Composição Molecular

As membranas biológicas são estruturas dinâmicas compostas principalmente por lipídios, proteínas e carboidratos.

• Fosfolipídios: Componente estrutural principal, formam bicamada
• Colesterol: Modula fluidez e permeabilidade
• Proteínas integrais: Atravessam completamente a membrana
• Proteínas periféricas: Associadas à superfície
• Glicocálice: Carboidratos ligados a lipídios e proteínas

Propriedades Físicas

A fluidez da membrana é crucial para suas funções e é influenciada por diversos fatores.

• Temperatura: afeta mobilidade molecular
• Composição de ácidos graxos: saturados vs insaturados
• Conteúdo de colesterol: estabiliza a bicamada
• Assimetria: distribuição diferencial entre folhetos

Transporte Passivo

Movimento de substâncias a favor do gradiente de concentração, sem gasto de energia.

• Difusão simples: Moléculas pequenas e apolares
• Difusão facilitada: Através de canais ou transportadores
• Osmose: Movimento de água através de aquaporinas
• Canais iônicos: Seletivos e regulados por voltagem ou ligantes

Transporte Ativo

Movimento contra gradiente de concentração, requer energia (ATP ou gradientes iônicos).

• Primário: Usa ATP diretamente (Na⁺/K⁺-ATPase)
• Secundário: Usa gradientes iônicos (simporte, antiporte)
• Bomba de prótons: Estabelece gradientes eletroquímicos
• ABC transportadores: Família de proteínas ATP-dependentes

Mecanismos de Endocitose

Processos pelos quais a célula internaliza material do meio externo.

• Fagocitose: Ingestão de partículas grandes
• Pinocitose: Ingestão de fluidos e solutos
• Endocitose mediada por receptor: Específica e eficiente
• Clatrina: Proteína que forma revestimento de vesículas

Exocitose

Liberação de material celular para o meio externo através da fusão de vesículas.

• Secreção constitutiva: contínua e não regulada
• Secreção regulada: controlada por sinais específicos
• Complexo SNARE: medeia fusão de membranas
• Reciclagem de membrana: manutenção da área superficial

Interfase

Período de crescimento e preparação para divisão, compreende cerca de 90% do ciclo.

• Fase G1: Crescimento celular, síntese de proteínas e organelas
• Fase S: Replicação do DNA, duplicação dos centrossomos
• Fase G2: Continuação do crescimento, síntese de proteínas para mitose
• G0: Estado quiescente, células diferenciadas

Fase M (Mitose)

Divisão nuclear seguida de citocinese, resulta em duas células filhas idênticas.

• Prófase: Condensação cromossômica, formação do fuso
• Prometáfase: Fragmentação do envelope nuclear
• Metáfase: Alinhamento cromossômico na placa equatorial
• Anáfase: Separação das cromátides irmãs
• Telófase: Descondensação, reforma do envelope nuclear

Ciclinas e CDKs

Sistema molecular que controla a progressão através das fases do ciclo.

• Ciclinas: Proteínas regulatórias com níveis oscilantes
• CDKs: Quinases dependentes de ciclina
• Complexos ciclina-CDK: Fosforilam proteínas-alvo
• Inibidores de CDK: p21, p27, p53

Checkpoints

Pontos de controle que garantem integridade da divisão celular.

• Checkpoint G1/S: Verifica condições para replicação
• Checkpoint intra-S: Monitora replicação do DNA
• Checkpoint G2/M: Confirma replicação completa
• Checkpoint do fuso: Garante ligação correta dos cromossomos

Meiose

Divisão reducional que produz gametas haploides com variabilidade genética.

• Meiose I: Divisão reducional, separação de homólogos
• Crossing-over: Recombinação genética na prófase I
• Meiose II: Divisão equacional, separação de cromátides
• Variabilidade: Segregação independente e recombinação

Apoptose

Morte celular programada essencial para desenvolvimento e homeostase.

• Via extrínseca: Receptores de morte (Fas, TNF)
• Via intrínseca: Mitocondrial, liberação de citocromo c
• Caspases: Proteases executoras da apoptose
• Fagocitose: Remoção de corpos apoptóticos

Classificação e Estrutura

Moléculas orgânicas compostas por carbono, hidrogênio e oxigênio, com múltiplas funções celulares.

• Monossacarídeos: Glicose, frutose, galactose
• Dissacarídeos: Sacarose, lactose, maltose
• Oligossacarídeos: Cadeias curtas, glicoconjugados
• Polissacarídeos: Amido, glicogênio, celulose, quitina

Funções Biológicas

• Fonte primária de energia (glicose)
• Reserva energética (glicogênio, amido)
• Componente estrutural (celulose, quitina)
• Reconhecimento celular (glicocálice)
• Sinalização celular (glicoproteínas)

Classes de Lipídios

Moléculas hidrofóbicas ou anfipáticas com diversas funções estruturais e regulatórias.

• Ácidos graxos: Saturados e insaturados
• Triacilgliceróis: Reserva energética
• Fosfolipídios: Componentes de membrana
• Esteroides: Colesterol, hormônios esteroidais
• Eicosanoides: Moléculas sinalizadoras

Metabolismo Lipídico

• β-oxidação: degradação de ácidos graxos
• Síntese de ácidos graxos: acetil-CoA carboxilase
• Síntese de colesterol: via mevalonato
• Lipoproteínas: transporte de lipídios

Estrutura Proteica

Macromoléculas formadas por aminoácidos com estrutura hierárquica complexa.

• Estrutura primária: Sequência de aminoácidos
• Estrutura secundária: α-hélices e folhas-β
• Estrutura terciária: Enovelamento tridimensional
• Estrutura quaternária: Associação de subunidades

Funções Proteicas

• Catálise enzimática
• Transporte (hemoglobina)
• Estrutural (colágeno, queratina)
• Defesa (anticorpos)
• Regulação (hormônios proteicos)
• Motilidade (actina, miosina)

DNA – Ácido Desoxirribonucleico

Molécula que armazena informação genética em todos os organismos vivos.

