Genética Molecular

Código:

MI072111

Sigla:

GENMOL

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências Naturais

Ocorrência: 2016/2017 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Laboratório de Bioquímica
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Ciências Farmacêuticas

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MICF	235	MICF - Plano Oficial	2	-	7	65	189

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Estudo dos mecanismos básicos que permitem a transmissão da informação contida no DNA, tendo em conta os processos de replicação, transcrição, processamento e tradução. Análise das modificações que podem ocorrer no DNA por mecanismos de recombinação, mutação, transposição, transdução e agentes víricos. Estudo dos mecanismos que permitem a reparação do DNA. O estudo da regulação da expressão genética em procariotas e eucariotas, bem como os mecanismos moleculares associados à indução do cancro, tendo em conta a existência de oncogenes e anti-oncogenes e a sua relação com a regulação do ciclo celular, de forma a que sejam compreendidas e analisadas as consequências resultantes das modificações da expressão de genes e suas proteínas. Utilidade das técnicas de DNA recombinante e as suas aplicações na clonagem e identificação de genes, na avaliação da expressão génica, no diagnóstico de doenças, na produção de drogas e vacinas e na terapia génica.

Resultados de aprendizagem e competências

Os avanços que se verificam na área de Genética, nomeadamente pelo progresso da investigação científica, empenho internacional no mapeamento do projeto do genoma humano (PGH) e desenvolvimento de técnicas específicas, são cruciais para a avaliação de sistemas fisiológicos e patológicos em várias áreas da saúde, mas igualmente relevantes para a agricultura, química, eletrónica, energia, toxicologia, indústria farmacêutica ou ciências forenses Os conhecimentos adquiridas nesta UC são aplicáveis às várias UCs que são posteriormente ministradas no plano curricular do MICF, conferindo competências ao Farmacêutico para as desenvolver e aplicar em várias áreas de trabalho. A execução dos trabalhos laboratoriais é feita com o objetivo de realização de uma metodologia específica, de contactar diretamente com produtos biológicos, materiais, reagentes e instrumentos, para além de consolidar o aperfeiçoamento de conceitos científicos.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

São requeridos os conhecimentos prévios de Biologia Celular, Microbiologia Geral e Bioquímica e conhecimentos simultâneos de Química Orgânica e Imunologia.

Programa

PROGRAMA TEÓRICO:

Estrutura do DNA: Descoberta do DNA; Composição e estrutura do DNA; Genes, exões, intrões sequências reguladoras a montante e a jusante; Palíndromas; Desnaturação e renaturação do DNA; Compactação do DNA; Nucleossoma; Cromatina e cromossomas; Cariótipo; Tipos de DNA: Unidades de transcrição simples e complexas; Sequências únicas; Sequências moderadamente repetitivas: elementos de DNA móveis (sequências de inserção, transposões compostos e não compostos, retrotransposões LTR e não-LTR; Transposição simples e replicativa; Sequências muito repetitivas: DNA satélite, microssatélite e minissatélite; Pseudogenes processados e não processado.

Código genético: Características; Conceito de wobble. Alteração do código genético nas mitocôndrias

Replicação do DNA: O dogma central da Biologia Molecular; Replicação em procariotas e eucariotas: origem de replicação, enzimas requeridas e suas funções DNA polimerases. Primases, ribonucleases; topoisomerases, ligases, helicases, Klenow. Telómeros e telomerases, complexo shelterina; doenças associadas a defeitos na replicação Tipos de replicação: Tipo olho; Tipo círculo rolante ("rolling circles"); Tipo "D-loop"; Replicação do fago M13 de cadeia simples

Transcrição: Regulação da transcrição; Síntese de RNA nos procariótas; RNA polimerases dos eucariotas e respetivas funções; caraterística dos promotores em eucariotas e procariotas; RNA sense e RNA antisense; Complexo de iniciação em procariotas e eucariota.

