ORGANIZAÇÃO E REGULAÇÃO DO

MATERIAL GENÉTICO

Onde se encontra localizado o material genético nas células?

O material genético encontra-se organizado em cromossomas.

E.Coli contém cerca de 4 X 106 bases que se encontram organizadas num único cromossoma circular.

Uma célula eucariótica possui muito mais DNA que uma célula procariótica.

Encontra-se organizado em diversas moléculas no núcleo os cromossomas

O DNA encontra-se altamente organizado, sob a forma de cromossomas.O DNA encontra-se enrolado numa estrutura muito condensada, com elevado grau de empacotamento.

Estrutura do cromossoma

Gene

Unidade fundamental física e funcional da hereditariedade, que leva a informação de uma geração à seguinte. É um segmento de DNA com informação para sintetizar uma determinada proteína.

O Genoma é o conjunto de genes que existe num indivíduo

Cariótipo masculino

Cariótipo feminino

A espécie humana possui 46 cromossomas, divididos em 23 pares

Cariótipo

Que procedimentos permitem visualizar o cariótipo ?

Questão :Os investigadores utilizam determinadas drogas

que estimulam a divisão antes de iniciar o processo de observação do cariótipo. Porquê?

Colchicina Colchicina ou colquicina é uma alcalóide

altamente venenoso, originalmente extraído das plantas Colchicum. É uma substância que inibe a polimerização das proteínas do fuso mitótico, parando a divisão celular na metáfase. Ela é usada principalmente para se fazer o cariótipo da célula que se quer estudar, pois na metáfase os cromossomas se encontram no maior grau de condensação, facilitando a observação ao microscópio.

Actualmente vem sendo investigado o seu uso potencial como uma droga anti-cancerígena.

Qual a vantagem de elaborar cariótipos?

•Mapeamento dos genes (localização).•Detecção de anomalias cromossómicas.•Distinção das diferentes espécies.

Homem Porco Mosca

Qual a importância da sequenciação dos genomas?

• A sequenciação do genoma humano é apenas o início, pois não fornece todos os dados acerca do funcionamento e regulação dos genes.•Permitirá obter dados importantes para o diagnóstico antecipado de doenças e respectivo tratamento.

A dimensão do genoma não reflecte o grau de

complexidade do organismo, pois muito do DNA não codifica

para proteínas

A Mitose permite que as células filhas recebam uma cópia de todos os cromossomas presentes na célula mãe

Como ocorre a expressão da informação genética?

Recordar alguns conceitos de 11º ano

ACTIVIDADE:

TRANSCRiÇÃO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA.

1. indique o nome da enzima que medeia o processo de síntese da molécula de RNA.

2. Descreva, de forma sucinta, o processo de transcrição do RNA.

3. Que porções do RNA (intrões ou exões) serão responsáveis pela síntese de proteínas?

4. Onde ocorrem, respectivamente a transcrição e a tradução?5. Em que difere o mRNA acabado de transcrever e o mRNA funcional?

6. Mencione 4 intervenientes na síntese de proteínas que actuam no citoplasma.

TRADUÇÃO DA

INFORMAÇÃO GENÉTICA

NUCLEONUCLEOCromatinaCromatina

DNADNA

TranscriçãoTranscrição

ProcessamentoProcessamento

CAPCAPCaudaCauda

mRNAmRNA

EXONEXON

INTRONINTRON

RNARNA

CITOPLASMA CÉLULACITOPLASMA CÉLULAmRNAmRNA

TraduçãoTradução

Degradação Degradação do mRNAdo mRNA

PolipeptídeoPolipeptídeo

Proteína AtivaProteína Ativa

Proteína DegradadaProteína Degradada

DETERMINAÇÃO GENÉTICA DO SEXONa maioria das espécies animais a determinação do sexo depende do número ou tipo de cromossomas

Herança do sexo na espécie humana

O cromossoma Y possui uma região para a determinação do sexo (região SRY) que determina a masculinidade. Admite-se que a partir das 6 semanas um gene da região SRY seja activado nos rapazes iniciando-se a produção de hormonas sexuais que estimulam a diferenciação dos órgãos sexuais masculinos. A ausência dessas hormonas conduz à diferenciação de órgãos femininos.

Como justificar a diferenciação?Como justificar a diferenciação?

