Objetivos da Unidade Curricular

A disciplina centra-se essencialmente no estudo da estrutura e função dos genes e seus produtos, dos mecanismos responsáveis pela sua expressão e controlo de expressão, quer em organismos procarióticos como eucarióticos. Não se pretende que os conhecimentos transmitidos atinjam uma profundidade excessiva. Os principais objectivos são:

T-Aquisição dos conhecimentos básicos e essenciais sobre a síntese, estrutura e função das moléculas da biologia molecular; entendimento do que é a expressão genética e a importância da sua regulação; transmissão de algumas noções e técnicas de Engenharia Genética para compreensão dos conteúdos teóricos; sensibilização para aplicações da biologia molecular na investigação básica e aplicada.

TP-Transmissão de bases de Genética acompanhados da realização de numerosos exercícios. (exclusivamente em 2014/15).

PL-Estabelecimento de relação entre técnicas básicas de biologia molecular e alguns conceitos leccionados nas teóricas.

 

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Pré-requisitos

Sem pré-requisitos

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Conteúdos

As moléculas da biologia molecular: DNA, RNA e proteínas. O dogma central da biologia molecular. Genoma. Replicação do DNA. Recombinação molecular. Mutação génica, mutagénese e reparação. Expressão génica: transcrição, tradução, processamento de RNAs ribossomais, RNAs de transferência e RNAs mensageiros; os outros RNAs. Regulação da expressão génica. Aspectos gerais de engenharia genética: enzimas de restrição, clonagem molecular, reacção de PCR e sequenciação do DNA, hibridação de ácidos nucleicos. Aplicações da biologia molecular.

 

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Descrição detalhada dos conteúdos programáticos

Componente Teórica

1. As moléculas da Biologia Molecular: DNA, RNA e proteínas

Aspectos particulares da composição e estrutura do DNA, RNA e proteínas. Características bioquímicas dos ácidos nucleicos, importantes no estudo e análise destas moléculas em laboratório.

2. O Dogma Central da Biologia Molecular

O fluxo da informação genética intracelular: etapas da expressão génica e primeiras referências sobre a importância da regulação génica. Actualização do dogma central.

3. Genoma

Simplicidade do genoma procariótico e complexidade do genoma eucariótico. Estrutura global dos cromossomas; cromossoma procariótico e eucariótico. Condensação da cromatina e expressão génica. Distribuição, organização e estrutura dos genes nos genomas procariótico e eucariótico. Noção de polimorfismos genómicos. Outros elementos genéticos dos procariotas e eucariotas. DNA plasmídico e suas principais características. Genomas virais: composição, estrutura, características e organização dos seus genes. Transposões: características gerais, modos de transposição, exemplos de transposões procarióticos e eucarióticos. Retrotransposões virais e não virais. Consequências e efeitos da transposição. DNA mitocondrial e cloroplastidial. Hereditariedade citoplasmática.

4. Replicação do DNA

Enzimologia da replicação do DNA cromossomal em Escherichia coli e paralelismo com a dos eucariotas. Origens de replicação e replicões. Modelos de replicação do DNA plasmídico e de moléculas de DNA lineares. Replicação de telómeros.

EG- Clonagem molecular para amplificação do DNA: vectores e hospedeiros de clonagem. Técnica de PCR e algumas aplicações. Sequenciação do DNA pela técnica dos terminadores de cadeia. Genomas sequenciados: uma nova forma de estudar e manipular os organismos.

5. Recombinação molecular

Recombinação mendeliana vs recombinação molecular. Recombinação homóloga: modelo de Holliday. Enzimologia da recombinação homóloga em E. coli. Recombinação sítio-específica: particularidades e enzimologia. O modelo do fago lambda. Mecanismos de transferência de DNA em bactérias (transformação, conjugação e transdução) e suas consequências.

6. Mutação génica, mutagénese e reparação

Tipos de mutações génicas e causas. Base molecular da mutação. Mutações espontâneas, mutagéneos e sua acção. Mecanismos de reparação do DNA. Sistemas de reparação em E. coli. Doenças humanas relacionadas com alterações nos mecanismos de reparação.

