AULA_3_-_Organizao_do_material_gentico

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ORGANIZAÇÃO DO MATERIAL 
GENÉTICO
Davi Henrique Lima Teixeira
Universidade Federal Rural da Amazônia
Campus Capitão Poço
Genética
Conjunto complexo de moléculas capaz de adquirir 
substâncias, obter e armazenar energia e pôr em prática 
diversas atividades
❖ Água, sais, açucares, aminoácidos, lipídios, proteínas etc.
CÉLULAS E COMPLEXIDADE DE ORGANISMOS 
❖ Membranas formadas principalmente por lipídios e proteínas.
❖ Paredes celulares rígidas → bactéria (mureína) e vegetais (celulose).
❑ PROCARIOTOS: Bactérias e Archeas
❖ Unicelular
❖ Cromossomo e plasmídeos: única molécula de DNA circular
CÉLULAS E COMPLEXIDADE DE ORGANISMOS
❖ Material genético em contato próximo com os demais
componentes da célula (nucleóide)
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❑ PROCARIOTOS: Bactérias e Archeas
Bactérias 
❖ Archeas são mais próximas dos eucariotos
CÉLULAS E CROMOSSOMOS
Archeas
❖ Archeas são extremófilos
Archeas ≠ Eubactérias
❖Membranas plasmáticas: archeas (éter) eubactérias (éster)
❖ Bactérias (flagelo) Archeas (arcaelo)
CÉLULAS E CROMOSSOMOS
❑ EUCARIOTOS: animais, vegetais, protistas e fungos
❖ DNA nuclear (lineares) e citoplasmático (circulares)
❖ Sistemas complexo de membranas internas
❖ Cromossomo nuclear: DNA + proteínas (histônicas e não histônicas) 
❖ Células somáticas são diploides e gametas são haploides 
CÉLULAS E CROMOSSOMOS
❑ EUCARIOTOS: núcleo celular
❖ Nucleoplasma ou cariolinfa: parte fluida do núcleo rica em proteínas
❖ Cromatina ou nucleoplasma: DNA + histonas (cromossomo 
descondensado)
Membrana Externa
Membrana 
Interna
Carioteca
Grânulo
Complexo de Poros
Espaço Perinuclear
Camada Cristalina
CÉLULAS E CROMOSSOMOS
❑ EUCARIOTOS: membrana nuclear
❖ Membrana nuclear: duas membranas plasmáticas separadas entre 
100Å a 150Å
❖ Poros: contato entre o citoplasma e o nucleoplasmas
❖ Ânulos: estrutura circular na borda dos poros formada por 8 grânulos
ESTRUTURA DOS 
CROMOSSOMOS DE 
EUCARIOTOS
DNA NUCLEAR
Centrômero
Constrição Primária
Constrição 
Secundária (RON)
Cromátides irmãs
Braço cromossômico
Biólogo alemão Walther Flemming (1879) – cromatina
(cromossomo descondensado)
Waldeyer (1888) – cromossomo = cromatina condensada
Biólogo e botânico suíço Karl Wilhelm von Nägeli (1842)
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
CROMATINA
❑ EUCROMATINA
❑ HETEROCROMATINA
❖ porção descondensada dos cromossomos;
❖ maioria dos genes
❖ CONSTITUTIVA – permanentemente condensada; DNA
altamente repetitivo (regiões próximas ao centrômero e ao
telômero);
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
❖ FACULTATIVA – cromossomos X
Cromossomo descondensado
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
❑ DNA SATÉLITE (ALTAMENTE REPETITIVO)
Figura. Sequência microssatélite GATA/CTAT com nove cópias em tandem.
5’
G A AT
... .. ....
C T TA
G A AT
... .. ....
C T TA
G A AT
... .. ....
C T TA
G A AT
... .. ....
C T TA
G A AT
... .. ....
C T TA
5’3’
3’
G A AT
... .. ....
C T TA
G A AT
... .. ....
C T TA
G A AT
... .. ....
C T TA
G A AT
... .. ....