Como justificar a diversidade de células?Como justificar a diversidade de células?Devido ao processo de diferenciaçãoDevido ao processo de diferenciação

O qual resulta da regulação da O qual resulta da regulação da expressão dos seus genesexpressão dos seus genes

Em cada célula apenas uma parte do seu Em cada célula apenas uma parte do seu genoma está a ser expresso, sendo esse genoma está a ser expresso, sendo esse conjunto de genes responsável pelas conjunto de genes responsável pelas características da célula.características da célula.

A regulação genética é importante, pois é responsável pela capacidade que apresenta os seres vivos na resposta a alterações do meio, na diferenciação celular e no progresso ao longo das diferentes etapas do desenvolvimento

Um exemplo é a activação de diferentes genes responsáveis pela codificação das globinas da hemoglobina desde o embrião ao estado adulto. São assim produzidas hemoglobinas com diferentes afinidades para o oxigénio garantido um fornecimento adequado desse gás nas várias fases da vida

Apresentaram em 1961 o resultados dos seus trabalhos relativos à regulação génica em

bactérias (Escherichia coli), do qual receberam um Prémio Nobel (1965).

Monod e Jacob

Se no meio existir glicose, a bactéria utiliza este monossacarídeo como fonte de

energia. Se a concentração de glicose baixar ou for nula, a bactéria recorre à

lactose como fonte alternativa de energia.

Mas, para tal, é preciso que a bactéria sintetize três enzimas....

Z Y A (β-galactosidase)

Hidrolisa a lactose libertando glicose e galactose

(lactose permease)Permite a passagem da lactose

através da sua membrana celular

(Galactose transacetilase)(O papel desta enzima continua por

clarificar)

... cujos genes se localizam numa secção contínua da molécula de DNA.

A lactose permease permite a passagem da lactose para a célula e a ß –galactosidase hidrolisa a lactose libertando-se glicose e galactose

Operão lac

OPERÃO LAC

Genes estruturais

responsáveis pela síntese das enzimas

Controla o acesso da RNA polimerase aos

genes estruturais

Local onde se vai ligar a RNA

polimerase, dando inicio à transcrição

Localizado fora do operão, codifica uma proteína repressora

Ao conjunto dos genes estruturais com funções relacionadas e dos genes que os controlam chama-se operão, neste caso operão lac ou operão da lactose.

Operão lac

... a proteína (repressor) vai ligar-se à lactose (indutor), deixando o operador livre, permitindo a passagem da RNA polimerase para realizar a transcrição.

Formam-se as enzimas necessárias à degradação da lactose e obtenção de energia.

Na presença de lactose....

Na ausência/baixa concentração de lactose... (devido à acção catalítica das enzimas)

Operão lac

... O repressor deixa de ter lactose disponível e vai ligar-se à cadeia de DNA (no local do operador), impedindo a passagem da RNA polimerase.

Deste modo não ocorre transcrição dos genes estruturais e, consequentemente, não se produzem mais as enzimas Z, Y e A (que

catalizam a lactose)

A lactose não é degradada, garantindo-se uma poupança de recursos, devido aos fenómenos de autorregulação

descritos.

Como mecanismos de controlo da transcrição temos outras proteínas que se podem ligar ao DNA impedindo que a RNA polimerase avance (controlando a produção de RNA mensageiro, consoante as necessidades).

Assim sendo, aqueles compostos que induzem a transcrição (geralmente proteínas) são designados de indutores – Ex: Lactose

Por este facto o operão da lactose é por vezes designado operão indutível

CONCLUSÃO...

SEM LACTOSESEM LACTOSE

PROTEÍNA PROTEÍNA REPRESSORAREPRESSORA

A B CA B CGENES ESTRUTURAISGENES ESTRUTURAIS

PROMOTOR OPERADORPROMOTOR OPERADOR

OPERÃO LAC

OPERÃO LAC

RNA RNA POLIMERASEPOLIMERASE

Não ocorre transcrição dos genes estruturais

PROTEÍNA PROTEÍNA REPRESSORAREPRESSORA

A B CA B CGENES ESTRUTURAISGENES ESTRUTURAIS

PROMOTOR OPERADORPROMOTOR OPERADOR

LACTOSELACTOSE

A B CA B CGENES ESTRUTURAISGENES ESTRUTURAIS

PROMOTOR OPERADORPROMOTOR OPERADOR

LACTOSELACTOSE

REPRESSORREPRESSOR

RNA RNA POLIMERASEPOLIMERASE

mRNAmRNA

Os genes estruturais são transcritos

Existe um outro tipo de operão – Existe um outro tipo de operão – Operão RepressívelOperão Repressível, normalmente associado , normalmente associado ao controlo de genes envolvidos em reacções de anabolismo, essenciais à célula, ao controlo de genes envolvidos em reacções de anabolismo, essenciais à célula, como por exemplo aminoácidos – Triptofano (trp) como por exemplo aminoácidos – Triptofano (trp)

