genética molecular 2
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TRANSCRIPT
Dra. Adriana Cibele de Mesquita Dantas
Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia
UERGS, Bento Gonçalves, RS
Species Plantarum - 1753
Origin of Species - 1859
classificação de organismos é um aspecto fundamental de biologia noção consistente que um esquema de classificação deveria refletir a ‘ordem natural ' inicialmente era considerado que Deus era o princípio de ordenação Darwin enfatizou que o princípio de ordenação deveria ser compartilhado descida de antepassados comuns
Carl Linnaeus introduziu o binômio (gênero-espécies) sistema de classificação- “ad majorem Dei gloriam” (para a maior glória de Deus) Classificação de planta baseado somente em órgãos sexuais
Taxonomia e evolução
Genética Mendeliana
• Gregor Mendel (1822-1884), monge austríaco, é considerado o “pai da genética”.
• Desenvolveu seus trabalhos com plantas de ervilha (Pisun sativum) observando a transmissão hereditária de várias características.
• Em 1865 publicou o artigo "Experiments with Plant Hybrids" que foi ignorado.
• A partir de 1900 vários pesquisadores confirmaram seus resultados.
• Suas duas leis ainda hoje são base para os estudos genéticos.
• Fácil cultivo em canteiros.• Várias características
contrastantes e de fácil observação.
• Ciclo vital curto e grande número de descendentes (sementes).
• Predomina reprodução por autofecundação, portanto linhagens naturais são puras.
Por que ervilhas?
1a Lei de Mendel“Pureza dos Gametas”
“As características dos indivíduos são condicionadas por pares de fatores (genes), que se separam durante a formação dos gametas, indo apenas um fator do par para cada gameta”.
Versuche über Pflanzen Hybriden
Anotações de Resultados
G. Mendel As características herdadas dos pais não se fundem, mas são herdadas como unidades discretas de informação que se mantêm íntegras ao longo das gerações
GeneUnidade de informação que transmite as características hereditárias de uma geração para a seguinte
Conceito Gerais• Gene: fragmento de DNA que pode
ser transcrito na síntese de proteínas.
• Locus (Loco): local, no cromossomo, onde se encontra o gene.
• Alelos: genes que ocupam o mesmo locus em cromossomos homólogos.
• Homólogos: cromossomos que possuem genes para as mesmas características.
•Genótipo: conjunto de genes de um indivíduo.
•Fenótipo: características observáveis de uma espécie, que são determinadas por genes e que podem ser alteradas pelo ambiente
•Gene Letal: com efeito mortal.
•Gene Dominante: aquele que sempre que está presente se manifesta.
•Gene Recessivo: aquele que só se manifesta na ausência do dominante.
•Homozigoto ou Puro: indivíduo que apresenta alelos iguais para um ou mais caracteres.
•Heterozigoto ou Híbrido: indivíduo que apresenta alelos diferentes para um ou mais caracteres.
• Os caracteres biológicos são determinados por GENES ou FATORES ( segundo Mendel ) existentes nos CROMOSSOMOS e são transmitidos de uma geração para outra por meio dos GAMETAS durante a reprodução.
• Os genes que o indivíduo possui para uma determinada característica constituem o GENÓTIPO, e o referido CARÁTER em interação com o meio constitui o FENÓTIPO.
MODELO DO DNA:
• Watson e Crick propuseram, em 1953, um modelo de molécula de DNA, que seria em DUPLA HÉLICE e em ESPIRAL, com duas cadeias de nucleotídeos ligados por PONTES DE HIDROGÊNIO.
Informações disponíveis, quais eram:
1- a molécula de DNA era grande, longa, fina e composta de nucleotídeos: adenina; guanina; timina e citosina;
2- Os estudos de difração de raios X, realizados por Maurice King e Rosalind Franklin sugeriam a forma helicoidal;
3- Linus Pauling (1950), descreveu a estrutura helicoidal com um filamento mantida por pontes de hidrogênio em proteínas e sugeriu que o mesmo pudesse ocorrer com o DNA;
4- Erwin Chargaff havia demonstrado que a proporção entre os nucleotídeos A e T era de 1:1, o mesmo acontecendo entre G e C.
Difração de Raios-X
34A
Estrutura Molecular
DNA ou ADN
O Ácido Desoxirribonucléico é um polinucleotídeo formado por duas “fitas” ou hélices ligadas entre si por pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas.
