Organização Gênica de Organização Gênica de EucariotosEucariotos

Profª Marília Scopel Andrighetti

Classificação dos seres vivos de Classificação dos seres vivos de acordo com Woese (1977)acordo com Woese (1977)

Domínio EukaryaDomínio Eukarya

Reinos

Protistas (protozoários)

Fungi (fungos)

Plantae (vegetais)

Animalia (animais)

GENEGENE

Sequência nucleotídica necessária e suficiente para a síntese de um polipeptídeo ou de uma

molécula de RNA estável

Estrutura e expressão de um gene Estrutura e expressão de um gene eucarióticoeucariótico

Tamanho médio dos Tamanho médio dos genesgenes

Maiores em EucariotosE. coli – 0,9 kb

S. cerevisiae – 1.4 kbD. melanogaster – 11,3 kb

H. sapiens – 19,2 kb

Há uma tendência geral de aumento do número de genes interrompidos, do número de íntrons por gene e do tamanho dos íntrons individuais à medida que

se avança na escala evolutiva, o que determina que o tamanho médio dos genes (incluindo íntrons) seja

maior em organismos mais complexos

ÍntronsÍntrons

• Um gene contém em média 3,7 íntrons por kb de região codificadora

• No homem o número médio é de 5 íntrons por gene

• 94% dos genes contém íntrons

• O tamanho médio dos íntrons é de 125 pb

• O tamanho médio dos éxons é de 90 a 120 pb (30 a 40 aa)

A presença de íntrons nos genes eucarióticos, aparentemente, representa um enorme

desperdício celular

Então, porque a evolução nos presenteou com estas sequências?

Mecanismo de proteção contra mutaçõesDiversidade: genomas (splicing alternativo)

Regulação gênica...

Genomas Eucarióticos - Genomas Eucarióticos - Aspectos GeraisAspectos Gerais

• Genoma nuclear (gDNA): material genético contido no núcleo

• Genoma de organelas (mtDNA e ctDNA): mitocôndrias, cloroplastos

• DNA dividido em 2 ou mais cromossomos

• Geralmente diplóides: 2 conjuntos de cromossomos

• Podem ser haplóides (leveduras e alguns fungos com 1 conjunto) ou poliplóides (3 ou mais cópias de cada cromossomo)

• Dois ou mais cromossomos lineares

Célula Célula animalanimal

Célula Célula vegetalvegetal

Número de cromossomos em Número de cromossomos em alguns organismosalguns organismos

CARIÓTIPCARIÓTIPOO

conjunto

cromossômico

Cariótipo normal Síndrome de Down

Síndrome de Turner Síndrome de Cri du chat

Conteúdo de DNA por genoma Conteúdo de DNA por genoma haplóide = Valor Chaplóide = Valor C

Procariotos: 5 x 10 Procariotos: 5 x 10 55 e 10 e 10 77pb - Eucariotos: 10pb - Eucariotos: 1077 a 10 a 101111

Quanto mais complexo o organismo, maior o valor CQuanto mais complexo o organismo, maior o valor C

Conteúdo de DNA por genoma Conteúdo de DNA por genoma haplóide = Valor Chaplóide = Valor C

Procariotos: 5 x 10 Procariotos: 5 x 10 55 e 10 e 10 77pb - Eucariotos: 10pb - Eucariotos: 1077 a 10 a 101111

Quanto mais complexo o organismo, maior o valor CQuanto mais complexo o organismo, maior o valor C

Paradoxo do Valor CParadoxo do Valor C

• É a impossibilidade de correlacionar o tamanho do genoma (valor C) com a complexidade das características morfológicas, fisiológicas e comportamentais do organismo.

• Resultado da presença de sequências de DNA repetida

reduzido

Acredita-se que o número total de genes seja proporcional ao aumento da complexidade dos organismos

Número de proteínas maior do que o número de genesGeração de múltiplas cópias de RNA a partir de um único gene

Gene da proteína 4.1 de eritrócitos humanos

Número de proteínas Número de proteínas ≠ ≠ número de genesnúmero de genes

Produz 18 isoformas da proteína, a partir do uso de 2 códons de início de tradução alternativos e por

splicing alternativo de 12 dos seus 23 éxons

Cinética de renaturação de um genoma eucarióticoCinética de renaturação de um genoma eucariótico: estimativa da fração de um genoma que corresponde a sequências únicas ou

repetidas

DNA extraído é fragmentado, desnaturado e renaturado. A proporção de moléculas renaturadas em relação às desnaturadas é

analisada em função do tempo

Quanto maior for a proporção de sequências únicas no genoma, maior será o tempo necessário para renaturação. Sequências repetidas tem

maior velocidade no processo de renaturação

Classes de sequênciasClasses de sequências

Sequências altamente repetitivas

(pouco complexas)

Sequências moderadamente repetitivas

Sequências não-repetitivas (muito complexas)

Famílias gênicasFamílias gênicas

• 25 a 50% dos genes são de cópia única (não repetitivo)

• Família gênica: possuem sequências com grau variado de similaridade entre si – 30% a 40 % de identidade. Tem funções relacionadas ou idênticas, mas podem ser expressos em diferentes estágios.

Agrupamento de genes ou espalhados pelo genoma

Moderadamente repetitivos:

– Genes que codificam tRNAs: > 1300 cópias no homem– Genes que codificam rRNA: de 100 a 200 cópias por genoma– Genes que codificam histonas: 300 a 1.000 cópias (ouriço-do-mar)

Sequência de DNA Sequência de DNA repetitivorepetitivo

• DNA de sequência simples– Sequência curta (5 a 10 pb) repetida milhares de vezes em

tandem. Representa 10 a 15% do DNA de mamíferos

• Fração de reassociação intermediária: sequências moderadamente repetitivas (25 a 40% do DNA). Maior parte derivada de sequências de famílias de elementos transponíveis– Transposons: capazes de mudar de posição no genoma

(transposase)– Retrotrasposons: movimento é mediado por um RNA e envolve

uma etapa de transcrição reversa de seu RNA.

Genomas de OrganelasGenomas de Organelas

Genomas Extranucleares: codificam funções relacionadas ao metabolismo das próprias organelas

• Mitocôndrias – mtDNA

• Plastídios: família de organelas vegetais– Cloroplastos– Cromoplastos– Amiloplastos– Elaioplastos

ctDNA

Estrutura de um Gene de Estrutura de um Gene de ProcariotoProcarioto

Promotor Região Codificadora Terminador

Promotor Região Codificadora Sítio de PoliA

hnRNA

AAAAAAAAAA

mRNA

AAAAAAAAAA

Exon

Intron

DN

ARNA

Estrutura de um Gene de EucariotoEstrutura de um Gene de Eucarioto