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GenomasGenomas procarióticoprocariótico e e eucarióticoeucariótico
• Organização do DNA nos cromossomas• Organização dos genes nos cromosssomas• Estrutura dos genes
e ainda:• DNA repetitivo• DNA extracromossómico
GenomasGenomas(generalidades)
EucariotasCélula- compartimentos celulares delimitados por membranas
Genoma- 2 ou mais moléculas de DNA lineares- DNA mitocondrial e plastidial. menores dimensões. circular
- 1x102 Mb- 1x105 MB (o mais pequeno = 10 Mb)
ProcariotasCélula- não compartimentalização interna
Genoma- 1 molécula DNA circular- haplóides- 1- 10 Mb- plasmídios (1 kb-250 kb), profagos e elementos móveis- informação genética mais compacta- grande diversidade de organização
Ex: Borrelia burgdorfericromossoma linear: 911 kb (835 genes)17 ou 18 moléculas lineares e circulares: 533 kb (430 genes)
Genoma = DNA cromossómico
Genoma = DNA cromossómico + DNA plasmídicoVibrio cholerae: 2 moléculas de DNA circulares
- 2, 96 MB (3885 genes); 71% genoma- 1,07 MB (caract. plasmídio)
Genoma = DNA cromossómico + DNA mitocondrial e/ou plastidial
O que se considera “O que se considera “GenomaGenoma”?”?
Relação complexidade dos organismos com Relação complexidade dos organismos com dimensão do dimensão do genomagenoma
1) Organismos mais complexos Genoma de maiores dimensões
ex. Homo sapiens (3 Gb) vs Drosophila melanogaster (180 Mb)
2) Paradoxo CSalamandra- 90 Gb vs Homem- 3 Gb
Relação do número de genes com dimensão Relação do número de genes com dimensão do do genomagenoma
S. cerevisae - 12 Mb 0,004 do genoma humano (3 Gb)
Genoma humano – 35 000 genes x 0,004 = 140 genes para S. cerevisae
Genoma de levedura contém aprox. 5 800 genes
ECONOMIA DE ESPAÇO NO GENOMA DOS ORGANISMOS MENOS COMPLEXOS
Relação de complexidade do organismo com o número Relação de complexidade do organismo com o número de genes e com dimensão do de genes e com dimensão do genomagenoma
ARROZ MILHO
0,43 Gb 2,5 Gb
Organismos semelhantes diferem na dimensão do genoma, mantendo o mesmo número de genes aproximadamente
Mesmo número de genes
DNA DNA supercoilingsupercoiling
DNA within the cells adopts several forms of orderedtertiarytertiary structuresstructures begining with the formation of
coiled and supercoiled helical DNA under the control ofenzymes known as topoisomerases
SupercoilingSupercoiling(“(“sobrenrolamentosobrenrolamento” ou “” ou “subenrolamentosubenrolamento”)”)
A dupla hélice do DNA é uma hélice αo que significa que tem enrolamento
right-handed, ie, no sentido dos ponteiros do relógio
O supercoliling é consequência de:demasiadas rotações (“superrotação”- overwound )
da hélice sob si própria (positive supercoiling), ou perda de rotações (“subrotação”- underrotating)
sob si própria (negative supercoiling)
Neste caso a direcção do enrolamento é oposta à do right-handed da dupla hélice
O supercoling só ocorre quando as duas cadeias de DNA não conseguem rodarlivremente uma sobre a outra, ie,
quando as extremidades estão fixas e as superrotações ou subrotações
não podem ser compensadas (como o que acontece no DNA circular)
SupercoilingSupercoiling
Forma relaxada- 10 pb/rotação na conformação B
Alteração da forma relaxada- mais ou menos de 10 pb/rotação na conformação B + -
Positive supercoil
Ocorre quando o DNA está overrotated
Enrolamento no mesmosentido do enrolamento da dupla hélice
Negative supercoil
Ocorre quando o DNA está underrotated
Enrolamento no sentidocontrário do enrolamento da dupla hélice
SupercoilSupercoil positivo e negativopositivo e negativo
Topoisomerases
• Enzimas que adicionam ou removem rotações da dupla hélice de DNA, quebrando temporariamente a dupla hélice, permitindo a rotação de uma cadeia em volta da outra, e depois ligando-a de novo.
