Organização dos genomas dos Procariotos e dos Eucariotos Aula 2 Organização dos genomas dos Procariotos e dos Eucariotos

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 morfologia à senescência estão armazenadas no DNA da espécie, no seu genoma.

Célula procariota (bactérias)

Células Eucarióticas célula animal célula vegetal

A molécula do DNA está organizada em estruturas chamadas CROMOSSOMOS. Bactérias e vírus = um único cromossomo Organismos eucariotos = muitos cromossomos ex: 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

Bacteriófago T2 envolto da sua molécula de DNA, Foi liberado pela lise do bacteriófago que está disperso em água. O tamanho do DNA é aprox. 3500 vezes maior que a partícula do bacteriófago.

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 quando exposto a luz UV. Algumas células tem o DNA replicado, mas a célula não sofreu divisão celular, porisso aparece multiplos nucleóides.

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)

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).

Colinearidade: cada códon de 3 nucleotídeos codifica um aminoácido. Para codificar uma proteína com n aminoácidos é necessário um gene correspondente com 3n pares de bases. Nos eucariotos, a organização dos genes nem sempre é colinear pois um grande número de genes apresentam interrupções na sua seqüências nucleotídica.

Genomas Procarióticos: Haemophilus influenzae Mycoplasma genitalium

Mapa genético Xylella fastidiosa

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.

Os genes de um operon são transcritos num único RNA mensageiro (mRNA), que é, por isso chamado de policistrônico.

Células eucariotas possuem mais de um cromossomo. Cada cromossomo possui um número característico de genes. A quantidade de DNA chega a ser 4 a 100 vezes maior que a quantidade de DNA presente em E.coli, dependendo do organismo. DNA nuclear + DNA cloroplastidial + DNA mitocondrial DNA nuclear + DNA mitocondrial célula animal célula vegetal

O 1º nível de organização: os cromossomos Telomero c = centrômero Telomero Centrômero: funciona como o local onde se prendem as proteínas que ligam os cromossomos aos microtúbulos na divisão mitótica. Telômero: possuem seqüências localizadas nas extremidades dos cromossomos linear para dar estabilidade

A organização dos genes no DNA eucariótico é bastante complexo ao nível estrutural e funcional. Existe seqüências curtas de ~10 pares de bases (pb) que são repetidas milhões de vezes por célula, sendo classificados como segmentos altamente repetitivos e chamados de DNA satélite porque a composição das bases são 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, que se repetem em tandem (lado a lado e na mesma orientação) Nos centrômeros e telômeros concentram-se os DNA satélites.

O DNA, além de apresentar uma estrutura secundária da dupla hélice, também assume uma conformação tridimensional denominada supertorcida, superenrolada ou super-hélice.

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.

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

Microscopia eletrônica da estrutura Compactação dos nucleossomos Representação esquemática do DNA cromossomico preso a um scaffold nuclear. Cada dobra representa mais uma compactação. Dentro dos loops estão genes com funções relacionadas.

Modêlo da organização de um cromossomo eucariótico

(informação genética) Genoma (DNA) Gene (informação genética) transcrição RNAm tradução Proteína (função) www.cib.org.br

Genomas codificam por essencialmente o mesmo número de genes, embora o tamanho dos genomas variem muito. Ex. milho e sorgo são plantas bastante relacionadas, ambas tem 10 cromossomos, mas o genoma de milho é 3X maior que o genoma de sorgo. Quando fragmento de DNA de milho foram usados para hibridizar com seqüências de sorgo, homologia foi obtida predominantemente em seqüências de baixo número 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.

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. 1 X 1011 10 X 107 Arabidopsis thaliana Fritillaria assyriaca

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

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

Nem todos os DNA repetitivos são sequencias não0 codificadoras. Algumas famílias genicas consistem de genes repetidos numerosas vezes em cluster de genes ou repetições em tandem. Cada gene é regulado individualmente. Tais genes codificam por produtos genicos que estão em grande demanda como ex: proteínas de armazena- mento em sementes, Rubisco, proteínas do complexo de captação de luz na fotossíntese.

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.

As histonas, também são necessárias em grande quantidade na célula. Os 5 genes das histonas estão arranjados em um cluster, e o cluster completo é repetido 10 a 600 vezes. A região codificadora dos genes das histonas são altamente conservados, mesmo entre espécies diferentes, mas sua organização dentro dos clusters varia nos organismos.

Espécies de plantas relacionadas mostram organização evolucionaria conservada e arranjos dos genes de cópia única. Mapeamento de genomas revelaram que longos segmentos do cromossomos são freqüentemente conservados entre espécies relacionadas. Milho e sorgo contem muitos dos mesmos genes e grupos de 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

Muitos genes de milho e sorgo estão organizados em posições semelhantes no genoma destas plantas. Uma comparação do mapa genético dos cromossomos 1 e 2 de mjlho com os mapas de vários grupos de ligação de sorgo mostra o genoma das duas gramíneas semelhantemente organizado com respeito a posição relativa dos genes.