Tipos de RNA: mRNA, tRNA, rRNA, snRNA , snoRNA, scRNA, miRNA e siRNA. RNA mensageiro: mRNA nos procariotas e mRNA nos eucariotas. Sequência Shine-Dalgarno e estrutura CAP; RNA transferência. RNA ribossomal: rRNA procariota e rRNA eucariota.

Processamento ou splicing de tRNAs; de rRNAs; de mRNAs e miRNAs. Splicing nas mitocôndrias. RNA "editing". Poliadenilação. Splicing e poliadenilação alternativos. Mirtrões e mecanismos do RNA de interferência (RNAi). Pseudogenes.

Tradução e síntese proteica: Diferentes fases da tradução: Iniciação; Elongação e Terminação. Localização de proteínas em Procariótas e em Eucariótas.

Recombinação genética: Recombinação homóloga em E. coli : recA, recBCD; Recombinação homóloga em eucariotas: complexo Rad, Brca1 e Brca2; estruturas de Holliday, heteroduplexes e migração de braços; Conversão génica; Recombinação local específica; Recombinação por transposição, Complementação.

Mapeamento: Mapas: genético, físico, cromossómico ou citogenético, de ligação. Unidade de mapa. Loci. Determinação da distância entre genes.

Genética de bactérias: Cromossoma bacteriano; Bactérias prototróficas e auxotróficas. Mutações em E. coli; Enriquecimento de mutantes: seleção directa, contra-selecção; seleção física; Recombinação genética em E. coli: conjugação; transdução; transformação; transposição.

Genética de fagos: Estrutura; Infeção: ciclo lítico e lisogénico; Placas fágicas; Concatameros; Replicação e Mapeamento.

Vírus: Estrutura; Classificação dos vírus; Entrada e saída do vírus na célula; Estratégias de replicação nas classes I, II, III, IV, V, VI e VII: principais características. Ciclo de vida do vírus HIV1. Viróides. Priões no homem e nos animais.
 
Mutação do DNA: Agentes mutagénicos. Mecanismos de mutagénese: desemparelhamento específico, incorporação de bases análogas, perda da especificidade de emparelhamento. Mutações espontâneas e induzidas; Mutações "frameshift"; Mutações pontuais: Transição e Transversão; Mutações absurdas ("nonsense"); Mutações sem sentido ("missense"); Mutações silenciosas; Mutações neutras; Mutações por transposição; Mutações reversíveis; Mutações supressoras e Mutações ribossomais. Erros de leitura causados pela estreptomicina. Identificação de mutagénios - Teste de Ames: com bactérias e com enzimas de ratinho.


Reparação do DNA em procariotas e mamíferos: Fotorreactivação; Remoção direta de lesões de alquilação; Prevenção de erros; Reparação por excisão: sistema geral e específico em procariotas; sistema BER nos mamíferos; Mecanismo de translesão em procariotas e eucariotas; Reparação pós-replicação: por emparelhamento incorrecto ("mismatch repair"), por recombinação por indução dos genes SOS; Reparação propensa a erros (síntese bypass); Reparação pelo sistema GO. Reparação associada transcrição (TCR). Vias BER e NER. Reparação por junção das extremidades não homólogas. Reparação por intragénica e extragénica. Reparação por t-RNAs mutantes. Doenças associadas a defeitos nos mecanismos de reparação

Técnicas de DNA recombinante: Genética molecular e genética reversa. Conceito de clonagem; Enzimas de restrição; Enzimas de modificaçãoMapa de restrição; Vectores de clonagem: Plasmídeos, Fagemídeos Cosmídeos; YACs, BACs e PACs, Vectores de expressão Bibliotecas: Bibliotecas de DNA genómico; Bibliotecas de cDNAs (Isolamento de mRNAs; Conversão do mRNA em cDNA de cadeia dupla e Construção da biblioteca de cDNAs); Bibliotecas de expressão; Características do fago lgt11; "Chromosome walking"; Sequenciação do DNA; Deleções unidireccionais no DNA; "Single stranded conformation polymorphism"; "Southern blot"; "Northern blot"; "Western blot"; Síntese química de oligonucleótidos; Determinação do local de início da transcrição; Hibridação "in situ"; “"Fingerprinting"; Mutagénese "in vitro"; Radioisótopos; Animais transgénicos, “knockout” e knockin”; Tag ou gene repórter e marcador de seleção; RNAi: miRNAs e siRNAs e polimorfismos destes RNAs; "Polimerase chain reaction" (PCR): características, PCR assimétrico, RT-PCR, qPCR, “Ligase Chain Reaction”; “DNA microarrays”. Terapia génica: sense, antisense, com drogas oligonucleotídicas, com ribozimas, com vacinas, suicida com RNAi; Células estaminais.