O pareamento das bases sempre segue a mesma ordem: Adenina com Timina e Guanina com Citosina.
Ligações entre NucleotídeosPolímero longo:Polímero longo:
1. A ligação entre a base nitrogenada e a pentose é feita covalentemente através de uma ligação N-glicosídica com a hidroxila ligada ao carbono-1 da pentose.
•2. Os nucleotídeos são unidos por ligações fosfodiéster covalentes que ligar o carbono 5´de um grupo desoxirribose (pentose + base) ao carbono 3´do próximo
Base
Pentose
1
24
1
2
• James Watson e Francis Crick (1953)
• um modelo de molécula de DNA, que seria em DUPLA HÉLICE e em ESPIRAL, com duas cadeias de nucleotídeos ligados por PONTES DE HIDROGÊNIO.
Portanto::
1) ÁCIDOS NUCLEICOS são compostos por nucleotídeos ligados entre si através de ligação covalente.
2) NUCLEOTÍDEOS são as unidades fundamentais dos ácidos nucleicos. Cada nucleotídeo é constituído por um grupo fosfato, uma pentose e uma base.
Purinas: Adenina, GuaninaBASES
Pirimidinas: Citosina, Timina, UracilaDNA RNA
Bases Nitrogenadas
GuaninaAdenina
Purinas
Citosina Timina Uracil
Pirimidinas
-Transportar muita informação, de célula para célula e de geração para geração;
-Capacidade de produzir cópias exatas de si mesmo, pois os cromossomos são copiados em cada divisão celular;
-Capacidade de “replicar erros” de cópia, como se fossem o gene original;
-Apresenta mecanismo de decodificação da informação armazenada, traduzindo-as através da produção de enzimas/proteínas;
-O DNA é chamado de “molécula da vida” pois contém o código pra construção das proteínas em todos os seres vivos;
-Nos eucariontes, o DNA é encontrado no núcleo celular formando os cromossomos e também nas mitocôndrias e nos cloroplastos;
-Nos procariontes encontra-se uma molécula de DNA circular (cromossomo bacteriano) e outras moléculas circulares chamadas plasmídeos;
A Importância do DNA
RNA
DNA
O RNA ou ARN
• O açúcar é uma Ribose;
• É formado, geralmente, por uma fita simples que pode enrolar-se;
• Não existe a base pirimídica Timina e no seu lugar se encontra a base Uracila.
• Os pareamentos seguem a ordem A-U e G-C).
O Ácido Ribonucléico é um polinucleotídeo que difere do DNA em três aspectos básicos:
A-UU-AG-CC-G
A-TT-AG-CC-G
DNA
RNA
Tipos de RNA
• RNAm O RNA mensageiro é formado no núcleo e contém a “mensagem” - o código transcrito a partir do DNA - para a síntese das proteínas. Cada conjunto de três nucleotídeos no RNAm é chamado de CÓDON.
• RNAt O RNA transportador está presente no citoplasma e é responsável pelo transporte dos aminoácidos até os ribossomos para a síntese protéica. No RNAt existe uma seqüência de nucleotídeos correspondente ao códon chamada de ANTI-CÓDON.
• RNAr O RNA ribossômico ou ribossomal faz parte da estrutura dos ribossomos e participa do processo de tradução dos códons para construção das proteínas.