• Topoisomerase I- quebra de uma cadeia, e reduz o supercoiling devido a remoção de rotações
• Topoisomerase II- quebra de ambas as cadeias, adicionando ou removendo rotações
Cromossoma de Cromossoma de E.coliE.coli- Molécula de DNA circular-fechada,
negativamente enrolada- 4 600 kb- 99-100% codificante- aproxi. 4280 genes
-Nucleóide (estrutura condensada): . 40-50 domínios independentes ou “loops” de 10-100 kb. Topoisomerases. Proteínas de ligação ao DNA
- HU- H-NS (H1)- Fis- IHF
-Divisão celular: “attachment point”(versão desactualizada)
Organização do DNA Organização do DNA cromossómicocromossómicoem em eucariotaseucariotas
Estrutura dos cromossomas eucarióticos
Structure of a nucleosome
The nucleosome core particle consists of 146 bp of DNA wrapped 1.65 turns around a histone octamer consisting of two molecules each of H2A, H2B, H3, and H4.
A nucleosome (chromatosome) contains two full turns of DNA locked in place by one molecule of H1.
H3 and H4 are among the most conserved proteins.
H2A and H2B an be recognized in all eukaryotes, but show species-specific variation in sequence.
H1, closely related proteins that show appreciable variation between tissues and species(and are absent from yeast)
Outras proteínas não-histonas presentes no cromossoma
• No cinetocóro• Nos telómeros• No scaffold• Proteína da maquinaria da replicação
– DNA polimerases– Helicases– Primases
• HMP (high-mobility-group proteins)– RNA polimerases– Acetilases– Factores de transcrição
E ainda proteínas importantes na alteração do empacotamento e enrolamentoda cromatina durante a transcrição
Proteins scaffoldPapel importante na estrutura do cromossoma
MARs (matrix attachment regions) ou SARs (scaffold attachment regions)
Estruturas particulares dos Estruturas particulares dos cromossomas linearescromossomas lineares
CentrómerosTelómeros
Classificação dos cromossomas em Classificação dos cromossomas em função da localização do função da localização do centrómerocentrómero
Proteins bind to yeast CDE elements
The centromere is identified by a DNA sequence that binds specific proteins.
These proteins do not themselves bind to microtubules but establish the site at whichthe microtubule-binding proteins bind in turn.
Heterocromatina e eucromatina
Eucromatina- geralmente sofre condensação e descondensaçãodurante o ciclo celular.
Heterocromatina- geralmente mantémestado de condensação durante o ciclo celular. Heterocromatina facultativa vs constituitiva
Técnicas de coloração para produzir padrões de Técnicas de coloração para produzir padrões de bandas bandas cromossómicoscromossómicos
Técnica Padrão de bandas
G-banding Bandas escuras são ricas em ATBandas claras em GC
Q-banding Bandas escuras são ricas em GCBandas claras em AT
C-banding Bandas escuras contêm heterocromatina constituitiva
Padrões citogenéticos
Localização (Localização (mapeamentomapeamento) de algumas sequências de ) de algumas sequências de DNA (repetitivo) no cromossoma 1 humanoDNA (repetitivo) no cromossoma 1 humano
Estas sequências de DNA funcionam como marcadores genéticos
Estrutura dos genesEstrutura dos genesee
Organização dos genesOrganização dos genesProcariotasEucariotas
O que é um gene?O que é um gene?
-Unidade de informação genética contida num segmento de DNA. O produto final pode ser uma proteína ou um transcrito (ex. tRNA)
-Pode variar entre 75 pb e 2 300 000 pb
- A informação biológica está contida na sequência de nucleótidos e é tornada disponível através da expressão genética, que é altamente REGULADA
Quaisquer 6 nts podem originar 4096 sequências diferentes (46)
Os genes estão organizados de diferentes modos nos diferentes organismos
Organização dos genes em procariotas: operões
• Alguns genes de procariotas estão organizados linearmente sob o controlo da mesma região reguladora da transcrição
Regulação da expressão é coordenada
• Genes com funções relacionadas• Ocorre em bactérias
DNA
lacZ lacY lacARegião reguladora
Feature Yeast Fruit fly Human
Gene density (average number per Mb) 479 76 11
Introns per gene (average) 0.04 3 9
Amount of the genome that is taken upby genome-wide repeats
3.4% 12% 44%
Compactamento do genoma em organismos diferentes
Exemplos de organização, pouco usual, Exemplos de organização, pouco usual, de genes de genes
Genes que se sobrepõem
-Alguns vírus (ex, fago X174 de E. coli)-Tradução dos mRNAs em diferentes grelhasabertas de leitura
-Muito raro nos organismos superiores, mas há exemplos nos genomas mitocondriais dealguns animais e no Homem
Genes dentro de genes
- Frequente nos genomas nucleares- Genes dentro de intrões de genes
Ex. no genoma humano o gene da neurofibratose de tipo I, que contém trêspequenos genes (OGMP, EVI2B, EVI2A),dentro do intão 27
- Muitos snoRNAs são codificados por genesdentro de intrões