Aplicações das técnicas de DNA recombinante: PCR e análise de doenças genéticas humanas; detecção de sequências específicas humanas; detecção de mutações e doenças hereditárias; monitorização da terapia do cancro; detecção de infecções víricas e bacterianas; diagnóstico pré-natal; utilização de oligonucleótidos específicos - ASO; estudos de evolução molecular; detecção de alimentos geneticamente modificados; terapia génica: aplicações.

Regulação da expressão genética nos procariótas: Operão e regulão. Operão da lactose: Estrutura e funcionamento; Análise de mutações e Controlo positivo (repressão catabólica) do operão da lactose; Operão da arabinose; Operão do triptofano e atenuação; Regulação dos sistemas de reparação; Regulação de sistemas repressíveis; Regulação na tradução: Factor Rho; Controlo dos genes das proteínas ribossomais; Acção de ppGpp; Alarmonas; Regulação do ciclo de vida no fago l.

Regulação da expressão genética nos eucariótas: Sinais de controlo celular: Hormonas; Factores de crescimento; Factores ambientais. Regulação a curto termo e longo termo; Controlo experimental da transcrição. Níveis de resposta. Proteínas que se ligam ao promotor; função dos enhancers e tipo de células envolvidos. Transcrição. Genes do choque térmico; Genes dependentes de hormonas esteróides; Genes regulados por moléculas que se ligam a receptores; Diferenciação terminal. Processamento e "splicing" alternativo: Controlo na terminação da transcrição; Mensageiros secundários; Processamento diferencial do pré-mRNA; Controlo da transcrição por unidades de transcrição sobrepostas; Transporte e estabilidade do mRNA; Tradução do mRNA e estabilidade de proteínas. Mecanismos de controlo: proteínas transactivadoras (Estrutura, Função); Controlo da transcrição na levedura (Expressão dos genes GAL); Metilação e Acetilação; Associação à matriz nuclear. Desenvolvimento na Drosophila: ciclo de vida; desenvolvimento do oócito maduro, desenvolvimento embrionário (blastoderme sincicial, blastoderme celular, especificação regional, homeose e fenótipo externo). Análise de mutantes.

Regulação do ciclo celular: Breve referências às diferentes fases da mitose e da meiose; Experiências de fusão celular; Reguladores externos e internos; Controlo da transição G1/S (pRb) e intra S (p53); Controlo da transição G2/M: MPF; Controlo na transição metafase/anafase: bu, mad, CDC20, APC,separina/separasse, condensinas, coesinas, PLK e aurora. Ciclinas, CDKs, CKIs; Ubiquitinaçã

Oncogenes e anti-oncogenes. Mecanismos moleculares de indução do cancro: Classificação de cancros, Cancros maligno, benigno e metástases. Células tumorais: características. Causa: mutações, alterações celulares, fatores biológicos, ocupacionais, ambientais e comportamentais, alteração de proto-oncogenes e genes supressores de tumores; químicos na comida, fatores médicos, sociais e psicológicos; vírus; fatores epigenéticos; falência de mecanismos de reparação, alterações hormonais e reprodutivas, alterações na proliferação celular e apoptose (morte celular programada). Culturas celulares: vantagens, desvantagens e linhas celulares mais comuns. Oncogenes: Oncogenes celulares: Características e classificação dos oncogenes e das suas proteínas: Factores de crescimento; Receptores para os factores de crescimento e hormonas; Sinais intracelulares transmissores; Factores de transcrição nucleares; Proteínas que controlam o ciclo celular. Proteínas anti-apoptose. Proteínas associadas à reparação do DNA. Anti-oncogenes. Oncogenes víricos: Transformação de agentes víricos contendo DNA; Transformação de agentes víricos contendo RNA (Transdução por retrovírus; Retroviroses "slow-acting"

