Elementos Genéticos em Bactérias Agradecimentos: Profa. Dra. Aline Maria da Silva Instituto de Química- USP Bibliografia: Genes VII - Benjamin Lewin Biologia Molecular Básica-Arnaldo Zaha Lenhinger Principles of Biochemistry (3a. Ed.)

Elementos Genéticos Cromossomo: Longo, usualmente circular, dupla- fita Plasmídio: pequeno, usualmente circular, dupla-fita Elemento transponível: DNA dupla-fita, inserido no cromossomo ou no plasmídio e que pode se transferir de lugar Bacteriófago: DNA fita simples ou dupla-fita

Cromossomo de E.coli 4,6 x 106 pares de bases Circular Uma origem de replicação (Ori C) Totalmente sequenciado

Cromossomo E.coli

Plasmídios Elementos genéticos móveis extracromossomais Capacidade de se auto-replicar Tamanho variado: 1000 a 200000 pares de bases Multicópia ou cópia única Confere vantagens adaptativas

Transposons Seqüências de DNA que codificam a enzima transposase Capacidade de se transferir (transposição): cópia idêntica é inserida em outro sítio genômico Transposons simples (Sequências de Inserção): codificam apenas a transposase Transposons complexos: transposase + outros genes (ex: resistência a antibióticos)

Bacteriófagos Ciclo Lítico Ciclo Lisogênico (Prófago)

Ciclo lítico Ciclo lisogênico

Ciclo lítico

Transferência do material genético em bactérias

Transformação

Transformação

Transformação

Transformação

Transdução

Conjugação: transferência de plasmídeo

Cromossomos Eucarióticos: Compactação do Material Genético Agradecimentos: Profa. Dra. Aline Maria da Silva Instituto de Química- USP Bibliografia: Genes VII - Benjamin Lewin Biologia Molecular Básica-Arnaldo Zaha Lenhinger Principles of Biochemistry (3a. Ed.)

Compactação do Material Genético Organismo / Compartimento Forma Dimensões Tamanho do DNA Número de bases Fago T4 iscosaedro 0,065x0,10um 55um 170 000 E.coli cilindro 1,7 x 0,65 um 1,3 mm 4,6 x 106 Mitocondria Humana esferóide 3 x 0,5um 50um 10 dsDNA 16 000 Núcleo Humano 6um diametro 1,8m 46 cromossomos 6 x 109 (diplóide)

Número normal de cromossomos em alguns organismos

Empacotamento do DNA do bacteriófago lambda Pré- Capsídeos Vazios Partícula Madura

Dupla hélice de DNA: Watson-Crick, 1953 Sulco menor Sulco maior

enrolado superenrolado

Conformação tridimensional do DNA circular fechado

DNA circular superespiralado DNA circular relaxado Quebra em uma das cadeias da dupla-fita

Superenrolamento para anular a tensão criada pela abertura da hélice

Superenrolamento crescente

Superenrolamento positivo Superenrolamento negativo

Introdução de superhélice negativa pela DNA girase: uma topoisomerase de E.coli.

Brometo de Etídio

Eletroforese de DNA em gel de agarose

Eletroforese de DNA em gel de agarose corado com EtBr DNA relaxado Diferentes graus de superenrolamento após tratamento com topoisomerase DNA totalmente superenrolado

Compactação de Genomas Procarióticos O material genético apresenta-se organizado de forma compacta ocupando 1/3 do volume total da célula bacteriana Nucleóide Densidade do DNA na célula bacteriana é alta: 10mg /ml !!!!

Nucleóide expelido de um célula bacteriana lisada: Alças de uma fibra Nucleóide da Bactéria

Empacotamento do genoma bacteriano Proteínas com caráter básico estão envolvidas na organização da fibra compacta e na formação das alças do nucleóide

Compactação de Genomas Eucarióticos Proteínas nucleares específicas + DNA Cromatina Eucromatina Heterocromatina menos compactada mais compactada Cromossomos Estado mais condensado na Mitose ou Meiose

Corte de um núcleo corado com Feulgen Heterocromatina Citoplasma Nucléolo Corte de um núcleo corado com Feulgen

Cromossomo mitótico Telômero Centrômero Cromátides irmãs Telômero

Cromossomo Artificial de Levedura (YAC) Centrômero Telômero Sequencia para Replicação Autônoma

Replicação dos Telômeros

Cromossomos desprovidos de histonas: arcabouço de proteínas no qual as alças do DNA estão ancoradas

Níveis de Compactação da Cromatina Fibra de 30nm Razão de compactação ~1000-2000 Razão de compactação ~7000

Cerne de histonas do nucleossomo DNA de ligação dos nucleossomos

Enrolamento helicoidal da fibra de 30nm: 6 nucleossomos por volta organizados radialmente

Estrutura Molecular da Cromatina:Nucleossomos Eletroforese em gel de agarose

Estrutura Molecular da Cromatina:Nucleossomos

Nucleossomo: DNA organizado em duas voltas

Geração da partícula central do Nucleossomo através da digestão completa com nuclease

Histonas: Proteínas com caráter básico (carga +) que interagem com o DNA (carga -) Nucleossomo

Organização das histonas no nucleossomo

Não replicado Replicado

Mecanismo de Montagem dos Nuclessomos na Replicação

No nucleossomo segmentos do DNA podem ser aproximados

As caudas N-terminais das histonas podem ser modificadas covalentemente de modo reversível: Fosforilação, acetilação, metilação ou ubiquitinação Alteração funcional do octâmero de histonas levando a mudançãs estruturais da cromatina na transcrição e na replicação

Acetilação ou metilação da lisina ou fosforilação da serina reduz a carga líquida das histonas

Modelo para Transcrição na Presença de Nucleossomos