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.

Streptomyces lividans Espiroquetas (Borrelia) CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO Cromossomo único → dsDNA circular Replicon Exceções Lineares Streptomyces lividans Rhodococcus fasciens Espiroquetas (Borrelia)

Saccharomyces cerevisiae CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO Tamanho do Genoma ~9,5x106pb Saccharomyces cerevisiae ~13x106pb Mycoplasma genitalium ~0,6x106pb Myxococcus xanthus

PROCARIOTO ◙ 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).

CARACTERÍSTICAS → 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).

CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO Códon de Iniciação → (Start Codon) Alternativo.

CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO Alteração do Quadro de Leitura.

CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO ◙ Colinearidade Equivalência entre a seqüência nucleotídica do gene e a seqüência de aminoácidos da proteína. Eucariotos possuem interrupções em suas seqüências nucleotídicas.

3n nucleotídeos → n aminoácidos CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO Colinearidade: Gene  Proteína 3n nucleotídeos → n aminoácidos

GENES → EUCARIOTO X PROCARIOTO 5’ 3’

GENOMA → EUCARIOTO X PROCARIOTO

CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO Praticamente sem seqüências redundantes. Ausência de complemento diplóide. Genoma E. coli Colinearidade entre genes e produtos protéicos. Unidades genéticas acessórias. Quase todo genoma → codificação e regulação. Seqüências codificantes em ambas as fitas.

CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO ◙ 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.

CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO Unidades transcricionais policistrônicas (Operons). Regiões intercistrônicas → 1 a 30 pb (até 40 pb)

CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO ◙ Elementos genéticos móveis Todo genoma de procarioto está contido num único cromossomo. Exceção → elementos genéticos móveis.

CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO Bacteriófagos. Plasmídeos. Transposons.

CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO ◙ 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.)

CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO ◙ 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.

CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO ◙ 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.

CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO ◙ 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. ativação de genes inativos deleções, inversões e fusões cromossômicas * Conferem significativa plasticidade genética nos genomas que as possuem.

CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO ◙ 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

PROCARIOTO X EUCARIOTO 97% dos genes são de regulação. 3% São seqüências não codantes (inter-espaçadores gênicos). → cópia única (0 – 30 pb)

PROCARIOTO X EUCARIOTO

COMPARAÇÕES → EUCARIOTO Número de Genes

Genes não interrompidos X interrompidos COMPARAÇÕES → EUCARIOTO Genes não interrompidos X interrompidos

COMPARAÇÕES → EUCARIOTO Tamanho dos genes em kb

CARACTERÍSTICAS → EUCARIOTO Existência de múltiplas cópias de algumas seqüências. Presença de complemento diplóide. Abundância de seqüências redundantes. Quase todo genoma: não codificação e regulação. Seqüências codificantes em apenas uma das fitas. Raramente apresenta unidades genéticas acessórias.

3n nucleotídeos  n aminoácidos CARACTERÍSTICAS → EUCARIOTO Não há Colinearidade: Gene  Proteína 3n nucleotídeos  n aminoácidos

Caenorhabditis elegans CARACTERÍSTICAS → EUCARIOTO Não há Operons. Exceção Caenorhabditis elegans Nematódeo: 25% dos genes

CARACTERÍSTICAS → EUCARIOTO DNA de cópia única (45%). DNA Moderadamente Repetitivo (30%). DNA Altamente Repetitivo (25%).

GENOMA DE ORGANELAS Características dsDNA. Genoma Circular. Várias cópias por organela.

moderadamente repetitivas GENOMA HUMANO Genoma Humano Genoma Nuclear 3300Mb 30.000 - 50.000 genes Genoma Mitocondrial 16,6kb 37 genes Dois genes de rRNA 22 genes de tRNA 13 genes codificadores de polipeptídeos Genes e seqüências gene-relacionadas DNA extragênico codificador DNA não- Pseudogenes Fragmentos de genes Íntrons, se- qüências não- traduzidas etc. Único ou baixo número de cópias Moderado a altamente repetitivo Repetido em tandem ou repe- tições agrupadas Repetições dispersas Únicas ou moderadamente repetitivas ~25% ~75% ~10% ~90% ~60% ~40%

CARACTERÍSTICAS → EUCARIOTO Famílias Funcionalmente Similares Relacionados mas não idênticos → Globina

CARACTERÍSTICAS → EUCARIOTO 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.

CARACTERÍSTICAS → EUCARIOTO Famílias Funcionalmente Idênticas → Histonas Replicação dependente → restrito a fase S. Replicação independente → nível basal em todo CC. Replicação tecido-específico. H1

CONCLUSÃO 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.