Organização Gênica dos Seres Vivos Genes e Genomas de Procariotos e Eucariotos.

Organização Gênica dos Seres Vivos

Genes e Genomas de Procariotos e Eucariotos

OS SERES VIVOS

OS SERES VIVOS

• Todo genoma (eucarioto ou procarioto) possui a função de servir como repositório replicativo da informação codificada pelo DNA que o constitui.

• Genomas procarióticos, contudo, são relativamente mais simples que genomas eucarióticos.

PROCARIOTO X EUCARIOTO

Tamanho do genoma.

Estrutura molecular.

Distribuição de genes.

Cromossomo único → dsDNA circular

Replicon

Exceções Lineares

Streptomyces lividans Rhodococcus fasciens Espiroquetas (Borrelia)

CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO

~9,5x106pb

Tamanho do Genoma

Mycoplasma genitalium

~0,6x106pb

Myxococcus xanthus

Saccharomyces cerevisiae

~13x106pb


◙ Cromossomo de E. coli

• Molécula de DNA fita dupla circular de 4,2 X 10³ pb.

• Por ser capaz de se auto-duplicar, o cromossomo bacteriano é considerado um replicon.

• Sua estrutura compacta dedica-se quase que exclusivamente à codificação de proteínas (genes estruturais).

PROCARIOTO

◙ Superposição de genes

• Organização gênica que permite que uma mesma seqüência codifique duas proteínas diferentes.

• Fenômeno freqüente em vírus, bactérias e organelas celulares (mitocôndrias).


Códon de Iniciação → (Start Codon) Alternativo.


Alteração do Quadro de Leitura.


◙ Colinearidade

• Equivalência entre a seqüência nucleotídica do gene e a seqüência de aminoácidos da proteína.

• Eucariotos possuem interrupções em suas seqüências nucleotídicas.


Colinearidade: Gene Proteína

3n nucleotídeos → n aminoácidos


GENES → EUCARIOTO X PROCARIOTO

5’ 3’

GENOMA → EUCARIOTO X PROCARIOTO

Ausência de complemento diplóide.


Quase todo genoma → codificação e regulação.

Genoma E. coli

Praticamente sem seqüências redundantes.

Seqüências codificantes em ambas as fitas.

• Colinearidade entre genes e produtos protéicos. • Unidades genéticas

acessórias.

◙ Organização dos genes em operons

• Genes que codificam produtos com funções relacionadas (componentes de uma mesma rota metabólica).

• Responsáveis pelo controle da expressão gênica.

• Mostram-se presentes apenas em procariotos.

• Seus produtos são regulados pela presença de substrato.


Unidades transcricionais policistrônicas (Operons).

Regiões intercistrônicas → 1 a 30 pb (até 40 pb)


◙ Elementos genéticos móveis

• Todo genoma de procarioto está contido num único cromossomo.

• Exceção → elementos genéticos móveis.


1. Bacteriófagos.

2. Plasmídeos.

3. Transposons.


◙ Plasmídeos

• Elementos extra-cromossomais com capacidade de replicação autônoma constituídos por uma molécula de DNA fita dupla circular.

• Sua seqüência nucleotídica tem pouca ou nenhuma homologia com o cromossomo da célula hospedeira (elemento estranho a bactéria).


• Conferem vantagens adaptativas às bactérias que os possuem.

→ produção de toxinas→ produção de pilinas→ produção de adesinas

■ Conferem resistência a múltiplos antibióticos (tornam problemático o tratamento quimioterápico de determinadas infecções.)

◙ Bacteriófagos

• Não possuem uma maquinaria própria (incapazes de se multiplicarem na ausência de um hospedeiro).

• Elementos extra-cromossomais que ganharam a capacidade de sintetizar um capsídeo protéico.

• Podem apresentar genomas de RNA, ssDNA circular ou dsDNA linear (colifagos).


Virulentos → multiplicam-se dentro da célula hospedeira dando origem a outros que são liberados após a lise celular (ciclo lítico).

Temperados → podem se integrar no genoma bacteriano (linhagem lisogênica), ou entrar em ciclo lítico.

◙ Bacteriófagos → replicons potencialmente letais.

◙ Plasmídeos → replicons não letais (dentro de suas células hospedeiras).


•Etapas da infecção → colisão, adsorção e injeção do ácido nucléico.

