?

Nota: possível discussão

Os organismos unicelulares podem ter vários fenótipos simultâneos? Se sim, você pode propor um exemplo? Se não, por quê?

Genes

O que é um gene? UMA gene é um segmento de DNA no genoma de um organismo que codifica um RNA funcional (como rRNA, tRNA, etc.) ou produto de proteína (enzimas, tubulina, etc.). Um gene genérico contém elementos que codificam regiões regulatórias e uma região que codifica uma unidade transcrita.

Os genes podem adquirir mutações—Definidas como mudanças na composição e / ou sequência dos nucleotídeos — tanto nas regiões codificantes quanto regulatórias. Essas mutações podem levar a vários resultados possíveis: (1) nada mensurável acontece como resultado; (2) o gene não é mais expresso; ou (3) a expressão ou comportamento do (s) produto (s) do gene são diferentes. Em uma população de organismos que compartilham o mesmo gene, diferentes variantes do gene são conhecidas como alelos. Alelos diferentes podem levar a diferenças nos fenótipos dos indivíduos e contribuir para a diversidade na biologia que está sob pressão seletiva.

Comece a aprender esses termos de vocabulário e conceitos associados. Você então estará um pouco familiarizado com eles quando começarmos a mergulhar neles com mais detalhes nas próximas aulas.

Figura 3. Um gene consiste em uma região codificadora de um produto de RNA ou proteína acompanhada por suas regiões regulatórias. A região codificadora é transcrita em RNA que é então traduzido em proteína.

Transcriptase reversa e a geração de DNA retroviral

A transcrição reversa - o fluxo reverso ou “retro” da informação genética do RNA para o DNA - é uma marca registrada do ciclo de replicação retroviral. O termo “retrovírus” suplantou amplamente a designação anterior, “vírus de tumor de RNA”, reconhecendo que a transcrição reversa tipifica essa classe de vírus melhor do que qualquer outra propriedade. A sugestão de que alguns vírus de RNA podem se replicar por meio de um intermediário de DNA que foi subsequentemente incorporado ao genoma do hospedeiro foi feita pela primeira vez por Howard Temin. Na década de 1960, estudos de bacteriófagos haviam fornecido precedentes para a integração do DNA viral no genoma do hospedeiro e, portanto, o aspecto mais controverso da proposta de Temin era a sugestão de que o genoma de um vírus de RNA poderia ser convertido em DNA. A surpreendente descoberta de uma DNA polimerase dependente de RNA ou transcriptase reversa (RT) - feita independentemente por Temin e por Baltimore, que procurou e encontrou a atividade em vírions purificados - pegou o mundo científico desprevenido. Acreditava-se então que a transcrição reversa violava flagrantemente o dogma central da biologia molecular - que a informação genética sempre fluía do DNA para o RNA e para a proteína (Baltimore 1970 Temin e Mizutani 1970). A descoberta de que a informação poderia fluir do RNA para o DNA acrescentou um peso considerável aos experimentos anteriores de Temin, que mostraram que a replicação de retrovírus era sensível aos inibidores da síntese de DNA. A capacidade dos retrovírus de fazer uma cópia do DNA de seu genoma e inseri-la no genoma do hospedeiro explica muito da biologia desses vírus: sua capacidade de estabelecer infecções persistentes e produzir células cronicamente infectadas, e a capacidade de um subconjunto de retrovírus para transformar células infectadas de forma rápida e eficiente. Agora, muitos anos depois, está claro que a RT é necessária para a replicação de várias classes de elementos transponíveis e para certos vírus de plantas e animais. A pandemia de AIDS revigorou o interesse na RT porque a enzima desempenha um papel central na replicação retroviral e é um importante alvo terapêutico (ver Capítulo 12. Embora esteja fora do escopo deste capítulo, deve-se lembrar que a RT teve um papel crítico no desenvolvimento da biologia moderna: a capacidade de converter RNA em DNA tem sido tão importante para os biólogos moleculares quanto para os retrovirologistas. Vale a pena refletir um pouco sobre como teria sido muito mais difícil resolver os quebra-cabeças apresentados pela organização e expressão de genes em eucariotos superiores se RT não existisse.


'Dogma central'

Juntos, RNA, abreviação de ácido ribonucleico, e DNA, abreviação de ácido desoxirribonucléico, constituem os ácidos nucléicos, uma das três ou quatro classes das principais "macromoléculas" consideradas cruciais para a vida. (Os outros são proteínas e lipídios. Muitos cientistas também colocam carboidratos neste grupo.) As macromoléculas são moléculas muito grandes, geralmente consistindo em subunidades repetidas. O RNA e o DNA são constituídos por subunidades chamadas nucleotídeos.

Os dois ácidos nucléicos se unem para criar proteínas. O processo de criação de proteínas usando a informação genética dos ácidos nucléicos é tão importante para a vida que os biólogos o chamam de "o dogma central" da biologia molecular. O dogma, que descreve o fluxo de informações genéticas em um organismo, de acordo com Oregon State University, diz que as informações do DNA são gravadas, ou "transcritas", como informações do RNA, e as informações do RNA são gravadas ou "traduzidas" em proteína.

