Organização Gênica de Eucariotos Biologia Molecular Profª.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:Quantidade de DNA presente no genoma (haplóide) expressa em pb, característica para cada espécie; 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.

Frequência de Repetição 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 Repetição 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 Repetição DNA moderadamente repetitivo: Componente intermediário de renaturação; Número intermediário de repetições. Há uma tendência ao longo da escala evolutiva para o aumento do número de sequências repetidas, associado ao aumento do tamanho do genoma

Exceções Alguns genes estruturais são DNA repetitivo: Genes para rRNA e histonas. rRNA – arranjados em tandem em mais de 100 cópias pelo genoma, localizados em regiões dos cromossomos associadas a nucléolos; Histonas – múltiplas cópias ao longo do genoma.

Genes Interrompidos Eucariotos e arquebactérias – genes com sequências descontínuas; Regiões adicionais podem interromper tanto regiões codificantes quanto regiões adjacentes a elas; Éxon = sequência codificante de um gene Íntron = sequência interveniente. Constitui a maior parte do gene.

Eucariotos inferiores = poucos com íntrons. DNA Transcrição Transcrito primário com íntrons Splicing mRNA maduro Eucariotos superiores = maioria com íntrons. Exceção: genes de histonas; Eucariotos 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: potencialidade de gerar uma série de proteínas diferentes, através do processamento diferenciado do transcrito primário. Mecanismo regulado espacial e temporalmente.

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

Clusters 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.

Clusters Membros de uma família tem funções relacionadas ou idênticas, embora possam ser expressas em diferentes estágios, ou células; Hemoglobina:  hemoglobinas em  estágios Actina:  células

Pseudogenes  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.

Compactação do Material Genético Cromatina DNA 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).

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.

Estrutura Molecular da Cromatina 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: Pequenas proteínas básicas (+), pois apresentam aminoácidos lisina e arginina em grandes quantidades. A alcalinidade facilita com que ela interajam com o DNA (carregado negativamente).

Histonas 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.

Proteínas não histônicas 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.

Nucleossomos 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.

Nucleossomos 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.

Nucleossomos 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.

Nucleossomos 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.

Nucleossomos Níveis de organização mais complexos: Envolve, principalmente, proteínas não histônicas; Proteína central (esqueleto metafásico) na qual o DNA se ancora na forma de alças.