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Aula 2

Organização dos genomas dos Procariotos e dos Eucariotos

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Genoma = conjunto de genes e seqüências intergênicas de DNA de todos os cromossomos de uma célula.

Um genoma, seja ele de um procarioto ou de um eucarioto, possui sempre a mesma função básica, que é a de servir como um repositório replicativo da informação codificada pelo DNA que o constitui.

Todas as características de uma espécie, da morfologiaà senescência estão armazenadas no DNA da espécie, no seu genoma.

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Célula procariota (bactérias)

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Células Eucarióticas

célula animal

célula vegetal

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A molécula do DNA está organizada em estruturas chamadas CROMOSSOMOS.

Bactérias e vírus = um único cromossomo

Organismos eucariotos = muitos cromossomosex: Levedura possui 16 milho possui 20 humanos possui 46

O tamanho da molécula do DNA é freqüentemente muito maior que o compartimento que a contém.

Assim, o empacotamento do DNA no cromossomo.precisa ser precisamente organizado

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Bacteriófago T2 envolto da sua molécula de DNA, Foi liberadopela lise do bacteriófago que está disperso em água.

O tamanho do DNA é aprox. 3500 vezes maior que a partículado bacteriófago.

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Bactéria contém mais DNA que os vírus ( aprox. 20 vezes)

DNA em E. coli (e na maioria das bactérias): • fita dupla • é circular• localiza-se nos nucleóides• Possui DNA extra-cromossomal = Plasmídeos

DNA corado fluoresce quandoexposto a luz UV.Algumas células temo DNA replicado, masa célula não sofreudivisão celular, porissoaparece multiplosnucleóides.

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Plasmídeos carregam informação genética, tem origem de replicação para produzir cópias que passam para células filhas na divisão celular

DNA de uma célula de

E. coli lisada. (setas

indicam plasmídeos)

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Bactéria geralmente tem somente um cromossomo por célula.

Cada cromossomo contém somente uma cópia dos genes. Poucos genes como os rRNA estão repetidos várias vezes no genoma.

Seqüências dos genes estruturais e de regulação representam o DNA dos organismos procariotos.

Em geral, quase todos os genes são precisamente colinear com a seqüência de aminoácidos pelo qual ele codifica (isto significa dizer que há uma exata equivalência entre a seqüência de nucleotídeos do gene e a seqüência de aminoácidos da proteína).

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Colinearidade:cada códon de 3 nucleotídeoscodifica um aminoácido. Paracodificar uma proteína com n aminoácidos é necessário um gene correspondente com 3npares de bases.

Nos eucariotos, a organização dos genes nem sempre é colinear pois um grande número de genes apresentam interrupções na sua seqüências nucleotídica.

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Genomas Procarióticos:

Haemophilus influenzae Mycoplasma genitalium

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Mapa genéticoXylella fastidiosa

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Em procariotos, genes que codificam produtos com funções relacionadas – componentes de uma mesma via metabólica, por exemplo – ocupam posições adjacentes no cromossomo e são co-transcritos Cada um desses grupos de genes estruturais contíguos representa, funcionalmente, uma única unidade genética que é controlada a partir de seqüências regulatórias comuns.

Este conjunto (genes estruturais + seqüências regulatórias) recebe o nome de operon.

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Os genes de um operon são transcritos num únicoRNA mensageiro (mRNA), que é, por isso chamado depolicistrônico.

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Células eucariotas possuem mais de um cromossomo.

Cada cromossomo possui um número característico degenes.

• A quantidade de DNA chega a ser 4 a 100 vezes maior que a quantidade de DNA presente em E.coli, dependendo do organismo.

célula vegetal

DNA nuclear +DNA cloroplastidial +DNA mitocondrial

DNA nuclear +DNA mitocondrial

célula animal

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O 1º nível de organização: os cromossomos

c = centrômeroTelomero Telomero

Centrômero: funciona como o local onde se prendem asproteínas que ligam os cromossomos aos microtúbulosna divisão mitótica.

Telômero: possuem seqüências localizadas nas extremidades dos cromossomos linear para dar estabilidade

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A organização dos genes no DNA eucariótico é bastantecomplexo ao nível estrutural e funcional.

Existe seqüências curtas de ~10 pares de bases (pb) quesão repetidas milhões de vezes por célula, sendo classificados como segmentos altamente repetitivos echamados de DNA satélite porque a composição das basessão geralmente não usuais, permitindo a separação do resto do DNA.

