Organização Gênica de Organização Gênica de EucariotosEucariotos

Biologia MolecularProfª.Marília Scopel Andrighetti

O genoma encontra-se envolvido por uma membrana nuclear (carioteca).

Aspectos comuns:

Interrupções nas sequências de genes(éxons-íntrons); Abundância de sequências repetidas; Grandes porções do genoma sem função codificante ou

regulatória.

Os genomas eucarióticos são consideravelmente maiores que os procarióticos, variando de tamanho conforme a espécie.

Valor C:Valor C:Quantidade de DNA presente no genoma (haplóide) expressa em pb, característica para cada espécie;

Paradoxo do Valor C: Paradoxo do Valor C: Impossibilidade de correlacionar o tamanho do genoma com a complexidade morfológica dos organismos.

Ex: mamíferos e insetos podem ter genomas com tamanhos similares.

Quanto maior for a complexidade do genoma (número de sequências diferentes), menor é a velocidade de renaturação;

Sequências repetidas reassociam mais rapidamente do que sequências únicas.

DNA não repetitivo: DNA não repetitivo:

Componente lento de renaturação;Única classe encontrada em procariotos;Genes estruturais;Genes com menos de 10 cópias; Ex: genes da hemoglobina e do colágeno, necessários

em grandes quantidades – desde que possuam promotores adequados, podem suprir grandes demandas de produtos gênicos.

Frequência de RepetiçãoFrequência de Repetição

DNA repetitivo: DNA repetitivo:

Componente rápido de renaturação;

Famílias de sequências bastante relacionadas;

Membros de uma família são sequências curtas e similares – as diferenças ocorrem por inserções, substituições e deleções, já que a repetitividade facilita o crossing-over;

Em humanos, 30% do genoma é sequência repetitiva pelo menos 20 vezes;

Frequência de RepetiçãoFrequência de Repetição

DNA moderadamente repetitivo: DNA moderadamente repetitivo:

Componente intermediário de renaturação;Número intermediário de repetições.

Frequência de RepetiçãoFrequência de Repetição

Há uma tendência ao longo da escala evolutiva para o aumento do número de sequências repetidas, associado ao aumento do tamanho do genoma

ExceçõesExceções

Alguns genes estruturais são DNA repetitivo:Genes para rRNA e histonas.

rRNArRNA –– arranjados em tandem em mais de 100 cópias pelo genoma, localizados em regiões dos cromossomos associadas a nucléolos;

Histonas –Histonas – múltiplas cópias ao longo do genoma.

Eucariotos e arquebactérias – genes com sequências descontínuas;

Regiões adicionais podem interromper tanto regiões codificantes quanto regiões adjacentes a elas;

Éxon Éxon = sequência codificante de um gene ÍntronÍntron = sequência interveniente. Constitui a

maior parte do gene.

Genes InterrompidosGenes Interrompidos

DNATranscrição

Transcrito primáriocom íntrons Splicing

mRNA maduro

Eucariotos superiores Eucariotos superiores = maioria com íntrons. Exceção: genes de histonas;

Eucariotos inferioresEucariotos inferiores = poucos com íntrons.

Eucariotos inferiores e eubactérias = possivelmente perderam seus íntrons ao longo da evolução para ficarem melhor adaptados a ciclos de multiplicação extremamente rápidos.

Cada éxon codifica uma estrutura funcional da proteína = domínio protéico

Splicing alternativo: Splicing alternativo: potencialidade de gerar uma série de proteínas diferentes, através do processamento diferenciado do transcrito primário. Mecanismo regulado espacial e temporalmente.

Genes descendentes de um ancestral comum por duplicação e posterior mutações menores acumuladas ao longo da evolução;

Família de GenesFamília de Genes

Membros de uma família gênica agrupados em uma mesma região;

Mantém a identidade, pois sofrem processos coevolutivos;

Famílias com genes dispersos pelo genoma (translocação), tendem a divergir suas sequências uma das outras.

ClustersClusters

Membros de uma família tem funções relacionadas ou idênticas, embora possam ser expressas em diferentes estágios, ou células;

Hemoglobina: hemoglobinas em estágios

Actina: células

ClustersClusters

Sequências não funcionais descendentes de genes funcionais, mas que tornaram-se inativas pelo acúmulo de mutações;

O locus que corresponde a um pseudogene em uma espécie pode ser ativo em outra.

Pseudogenes Pseudogenes

CromatinaCromatinaDNA eucarioto associado a uma série de proteínas

nucleares específicas, denominadas HISTONAS.

Eucromatina: estado menor de compactação;Heterocromatina: cromatina densamente

compactada;Cromossomo: toda cromatina muito mais

condensada (mitose e meiose).

Compactação do Material GenéticoCompactação do Material Genético

Eucromatina: cromatina ativa;Heterocromatina e Cromossomo: cromatina inativa;

Os 3 são diferentes graus de compactação;Cromossomos mitóticos e meióticos têm estrutura de

5 a 10 vezes mais compactada do que a cromatina interfásica.

Proteínas que formam a cromatina se dividem em histônicas e não histônicas;

A massa de proteínas histônicas é igual a massa total de DNA presente na célula.

Histonas: Histonas: Pequenas proteínas básicas (+), pois apresentam aminoácidos lisina e arginina em grandes quantidades.

A alcalinidade facilita com que ela interajam com o DNA (carregado negativamente).

Estrutura Molecular da CromatinaEstrutura Molecular da Cromatina

As histonas estão divididas em 5 classes, de acordo com a proporção de cada tipo de aminoácido básico

H1, H2A, H2B, H3 e H4

H3 e H4: sequências idênticas em organismos pouco relacionados (altamente conservadas). Possivelmente apresentam a mesma função;

H2A e H2B: variação espécie específica; H1: homologia parcial dos aminoácidos, variando entre

espécies.

HistonasHistonas

Estão em número muito menor do que as histônicas;

Estruturam a cromatina em níveis mais elevados de organização, enquanto que as histonas fazem a organização básica do material genético.

As proteínas não-histônicas proporcionam condições para que haja associações entre histonas e cromatinas.

Proteínas não histônicasProteínas não histônicas

Unidade estrutural básica da cromatina;DNA de aproximadamente 200pb + 2 cópias de

cada histona central: H2A, H2B, H3 e H4;Formam um octâmero de histonas.

NucleossomosNucleossomos

Externamente encontra-se a histona H1 – junta nucleossomos adjacentes entre si;

O DNA de ligação é o espaçador entre os nucleossomos;

O DNA dá 2 voltas em torno do octâmero;H3 e H4: ocupam o centro ( contato com o DNA);H2A e H2B: ocupam as extremidades.

NucleossomosNucleossomos

Fibra de 10nm: Fibra de 10nm: 1º estágio de compactação da cromatina; são nucleossomos associados lado a lado;

O primeiro nucleossomo se posiciona em um sítio preferencial e os demais de acordo com a periodicidade;

Sequências específicas ficam expostas a fatores regulatórios.

NucleossomosNucleossomos

Fibra de 30nm: Fibra de 30nm: 2º estágio de compactação da cromatina;

Estrutura na qual cada volta contém 6 nucleossomos organizados radialmente;

O DNA de ligação e as H1 ficam no interior da fibra, estabilizando a estrutura;

Constituinte básico da cromatina interfásica.

NucleossomosNucleossomos

Níveis de organização mais complexos: Níveis de organização mais complexos:

Envolve, principalmente, proteínas não histônicas;Proteína central (esqueleto metafásico) na qual o DNA

se ancora na forma de alças.

NucleossomosNucleossomos