• Estrutura: Dupla hélice antiparalela
• Bases: Adenina, Timina, Guanina, Citosina
• Pareamento: A-T (2 pontes H), G-C (3 pontes H)
• Empacotamento: Nucleossomos, cromatina

RNA – Ácido Ribonucleico

Moléculas versáteis envolvidas na expressão gênica e regulação.

• mRNA: Mensageiro, template para tradução
• tRNA: Transportador, carrega aminoácidos
• rRNA: Ribossomal, componente dos ribossomos
• microRNA: Regulação pós-transcricional
• lncRNA: Regulação epigenética

Mecanismo de Replicação

Processo semiconservativo que duplica o DNA durante a fase S do ciclo celular.

• Origem de replicação: Sequências específicas onde inicia
• Helicases: Desenrolam a dupla hélice
• DNA primase: Sintetiza primers de RNA
• DNA polimerase: Adiciona nucleotídeos na direção 5’→3′
• Ligase: Une fragmentos de Okazaki

Fidelidade e Reparo

• Atividade 3’→5′ exonuclease (proofreading)
• Reparo de mismatch (MMR)
• Reparo por excisão de base (BER)
• Reparo por excisão de nucleotídeo (NER)
• Reparo de quebras duplas (NHEJ, HR)

Processo Transcricional

Síntese de RNA a partir de template de DNA pela RNA polimerase.

• Iniciação: Reconhecimento do promotor
• Elongação: Síntese do transcrito primário
• Terminação: Liberação do RNA maduro
• Fatores de transcrição: Regulam especificidade

Processamento de RNA

Modificações pós-transcricionais em eucariotos.

• 5′ capping: Adição de 7-metilguanosina
• 3′ poliadenilação: Cauda poli-A
• Splicing: Remoção de íntrons
• Splicing alternativo: Diversidade proteica

Síntese Proteica

Decodificação do mRNA em sequência de aminoácidos pelos ribossomos.

• Código genético: Tripletos de nucleotídeos
• Iniciação: Reconhecimento do códon AUG
• Elongação: Adição sequencial de aminoácidos
• Terminação: Códons de parada

Modificações Pós-Traducionais

• Clivagem proteolítica
• Fosforilação/desfosforilação
• Glicosilação
• Ubiquitinação
• Acetilação

Regulação Transcricional

Controle da síntese de RNA através de elementos regulatórios.

• Promotores: Sequências de iniciação
• Enhancers: Elementos potenciadores
• Silencers: Elementos repressores
• Fatores de transcrição: Proteínas regulatórias

Regulação Epigenética

Modificações hereditárias que não alteram a sequência de DNA.

• Metilação do DNA
• Modificações de histonas
• Remodelamento da cromatina
• RNAs não codificantes

Glicólise

Via metabólica que converte glicose em piruvato, gerando ATP e NADH.

• Fase preparatória: Fosforilação da glicose
• Fase de pagamento: Geração de ATP
• Regulação: Hexoquinase, PFK-1, piruvato quinase
• Rendimento: 2 ATP, 2 NADH por glicose

Ciclo de Krebs

Via central do metabolismo oxidativo na matriz mitocondrial.

• Oxidação completa de acetil-CoA
• Produção de NADH, FADH₂, GTP
• Regulação alostérica
• Integração metabólica

Cadeia Respiratória

Sistema de transporte de elétrons acoplado à síntese de ATP.

• Complexos I-IV da cadeia respiratória
• Bombeamento de prótons
• Gradiente eletroquímico
• ATP sintase

Cinética Enzimática

Estudo da velocidade das reações catalisadas por enzimas.

• Modelo de Michaelis-Menten: Km, Vmax
• Inibição competitiva: Inibidor compete com substrato
• Inibição não-competitiva: Inibidor liga em sítio diferente
• Regulação alostérica: Modulação por efetores

Classificação Enzimática

• EC 1 – Oxidorredutases: Reações redox
• EC 2 – Transferases: Transferência de grupos
• EC 3 – Hidrolases: Hidrólise
• EC 4 – Liases: Adição/remoção de grupos
• EC 5 – Isomerases: Rearranjos intramoleculares
• EC 6 – Ligases: Formação de ligações

Reação em Cadeia da Polimerase

Técnica fundamental para amplificação específica de sequências de DNA.

• Desnaturação: 94-96°C, separação das fitas
• Anelamento: 50-65°C, ligação dos primers
• Extensão: 72°C, síntese pela Taq polimerase
• Aplicações: Diagnóstico, clonagem, sequenciamento

Variações da PCR

• RT-PCR: Amplificação de RNA via transcriptase reversa
• qPCR: PCR quantitativa em tempo real
• Multiplex PCR: Múltiplos alvos simultaneamente
• Digital PCR: Quantificação absoluta

Vetores de Clonagem

Moléculas de DNA que carregam genes de interesse para células hospedeiras.

• Plasmídeos: Vetores circulares para bactérias
• Fagos: Vetores virais para grandes inserções
• Cosmídeos: Híbridos plasmídeo-fago
• YACs/BACs: Cromossomos artificiais

Processo de Clonagem

• Isolamento e purificação do DNA
• Digestão com enzimas de restrição
• Ligação com DNA ligase
• Transformação de células competentes
• Seleção de clones recombinantes

Sistema CRISPR-Cas9

Tecnologia revolucionária para edição precisa do genoma.

• gRNA: RNA guia que direciona Cas9
• Cas9: Endonuclease que corta DNA
• PAM: Sequência motivo adjacente ao proto-espaçador
• Reparo: NHEJ ou recombinação homóloga

Aplicações da Edição Gênica

• Terapia gênica para doenças hereditárias
• Desenvolvimento de modelos animais
• Melhoramento genético de plantas
• Produção de proteínas recombinantes
• Pesquisa funcional de genes

Composição Química

O DNA é um polímero de nucleotídeos, cada um composto por três componentes principais.

• Base nitrogenada: Adenina (A), Timina (T), Guanina (G), Citosina (C)
• Açúcar: Desoxirribose (pentose)
• Fosfato: Grupo fosfato ligado ao carbono 5′ da desoxirribose
• Ligação fosfodiéster: Une nucleotídeos adjacentes

Estrutura Tridimensional

Modelo da dupla hélice proposto por Watson e Crick em 1953.