DNA satélite não codificam proteínas ou RNAs

Seqüências de DNA satélite possuem entre 5 a 10 pb, quese repetem em tandem (lado a lado e na mesma orientação)

Nos centrômeros e telômeros concentram-se os DNA satélites.

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O DNA, além de apresentar uma estrutura secundáriada dupla hélice, também assume uma conformaçãotridimensional denominada supertorcida, superenroladaou super-hélice.

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O superenrolamento do DNA é importante para compactar o DNA e assim caber dentro da célula. Isto implica em um alto grau de organização estrutural para permitir acesso da informação contida no DNA para os processos de replicação e transcrição.

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Cromatina = DNA + proteína ( histonas e não-histônicas)

Estrutura de um nucleossomo(150 a 250 pb de DNA associados a 2 cópias das proteínas chamadas de histonas (H2A, H2B, H3 e H4)e uma histona H1 externa

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• Representação esquemática do DNA cromossomico preso aum scaffold nuclear.

• Cada dobra representa mais uma compactação.

• Dentro dos loops estão genescom funções relacionadas.

Microscopia eletrônica da estrutura

Compactação dos nucleossomos

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Modêlo da organização de um cromossomo eucariótico

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Genoma (DNA)

Gene (informação genética)

RNAm

transcrição

tradução

Proteína(função)

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Genomas codificam por essencialmente o mesmonúmero de genes, embora o tamanho dos genomasvariem muito.

Ex. milho e sorgo são plantas bastante relacionadas, ambas tem 10 cromossomos, mas o genoma de milhoé 3X maior que o genoma de sorgo.

Quando fragmento de DNA de milho foram usados parahibridizar com seqüências de sorgo, homologiafoi obtida predominantemente em seqüências de baixonúmero de cópias e seqüências únicas.

O DNA que representa a diferença no tamanho do genoma de milho e sorgo está principalmente na região não codificadora repetitiva entre os genes.

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Assim, conclui-se que a maioria do DNA nuclear tem função na estrutura e organização do genoma mas não contribui diretamente para sua capacidade de codificar proteínas.

Arabidopsisthaliana

Fritillariaassyriaca

10 X 107 1 X 1011

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valores C (pares de base de genomas haplóides) devários organismos.

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Genes eucarióticos estão organizados dentro de umaregião regulatória (promotor) e uma região que contéma seqüência que codifica para uma proteína.

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Nem todos os DNA repetitivos são sequencias não0codificadoras.

Algumas famílias genicas consistem de genes repetidosnumerosas vezes em cluster de genes ou repetições em tandem. Cada gene é regulado individualmente.

Tais genes codificam por produtos genicos que estãoem grande demanda como ex: proteínas de armazena-mento em sementes, Rubisco, proteínas do complexode captação de luz na fotossíntese.

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Genes ribossomais são repetidos milhares de vezes

na região do genoma chamada de região de organização

nucleolar e representa uma das maiores famílias de

seqüências repetitiva em organismos eucariotos.

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As histonas, também são necessárias em grandequantidade na célula. Os 5 genes das histonas estãoarranjados em um cluster, e o cluster completo érepetido 10 a 600 vezes.

A região codificadora dos genes das histonas sãoaltamente conservados, mesmo entre espéciesdiferentes, mas sua organização dentro dos clustersvaria nos organismos.

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Espécies de plantas relacionadas mostram organizaçãoevolucionaria conservada e arranjos dos genes de cópiaúnica.

Mapeamento de genomas revelaram que longos segmentosdo cromossomos são freqüentemente conservados entre espécies relacionadas.

Milho e sorgo contem muitos dos mesmos genes e gruposde ligação estão no mesmo locus.

Esta colinearidade de locus é chamada de sintenia.

Na família das Solanáceas também contem seções conservadas nos genomas: Tomate e batata

Nas gramíneas: centeio e trigo

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Muitos genes de milhoe sorgo estão organizadosem posições semelhantes no genoma destas plantas.

Uma comparação do mapagenético dos cromossomos1 e 2 de mjlho com os mapas de vários grupos de ligaçãode sorgo mostra o genomadas duas gramíneas semelhantemente organizadocom respeito a posiçãorelativa dos genes.