C T TA
Segmento de DNA onde há sequências curtas de pares 
de base repetidas várias vezes (nº de cópias)
Microssatélites: 1pb a 8pb 
Minissatélites: 9pb a 25pb
Satélites: > 25pb < 150pb
Satélite A + T
DNA Genômico
Satélite G+C
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
❑ HETEROCROMATINA X EUCROMATINA
❖ DNA altamente repetitivo (centrômero)
❖ DNA moderadamente repetitivo (disperso no cromossomo)
❖ DNA sequência única (Braços dos cromossomo)
GENES
❑ CONSTRIÇÕES NO CROMOSSOMO
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
❖ Centrômero (constrição primária) → DNA + Cinetócoro
(complexo proteico) - Histona CenH3.
Braço
Centrômero Telômero
❖ Região organizadora do nucléolo - RON (constrição
secundária) → síntese de RNA ribossômico
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
❑ CLASSIFICAÇÃO DOS CROMOSSOMOS
Metacêntrico
rb = 1,00 ↔ 1,49
Submetacêntrico
rb = 1,50 ↔ 2,99
Acrocêntrico
rb > 3,00
Telocêntrico
rb →
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
TELÔMEROS
Extremidades dos cromossomos
❑ FUNÇÕES:
❖ Proteção das extremidades do cromossomos da 
ação de desoxirribonucleases.
❖ Impedir a fusão das extremidades com outras moléculas 
de DNA
❖ Facilitar a replicação das extremidades sem perda de DNA
DNA REPETITIVO: 5’T1-4A0-1G1-83’
Vertebrados: 5’TTAGGG3’
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
❑ TELÔMEROS
Arabdopsis thaliana: 5’TTTAGGG3’
Tetrahymena thermophila: 5’TTGGGG3’
❖ Células somáticas humanas normais possuem de 500 a 3.000 
repetições.
Alça ou laço t
❖ Telômero termina com um região de DNA unifilamentar rica em 
guanina (projeção 3’) que forma pareamentos → Alça t
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
❑ TELÔMEROS
Shelterina
Complexo proteico que protege a alça t
❖ Proteínas da Shelterina:
TRF1
TRF2
Associadas às sequências 
repetidas no DNA bifilamentar
TPP1
TIN2
Fixam POT1 a TRF1 e TRF2
POT1 Associada às sequências 
repetidas no DNA unifilamentar
Rap1 Regula o comprimento dos telômeros
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
❑ TELÔMEROS
Telômero coberto por Shelterinas
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
❑ CROMOSSOMO (DURANTE AS DIVISÕES CELULARES)
Cada cromossomo possui uma molécula de DNA. Antes das 
divisões celulares, o DNA é duplicado e o cromossomo apresenta 
duas cromátides irmãs
Organismos Cromossomos
Tamanho em milhões 
de pares de bases
Saccharomyces cerevisiae I 0,23
(levedura) IV 1,53
Arabidopsis thaliana 4 18,59
(planta herbácea) 1 30,43
Caenorhabditis elegans III 13,78
(nematódeo) V 29,92
Drosophila melanogaster 4 1,35
(mosca) 3 60,19
Danio rerio 25 38,50
Peixe-zebra 7 77,28
Mus musculus 19 61,43
(camundongo) 1 195,47
TABELA – Sequência de DNA nos menores e nos maiores cromossomos 
dos eucariotos-modelo
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
Número de cromossomos de algumas espécies
Nome comum Nome científico
Número de cromossomos nas células 