• Dupla hélice: Duas fitas antiparalelas enroladas
• Pareamento de bases: A-T (2 pontes de hidrogênio), G-C (3 pontes)
• Sulco maior e menor: Espaços entre as fitas
• Diâmetro: 2 nm, passo da hélice: 3,4 nm
• Direção: Fitas orientadas 5′ → 3′ e 3′ → 5′

Organização do DNA

O DNA está organizado em diferentes níveis estruturais nas células.

• Procariotos: DNA circular, nucleoide, plasmídeos
• Eucariotos: DNA linear, histonas, nucleossomos
• Cromatina: Complexo DNA-proteína
• Cromossomos: Estruturas condensadas durante divisão

Características Estruturais

O RNA difere do DNA em composição e estrutura, permitindo maior versatilidade funcional.

• Açúcar: Ribose (com grupo OH no carbono 2′)
• Bases: Adenina, Uracila, Guanina, Citosina
• Fita simples: Permite formação de estruturas secundárias
• Pareamento: A-U, G-C (em estruturas secundárias)

Tipos de RNA

Diferentes classes de RNA desempenham funções específicas na célula.

• mRNA (mensageiro): Carrega informação genética para síntese proteica
• tRNA (transportador): Transporta aminoácidos para os ribossomos
• rRNA (ribossomal): Componente estrutural e catalítico dos ribossomos
• miRNA (micro): Regulação pós-transcricional
• lncRNA (longo não codificante): Regulação epigenética
• siRNA (pequeno interferente): Silenciamento gênico

Estruturas Secundárias do RNA

O RNA pode formar estruturas complexas devido ao pareamento intramolecular.

• Hairpin loops: Estruturas em grampo
• Bulges: Alças laterais
• Pseudoknots: Estruturas terciárias complexas
• Ribozimas: RNAs com atividade catalítica

Características do Código

O código genético é o conjunto de regras que relaciona sequências de nucleotídeos com aminoácidos.

• Tripleto: Cada códon possui 3 nucleotídeos
• Degenerado: Múltiplos códons para o mesmo aminoácido
• Não ambíguo: Cada códon especifica apenas um aminoácido
• Universal: Mesmo código na maioria dos organismos
• Sem vírgulas: Leitura contínua sem espaços

Códons Especiais

Alguns códons têm funções específicas na tradução.

• Códon de iniciação: AUG (metionina)
• Códons de parada: UAG (âmbar), UAA (ocre), UGA (opala)
• Wobble: Flexibilidade na terceira posição do códon
• Códons sinônimos: Códons diferentes para o mesmo aminoácido

Variações do Código Genético

Algumas organelas e organismos apresentam códigos genéticos alternativos.

• Mitocôndrias: UGA codifica triptofano (não parada)
• Cloroplastos: Pequenas variações em relação ao código universal
• Alguns protozoários: UAG e UAA codificam glutamina
• Mycoplasma: UGA codifica triptofano

Substituições de Bases

Alterações que envolvem a troca de uma base por outra na sequência de DNA.

• Transições: Purina → Purina (A↔G) ou Pirimidina → Pirimidina (C↔T)
• Transversões: Purina → Pirimidina ou vice-versa
• Mutação silenciosa: Não altera o aminoácido (degeneração do código)
• Mutação missense: Altera um aminoácido
• Mutação nonsense: Cria códon de parada prematuro

Inserções e Deleções (Indels)

Adição ou remoção de nucleotídeos na sequência de DNA.

• Frameshift: Indels não múltiplos de 3 alteram quadro de leitura
• In-frame: Indels múltiplos de 3 mantêm quadro de leitura
• Consequências: Proteínas truncadas ou não funcionais
• Hotspots: Sequências repetitivas propensas a indels

Causas das Mutações Gênicas

Fatores que podem induzir alterações na sequência de DNA.

• Espontâneas: Erros de replicação, desaminação, tautomerização
• Físicas: Radiação UV, raios X, radiação ionizante
• Químicas: Agentes alquilantes, análogos de bases, intercalantes
• Biológicas: Vírus, transposons, stress oxidativo

Aberrações Estruturais

Alterações na estrutura dos cromossomos que podem afetar múltiplos genes.

• Deleção: Perda de segmento cromossômico
• Duplicação: Presença de segmento em duplicata
• Inversão: Segmento invertido (paracêntrica ou pericêntrica)
• Translocação: Transferência entre cromossomos não homólogos
• Inserção: Segmento inserido em posição diferente

Aberrações Numéricas

Alterações no número de cromossomos em relação ao cariótipo normal.

• Euploidia: Múltiplos exatos do número haploide (3n, 4n)
• Aneuploidia: Número alterado de cromossomos específicos
• Monossomia: Perda de um cromossomo (2n-1)
• Trissomia: Cromossomo extra (2n+1)
• Nulissomia: Perda de par homólogo (2n-2)

Mecanismos de Formação

Processos que levam às aberrações cromossômicas.

• Não disjunção: Falha na separação durante meiose
• Quebras cromossômicas: Agentes mutagênicos, radiação
• Crossing-over desigual: Entre sequências repetitivas
• Replicação desigual: Slippage durante replicação

Reparo por Excisão de Base (BER)

Sistema que corrige bases modificadas ou inadequadas.

• DNA glicosilases: Removem bases alteradas
• AP endonuclease: Cliva sítio apurínico/apirimidínico
• DNA polimerase: Preenche lacuna
• DNA ligase: Sela nick remanescente

Reparo por Excisão de Nucleotídeo (NER)

Remove lesões volumosas que distorcem a dupla hélice.

• Reconhecimento: Proteínas detectam distorção
• Incisão: Endonucleases cortam ambos os lados
• Excisão: Remoção do oligonucleotídeo danificado
• Síntese: DNA polimerase preenche lacuna

Reparo de Mismatch (MMR)

Corrige erros de pareamento que escaparam da revisão da DNA polimerase.