"O RNA de uma forma básica é a biomolécula que conecta o DNA e as proteínas", disse Chuan He, biólogo da Universidade de Chicago que estuda as modificações do RNA, ao Live Science.


Sequenciamento clínico de última geração

5.2 Estudos Epigenéticos

A tecnologia NGS permite a identificação de regiões metiladas nas sequências e é compatível com uma série de métodos usados ​​para o isolamento de sequências metiladas como sequenciamento de imunoprecipitação de DNA metilado (MeDIPseq), ensaio de recuperação de ilha CpG metilado (MIRA-Seq) ou shotgun de genoma completo sequenciamento de bissulfito (WGSBS) (Laird, 2010). A metilação varia e geralmente não é de 100%, portanto, para ter resultados que reflitam a imagem correta, precisamos ter uma profundidade de sequência significativa. Esse problema relacionado à tecnologia é superado por tecnologias de sequenciamento de molécula única, como as biociências do Pacífico. Esta tecnologia determina todas as modificações do DNA presentes na sequência e não apenas a metilação dos resíduos C. As aplicações epigenéticas diferentes da metilação podem incluir outras plataformas, incluindo ligação CHIP-seq-proteína-DNA e modificação de histona (Park, 2009). O mapeamento do metiloma do genoma humano foi realizado usando a tecnologia NGS (Fouse et al., 2010). Isso permitiria a identificação dos distúrbios com uma história genética complicada e modificações pós-traducionais (Meaburn e Schulz, 2011 Ku et al., 2011).


17.1: O Fluxo de Informação Genética - Biologia

Os documentos originais compostos por Beethoven contêm as informações que acabarão por produzir música. No entanto, para que mais de uma pessoa toque ao mesmo tempo e para ajudar a preservar a integridade do original, cópias são feitas e distribuídas aos músicos. Afinal, ao ser usada em uma apresentação, a partitura pode ser danificada ou marcada.

A partitura contém informações de forma codificada. No caso do piano, o código é a posição das notas na pauta. A partitura por si só é incapaz de produzir música, e para quem não pode lê-la é (para o olho destreinado) incompreensível e impossível determinar o som que ela irá gerar.

A partitura pode ser copiada ou transcrita em novas folhas de papel, conforme mencionado anteriormente. No entanto, um músico treinado e um instrumento são necessários para dar vida à partitura e produzir som. O músico deve traduzir o código de caractere de nota, posição e espaçamento em uma pauta para o código de uma sequência específica e tempo de teclas em um piano (ou qualquer outro instrumento: para um violão, não são teclas, mas sim o posicionamento dos dedos) .


Essa sequência de teclas está mais próxima do som da música do que da partitura, mas as teclas por si só não são suficientes para a produção do som. As teclas determinam como o instrumento se comportará e, finalmente, produzirá a música. O som depende tanto das informações aplicadas pelo músico, da precisão na execução desta tarefa, quanto do estado do instrumento (por exemplo, quão bem ele está afinado).

Para resumir, o som que é finalmente produzido foi originalmente especificado pela partitura, transcrita para que pudesse ser traduzida por um músico em teclas de um piano, o que foi o principal determinante do som que o instrumento fez. O som é a função final da partitura, é a expressão da informação nela contida. A composição em si tem pouco significado até que seja transformada em música que o público possa desfrutar.

O fluxo de informações biológicas

Todas as etapas acima podem servir de analogia para o que é conhecido como o dogma central da biologia molecular. Este é o fluxo de informações do DNA, para o RNA, para a proteína. Enquanto a explicação de como a música é gerada será facilmente acessível para a maioria das pessoas, alguns leitores podem não estar familiarizados com a natureza desses três tipos de moléculas (ou podem ter esquecido qualquer parte sobre eles que foi aprendida no colégio).

DNA , RNA e Proteína são todos classificados como macro moléculas ou polímeros. Jargão à parte, isso significa simplesmente que eles são longas sequências de blocos de construção conectados juntos em uma sequência específica. Outras cadeias de caracteres simples ou entidades colocadas em uma sequência mais longa incluem letras nas palavras do idioma inglês, ou as notas em uma partitura, ou mesmo as teclas individuais que compõem uma apresentação musical. DNA e RNA são quimicamente semelhantes, e ambos são construídos a partir de um alfabeto simples ou código de 4 blocos de construção químicos conhecidos como nucleotídeos (Eles compartilham três dos mesmos nucleotídeos, que são abreviados A, C e G. Eles diferem no último caractere: um T no DNA é equivalente a um U no RNA. A distinção entre esses produtos químicos está fora do escopo deste artigo ) As moléculas de proteína são construídas a partir de um grande alfabeto de vinte diferentes blocos de construção químicos, conhecidos como aminoácidos.