Programa Laboratorial

1 - Infecção de bactérias por fagos.
2 - Cinética de crescimento de uma população bacteriana.
3 - Preparação de células competentes/ Pesquisa de homologias
4 - Transformação de células competentes com um DNA recombinado
5 - Isolamento de DNA plasmídico.
6 - Análise electroforética do DNA digerido com enzimas de restrição.
7 - Elaboração de um mapa de restrição de um plasmídeo recombinante.
8 – Exame laboratorial.

Bibliografia Obrigatória

Videira A ; Engenharia Genética: princípios e aplicações, Lidel, 2001
LeWin Benjamin; Genes VII. ISBN: 0-19-879277-8
Lodish H, Berk A, Kaiser CA, Krieger M, Matthew P, Bretscher SA, Ploegh H & Matsudaira P; (2007). “Molecular Cell Biology”. W. H. Freeman, 6th Ed.
Alberts B, Johnson A, Lewis J & Martin Raff M; (2008). “Molecular Biology of the Cell”. Garland Science, 5thEd.
Bronze-da-Rocha E & Videira A; (2010). “Noções de Genética”, pp 220-259, do livro “Microbiologia”- Lidel Edições Técnicas.

Bibliografia Complementar

Sambrook J, Fritsch EF & Maniatis T ; Molecular cloning - a laboratory manual, Cold Spring Harbor Lab. Press, USA, 1989
Arraiano CM & Fialho, A M (; O Mundo do RNA, Lidel, Edições Técnicas, 2007

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

 

a) Aulas teóricas - 3 horas/semana; Aulas laboratoriais – 2 horas/semana; apresentação em power-point; as matérias ministradas na teórica são associadas à utilidade prática dos conhecimentos ministrados. b) Os alunos são estimulados a fazerem pesquisa bibliográfica e a consultarem artigos científicos relacionados com as matérias ministradas. c) Os trabalhos laboratoriais (2 horas/semana) são efetuados individualmente e de acordo com o cronograma estabelecido onde são aplicadas as técnicas que permitem a clonagem e identificação de genes utilizando os conceitos e conhecimentos adquiridos nas aulas teóricas. d) O docente responsável encontra-se disponível para o atendimento aos alunos sempre que seja solicitado.

 

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	80,00
Participação presencial	0,00
Trabalho laboratorial	20,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	0,00
Frequência das aulas	0,00
Trabalho laboratorial	0,00
Total:	0,00

Obtenção de frequência

Os alunos que obtiveram frequência nas aulas laboratoriais podem candidatar-se ao exame final.
- A assistência dos alunos às aulas laboratoriais é obrigatória sendo considerados sem frequência os alunos cuja assistência seja inferior a 3/4 das aulas previstas.
- A assistência dos alunos às aulas teóricas não é obrigatória.

Fórmula de cálculo da classificação final

Provas e trabalhos especiais

Os alunos que por lei estão dispensados da presença de aulas laboratoriais são chamados a realizar uma prova prática (exame laboratorial) antes exame final. A aprovação nesta prova laboratorial é um pré-requisito para a admissão do aluno à prova escrita final.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

É realizada de acordo as normas de avaliação da FFUP.

Melhoria de classificação

Os estudantes têm direito a requerer a repetição da prova escrita, de acordo com as normas de avaliação definidas nesta unidade curricualr, para a melhoria de nota, uma única vez, por frequências ou por exame de recurso, imediamente subsequentes àquela em que obtiveram aprovação, e requer a realização de um novo exame laboratorial.
A classificação final da disciplina será a mais alta das obtidas nas duas provas realizadas

Observações

Conhecimentos básicos da disciplina de Biologia Celular e Bioquímica
Língua de Ensino: Português e, eventualmente, Inglês.