• Reconhecimento: Proteínas MutS detectam mismatch
• Recrutamento: MutL e MutH são recrutadas
• Excisão: Remoção do segmento com erro
• Ressíntese: DNA polimerase corrige

Reparo de Quebras Duplas

Sistemas para reparar quebras simultâneas em ambas as fitas.

• Recombinação homóloga (HR): Usa cromátide irmã como molde
• Junção de extremidades não homólogas (NHEJ): Liga extremidades diretamente
• Proteínas chave: BRCA1, BRCA2, ATM, DNA-PKcs

Conceitos Fundamentais

A genética de populações estuda a distribuição e mudança de frequências alélicas em populações.

• População: Grupo de indivíduos da mesma espécie que se reproduzem
• Pool gênico: Conjunto de todos os alelos presentes na população
• Frequência alélica: Proporção de um alelo específico no pool gênico
• Frequência genotípica: Proporção de cada genótipo na população

Cálculo de Frequências

Métodos para determinar frequências alélicas a partir de dados populacionais.

• Contagem direta: p = (2×AA + Aa) / 2N
• A partir de fenótipos: Para alelos recessivos, q² = frequência do fenótipo recessivo
• Múltiplos alelos: Σpi = 1 (soma de todas as frequências = 1)

Princípio do Equilíbrio

Em condições ideais, as frequências alélicas e genotípicas permanecem constantes através das gerações.

• Condições: População infinita, acasalamento aleatório, sem mutação, migração ou seleção
• Equilíbrio em uma geração: Atingido após um ciclo reprodutivo
• Modelo nulo: Base para detectar forças evolutivas

Pressupostos do Modelo

Condições necessárias para manutenção do equilíbrio.

• População infinita: Sem deriva genética
• Acasalamento aleatório: Panmixia
• Ausência de mutação: Frequências alélicas estáveis
• Sem migração: Fluxo gênico zero
• Sem seleção: Todos os genótipos têm igual aptidão

Teste do Equilíbrio

Métodos estatísticos para verificar se uma população está em equilíbrio H-W.

• Teste qui-quadrado: Compara frequências observadas vs esperadas
• Coeficiente de endogamia (F): Mede desvio da panmixia
• Interpretação: Desvios indicam ação de forças evolutivas

Conceito e Mecanismo

Mudanças aleatórias nas frequências alélicas devido ao tamanho finito das populações.

• Amostragem aleatória: Nem todos os indivíduos se reproduzem
• Intensidade: Inversamente proporcional ao tamanho populacional
• Direção: Imprevisível, pode aumentar ou diminuir frequências
• Consequência: Perda de variabilidade genética

Tamanho Efetivo da População (Ne)

Número de indivíduos que efetivamente contribuem para a próxima geração.

• Nem sempre igual ao censo: Nem todos se reproduzem
• Razão sexual: Ne = 4NmNf/(Nm + Nf)
• Variação no sucesso reprodutivo: Reduz Ne
• Gargalos populacionais: Redução drástica temporária

Ferramentas Básicas

Conjunto de técnicas e enzimas que permitem manipular DNA in vitro.

• Enzimas de restrição: Cortam DNA em sequências específicas
• DNA ligase: Une fragmentos de DNA
• Vetores: Plasmídeos, fagos, cosmídeos para clonagem
• Células hospedeiras: E. coli, leveduras, células de mamíferos

Processo de Clonagem

Etapas para inserir gene de interesse em vetor e expressar em hospedeiro.

• Isolamento: Extração e purificação do DNA
• Digestão: Corte com enzimas de restrição
• Ligação: Inserção do gene no vetor
• Transformação: Introdução em células competentes
• Seleção: Identificação de clones recombinantes

Sistemas de Expressão

Plataformas para produção de proteínas recombinantes.

• Procariotos: E. coli – rápido, barato, sem modificações pós-traducionais
• Leveduras: S. cerevisiae – eucarioto simples, algumas modificações
• Células de inseto: Baculovírus – modificações complexas
• Células de mamífero: CHO, HEK293 – modificações completas

Sistema CRISPR-Cas9

Tecnologia revolucionária para edição precisa do genoma baseada em sistema imune bacteriano.

• gRNA: RNA guia que direciona Cas9 para sequência alvo
• Cas9: Endonuclease que corta DNA dupla fita
• PAM: Motivo adjacente necessário para reconhecimento
• Reparo: NHEJ (inserções/deleções) ou HDR (edição precisa)

Outras Tecnologias de Edição

Sistemas alternativos para modificação genômica dirigida.

• TALENs: Nucleases efetoras tipo ativador de transcrição
• Zinc Finger Nucleases: Proteínas de fusão com domínios de ligação
• Base editing: Conversão de bases sem quebra dupla
• Prime editing: Inserções, deleções e substituições precisas

Aplicações da Edição Genômica

Usos atuais e potenciais da tecnologia CRISPR.

• Pesquisa básica: Knockout/knockin de genes
• Modelos animais: Criação de modelos de doenças
• Terapia gênica: Correção de mutações causadoras de doenças
• Agricultura: Melhoramento de culturas
• Biotecnologia: Produção de compostos de interesse

Melhoramento Clássico

Métodos tradicionais baseados em seleção e cruzamentos dirigidos.

• Seleção massal: Escolha de indivíduos superiores
• Hibridização: Cruzamento entre variedades/espécies
• Retrocruzamento: Introgressão de características
• Seleção recorrente: Ciclos de seleção e recombinação

Melhoramento Molecular

Uso de marcadores moleculares para acelerar o processo seletivo.

• MAS: Seleção assistida por marcadores
• QTL mapping: Mapeamento de locos quantitativos
• GWAS: Estudos de associação genômica ampla
• Seleção genômica: Predição baseada em genoma completo

Organismos Geneticamente Modificados (OGMs)

Organismos com genes introduzidos de outras espécies.

• Plantas transgênicas: Resistência a herbicidas, pragas, doenças
• Animais transgênicos: Modelos de pesquisa, produção de proteínas
• Microrganismos: Produção industrial de compostos
• Regulamentação: Avaliação de segurança e impacto ambiental

Herança Autossômica Dominante

Doenças causadas por alelos dominantes localizados em autossomos.