O DNA é semelhante à cópia original de uma performance de Beethoven. É o material genético, e as informações nele contidas são preservadas para as gerações futuras (são copiadas em novas moléculas com alta fidelidade e precisão, da mesma forma que o cuidado seria tomado ao fazer uma cópia de uma obra original de Beethoven). Todos os organismos vivos (exceto alguns vírus, que provavelmente não são vivos) utilizam o DNA para armazenar informações para todas as tarefas que ocorrem durante sua vida. Isso geralmente é conhecido como cromossoma, e é semelhante a um livro inteiro de partituras, contendo partes para vários instrumentos diferentes a serem tocados juntos.

A informação no DNA é transcrito em RNA antes de ser utilizado, da mesma forma que a cópia original de uma obra de Beethoven (ou qualquer outra cópia original) não é fornecida diretamente ao músico. A informação no DNA (a sequência de A, C, G ou T) é copiada para o RNA, na mesma sequência (substituindo U por T). Voltarei a como isso é realmente realizado mais tarde (por meio das ações de algo chamado RNA polimerase), mas por enquanto você pode imaginar uma máquina Xerox de tamanho molecular.

A informação e o código em RNA, como as notas em partituras, não desempenham nenhuma função por si mesmas (há algumas exceções a isso que irei ignorar aqui). Esta informação precisa ser traduzido em outro código. As notas na pauta tornaram-se teclas devido às ações de um músico, e o código no RNA é traduzido por meio de um processo complexo na sequência de aminoácidos de uma proteína.

Este processo de síntese protéica dirigida por RNA, apropriadamente apelidado de tradução, é fundamental para toda a vida. Assim como a partitura é quase inútil sem um músico e um instrumento, o material genético no DNA e no RNA fica sem função, a menos que possa ser traduzido em proteínas. As proteínas são, de certa forma, as teclas pressionadas e o som ao mesmo tempo. Eles são a música da vida.


A orquestra molecular que ocorre em cada célula viva também requer uma atuação seletiva de músicos separados. O controle de quando certas proteínas são criadas, por quanto tempo elas permanecem e até que ponto desempenham sua função (você pode pensar nisso como tocar a mesma melodia em voz baixa ou alta), é conhecido coletivamente como a regulação da expressão gênica . Vários mecanismos de controle (uma quantidade incompreensível, às vezes) existem dentro de uma célula para regular adequadamente a expressão de proteínas específicas, garantindo que o "som" que elas produzem seja reproduzido no momento certo.

Mesmo com acesso a todas as partituras de partes individuais, é muito difícil imaginar ou prever adequadamente como todos os instrumentos soarão quando tocados juntos. Essa dificuldade aumenta com o tamanho da orquestra para o funcionamento da célula, ou mesmo de um organismo inteiro, não é possível modelar ou predizer o som resultante com grande precisão se tudo o que você tem é a partitura (Isso é para digamos, você não pode prever nos mínimos detalhes o funcionamento interno da célula se tudo o que você recebe é o material genético no DNA).

Essa incapacidade de determinar o funcionamento interno da célula usando apenas a informação genética, no entanto, não é apenas uma limitação tecnológica que os cientistas enfrentam (um limite que é desafiado todos os dias por cientistas em todo o mundo). A complexidade quase impossível da vida parece paradoxal em face da quantidade relativamente limitada de informações armazenadas no material genético. Por exemplo, a humilde bactéria E. coli contém vários milhões de bases de DNA, codificando vários milhares de proteínas. Mas uma descrição física completa, mesmo de uma única célula de E. coli, é excessivamente mais complexa do que a informação que especifica como ela é composta.

Para resolver esse problema, encorajo o leitor a esquecer temporariamente a analogia musical que teci nesta cartilha. Duas outras analogias são úteis no que diz respeito ao nível de determinação desta informação biológica (isto é, quanto do produto resultante está exatamente descrito na informação original).


  1. Qual proteína é responsável por uma determinada atividade ou função na célula (que parte da partitura corresponde a um determinado som ouvido)
  2. Quando uma proteína em particular é feita e o que governa a decisão de se a célula irá produzir ou destruir essa proteína (ou seja, quando esse instrumento específico é tocado durante a peça)
  3. Quais funções ou importância uma determinada proteína tem na célula (como a proteína 'soa' quando tocada, quais partes de sua sequência são importantes para a 'melodia' geral *
  4. Qual é a estrutura da proteína e como isso permite que ela cumpra sua tarefa

É claro que interrupções ou defeitos nas máquinas moleculares que atuam no fluxo de informações na célula terão muitas consequências sérias. Uma nota ruim ou uma música desagradável não arruinam uma performance inteira, mas se o instrumento responsável por tocar a maioria ou todas as peças estiver com defeito, haverá defeitos muito mais perceptíveis no som resultante.

O leitor astuto pode ter notado um tipo de galinha e ovo, ou problema de bootstrapping colocado por este esquema: como proteínas e RNA podem ser responsáveis ​​pela síntese de proteínas e RNA? Muitas tentativas de responder a essa pergunta têm ramificações importantes na biologia evolutiva, mas isso está fora do escopo deste artigo.