somáticas
Plantas
Melancia Citrulus vulgaris 22
Milho Zea mays 20
Tomate Lycopersicon esculentum 24
Feijão Phaseolus vulgaris 22
Arroz Oryza sativa 24
Trigo Triticum vulgaris 42
Batata Solanum tuberosum 48
Samambaia Ophioglossum reticulatum 1260
Animais
Bovinos Bos taurus 60
Suínos Sus scrofa 40
Galinhas Gallus domesticus 78
Cavalo Equus caballus 64
Jumento Equus asinus 62
Homem Homo sapiens 46
Formiga Myrmecia pilosula 2
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
❑ ESTADO DIPLÓIDE X ESTADO HAPLÓIDE 
❖ Estado diploide: duas cópias de cada cromossomo no
núcleo (células somáticas e germinativas) → 2n
❖ Estado haploide: a célula possui apenas uma cópia de
cada cromossomo (gametas) → n
2n
n n 2n
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
❑ CROMOSSOMOS HOMÓLOGOS
Homólogos
(“de acordo com”)
Mesma morfologia
Mesmos genes
Podem ter alelos 
diferentes
MEIOSE
Homólogos se 
associam
❑ Diploides ou poliploides 
❑ Quantidade muito maior de DNA do que procariotos 
Mas nem tanto de GENES (2 a 15 vezes)
❑ O genoma da espécie é distribuído em diferentes 
cromossomos (uninêmico ou unifilamentar)
❑ Composição química:
CROMOSSOMOS DE EUCARIOTOS
CONDENSAÇÃO DA 
CROMATINA
❑ MAIOR CROMOSSOMO HUMANO
❑ 1º ESTÁDIO DE CONDENSAÇÃO
▼ 8500 vezes
❖ 8,5 cm (85000 m)
❖ cromossomos metafásicos –10 m
❖ Formar o nucleossomo
❖ DNA associado a proteínas básicas (histonas H1, H2A,
H2B, H3, H4)
CONDENSAÇÃO DA CROMATINA
❑ NUCLEOSSOMO
DNA
HISTONA
H1
NÚCLEO 8 HISTONAS:
2 H2A; 2 H2B; 2 H3; 2 H4 ▼7,0 vezes
CONDENSAÇÃO DA CROMATINA
Histonas: Proteínas 
básicas (carga elétrica 
positiva – 20 a 30% 
arginina e lisina) → H1, 
H2A, H2B, H3 e H4.
DNA associado a 
núcleos de histonas
Proteínas cromossômicas 
não histônicas: maioria de
proteínas ácidas (carga 
elétrica negativa).
Centrômero possui a 
CenH3 no lugar da H3
CONDENSAÇÃO DA CROMATINA
❑ NUCLEOSSOMO
Cerne
DNA: 146pb com 1,65 
voltas negativas
Nucleossomo
DNA: 166pb com duas 
voltas negativas
Histona H1 se liga de 20 
22pb distante do cerne
Ø = 110 Å = 11nm 
Ø = 110 Å = 11nm 
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CONDENSAÇÃO DA CROMATINA
Proteínas cromossômicas não histônicas se associam ao 
ligador e algumas ao cerne
❑ 2º ESTÁDIO DE CONDENSAÇÃO
❖ Formação de fibras de cromatina com Ø = 300 Å = 30nm
❖Associação das histonas H1.
❖▼40 vezes
CONDENSAÇÃO DA CROMATINA
❑ 2º ESTÁDIO DE CONDENSAÇÃO
CONDENSAÇÃO DA CROMATINA
Modelo solenoide 
Modelo zigue-
zague 
Expandida Contraída 
❑ 3º ESTÁDIO DE CONDENSAÇÃO
CONDENSAÇÃO DA CROMATINA
❖ As fibras de 30nm formação de alças “ancoradas” em um
arcabouço proteico.
❖ Cada alça inclui de 20.000 a 30.000pb e mede cerca de
300nm de comprimento (fibras de 300nm de Ø).
ALÇAS
Arcabouço de proteínas cromossômicas 
não histônicas
300nm
❑ 3º ESTÁDIO DE CONDENSAÇÃO
CONDENSAÇÃO DA CROMATINA
❖ As fibras de 300nm são comprimidas e helicoidizadas
(minibandas) para dar a estrutura do cromossomo
metafásico.