7. Expressão génica

Propriedades das proteínas de ligação a DNA. Transcrição em procariotas e eucariotas: polimerases de RNA e factores de transcrição, sequências promotoras e terminadores da transcrição. Tradução em procariotas e eucariotas. Código genético, processamento de tRNAs, rRNAs e mRNAs. Os outros RNAs (miRNAs, snRNAs, snoRNA, ncRNA). Noções muito gerais sobre: tráfego de proteínas dentro das células. Sequências sinal.

8. Regulação da expressão génica

Controlo positivo e negativo da expressão genética. Expressão induzível e repressível. O operão lac como paradigma de regulação de expressão em procariotas; outros tipos de regulação de operões nas bactérias; visão geral e exemplos de mecanismos de controlo global (sistema SOS, repressão catabólica, factores sigma e exemplo da esporulação em Bacillus subtilis). Regulação da expressão dos genes envolvidos no metabolismo da galactose em Saccharomyces cerevisae. Outros exemplos de regulação transcricional em eucariotas. Regulação pós-transcricional: estabilidade e degradação do mRNA, interferência do RNA, RNA editing. Modificações pós-traducionais: folding das proteínas, processamento químico e enzimático de proteínas. Proteólise. Regulação por feedback.

9. Aplicações da Biologia Molecular.

 

Componente Teórica-Prática

Mecanismos básicos de formação de gâmetas. Análise genética em haplontes, diplontes e haplodiplontes. Mendelismo e linkage.

Genes localizados em cromossomas sexuais e influência do sexo na hereditariedade

Análise de pedigrees. Frequência de alelos. Penetrância incompleta e expressividade varável.

Polimorfismos de DNA. Haplótipos. Relações de linkage de loci polimórficos com doenças autossómicas dominantes. Haplótipos gerados por polimorfismos na dimensão de fragmentos de restrição (RFLPs) e sua análise por Southern blotting com sondas específicas. 

 

Componente Prática

Noções e princípios básicos de visualização dos ácidos nucleicos.

Execução dos seguintes protocolos experimentais:

- Extracção de DNA plasmídico (miniprep) e quantificação por espectrofotometria.

- Amplificação de um fragmento de DNA por PCR.

- Digestão de DNA plasmídico com enzimas de restrição específicos.

- Electroforese em gel de agarose para análise de moléculas de DNA obtidas por restrição enzimática e por PCR. 

 

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Bibliografia

Recomendada

Weaver RF. (2012) Molecular Biology. 5th ed. McGraw-Hill Companies, Inc., NY

Lodish H, Berk A, Kaiser C, Krieger M, Scott, Bretscher A, Ploegh H, Amon A, Scott MP. (2012) Molecular Cell Biology. 7th ed. WH Freeman, New York

Alternativas:

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2002) Molecular Biology of the Cell. 4th ed. Garland Science, New York

Hartl DL, Jones E (2005) Genetics, Analysis of genes and genomes. 6th ed. Jones and Bartlett Publishers, London

 

Outros elementos de estudo

Thompson Jr JN, Hellack JJ, Braver G, Durica DS (2007) Primer of Genetic Analysis. A Problems Approach. 3rd Edition, Cambridge University Press

Artigos que oportunamente sejam publicados em revistas gerais de divulgação científica, no ano em que decorre a disciplina, e acerca das diferentes matérias leccionadas.

 

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Métodos de Ensino

Aulas teóricas, aulas teórico-práticas e aulas práticas interactivas.

 

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Métodos de Avaliação

A avaliação da 1ª época poderá ser feita num único exame final ou poderá ser realizada por três testes individuais intercalares, T (15 val), TP (3 val), PL (2 val). A entrega de um teste parcial compromete o aluno a fazer a primeira época em testes parciais. Não há nota mínima em qualquer teste parcial. Os exames finais incluem questões relativas a todas as componentes. Não há melhorias das componentes separadamente. Os alunos do ano anterior só podem fazer melhoria em exame final. Não há orais.

 

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Língua de ensino

Português