Agradeço ambas as perguntas do leitor, se houver algo que eu possa ter perdido nesta introdução, bem como comentários. Existem analogias que você prefere ao descrever o dogma central da biologia molecular? Por favor, compartilhe-os!

Leitura Adicional

Introdução à Biologia Molecular do Wikibook
Uma introdução à biologia molecular mais abrangente e precisa do que a redigida aqui. Claro, esses recursos também significam que é menos colorido e conciso do que minha cartilha.

Artigo da Wikipedia sobre dogma central
Breve introdução ao dogma central da biologia molecular, o fluxo de informações do DNA ao RNA e à proteína. Também contém um pouco de história sobre a frase 'dogma central' usada neste contexto.

Um glossário de biologia molecular
Um breve glossário de termos de biologia molecular, com algumas ilustrações

Glossário de Bioquímica e Biologia Molecular
Um glossário de termos mais longo

. Deixando o melhor para o final!

O Dolan DNA Learning Center
Desenhos animados e animações 3D
Este é um grande recurso, que contém representações muito detalhadas e bastante precisas dos processos de transcrição e tradução, bem como um tesouro de outros vídeos informativos. Eu recomendo fortemente que todos vejam esses vídeos. Nota: para o neófito, recomendo primeiro ver as versões simples, sempre que possível. As versões avançadas são muito mais acessíveis depois que as versões simples são visualizadas.

Animação 3D que descreve o dogma central

Animação 3D de transcrição, versão simples.
Animação 3D de tradução, versão simples.



Introdução à genética e genômica *

Caenorhabditis elegans deve muito de seu apelo inicial como organismo experimental aos poderosos métodos genéticos que poderiam ser desenvolvidos para ele. Um novo e importante aumento na popularidade veio em 1998, quando se tornou o primeiro organismo multicelular (e apenas o segundo eucarioto, depois de Saccharomyces cerevisiae ) para o qual foi obtida uma sequência completa do genoma. A anotação e exploração da sequência do genoma de 100 Mb do worm & # 8217s é correspondentemente mais avançada do que para a maioria dos outros genomas eucarióticos.

A interação entre as abordagens genéticas e genômicas continua em níveis cada vez mais sofisticados, e ambas as abordagens são a base da maior parte do atual C. elegans pesquisa, de modo que as técnicas, princípios e raciocínio associados possam ser encontrados em quase todos os capítulos do WormBook. Além disso, tanto na Genética quanto na Genômica, metodologia e interpretação estão interligadas e, como resultado, alguns dos assuntos centrais da análise genética, como o mapeamento de genes, são tratados de um ponto de vista mais prático na seção de métodos (WormMethods). Esta seção está mais preocupada com resultados e conclusões gerais. Vários assuntos, como mutagênese, epistasia e pleiotropia (para Genética) e organização cromossômica, sequências repetidas e análise de promotor (para Genômica), são apenas abordados brevemente, embora mereçam capítulos inteiros.

Em termos de análise genética, uma característica fundamentalmente atrativa do C. elegans é a facilidade de gerar mutações. Vários mutagênicos químicos, em particular EMS (etil metanossulfonato), funcionam muito eficientemente no verme, e mutações também podem ser geradas com radiação ionizante e por transposon hopping e outros meios. C. elegans é diplóide, então mutações muito deletérias podem ser induzidas e propagadas sem matar o animal. No entanto, o principal modo de reprodução, por autofecundação hermafrodita, significa que o efeito de tornar qualquer mutação homozigótica pode ser examinado automaticamente, como resultado da segregação mendeliana. A eficiência da mutagênese e da triagem de fenótipo recessivo, e também a facilidade de preservação de linhagens mutantes como estoques congelados arquivados, significa que existem múltiplas mutações para muitos genes, com o número disponível crescendo o tempo todo. A disponibilidade de múltiplas mutações é importante para fornecer não apenas mutações nocaute, que removem completamente a atividade de um gene, mas também mutações parciais ou condicionais, que permitem a dissecção de funções genéticas complexas. A grande maioria dessas mutações é recessiva, associada à perda parcial ou completa da função do gene, mas muitas mutações raras de ganho de função também foram geradas, que muitas vezes forneceram ferramentas essenciais para investigações futuras. Mais recentemente, o RNAi forneceu uma nova maneira de manipular a atividade genética.

A seção sobre Genética começa com um breve capítulo, & # 8220 Cariótipo, ploidia e dosagem de genes & # 8221 (Jonathan Hodgkin), que resume algumas das características globais do C. elegans genoma de uma perspectiva genética e analisa algumas das alterações grosseiras no cariótipo que foram geradas e analisadas até o momento. O capítulo também analisa o assunto relacionado à dosagem de genes e o grau em que o animal pode tolerar alterações na dosagem de genes únicos e múltiplos.