• Características: Afeta ambos os sexos igualmente
• Transmissão vertical: Pais afetados → filhos afetados
• Penetrância: Nem sempre 100%
• Expressividade: Variável entre indivíduos
• Exemplos: Huntington, Marfan, hipercolesterolemia familiar

Herança Autossômica Recessiva

Doenças que se manifestam apenas em homozigotos recessivos.

• Transmissão horizontal: Pais normais → filhos afetados
• Consanguinidade: Aumenta risco
• Portadores: Heterozigotos assintomáticos
• Exemplos: Fibrose cística, anemia falciforme, fenilcetonúria

Herança Ligada ao X

Doenças causadas por genes no cromossomo X.

• Predominância masculina: Homens hemizigóticos
• Transmissão cruzada: Mãe portadora → filho afetado
• Inativação do X: Mosaicismo em mulheres
• Exemplos: Hemofilia A e B, distrofia muscular de Duchenne

Herança Mitocondrial

Doenças causadas por mutações no DNA mitocondrial.

• Herança materna: Mitocôndrias do óvulo
• Heteroplasmia: Mistura de mitocôndrias normais e mutantes
• Efeito limiar: Sintomas aparecem com alta proporção de mutantes
• Exemplos: LHON, MELAS, MERRF

Erros Inatos do Metabolismo

Deficiências enzimáticas que afetam vias metabólicas específicas.

• Fenilcetonúria (PKU): Deficiência de fenilalanina hidroxilase
• Galactosemia: Deficiência na via da galactose
• Doença de Tay-Sachs: Deficiência de hexosaminidase A
• Tratamento: Dieta restritiva, reposição enzimática

Hemoglobinopatias

Doenças que afetam a estrutura ou produção de hemoglobina.

• Anemia falciforme: Mutação na β-globina (HbS)
• Talassemias: Redução na síntese de globinas
• α-talassemia: Deleções no cluster α-globina
• β-talassemia: Mutações no gene β-globina

Doenças de Depósito Lisossomal

Acúmulo de substratos devido à deficiência de enzimas lisossomais.

• Doença de Gaucher: Deficiência de glicocerebrosidase
• Doença de Pompe: Deficiência de α-glicosidase ácida
• Mucopolissacaridoses: Deficiências em enzimas de GAGs
• Terapia: Reposição enzimática, chaperonas

Características Gerais

Doenças resultantes da interação entre múltiplos genes e fatores ambientais.

• Herança multifatorial: Múltiplos genes de pequeno efeito
• Agregação familiar: Maior risco em parentes
• Herdabilidade: Proporção da variância genética
• Modelo limiar: Manifestação acima de determinado limiar

Exemplos de Doenças Complexas

Principais doenças multifatoriais na população humana.

• Diabetes tipo 2: Genes + dieta + exercício
• Hipertensão: Múltiplos genes + sal + stress
• Doenças cardiovasculares: Lipídios + inflamação + coagulação
• Câncer: Oncogenes + supressores tumorais + ambiente
• Doenças psiquiátricas: Esquizofrenia, depressão, autismo

Estudos de Associação (GWAS)

Metodologia para identificar variantes genéticas associadas a doenças complexas.

• SNPs: Polimorfismos de nucleotídeo único
• Casos vs controles: Comparação de frequências alélicas
• Correção múltipla: Ajuste para múltiplos testes
• Limitações: Missing heritability, efeitos pequenos

Princípios Básicos

Processo de comunicação sobre riscos genéticos e opções reprodutivas.

• Não diretivo: Informação sem imposição de decisões
• Confidencialidade: Proteção da informação genética
• Autonomia: Respeito às decisões do paciente
• Beneficência: Maximizar benefícios, minimizar danos

Cálculo de Riscos

Métodos para estimar probabilidades de recorrência.

• Risco empírico: Baseado em dados populacionais
• Análise de segregação: Padrão de herança na família
• Teorema de Bayes: Atualização de probabilidades
• Testes genéticos: Confirmação molecular

Diagnóstico Pré-natal

Métodos para detectar anomalias genéticas durante a gravidez.

• Ultrassonografia: Detecção de malformações
• Amniocentese: Análise do líquido amniótico
• Biópsia de vilo corial: Análise da placenta
• DNA fetal livre: Análise no sangue materno

Características Gerais dos Cordados

Características fundamentais que definem o filo Chordata.

• Notocorda: Estrutura de sustentação dorsal
• Tubo neural dorsal: Sistema nervoso centralizado
• Fendas faríngeas: Aberturas na faringe
• Cauda pós-anal: Extensão além do ânus

Peixes Cartilaginosos (Chondrichthyes)

Esqueleto cartilaginoso e adaptações para vida aquática.

• Esqueleto: Cartilagem calcificada
• Escamas: Placoides (dentículos dérmicos)
• Respiração: 5-7 pares de fendas branquiais
• Flutuação: Fígado rico em óleos
• Reprodução: Fecundação interna, ovíparos ou vivíparos

Peixes Ósseos (Osteichthyes)

Maior diversidade de vertebrados aquáticos.

• Esqueleto: Ósseo com opérculo
• Escamas: Ctenoides ou cicloides
• Bexiga natatória: Controle de flutuação
• Linha lateral: Detecção de vibrações
• Reprodução: Maioria ovípara com fecundação externa

Características Gerais

Primeiros vertebrados a colonizar o ambiente terrestre.

• Pele: Úmida, permeável, com glândulas mucosas
• Respiração: Pulmonar, cutânea e branquial (larvas)
• Circulação: Coração com 3 câmaras
• Reprodução: Dependente da água
• Metamorfose: Transformação de larva aquática para adulto

Ordens Principais

Diversidade morfológica e ecológica dos anfíbios.

• Anura: Sapos e rãs – adaptados para salto
• Caudata: Salamandras – corpo alongado com cauda
• Gymnophiona: Cecílias – corpo vermiforme, vida fossorial

Adaptações Fisiológicas

Estratégias para sobrevivência em ambientes variáveis.