OPERÃO TRP

Regulação Genética nos Procariontes – Operão trpOperão trp

Na ausência de triptofano, o gene regulador produz um repressor que é inactivo. Deste modo, o gene operador fica livre e ocorre a transcrição dos genes estruturais, sintetizando-se as enzimas.

O triptofano é considerado co-repressor, porque quando está presente, liga-se ao repressor activando-o. Este complexo formado pelo repressor e pelo triptofano liga-se ao operador impedindo a transcrição dos genes estruturais e, consequentemente, a produção das enzimas.

Os mecanismos de regulação do operão lac são do tipo indutivo, enquanto que os mecanismos de regulação do operão trp são do tipo repressivo.

Os genes que se expressam numa determinada situação dependem das interacções que o ambiente estabelece com o DNA. A herança genética não é nenhum fatalismo e a presença de determinados genes não é sinónimo da sua expressão. Muitos dos genes que constituem o genoma podem nunca se expressar, dependendo do contexto e das interacções que factores endógenos e exógenos exercem sobre o DNA.

Regulão

Nas situações anteriores, cada tipo de operão (lactose ou triptofano) é controlado por um regulador diferente. Contudo, existem situações em que um grupo de

operões é controlado por um único tipo de regulador.

A activação/repressão dos regulões depende de alterações ambientais (variações de temperatura, água, oxigénio, etc.) e desta forma, é possível responder mais rapidamente às

modificações ambientais.

Ao activar os operões com o mesmo regulador, obtêm-se uma eficiente conversão de diferentes glícidos, satisfazendo mais

rapidamente as necessidades da célula neste nutriente.

Controlo da Expressão Génica nas células Eucarióticas

Possíveis pontos em que o controlo da expressão génica pode ser efectuado, nas células eucarióticas

Controlo da Expressão Génica nas células Eucarióticas

Possíveis pontos em que o controlo da expressão génica pode ser efectuado, nas células eucarióticas

Regulação em Eucariontes• Apenas uma pequena parte do genoma dos

eucariontes é ocupada por genes que codificam proteínas.

• O número de proteínas produzidas pelos eucariontes excede largamente o número de genes. Este facto pode ser explicado tendo em consideração o seguinte:• os exões codificam sequências de aminoácidos,

designadas domínios, que podem fazer parte de mais do que uma proteína. Diferentes combinações de exões formam diferentes proteínas;

• sequências de DNA, que funcionam como intrões num determinado contexto, podem funcionar como exões e codificar proteínas num contexto diferente.

Como se encontra organizado o material genético extranuclear?

•Presente nas mitocôndrias e nos cloroplastos.•O material genético encontra-se em diversos cromossomas circulares, cujo processo de replicação é independente do material nuclear.•Codificam para proteínas associadas ao metabolismo de cada organelo, embora dependam do núcleo, pois as maioria das suas proteínas ou subunidades são expressas a partir de genes nucleares .

Experiências de CorrensTransmissão da coloração das folhas em Mirabillis japala

Correns concluiu que a pigmentação das folhas dependia apenas do progenitor feminino sem qualquer intervenção do progenitor masculino. Mas tarde descobriu-se que o padrão de coloração das folhas era determinada por genes presentes nos plastídeos e como o zigoto na maioria das plantas recebe todos os plastídeos do gâmeta feminino justifica-se a transmissão pela linha feminina.

As células humanas possuem mitocôndrias com várias cópias de uma molécula de DNA com cerca de 37 genes.A transmissão do material genético das mitocondrias é transmitida à descendência apenas pelas mães uma vez as mitocôndrias do espermatozóide não contribuem para a formação do zigoto.

TRANSMISSÃO DE UMA DOENÇA QUE RESULTA DE ALTERAÇÕES NO DNA MITOCONDRIAL