O segundo capítulo, "Genes essenciais" (Kenneth Kemphues), discute o que pode ser considerado o conjunto mais importante de genes do animal, sem o qual ele está morto ou estéril. Muito trabalho, usando métodos genéticos clássicos e, mais recentemente, usando RNAi, foi dedicado à identificação, contagem e análise de tais genes. As estimativas atuais sugerem que menos de 25% dos genes têm uma função essencial por conta própria. No entanto, as estimativas do número de genes essenciais são comprometidas pelo conhecimento de que há redundância substancial de genes em C. elegans , provavelmente mais do que na maioria dos outros organismos modelo. Este assunto é discutido no capítulo seguinte, "Duplicações gênicas e redundância genética em C. elegans "(Alison Woollard). Os níveis de duplicação de genes parecem ser maiores em C. elegans do que em Drosófila ou levedura, que às vezes pode complicar a análise, mas também pode ajudar a compreensão, se as funções múltiplas de um único gene complexo em um organismo ancestral foram divididas entre dois ou mais genes em C. elegans .

Os quatro capítulos seguintes nesta seção abordam alguns dos principais métodos analíticos para investigar as propriedades das mutações e explorá-las para compreender a biologia subjacente. O capítulo sobre "Complementação" (Karen Yook) discute um primeiro passo importante na análise mutacional de qualquer fenômeno: testar conjuntos de mutações para ver se afetam genes iguais ou diferentes e, assim, derivar informações sobre a complexidade genética subjacente a qualquer característica particular . Além disso, padrões de complementação anômalos às vezes foram encontrados em C. elegans , como na maioria dos organismos genéticos bem estudados, e a fenomenologia de alguns dos casos mais instrutivos é revista.

Uma análise mais aprofundada de qualquer mutação é grandemente auxiliada pela capacidade de pesquisar genes que interagem por meio de telas modificadoras. Eles são discutidos nos próximos dois capítulos, um sobre "Supressão genética" (Jonathan Hodgkin) e outro "Potenciadores genéticos" (Robert Herman e John Yochem). A supressão tem sido uma ferramenta extremamente poderosa no arsenal de métodos genéticos para C. elegans , em parte porque as propriedades de autofecundação e crescimento rápido facilitam a busca por supressores de qualquer mutação no verme. Diferentes mecanismos de supressão são descritos no capítulo sobre "Supressão genética", juntamente com exemplos de como a análise de supressão foi usada na dissecção de conjuntos moleculares e vias de transdução de sinal.

O capítulo sobre "Melhoradores genéticos" trata do outro lado da moeda. Efeitos de aprimoramento entre mutações em genes diferentes são comumente encontrados, especialmente no contexto de redundância, e os possíveis tipos de efeito de aprimoramento e suas implicações são revisados. Cada vez mais, potencializadores genéticos serão descobertos como resultado de triagens específicas para modificadores de fenótipos mutantes particulares em origens genéticas sensibilizadas, uma abordagem que se provou muito poderosa em ambos Drosófila e C. elegans .

Yochem e Herman também contribuem com um capítulo sobre "Mosaicos genéticos", que fornecem um tipo diferente de método para explorar as propriedades dos genes, gerando informações sobre locais de expressão e autonomia de ação. Análise de mosaico em C. elegans tem alguns aspectos únicos, pois a invariância da linhagem e sua descrição completa podem ser usadas para inferir o genótipo de cada célula em um animal mosaico, permitindo uma interpretação mais rigorosa de quando e onde os genes atuaram.

Os capítulos da seção Genômica têm como objetivo fornecer visões gerais, em vez de catálogos exaustivos. Além disso, como observado, muitos tópicos relacionados são discutidos de uma perspectiva genômica, em partes dos capítulos em outras seções.

O genoma do worm & # 8217s é atualmente único entre os de organismos multicelulares por ser verdadeiramente acabado, até o último nucleotídeo. Todos os outros genomas de animais e plantas & # 8216completos & # 8217 ainda contêm muitas megabases de sequência indeterminada, principalmente heterocromatina cêntrica. C. elegans está em uma liga diferente, porque seus cromossomos são holocêntricos e cada um poderia, portanto, ser totalmente sequenciado, de telômero a telômero. Claro, alguns erros ainda devem persistir, mesmo na versão mais recente do C. elegans sequência, mas esses erros estão sendo constantemente reduzidos por anotação aprimorada, genômica comparativa, re-sequenciamento fragmentado e detecção de SNP. Além disso, existem incertezas como o número exato de repetições in loci, como rrn-1 e rrs-1 , que contêm matrizes em tandem de genes de RNA ribossômico. Pode muito bem haver variação individual nessas matrizes de repetição, e certamente há variabilidade de célula para célula no número exato de repetições de telômero em cada cromossomo. No entanto, o cromossomo V de C. elegans (20.921.718 pares de base de comprimento, excluindo telômeros) é a maior molécula de DNA a ser exata e completamente sequenciada, e é provável que mantenha esse status por algum tempo. A perfeição de toda a sequência do genoma permite anotações correspondentemente mais detalhadas do que é possível com outros organismos multicelulares.