Minibandas (18 alças)
Cromossomo metafásico
❑ ESQUELETO PROTEICO DO CROMOSSOMO:
CONDENSAÇÃO DA CROMATINA
Hélice dupla de DNA
Cordão de nucleossomos
Solenóide (6 nucleossomos por volta)
Alças (50voltas por alça)
Minibandas (18 alças)
Cromossomo (minibandas empilhadas)
Pares 
base/volta
Taxa de 
condensação
Alças
DNA
Nucleossomo 
Solenóide
ou
zigue-zague 
Minibandas
DNA DE ORGANELAS
DNA CITOPLASMÁTICO 
DNA DE ORGANELAS
Mitocôndria Cloroplasto
❖ Produzem ATP (transportador universal de energia).
❖ São compostas por duas membranas: (matriz → mitocôndria e 
estroma→ cloroplasto).
❖ Nas regiões formadas pelas membranas internas encontra-se 
DNA, RNA, ribossomos e enzimas.
❖DNA promíscuo: em plantas, mitocôndrias e cloroplastos podem 
trocar segmentos.
DNA DE ORGANELAS
❑ TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA
Ao longo da evolução, muitos de genes de enzimas e 
proteínas dos endossimbiontes foram perdidos por serem 
semelhantes aos genes nucleares
DNA DE ORGANELAS
❑ DNA MITOCONDRIAL (mtDNA)
❖ Cromossomo mitocontrial →
monoploide e circular (maioria
das espécies).
❖ Não possui histonas → outras classes
de proteínas com funções similares.
❖ Cada mitocôndria → algumas cópias do cromossomo. Cada
célula → centenas ou milhares de mitocôndrias.
❖ Em geral, o genoma é pequeno → 15.000pb a
65.000pb → 40 a 50 genes.
❖ Plantas podem ter coleções de múltiplos mtDNA diferentes.
❖A herança é uniparental.
DNA DE ORGANELAS
❑ DNA DE CLOROPLASTO (cpDNA)
❖ O cromossomo do cpDNA contém
uma molécula fita dupla de DNA
(monoploide).
❖ Não possui histonas → DNA
altamente enrolado.
❖ Cada cloroplasto → múltiplas cópias do cromossomo. Cada
célula → múltiplas organelas.
❖ O genoma é maior que o mtDNA → 80.000pb a 600.000pb →
proteínas para a fotossíntese.
❖ Genoma basicamente eubacteriano.
❖A herança é uniparental.
CROMOSSOMOS DE 
PROCARIOTOS
❖ Maioria do genoma → uma molécula de DNA 
circular (moploides).
CROMOSSOMO DE PROCARIOTOS
❖ Genoma menor que o de eucariotos → 2 a 5 milhões 
de pb 2.000 A 5.000 genes.
❖ Não possui histonas (eubactérias) → a compactação 
ocorre por alças, ou domínios, associadas a proteínas 
não histônicas e RNA.
❑ EMPACOTAMENTO E COMPOSIÇÃO QUÍMICA
Cromossomo E. coli: 1.500mm
Célula de E. coli: 1 a 2 mm
CROMOSSOMO DE PROCARIOTOS
CROMOSSOMOS DE VÍRUS
❖ Organismos acelulares, compostos apenas de 
material genético e uma cápsula proteica
Fago T2
~150 genes
DNA bifilamentar
ΦX174
11 genes
DNA unifilamentar
CROMOSSOMO DE VÍRUS
Fago MS2
Molécula de RNA 
3.596 nucleotídios
4 genes
5.386 nucleotídios 2.000pb
CROMOSSOMOS PROCARIOTOS x EUCARIOTOS
PROCARIOTOS
✓ Monoploides 
EUCARIOTOS
✓ Di ou poliploides 
✓ Gene/DNA ~ 1 ✓ Gene/DNA ↓ 
✓ 1 cromossomo
(geralmente)
✓ Varia de acordo com a 
espécie
✓ Empacotamento em 
alças e super-
helicoidização negativa
✓ Empacotamento em três 
estágios: nucleossomo, 
solenoide, esqueleto 
(proteínas não 
histônicas - alças)
OBRIGADO!!!