• Respiração cutânea: Troca gasosa através da pele
• Osmorregulação: Controle do balanço hídrico
• Termorregulação: Ectotérmicos com comportamentos adaptativos
• Hibernação/Estivação: Dormência sazonal

Características Gerais

Primeiros vertebrados verdadeiramente terrestres.

• Pele: Seca, queratinizada, com escamas
• Ovo amniótico: Independência da água para reprodução
• Respiração: Exclusivamente pulmonar
• Circulação: Coração com 3 câmaras (4 em crocodilianos)
• Excreção: Ácido úrico (economia de água)

Ordens Principais

Diversidade adaptativa dos répteis modernos.

• Squamata: Serpentes e lagartos – maior diversidade
• Testudines: Tartarugas – carapaça protetora
• Crocodylia: Crocodilianos – predadores aquáticos
• Rhynchocephalia: Tuatara – “fóssil vivo”

Adaptações Especializadas

Estratégias evolutivas para diferentes nichos ecológicos.

• Serpentes: Locomoção sem membros, mandíbulas flexíveis
• Lagartos: Autotomia caudal, mudança de cor
• Tartarugas: Retração da cabeça e membros
• Crocodilianos: Válvulas nasais e auriculares

Características Gerais

Adaptações especializadas para o voo e vida aérea.

• Penas: Estruturas únicas para voo e isolamento
• Esqueleto: Ossos pneumáticos (ocos)
• Músculos de voo: Peitorais altamente desenvolvidos
• Sistema respiratório: Sacos aéreos e fluxo unidirecional
• Endotermia: Regulação térmica independente

Sistemas Especializados

Adaptações fisiológicas para alta demanda metabólica.

• Circulação: Coração com 4 câmaras, alta pressão
• Digestão: Papo, moela, cecos intestinais
• Excreção: Rins eficientes, ácido úrico
• Nervoso: Cerebelo desenvolvido para coordenação

Diversidade Ecológica

Adaptações para diferentes nichos e estratégias alimentares.

• Bicos especializados: Forma relacionada à dieta
• Pés adaptados: Natação, predação, empoleiramento
• Comportamento: Migração, territorialidade, cuidado parental
• Reprodução: Ovos com casca calcária, nidificação

Características Gerais

Grupo mais diversificado de vertebrados terrestres.

• Pelos: Isolamento térmico e proteção
• Glândulas mamárias: Produção de leite
• Endotermia: Regulação térmica precisa
• Cérebro: Neocórtex desenvolvido
• Dentes diferenciados: Especializados por função

Grupos Principais

Diversidade reprodutiva e morfológica.

• Monotremados: Ovíparos primitivos (ornitorrinco)
• Marsupiais: Desenvolvimento em marsúpio
• Placentários: Desenvolvimento intrauterino completo

Adaptações Especializadas

Conquista de diversos ambientes e nichos ecológicos.

• Aquáticos: Cetáceos, sirênios – adaptações hidrodinâmicas
• Voadores: Morcegos – membranas alares
• Fossoriais: Toupeiras – adaptações para escavação
• Arborícolas: Primatas – adaptações para vida nas árvores

Evolução do Sistema Digestório

Progressão da complexidade digestiva através dos grupos animais.

• Poríferos: Digestão intracelular, sem cavidade digestiva
• Cnidários: Cavidade gastrovascular, digestão extra e intracelular
• Platelmintos: Sistema incompleto, cavidade gastrovascular ramificada
• Nematelmintos: Primeiro sistema completo (boca → ânus)
• Vertebrados: Especialização regional e glândulas anexas

Tipos de Alimentação

Estratégias alimentares e adaptações morfológicas correspondentes.

• Filtradores: Poríferos, bivalves – filtração de partículas
• Predadores: Cnidários, cefalópodes – captura ativa
• Detritívoros: Anelídeos, equinodermos – matéria orgânica em decomposição
• Herbívoros: Ruminantes – digestão de celulose
• Carnívoros: Felinos – digestão de proteínas

Glândulas Digestivas

Estruturas especializadas na produção de enzimas e secreções.

• Glândulas salivares: Amilase, lubrificação
• Fígado: Bile, metabolismo, desintoxicação
• Pâncreas: Enzimas digestivas e hormônios
• Glândulas gástricas: HCl, pepsinogênio, fator intrínseco

Evolução do Sistema Circulatório

Progressão da complexidade circulatória através dos grupos animais.

• Poríferos/Cnidários: Sem sistema circulatório – difusão simples
• Platelmintos: Sem sistema – corpo achatado facilita difusão
• Nematelmintos: Pseudoceloma como sistema hidrostático
• Anelídeos: Sistema fechado com hemoglobina
• Artrópodes/Moluscos: Sistema aberto com hemolinfa
• Vertebrados: Sistema fechado com especializações

Tipos de Sistemas Circulatórios

Diferentes estratégias para transporte de substâncias.

• Sistema aberto: Hemolinfa banha diretamente os órgãos
• Sistema fechado: Sangue confinado em vasos
• Circulação simples: Sangue passa uma vez pelo coração
• Circulação dupla: Circuitos pulmonar e sistêmico separados

Evolução do Coração nos Vertebrados

Progressão da complexidade cardíaca.

• Peixes: 2 câmaras (1 átrio, 1 ventrículo)
• Anfíbios: 3 câmaras (2 átrios, 1 ventrículo)
• Répteis: 3 câmaras com septo parcial (crocodilianos: 4 câmaras)
• Aves/Mamíferos: 4 câmaras com separação completa

Estratégias Respiratórias

Diferentes mecanismos para troca gasosa nos grupos animais.

• Respiração cutânea: Poríferos, cnidários, platelmintos
• Brânquias: Anelídeos aquáticos, moluscos, peixes
• Sistema traqueal: Artrópodes terrestres
• Pulmões: Vertebrados terrestres
• Pulmões em livro: Aracnídeos

Adaptações Aquáticas vs Terrestres

Diferentes desafios respiratórios em cada ambiente.