O genoma de C. elegans é muito rico em informações: cerca de 25,5% parece ser codificador de proteínas, e os genes (incluindo íntrons, 5 & # 8217 e 3 & # 8217 regiões não traduzidas e regiões regulatórias) devem ocupar pelo menos 40% no total. O capítulo de John Spieth e Daniel Lawson, "Visão geral da estrutura do gene", aborda características gerais do tamanho e organização do gene, incluindo splicing alternativo. Um número significativo de genes é organizado em operons, que são revisados ​​com mais detalhes em outras partes do WormBook. ("Trans-splicing and operons," por Thomas Blumenthal). Spieth e Lawson também discutem a questão do número do pseudogene, para o qual uma variedade de estimativas foram fornecidas. Certamente o verme contém alguns pseudogenes, particularmente em grandes famílias de genes que sofreram expansão recente, mas ainda não está claro qual é o número real. Pseudogenes processados, que são muito comuns em genomas de vertebrados, são raros.

A maioria dos genes identificados até agora codifica proteínas, e muitos deles se enquadram em grandes famílias reconhecíveis. O capítulo de Erich Schwarz, & # 8220Classificação genética de famílias de genes codificadores de proteínas & # 8221, analisa as ferramentas usadas para atribuir proteínas a diferentes famílias e fornece listas e gráficos das famílias maiores de genes. Algumas dessas famílias são revisadas em capítulos específicos em outras seções (& # 8220Motilidade do esperma e MSP, "por Harold Smith & # 8220 As famílias putativas de quimiorreceptores de C. elegans& # 8221 por Hugh M. Robertson e James H. Thomas).

O capítulo de Sean Eddy et al., & # 8220 C. elegans genes de RNA não codificadores ", resume o RNA ribossômico e o RNA de transferência de uma perspectiva genômica, e passa a revisar os RNAs líderes de splice, sno-RNAs, microRNAs, RNAs spliceossômicos e outras espécies de RNA funcionais. Embora os microRNAs tenham sido descobertos pela primeira vez em C. elegans , e foram extensivamente estudados neste organismo, parece provável que o complemento total e o impacto desses reguladores importantes e outras moléculas de RNA não codificantes ainda não foram definidos.

Uma parte substancial do C. elegans o genoma é composto de transposons, de acordo com o padrão usual em genomas de animais e plantas. O capítulo sobre "Transposons" de Jean-Louis Bessereau revê o que se sabe sobre os vários C. elegans famílias de transposões. Os transposons forneceram ferramentas importantes tanto para a análise de C. elegans biologia e para estudar as propriedades do transposon em geral.

Por último, o capítulo de Bernard Lemire & # 8217s sobre "Genética mitocondrial" analisa o que se sabe sobre a estrutura e função do pequeno genoma mitocondrial de C. elegans . Estudos do número de cópias mitocondriais, deleções mitocondriais e interações com o genoma nuclear também são discutidos.

Em conclusão, pode-se prever que as investigações genéticas e genômicas continuarão a ser realizadas vigorosamente em C. elegans pesquisa, em linhas bem estabelecidas, mas novas descobertas e novas técnicas já estão mudando e expandindo os tipos de pesquisa possíveis. Em particular, o uso de RNAi está fornecendo uma dimensão totalmente nova para os tipos de experimentos e telas que podem ser feitos. Outras novas técnicas também se tornarão mais importantes, como a capacidade de realizar uma substituição gênica eficiente e o uso de ferramentas de transgene mais sofisticadas, que devem permitir um controle mais preciso da expressão gênica e melhor na Vivo ensaios de expressão e função gênica. Do ponto de vista genômico, as sequências do genoma quase completas que estão sendo geradas por um número crescente de parentes próximos de C. elegans ( Caenorhabditis briggsae , Caenorhabditis remanei ), de outros Caenorhabditis espécies e primos mais distantes, como Pristionchus pacificus estão fornecendo confirmação inestimável, novas informações e novos insights, e o já extraordinário poder da genômica comparativa só pode aumentar no futuro.

* Editado por Philip Anderson. Última revisão em 25 de abril de 2005. Publicado em 6 de setembro de 2005. Este capítulo deve ser citado como: Hodgkin J. Introdução à genética e genômica (6 de setembro de 2005), WormBook , ed. o C. elegans Comunidade de pesquisa, WormBook, doi / 10.1895 / wormbook.1.17.1, http://www.wormbook.org.

Direito autoral: e cópia de 2005 Jonathan Hodgkin. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da Licença de Atribuição Creative Commons, que permite o uso irrestrito, distribuição e reprodução em qualquer meio, desde que o autor original e a fonte sejam creditados.

& sect Para quem a correspondência deve ser endereçada. E-mail: [email protected]

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Como os genes direcionam a produção de proteínas?