Wilkins, Perutz, Crick, Steinbeck, Watson, Kendrew
EstruturaisTransporteEnzimasHormôniosAnticorposReceptores Fatores de crescimentoMediadores inflamatórios
Proteínas
Aminoácidos Glicina Cisteína Glutamina Alanina Serina AsparaginaLeucina Tirosina FenilalaninaIsoleucina Metionina Triptofano Valina Treonina Ac. AspárticoHistidina Lisina Ac. Glutâmico Prolina Arginina
aa aa aa aa aa aa aa aa
Proteína
Genes
Características físicas ou bioquímicas
observáveis
Genes
Características físicas ou bioquímicas
observáveis
Estrutura das proteínas
Genes
Características físicas ou bioquímicas
observáveis
Estrutura das proteínas
Seqüência de aminoácidos nas
proteínas
REPLICAÇÃOTRANSCRIÇÃO
TRADUÇÃO
DOGMA CENTRAL
DNA armazenaa informação
RNA transferea informação
Proteína executaa função
DNA armazenaa informação
RNA transferea informação
Proteína executaa função
genes ambiente FENÓTIPO
3´5´
3´
3´
5´
5´
(Delta)
(Alfa)
DUPLICAÇÃO EUCARIOTOS(= Replicação = DNA DNA)
Forquilha de replicação
TRANSCRIÇÃO
Promotor: Região que sinaliza o início da transcrição (Sequências específicas do DNA reconhecidas pelos fatores de transcrição (proteínas) e pela RNA polimerase)
“Sequência consenso”
ORGANIZAÇÃO GENÔMICA DE EUCARIONTES
cromossomo de 1,5 x 108 pb, contendo ~ 3.000 genes
0,5% do cromossomo, contém ~ 15 genes
1 gene de 105 pb
Seqüência regulatóriaTranscrição DNA
Transcrito de RNA primário
Seqüência de exon
Seqüência de intron
cromossomo de 1,5 x 108 pb, contendo ~ 3.000 genes
0,5% do cromossomo, contém ~ 15 genes
1 gene de 105 pb
Seqüência regulatóriaTranscrição DNA
Transcrito de RNA primário
Seqüência de exon
Seqüência de intron
ORGANIZAÇÃO GENÔMICA DE PROCARIONTES E EUCARIONTES
PROCARIONTES Archaebacteria Eubacteria
Cianobactérias
EUCARIONTES Protistas Fungos
Vegetais Animais
VÍRUS DNA Vírus RNA Vírus
ORGANIZAÇÃO GENÔMICA DE EUCARIONTES
-Envoltório Nuclear (Carioteca)
-Cromatina (Eucromatina, heterocromatina)
- Vários cromossomos diplóides
-DNA linear, dupla fita
-Complexado com proteínas (Histonas e não histonas)
- Grande parte do DNA não é codificado (íntrons e éxons)
Funções:
- condensação,
-pode influenciar na atividade celular
ORGANIZAÇÃO GENÔMICA DE PROCARIONTES
Escherichia coli - 1 cromossomo (DNA circular, dupla fita)
Elementos genéticos móveis (plasmídeo, bacteriófagos, transposons)
- Cromossomo e Plasmídeo possuem replicação independente
- Organização genômica mais simples, compactação com proteínas
- Quase todo o DNA é codificante
- Os genes são organizados em “Operons”
- Os genes de um operon são transcritos em um único RNAm (policistrônico)
O ponto de origem da replicação é denominado oriC.
Síntese de DNA em Procariontes
A replicação é bidirecional: as duas fitas se separam na origem, sendo, a partir daí, copiadas simultaneamente em direções opostas.
Origem da replicação
Forquilhas de
replicação
Fitas novas
Fitas velhas
Origem da replicação
Forquilhas de
replicação
Fitas novas
Fitas velhas
TRANSCRIÇÃO : EUCARIOTO X PROCARIOTOTRANSCRIÇÃO : EUCARIOTO X PROCARIOTO
EUCARIOTOS PROCARIOTOS
aa aa aa aa aa aa aa aa
Proteína
CTC ATT GTG CTT GAA TTT TTG GTG
DNA
GAG UAA CAC GAA CUU AAA AAC CAC
mRNA
O que são os cromossomos e o que eles contém?
