organização gênica dos seres vivos genes e genomas de procariotos e eucariotos
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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.
Cromossomo único → dsDNA circular
Replicon
Exceções Lineares
Streptomyces lividans Rhodococcus fasciens Espiroquetas (Borrelia)
CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO
~9,5x106pb
Tamanho do Genoma
Mycoplasma genitalium
~0,6x106pb
Myxococcus xanthus
Saccharomyces cerevisiae
~13x106pb
CARACTERÍSTICAS → 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).
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.
CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO
Colinearidade: Gene Proteína
3n nucleotídeos → n aminoácidos
CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO
GENES → EUCARIOTO X PROCARIOTO
5’ 3’
GENOMA → EUCARIOTO X PROCARIOTO
Ausência de complemento diplóide.
CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO
Quase todo genoma → codificação e regulação.
Genoma E. coli
Praticamente sem seqüências redundantes.
Seqüências codificantes em ambas as fitas.
• Colinearidade entre genes e produtos protéicos. • Unidades genéticas
acessórias.
◙ 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
1. Bacteriófagos.
2. Plasmídeos.
3. 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).
CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO
• 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.)
◙ 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).
CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO
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.
◙ Bacteriófagos → replicons potencialmente letais.
◙ Plasmídeos → replicons não letais (dentro de suas células hospedeiras).
CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO
•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.
◙ 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.
1. ativação de genes inativos2. 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
CARACTERÍSTICAS → PROCARIOTO
PROCARIOTO X EUCARIOTO
→ cópia única (0 – 30 pb)
• 97% dos genes são de regulação.
• 3% São seqüências não codantes (inter-espaçadores gênicos).
• 3% São seqüências não codantes (inter-espaçadores gênicos).
• 97% dos genes são de regulação.
PROCARIOTO X EUCARIOTO
5174288
6340
13600
19000
30000
45000
50000
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
Mycoplama E. coli Levedura Drosofila Ascaris Humano Arroz Milho
Núm
ero
de G
enes
Número de Genes
COMPARAÇÕES → EUCARIOTO
Gen
es n
ão in
terr
ompi
dos
X in
terr
ompi
dos
COMPARAÇÕES → EUCARIOTO
COMPARAÇÕES → EUCARIOTOTa
man
ho d
os g
enes
em
kb
Presença de complemento diplóide.
Quase todo genoma: não codificação e
regulação.
Abundância de seqüências redundantes.
Seqüências codificantes em apenas uma das
fitas.
Existência de múltiplas cópias de algumas seqüências.
Raramente apresenta unidades genéticas
acessórias.
CARACTERÍSTICAS → EUCARIOTO
Não há Colinearidade: Gene Proteína
3n nucleotídeos n aminoácidos
CARACTERÍSTICAS → EUCARIOTO
Não há Operons.
Exceção
Caenorhabditis elegansNematódeo: 25% dos
genes
CARACTERÍSTICAS → EUCARIOTO
CARACTERÍSTICAS → EUCARIOTO
1. DNA de cópia única (45%).
2. DNA Moderadamente Repetitivo (30%).
3. DNA Altamente Repetitivo (25%).
GENOMA DE ORGANELAS
dsDNA.
Genoma Circular.
Várias cópias por organela.
Características
GENOMA HUMANOGenoma Humano
Genoma Nuclear3300Mb
30.000 - 50.000 genes
Genoma Mitocondrial16,6kb
37 genes
Dois genesde rRNA
22 genesde tRNA
13 genes codificadoresde polipeptídeos
Genes e seqüênciasgene-relacionadas
DNAextragênico
DNAcodificador
DNA não-codificador
Pseudogenes Fragmentosde genes
Íntrons, se-qüências não-traduzidas etc.
Único ou baixonúmero de cópias
Moderado aaltamente repetitivo
Repetido emtandem ou repe-tições agrupadas
Repetiçõesdispersas
Únicas ou moderadamente repetitivas
~25% ~75%
~10% ~90%~60% ~40%
Relacionados mas não idênticos → Globina Famílias Funcionalmente Similares
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
H1
H1
Famílias Funcionalmente Idênticas → Histonas
Replicação dependente → restrito a fase S. Replicação independente → nível basal em todo CC. Replicação tecido-específico.
CARACTERÍSTICAS → EUCARIOTO
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.
CONCLUSÃO