A maioria dos genes contém as informações necessárias para fazer moléculas funcionais chamadas proteínas. (A few genes produce regulatory molecules that help the cell assemble proteins.) The journey from gene to protein is complex and tightly controlled within each cell. It consists of two major steps: transcription and translation. Together, transcription and translation are known as gene expression.

During the process of transcription, the information stored in a gene's DNA is passed to a similar molecule called RNA (ribonucleic acid) in the cell nucleus. Both RNA and DNA are made up of a chain of building blocks called nucleotides, but they have slightly different chemical properties. The type of RNA that contains the information for making a protein is called messenger RNA (mRNA) because it carries the information, or message, from the DNA out of the nucleus into the cytoplasm.

Translation, the second step in getting from a gene to a protein, takes place in the cytoplasm. The mRNA interacts with a specialized complex called a ribosome, which "reads" the sequence of mRNA nucleotides. Each sequence of three nucleotides, called a codon, usually codes for one particular amino acid. (Amino acids are the building blocks of proteins.) A type of RNA called transfer RNA (tRNA) assembles the protein, one amino acid at a time. Protein assembly continues until the ribosome encounters a “stop” codon (a sequence of three nucleotides that does not code for an amino acid).

The flow of information from DNA to RNA to proteins is one of the fundamental principles of molecular biology. It is so important that it is sometimes called the “central dogma.”

Through the processes of transcription and translation, information from genes is used to make proteins.


Prognosis Prognosis

If you need medical advice, you can look for doctors or other healthcare professionals who have experience with this disease. You may find these specialists through advocacy organizations, clinical trials, or articles published in medical journals. You may also want to contact a university or tertiary medical center in your area, because these centers tend to see more complex cases and have the latest technology and treatments.

If you can’t find a specialist in your local area, try contacting national or international specialists. They may be able to refer you to someone they know through conferences or research efforts. Some specialists may be willing to consult with you or your local doctors over the phone or by email if you can't travel to them for care.

You can find more tips in our guide, How to Find a Disease Specialist. We also encourage you to explore the rest of this page to find resources that can help you find specialists.

Healthcare Resources

  • To find a medical professional who specializes in genetics, you can ask your doctor for a referral or you can search for one yourself. Online directories are provided by the American College of Medical Genetics and the National Society of Genetic Counselors. If you need additional help, contact a GARD Information Specialist. You can also learn more about genetic consultations from MedlinePlus Genetics.

Program Requirements

The B.S. Biology, Biomedical Sciences Emphasis is designed to prepare highly motivated students for entrance into medical school, dental school, physician assistant programs, anesthesia assistant programs, and other graduate or professional programs in the life and health sciences. Entrance into the emphasis is competitive. Students seeking the B.S. in Biology may apply for admission to the Biomedical Sciences Emphasis during the Spring semester of their sophomore year. Please contact the Undergraduate Programs Office in the School of Biological and Chemical Sciences at (816) 235-2580 for more information.

UMKC Essentials

Constitution Course Requirement

Section 170.011.1 of the Missouri Revised Statutes, 2015, states that all candidates for a degree issued by a college or university in the state of Missouri must have “satisfactorily passed an examination on the provisions and principles of the Constitution of the United States and of the state of Missouri, and in American history and American institutions.”

Courses at UMKC that satisfy this state requirement are:

There are a few other ways this requirement can be satisfied for students transferring to UMKC:

  • Take an equivalent course from the list above at a regionally accredited institution.
  • Earn credit for one of the above courses through AP, IB, or CLEP.
  • Take a course that directly satisfies the Missouri Constitution Requirement at another Missouri institution.
  • Have a previous bachelors degree (or higher) from a regionally accredited institution.
  • Have an Associate of Arts degree from a regionally accredited institution.
  • Complete the 42 Hour Core at a Missouri institution and have it listed on the official transcript.

Major Requirements

In addition to the UMKC Essentials requirements, students pursuing the B.S. Biology, Biomedical Sciences Emphasis must meet the following requirements:

Biology course requirements. The following core courses (17 credit hours)

Lista de cursos
Code Title Créditos
BIOLOGY 108L
& BIOLOGY 108
General Biology I Laboratory
and General Biology I
4
or MOTRBIOL 100LB MOTR Essentials in Biology w/ Lab - Botany
or MOTRBIOL 150LB MOTR Biology with Lab
BIOLOGY 109L
& BIOLOGY 109
General Biology II Laboratory
and General Biology II
4
or MOTRBIOL 100LZ MOTR Essentials in Biology with Lab
or MOTRBIOL 150LZ MOTR Biology w/Lab
BIOLOGY 202Biologia Celular3
BIOLOGY 206Genética3
BIOLOGY 441Bioquímica3
Créditos totais17