Contem o DNA que é constituído por nucleotídeos
CCTGATGGATCGCGTACGTTGTACGCACAGTGTCGAAAAAGCATACGGGGACTGCACGTACACGTAGCACGGCGTCGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGT
CTGGACT
CCTGATGGATCGCGTACGCCATATTTGTACGCACAGTGTCGAAAAAGCATACGGGGACTGCACGTACACGTAGCACGGCGTCGATTTTATAATGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGTGTGGATGGATCGCGGCAGTTGTACGCACAGTGTCGAACAAGCATACGGGGACTGCACCCCGATGTAGCACGGCGTCGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTGCAGCGTGGAGCGCGCATGAAAA CACACATTGTATCGACAGTTGTACGCACAGTGTCGAGGGCGACTACGGGGACTGCACCCCGAAATAGCACGGCGTCGCATGATACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTGCAGCGGGCAGATGTAATATATATGATTTGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGT
CCTGATGGATCGCGTACGTTGTACGCACAGTGTCGAAAAAGCATACGGGGACTGCACGTACACGTAGCACGGCGTCGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGT
Homem
GTGGATGGATCGCGGCAGTTGTACGCACAGTGTCGAACAAGCATACGGGGACTGCACCCCGATGTAGCACGGCGTCGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTGCAGCGTGGAGCGCGCATGAAAAATAGGA
Bactéria
CACACATTGTATCGACAGTTGTACGCACAGTGTCGAGGGCGACTACGGGGACTGCACCCCGAAATAGCACGGCGTCGCATGATACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTGCAGCGGGCAGATGTAATATATATGATTT
Vírus
Homem 3.200.000.000 bases
Rato 3.000.000.000 bases
Drosophila 160.000.000 bases
Arabidopsis 135.000.000 bases
S. cerevisae 13.000.000 bases
X. fastidiosa 2.679.572 bases
H. influenzae 1.830.000 bases
M. pneumoniae 810.000 bases
HTLV-II 8.952 bases
TAMANHO DO GENOMA
300 kb
GGGATCATTTATTCAGGGAT
CATTTATTCAGGGAT
CCTCGACTTCAGGGAT
AACCCTCGACTTCAGGGAT
0,5 kb
CCTCGACTTCAGGGAT
GGGATCATTTATTCAGGGAT
CCTCGACTTCAGGGAT
GGGATCATTTATTCAGGGAT
CCTCGACTTCAGGGAT
GGGATCATTTATTCAGGGAT
CCTCGACTTCAGGGAT
GGGATCATTTATTCAGGGAT
AACCCTCGACTTCAGGGAT
CCTCGACTTCAGGGAT
GGGATCATTTATTCAGGGAT
AACCCTCGACTTCAGGGAT
CATTTATTCAGGGAT
AACCCTCGACTTCAGGGATCATTTATTCAGGGAT
CCTGATGGATCGCGTACGCCATATTTGTACGCACAGTGTCGAAAAAGCATACGGGGACTGCACGTACACGTAGCACGGCGTCGATTTTATAATGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGTGTGGATGGATCGCGGCAGTTGTACGCACAGTGTCGAACAAGCATACGGGGACTGCACCCCGATGTAGCACGGCGTCGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTGCAGCGTGGAGCGCGCATGAAAA CACACATTGTATCGACAGTTGTACGCACAGTGTCGAGGGCGACTACGGGGACTGCACCCCGAAATAGCACGGCGTCGCATGATACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTGCAGCGGGCAGATGTAATATATATGATTTGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGT
mRNA
Proteína
Exons Introns
CCTGATGGATCGCGTACGCCATATTTGTACGCACAGTGTCGAAAAAGCATACGGGGACTGCACGTACACGTAGCACGGCGTCGATTTTATAATGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGTGTGGATGGATCGCGGCAGTTGTACGCACAGTGTCGAACAAGCATACGGGGACTGCACCCCGATGTAGCACGGCGTCGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTGCAGCGTGGAGCGCGCATGAAAA CACACATTGTATCGACAGTTGTACGCACAGTGTCGAGGGCGACTACGGGGACTGCACCCCGAAATAGCACGGCGTCGCATGATACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTGCAGCGGGCAGATGTAATATATATGATTTGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGT
CCTGATGGATCGCGTACGCCATATTTGTACGCACAGTGTCGAAAAAGCATACGGGGACTGCACGTACACGTAGCACGGCGTCGATTTTATAATGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGTGTGGATGGATCGCGGCAGTTGTACGCACAGTGTCGAACAAGCATACGGGGACTGCACCCCGATGTAGCACGGCGTCGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTGCAGCGTGGAGCGCGCATGAAAA CACACATTGTATCGACAGTTGTACGCACAGTGTCGAGGGCGACTACGGGGACTGCACCCCGAAATAGCACGGCGTCGCATGATACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTGCAGCGGGCAGATGTAATATATATGATTTGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGT
CCTGATGGATCGCGTACGCCATATTTGTACGCACAGTGTCGAAAAAGCATACGGGGACTGCACGTACACGTAGCACGGCGTCGATTTTATAATGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGTGTGGATGGATCGCGGCAGTTGTACGCACAGTGTCGAACAAGCATACGGGGACTGCACCCCGATGTAGCACGGCGTCGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTGCAGCGTGGAGCGCGCATGAAAA CACACATTGTATCGACAGTTGTACGCACAGTGTCGAGGGCGACTACGGGGACTGCACCCCGAAATAGCACGGCGTCGCATGATACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTGCAGCGGGCAGATGTAATATATATGATTTGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGT
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CCTGATGGATCGCGTACGCCATATTTGTACGCACAGTGTCGAAAAAGCATACGGGGACTGCACGTACACGTAGCACGGCGTCGATTTTATAATGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGTGTGGATGGATCGCGGCAGTTGTACGCACAGTGTCGAACAAGCATACGGGGACTGCACCCCGATGTAGCACGGCGTCGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTAGGTCGTGGAGCGCGCATGAAAA CACACATTGTATCGACAGTTGTACGCACAGTGTCGAGGGCGACTACGGGGACTGCACCCCGAAATAGCACGGCGTCGCATGATACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTGCAGCGGGCAGATGTAATATATATGATTTGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGATGAAGGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGT
CCTGATGGATCGCGTACGCCATATTTGTACGCACAGTGTCGAAAAAGCATACGGGGACTGCACGTACACGTAGCACGGCGTCGATTTTATAATGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGTGTGGATGGATCGCGGCAGTTGTACGCACAGTGTCGAACAAGCATACGGGGACTGCACCCCGATGTAGCACGGCGTCGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTAGGTCGTGGAGCGCGCATGAAAA CACACATTGTATCGACAGTTGTACGCACAGTGTCGAGGGCGACTACGGGGACTGCACCCCGAAATAGCACGGCGTCGCATGATACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGAAGGATCAGTGCAGCGGGCAGATGTAATATATATGATTTGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGATGAAGGAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGT
Síntese Protéica
• O RNAm transcrito no núcleo chega ao citoplasma e se liga a um ou mais ribossomos.
• O ribossomo “lê” o primeiro códon e um RNAt com o anticódon correspondente transporta um aminoácido e se liga ao códon.
• O ribossomo se desloca, no sentido 5’3’ e lê o próximo códon.
• Os aminoácidos são unidos por ligações peptídicas.
• Ao final da tradução o polipeptídeo se desliga e se constituí na proteína.
A TraduçãoA Tradução
Transcrição
A T G G CT A C C G
A TG C A C
TAC G T
5’ 3’
AT
5’3’
A U G C A
A U G G
C
5’
3’
RNA polimerase
Molécula de RNA nascente complementar a fita molde•Fita única •No lugar da Timina haverá uma Uracila
Gene ativo
DNA - Fita molde
Tradução
Molécula de mRNA
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A
CysMetAla
5’ 3’
AspGlu
Phe
His
Direção do avanço do ribossomo
Ribossomo
Proteína
tRNA
AA livre
codon
Gly
Cada códon é traduzido num AA específico
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A
CysMetAla
5’ 3’
AspGlu
PheGly His
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A
Phe
MetAlaCysAspGlu
5’ 3’
GlyHis
Ile
G A C G A A U U C G G A C A C A U A A A A U U A A U G
Met
MetAlaCysAspGluPheGlyHisIle
LysLeu
5’ 3’
Asn
A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A T A C
Ala Cys Asp Glu PheMet Gly
HisIle
Lys Leu
Met Asn
ProGln
5’ 3’STOP
A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A T A C
Ala Cys Asp Glu PheMet Gly
His Ile Gln Lys
Pro LeuAsn Met
5’ 3’
RNAm será degradado
Ala Cys Asp Glu PheMet Gly
His Ile Gln Lys
Pro LeuAsn Met
PROTEÍNA NORMAL PROTEÍNA NORMAL
A T G C A C5’ 3’A T G G CT A C C G T A C G T
AT
5’3’
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A
Alanina
5’ 3’
A T G G AT A C C T
A T G CA C
T A C G T
5’ 3’AT5’3’
A U G G A A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A
Acido Glutâmico
3’5’
Gene Normal = Proteína Normal
Gene Mutado =Proteína Anormal - G T
mRNA
mRNA
Exemplo hipotético de uma mutação pontual
Asp Glu
Glu Cys
PheGly
Met
His
Gln
I
le
Lys
Pro
Leu
Asn Met
PROTEÍNA DEFEITUOSA PROTEÍNA DEFEITUOSA
Ala Cys Asp Glu PheMet Gly
His Ile Gln Lys
Pro LeuAsn Met
PROTEÍNA NORMAL PROTEÍNA NORMAL
Genoma VegetalGenoma Vegetal
Os vegetais são constituídos de três Os vegetais são constituídos de três genomasgenomas:
90
5 1
genoma nuclear
genoma cloroplasto
genoma mitocondrial
- O genoma do cloroplasto tem uma estrutura muito conservada 120-217kb
que inclui 110-113 gene;
- O genoma da mitocondria é maior de 300-600kb e contêm perto de 60 genes,
é um genoma muito dinâmico já que ganha e perde facilmente seqüências
nucleares e do cloroplasto.