• Meio aquático: Baixo O₂, alta densidade, fluxo unidirecional
• Meio terrestre: Alto O₂, baixa densidade, ventilação bidirecional
• Brânquias: Grande área superficial, contracorrente
• Pulmões: Superfície interna, ventilação ativa

Pigmentos Respiratórios

Proteínas especializadas no transporte de gases.

• Hemoglobina: Ferro, vertebrados e anelídeos
• Hemocianina: Cobre, moluscos e artrópodes
• Hemeritrina: Ferro, alguns invertebrados marinhos
• Clorocruorina: Ferro, alguns poliquetas

Evolução do Sistema Nervoso

Progressão da complexidade neural através dos grupos.

• Cnidários: Rede nervosa difusa, sem centralização
• Platelmintos: Gânglios cerebrais, cordões nervosos
• Anelídeos: Gânglio cerebral, cadeia ganglionar ventral
• Artrópodes: Cérebro tripartido, gânglios especializados
• Moluscos: Gânglios especializados (cefalópodes: cérebro complexo)
• Vertebrados: Tubo neural dorsal, encéfalo

Padrões de Organização

Diferentes arquiteturas do sistema nervoso.

• Rede difusa: Sem centro de controle
• Centralização: Concentração de neurônios
• Cefalização: Concentração anterior (cabeça)
• Segmentação: Gânglios repetidos por segmento

Sistemas Sensoriais

Diversidade de órgãos sensoriais nos diferentes grupos.

• Mecanorreceptores: Tato, audição, equilíbrio
• Quimiorreceptores: Olfato, paladar
• Fotorreceptores: Visão (ocelos, olhos compostos, olhos câmara)
• Eletrorreceptores: Peixes cartilaginosos
• Magnetorreceptores: Navegação em aves e tartarugas

Estratégias Reprodutivas

Diversidade de mecanismos reprodutivos nos animais.

• Reprodução assexuada: Brotamento, fragmentação, partenogênese
• Hermafroditismo: Simultâneo ou sequencial
• Sexos separados: Dioicos com dimorfismo sexual
• Fecundação: Externa (aquática) vs interna (terrestre)

Desenvolvimento Embrionário

Padrões de desenvolvimento nos diferentes grupos.

• Ovíparos: Desenvolvimento externo em ovos
• Vivíparos: Desenvolvimento interno com nutrição materna
• Ovovivíparos: Ovos retidos no corpo materno
• Metamorfose: Transformação pós-embrionária

Sistemas Excretores

Diferentes estratégias para eliminação de resíduos nitrogenados.

• Protonefrídios: Células-flama (platelmintos)
• Metanefrídios: Nefrídios segmentares (anelídeos)
• Túbulos de Malpighi: Artrópodes terrestres
• Rins: Vertebrados (pronefros, mesonefros, metanefros)

Formação dos Gametas

Processo de diferenciação celular que produz células reprodutivas especializadas.

• Espermatogênese: Formação de espermatozoides nos testículos
• Ovogênese: Formação de óvulos nos ovários
• Meiose: Divisão reducional que produz gametas haploides
• Diferenciação: Especialização morfológica e funcional

Espermatogênese

Processo contínuo de produção de espermatozoides.

• Fase mitótica: Espermatogônias se dividem
• Fase meiótica: Espermatócitos I e II
• Espermiogênese: Diferenciação em espermatozoides
• Duração: ~74 dias em humanos

Ovogênese

Processo cíclico de maturação dos óvulos.

• Fase de multiplicação: Mitoses das ovogônias (fase fetal)
• Fase de crescimento: Ovócitos I aumentam de tamanho
• Fase de maturação: Meiose I e II (ovulação)
• Parada meiótica: Ovócitos I em prófase I até ovulação

Processo de Fecundação

União dos gametas masculino e feminino formando o zigoto.

• Reconhecimento: Interação espermatozoide-óvulo espécie-específica
• Penetração: Reação acrossômica e fusão de membranas
• Ativação: Ondas de cálcio ativam o óvulo
• Cariogamia: Fusão dos núcleos haploides

Clivagem

Divisões mitóticas rápidas que fragmentam o zigoto.

• Holoblástica: Clivagem completa (ovos oligolécitos)
• Meroblástica: Clivagem parcial (ovos megalécitos)
• Padrões: Radial, espiral, bilateral
• Resultado: Formação da blástula

Tipos de Ovos

Classificação baseada na quantidade e distribuição do vitelo.

• Oligolécitos: Pouco vitelo, distribuição uniforme
• Heterolécitos: Vitelo concentrado em um polo
• Megalécitos: Muito vitelo, núcleo deslocado
• Centrolécitos: Vitelo central (artrópodes)

Processo de Gastrulação

Reorganização celular que estabelece os folhetos embrionários fundamentais.

• Movimentos celulares: Invaginação, involução, epibolia
• Blastóporo: Primeira abertura do embrião
• Arquêntero: Cavidade digestiva primitiva
• Resultado: Gástrula com folhetos definidos

Folhetos Embrionários

Camadas celulares que darão origem aos diferentes sistemas orgânicos.

• Ectoderme: Sistema nervoso, epiderme, anexos
• Mesoderme: Músculos, esqueleto, sistema circulatório
• Endoderme: Tubo digestivo, glândulas associadas
• Crista neural: Células migratórias do ectoderme

Protostômios vs Deuterostômios

Duas grandes linhagens baseadas no destino do blastóporo.

• Protostômios: Blastóporo → boca (artrópodes, moluscos)
• Deuterostômios: Blastóporo → ânus (equinodermos, cordados)
• Clivagem: Espiral vs radial
• Celoma: Esquizocélico vs enterocélico

Formação do Sistema Nervoso

Desenvolvimento do tubo neural a partir do ectoderme.

• Placa neural: Espessamento do ectoderme dorsal
• Dobramento: Formação das pregas neurais
• Fechamento: Fusão das pregas formando o tubo
• Regionalização: Diferenciação em encéfalo e medula

Crista Neural

População celular migratória exclusiva dos vertebrados.

• Origem: Borda da placa neural
• Migração: Rotas específicas pelo embrião
• Derivados: Gânglios, melanócitos, cartilagem facial
• Importância: “Quarto folheto embrionário”

Organogênese

Formação dos órgãos a partir dos folhetos embrionários.