Emphasis course requirements

Lista de cursos
Code Title Créditos
BIOLOGY 218Introductory Anatomy3
BIOLOGY 218LIntroductory Anatomy Laboratory2
or MOTRLIFS 100LA MOTR Anatomy focused Essentials in Human Biology with Lab
or MOTRLIFS 150LA MOTR Anatomy focused Human Biology w/Lab
BIOLOGY 313Microbiologia3
BIOLOGY 313WLLaboratory in Microbiology (WI)3
or BIOLOGY 313L Laboratory in Microbiology
BIOLOGY 316Principles of Physiology3
LIFE-SCI 201Careers in Health I1
LIFE-SCI 202Careers in Health II1
LIFE-SCI 310Fundamentals of Medicine I2
LIFE-SCI 320Fundamentals of Medicine II2
LIFE-SCI 330Fundamentals of Medicine III2
LIFE-SCI 340Fundamentals of Medicine IV2
MEDICINE 9115Medical Terminology1
or HLSC 125 Medical Terminology
or NURSE 125 Medical Terminology
Créditos totais25

Biology Synthesis requirement (Choose a total of 3 credit hours)

Physical Sciences and Mathematics Course Requirements. The following courses must be completed with grades of C- or better.

Lista de cursos
Code Title Créditos
CHEM 211General Chemistry I4
or MOTRCHEM 150 MOTR Chemistry I
CHEM 211LExperimental General Chemistry I1
CHEM 212RGeneral Chemistry II4
CHEM 212LRExperimental General Chemistry II1
CHEM 321Organic Chemistry I3
CHEM 321LOrganic Chemistry Laboratory I1
CHEM 322ROrganic Chemistry II3
CHEM 322LOrganic Chemistry Laboratory II1
MATH 120Precalculus (satisfies Math Pathway)5
MATH 210Cálculo I4
MATH 220Calculus II4
or STAT 235 Elementary Statistics
or STAT 115 Statistical Reasoning
or MOTRMATH 110 MOTR Statistical Reasoning
PHYSICS 210General Physics I4
or PHYSICS 240 Physics For Scientists and Engineers I
PHYSICS 220General Physics II4
or PHYSICS 250 Physics For Scientists and Engineers II
Créditos totais39

Students must complete additional biology majors coursework for a total of 42 credit hours of biology courses with grades of C- or better. 26 of these hours must be 300- or 400-level. At least one biology course must be writing intensive (WI or WL). A minimum of 21 credit hours of biology courses must be taken from BIOLOGY or LIFE-SCI coursework at UMKC. The UM Biology GPA Must be at least 2.0.

A minimum of 120 credit hours is required and 36 of these must be at the junior/senior level. Electives may be taken from any area once other degree requirements have been met.

Lista de cursos
Code Title Créditos
General Electives 6

A maximum of 12 hours for a combination of 399, 497, and 499 coursework may be applied toward with major with only 4 credit hours at the 400-level.

Minimum GPA: 2.0 (UM cumulative UM Biology)

Total Hours: 120


Recurso: Fontes confiáveis

Genetically modified foods (or GM foods) are foods produced from genetically modified organisms. These are organisms that have had changes introduced into their DNA using methods of genetic engineering. Commercial sale of GM foods began in 1994, with a tomato that had delayed ripening. By 2015, three major crops grown in the U.S. were raised mainly from GM seeds, including field corn, soybeans, and cotton. Many other crops were also raised from GM seeds, ranging from a variety of vegetables to sugar beets. Other sources of GM foods in our diet include meats, eggs, and dairy products from animals that have eaten GM feed, as well as a plethora of food products that contain some form of soy or corn products, such as soybean oil, soybean flour, corn oil, corn starch, and corn syrup. A quick glance at the ingredients list of most processed foods shows that these products are added to many of the items in a typical American diet.

Most scientists think that GM foods are not necessarily any riskier to human health than conventional foods. Nonetheless, in many countries, including the U.S., GM foods are given more rigorous evaluations than conventional foods. For example, GM foods are assessed for toxicity, ability to cause allergic reactions, and stability of inserted genes. GM crops are also evaluated for possible environmental effects, such as outcrossing, which is the migration of genes from GM plants to conventional crops or wild plant species.

Despite the extra measures used to evaluate GM foods, there is a lot of public concern about them, including whether they are safe for human health, how they are labeled, and their environmental impacts. These concerns are based on a number of factors, such as the worrying belief that scientists are creating entirely new species, and a perceived lack of benefits to the consumer of GM foods. People may also doubt the validity of risk assessments, especially with regard to long-term effects. Lack of labeling of GM foods is also an issue because it denies consumers the choice of buying GM or conventional foods.

Find reliable online sources about GM foods. Look for information to answer the questions below. Make sure you evaluate the nature of the sources when you assess the reliability of the information they provide. Consider whether the sources may have a vested interest in one side of the issue or another. For example, major chemical companies might promote the use of seeds for crops that have been genetically engineered to be herbicide tolerant. Porque? Because it boosts the use of the weed-killing chemical herbicides they produce and sell.


Assista o vídeo: Genética e Biologia Molecular Aula 04 Fluxo da Informação Gênica (Janeiro 2022).