Paradoxo do valor C (DNA haplóide) = pares Paradoxo do valor C (DNA haplóide) = pares de basede base
- Não existe correlação entre o tamanho do nuDNA e o número de genes;
- Angiospermas – 80% do nuDNA é DNA repetitivo;
- Correlação positiva entre a quantidade de seqüências de DNA repetitiva em um genoma e sua quantidade de DNA.
Genoma nuclearGenoma nuclear
Plantas superiores - 1,1 x 106 pb a 1,1 x 1011pb
Angiospermas – 3 x 108 a 1 x 1011pb
Ocorre um incremento na escala evolutiva
- RNA associado a cromatina (RNA nascentes, presos a fita molde) representa 3% de sua composição
O tamanho do DNA O tamanho do DNA nuclearnuclear
O genoma nuclear de Arabidopsis thaliana tem 135Mb = 25.500 gens.
Do arroz (Oryza sativa) tem se seqüenciado duas variedades e seu genoma é quase 4 vezes maior que o de A. thaliana e compreendem de 32.000 a 55.615 genes.
Para o milho (Zea mays), embora não seqüenciado, se conhece muita informação estima-se que 60 a 80% de seu genoma nuclear esta constituído por elementos móveis
Organização do genoma Organização do genoma nuclearnuclear
ORGANIZAÇÃO E EVOLUÇÃO DAS ORGANIZAÇÃO E EVOLUÇÃO DAS SEQÜÊNCIAS REPETITIVASSEQÜÊNCIAS REPETITIVAS
Três graus de repetição:
Cópia única – cada seqüência de nucleotídeo só se encontra uma vez por genoma haplóide, pertence a > dos genes que codificam proteínas. É abundante cerca de 58% no genoma dos mamíferos e 33% em células vegetais
Mediamente repetitivos – apresenta seqüências nucleotídecas que se repetem um moderado número de vezes. É menos abundante que os de cópia única e a sua proporção aumenta na escala evolutiva – são genes que codificam o RNA ribossômico e histonas – encontrado mais de 100 cópias por genoma haplóide de genes do RNA ribossômico (rRNA)
Altamente repetitivos – seqüências nucleotídecas altamente redundantes, acima de 10.000 cópias de cada gene, seqüências curtas e restritas a regiões específicas do genoma constituem o chamada DNA satélite
DNA SATÉLITE DNA SATÉLITE
(PROPORÇÃO SEPARÁVEL INCOMUM DE (PROPORÇÃO SEPARÁVEL INCOMUM DE NUCLEOTÍDEOS)NUCLEOTÍDEOS)
O DNA satélite foi descoberto em 1960.