• Indução: Sinais entre tecidos dirigem diferenciação
• Morfogênese: Mudanças de forma e estrutura
• Diferenciação: Especialização celular
• Crescimento: Aumento de tamanho e complexidade

Anexos Embrionários

Estruturas temporárias que auxiliam o desenvolvimento embrionário.

• Saco vitelínico: Nutrição em ovos com vitelo
• Âmnio: Proteção em meio líquido
• Córion: Trocas gasosas e proteção
• Alantóide: Excreção e vascularização
• Placenta: Nutrição e trocas materno-fetais

Desenvolvimento Direto vs Indireto

Diferentes estratégias de desenvolvimento pós-embrionário.

• Desenvolvimento direto: Jovem similar ao adulto
• Desenvolvimento indireto: Estágios larvais distintos
• Metamorfose: Transformação larva → adulto
• Vantagens: Redução de competição, exploração de nichos

Tipos de Metamorfose

Diferentes graus de transformação durante o desenvolvimento.

• Ametábola: Sem metamorfose (crescimento simples)
• Hemimetábola: Metamorfose incompleta (ninfas)
• Holometábola: Metamorfose completa (pupa)
• Hipermetamorfose: Múltiplos estágios larvais

Origem dos Animais

Evolução dos primeiros organismos multicelulares a partir de protistas.

• Hipótese colonial: Agregação de células flageladas
• Coanoflagelados: Grupo irmão dos animais
• Período Ediacarano: Primeiros fósseis de animais (~600 Ma)
• Explosão Cambriana: Diversificação rápida dos filos (~540 Ma)

Características Derivadas dos Animais

Sinapomorfias que definem o reino animal.

• Multicelularidade: Células especializadas e organizadas
• Heterotrofia: Nutrição por ingestão
• Ausência de parede celular: Flexibilidade morfológica
• Colágeno: Proteína estrutural exclusiva
• Junções celulares: Comunicação e adesão

Grandes Transições Evolutivas

Marcos importantes na evolução animal.

• Multicelularidade: Cooperação celular
• Simetria bilateral: Cefalização e movimento direcional
• Celoma: Cavidade corporal e complexidade orgânica
• Segmentação: Modularidade e especialização
• Esqueletização: Suporte e proteção

Princípios da Sistemática Filogenética

Método científico para reconstruir relações evolutivas.

• Homologia: Características derivadas de ancestral comum
• Sinapomorfia: Característica derivada compartilhada
• Plesiomorfia: Característica ancestral
• Homoplasia: Semelhança por convergência

Construção de Filogenias

Métodos para inferir árvores evolutivas.

• Análise cladística: Parcimônia, máxima verossimilhança
• Dados morfológicos: Características anatômicas
• Dados moleculares: Sequências de DNA/proteínas
• Calibração temporal: Relógio molecular e fósseis

Grandes Clados Animais

Principais grupos monofiléticos baseados em filogenias modernas.

• Parazoa: Poríferos (sem tecidos verdadeiros)
• Eumetazoa: Animais com tecidos
• Bilateria: Simetria bilateral
• Protostomia: Ecdysozoa + Spiralia
• Deuterostomia: Ambulacraria + Chordata

Conquista do Ambiente Aquático

Adaptações para vida na água – berço da vida animal.

• Flutuabilidade: Controle de densidade corporal
• Hidrodinâmica: Formas fusiformes, redução de arrasto
• Respiração aquática: Brânquias, superfícies especializadas
• Osmorregulação: Controle do balanço hídrico
• Locomoção: Natação, jato-propulsão

Transição para o Ambiente Terrestre

Desafios e soluções para a vida fora da água.

• Dessecação: Tegumentos impermeáveis, comportamentos
• Suporte corporal: Esqueletos rígidos, músculos
• Respiração aérea: Pulmões, sistema traqueal
• Reprodução: Fecundação interna, ovos com casca
• Locomoção: Membros, músculos especializados

Conquista do Ambiente Aéreo

Adaptações especializadas para o voo ativo.

• Superfícies de voo: Asas (insetos, aves, morcegos)
• Redução de peso: Ossos pneumáticos, estruturas ocas
• Metabolismo elevado: Sistemas circulatório e respiratório eficientes
• Navegação: Sistemas sensoriais especializados

Radiação Adaptativa

Diversificação rápida a partir de um ancestral comum.

• Explosão Cambriana: Origem dos principais filos
• Radiação dos mamíferos: Pós-extinção dos dinossauros
• Diversificação insular: Tentilhões de Darwin
• Fatores: Novos nichos, baixa competição

Convergência Evolutiva

Evolução independente de características similares.

• Voo: Insetos, aves, morcegos
• Ecolocalização: Morcegos, golfinhos
• Olhos câmara: Vertebrados, cefalópodes
• Forma corporal: Tubarões, golfinhos, ictiossauros

Coevolução

Evolução recíproca entre espécies interagentes.

• Predador-presa: Corrida armamentista evolutiva
• Polinizadores: Flores e insetos
• Parasita-hospedeiro: Adaptações mútuas
• Mutualismo: Benefícios recíprocos

Padrões Biogeográficos

Distribuição geográfica dos grupos animais e suas causas.

• Vicariância: Separação por barreiras geográficas
• Dispersão: Colonização ativa de novos territórios
• Endemismo: Espécies restritas a regiões específicas
• Regiões biogeográficas: Neártica, Paleártica, Oriental, etc.

Deriva Continental e Evolução

Impacto da movimentação dos continentes na diversificação animal.

• Pangeia: Supercontinente e fauna cosmopolita
• Fragmentação: Isolamento e especiação
• Pontes terrestres: Intercâmbio faunístico
• Ilhas: Laboratórios evolutivos

Mudanças Climáticas e Fauna

Influência das variações climáticas na evolução animal.

• Eras glaciais: Refúgios e recolonização
• Aquecimento global: Expansão de habitats tropicais
• Extinções: Perda de diversidade
• Adaptações: Tolerância térmica, migração