Ciclo lítico → O genoma do fago é expressado. Proteínas estruturais são sintetizadas e o genoma viral é encapsidado (produção de novas partículas virais).

Ciclo lisogênico → O genoma do fago se integra, por recombinação, no genoma bacteriano. O genoma do fago pode eventualmente ser liberado (sendo capaz de iniciar um ciclo lítico).

# Lisógena → Bactéria que carrega uma cópia do genoma viral integrada ao seu cromossomo.

◙ Transposons

→ seqüências de DNA inseridas em novos sítios genômicos (catalisadas a partir de enzimas específicas - transponsases).

→ envolvem processos de recombinação e replicação gerando 2 novas cópias do elemento genético transponível original.

# uma que permanece no sítio parental.# outra que aparece num determinado sítio alvo.

• Alteração da integridade de seus sítios-alvo.

1. ativação de genes inativos2. deleções, inversões e fusões cromossômicas

* Conferem significativa plasticidade genética nos genomas que as possuem.


◙ Classificação

Transposons simples (IS)→ carregam apenas a informação genética essencial para a transposição.

Transposons complexos → carregam, também, informações não relacionadas a transposição .

# resistência a antibióticos# capacidade de movimentação entre bactérias



→ cópia única (0 – 30 pb)

• 97% dos genes são de regulação.

• 3% São seqüências não codantes (inter-espaçadores gênicos).

• 3% São seqüências não codantes (inter-espaçadores gênicos).

• 97% dos genes são de regulação.

5174288

6340

13600

19000

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45000

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10000

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30000

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50000

60000

70000

Mycoplama E. coli Levedura Drosofila Ascaris Humano Arroz Milho

Núm

ero

de G

enes

Número de Genes

COMPARAÇÕES → EUCARIOTO

Gen

es n

ão in

terr

ompi

dos

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terr

ompi

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COMPARAÇÕES → EUCARIOTO

COMPARAÇÕES → EUCARIOTOTa

man

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os g

enes

em

kb

Presença de complemento diplóide.

Quase todo genoma: não codificação e

regulação.

Abundância de seqüências redundantes.

Seqüências codificantes em apenas uma das

fitas.

Existência de múltiplas cópias de algumas seqüências.

Raramente apresenta unidades genéticas

acessórias.

CARACTERÍSTICAS → EUCARIOTO

Não há Colinearidade: Gene Proteína

3n nucleotídeos n aminoácidos


Não há Operons.

Exceção

Caenorhabditis elegansNematódeo: 25% dos

genes



1. DNA de cópia única (45%).

2. DNA Moderadamente Repetitivo (30%).

3. DNA Altamente Repetitivo (25%).

GENOMA DE ORGANELAS

dsDNA.

Genoma Circular.

Várias cópias por organela.

Características

GENOMA HUMANOGenoma Humano

Genoma Nuclear3300Mb

30.000 - 50.000 genes

Genoma Mitocondrial16,6kb

37 genes

Dois genesde rRNA

22 genesde tRNA

13 genes codificadoresde polipeptídeos

Genes e seqüênciasgene-relacionadas

DNAextragênico

DNAcodificador

DNA não-codificador

Pseudogenes Fragmentosde genes

Íntrons, se-qüências não-traduzidas etc.

Único ou baixonúmero de cópias

Moderado aaltamente repetitivo

Repetido emtandem ou repe-tições agrupadas

Repetiçõesdispersas

Únicas ou moderadamente repetitivas

~25% ~75%

~10% ~90%~60% ~40%

Relacionados mas não idênticos → Globina Famílias Funcionalmente Similares


Famílias gênicas codificadoras de RNA Genes de rRNA → 5 agrupamentos de 50 repetições em tandem. Genes de Trna → grande família dispersa (40 subfamílias). Genes de snRNA → grande família dispersa.


H1

H1

Famílias Funcionalmente Idênticas → Histonas

Replicação dependente → restrito a fase S. Replicação independente → nível basal em todo CC. Replicação tecido-específico.


Existem diferenças significativas entre genomas procariotos e eucariotos.

Procariotos → genomas pequenos, circulares, poucos genes, operons e unidades genéticas acessórias.

Eucariotos → genomas grandes, lineares, muitos genes, sem operons e sem unidades genéticas acessórias.

Eucariotos apresentam genomas mais complexos que os procariotos.

CONCLUSÃO

Organização Gênica dos Seres Vivos Genes e Genomas de Procariotos e Eucariotos.

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