- banda principal contendo genes;
-bandas secundárias, bandas satélites. seqüências de DNA repetidas;
- Representa a maioria das famílias de seqüências altamente repetitivas nos genomas eucarióticos;
-Composta por fragmentos DNA repetitivos cerca de 150 a 500 pb
-Encontrada próximo ao telômero e centrômeros vegetais
Função:
Recombinação – rearranjos no genoma (expandir-se ou contrair-se)
Sem função – sujeitas a seleção neutra
DNA ribossomal (rDNA)DNA ribossomal (rDNA)
- Outra porção do DNA repetitivo encontrado no encontrado no nuDNA;
- Constituida de três genes: 18S, 5,8S e 26 S;
- Rearranjados em tandem e as unidades ribossomais (rDNA) também é repetido em tandem;
- Estas unidades estão associadas às regiões organizadoras do nucléolo (NORs)NORs: porções de fibras cromatínicas onde
estão os genes que codificam os rRNAs
O número de NORs varia de espécie para espécie
- Com espaços intergênicos, varia de 7,8 kb a 18,5 kb, com numero de cópias
que pode variar de 600 a 8500/ genoma haplóide
- A unidade ribossomal é constituída pelos genes 18S, 5,8S e 28S e dos espaçadores transcritos internos (ITS) que intercalam os genes;
- A sigla IGS indica o espaço intergênico, separa as unidades ribossomais;
- RNA ribossomal 5S (5S rDNA); 140 a 900pb, cada unidade de repetição
pode variar de 1 mil a 50 mil cópias por genoma haplóide;
- Em plantas as seqüências ITS variam em comprimento de 500-700pb em
angiospermas e 1500-3700pb em algumas gimnospermas
Tamanho da unidade ribossomal
Genoma ExtranuclearGenoma Extranuclear
- Os cromossomos das mitocôndrias e dos cloroplastos apresentam padrão de
organização e herança bem diferente dos cromossomos nucleares;
- Os genes extranucleares também chamados genes citoplasmáticos;
- A maioria das proteínas das mitocôndrias e dos
cloroplastos são codificadas pelo DNA nuclear e
importados do citosol para s organelas;
- O tráfego das proteínas do citosol para as
organelas é unidirecional;
- O DNA das organelas celulares são circulares;
- São relativamente pequenas e simples;
- Não ocorre recombinação (somente mutação);
- Herança não-mendedliana (citoplasmática,
herança da mãe) Marcador de linhagem materna.
O genoma cloroplasto
• Sequencia no genoma varia
de 70kb - 201kb
• 100-250 genes:
– Gene expressos
– Fotossíntese – 20 genes
– Metabolismo
Sequenciamento completo:
Tabaco - 155,844 pb;
Arroz -134,525 pb
O Genoma do cloroplasto codifica várias proteínas e RNAs
• Cloroplastos apresentam DNA com tamanho variado: 120-190 kb
• codifica todos os rRNAs e tRNAs necessários para a síntese protéica, e aproximadamente 50 proteínas
• os genes da organela podem ser transcritos e traduzidos pelo aparato da mesma
GENOMA MITOCONDRIALGENOMA MITOCONDRIAL
• mitocondrias mostram tamanhos variados de genoma– o número de genes codificadores de proteínas é
pequeno– a maior parte é codificadora de componentes das
subunidades dos complexos da respiração I-IV– genes codificadores de RNA
• Genoma mitocondrial apresenta introns, exceto nos mamíferos
Aplicação:
• Análise maternal• Filogenia Sistemática •Genética de populações •Teste forensi (maternal ID)
• Tamanho do mtDNA
•Humanos e outrros vertebrados ~16 kb
(todos genes mtDNA codificam produtos)
•Leveduras ~80 kb•Plantas ~100 kb to
2 Mb
(muitos genes mtDNA não codificam produtos)
Marchantia polymorpha – 121Kb
136 genes: 4 rRNA, 29tRNA
90 genes codificadores de proteínas - destes 20 estão envolvidas no transporte de elétrons durante a fotossíntese
Genômica?
• Genomica é estudo de todos os genes em um organismo……..
• Proteomics é estudo de todas as proteínas…..
• Metabolomics isé o estudo de todas as vias metabólicas…
Plantas Modelos
• Arabidiopsis thaliana --modelo florescimento e dicotiledônea
• Oryza sativa (rice)--modelo monocotiledônea
• Medicago truncatula (barrel medic)--modelo leguminosas
• Lycopersicon esculentum (tomato)--modelo de frutificação
Também, milho, tabaco, trigo, etc.…
Arabidopsis thalianaArabidopsis thaliana
Modelo de genoma em Modelo de genoma em plantasplantasRapido crescimento
Brassicaceae
Genome: 125 Mb ( muito pequeno )
Cromossomos: 5
Genes: 25,498 Website: http://www.arabidopsis.org
Oryza sativa
Genome: 430 Mb (1/8 do genoma humano) Um dos menores genomas de gramíneas Cromossomos: 12 Genes: ~ 50,000 (mais do que genoma humano)
http://www.usricegenome.org