TEMA 6_OrgMolCrom

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TEMA 6. Organização molecular dos 
cromossomas. 
O tamanho do genoma e a 
complexidade evolutiva. Supercoiling 
do DNA. Estrutura dos cromossomas 
bacteriano e eucariótico. O 
nucleossoma como unidade 
estrutural básica da cromatina. 
Cromossomas politénicos. 
Sequências repetitivas nos genomas 
eucarióticos. Tipos de sequências. 
Transposões. Estrutura dos 
centrómeros e dos telómeros. 
Organização molecular dos 
cromossomas. 
O tamanho do genoma e a 
complexidade evolutiva. 
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O tamanho do genoma e a 
complexidade evolutiva. 
DNA de dupla cadeia 
linear 
Eucariotas e procariotas 
DNA de dupla cadeia 
circular 
Procariotas, virus, 
mitocôndrias, cloroplastos. 
DNA de cadeia simples 
circular 
Virus 
RNA de dupla cadeia 
linear 
Virus 
RNA de cadeia simples 
 
Virus 
O tamanho do genoma e a 
complexidade evolutiva. 
• Procariotas: genomas pequenos em 1-2 
moléculas de DNA (plasmídeos). 
• Eucariotas: DNA empacotado com 
histonas nos cromossomas, dentro do 
núcleo. 
• Medido em número de nucleótidos, ou 
pares de bases em cadeias duplas. 
• Normalmente expressa-se em kilobases 
(kb): 1000 nucleótidos. 
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O tamanho do genoma e a 
complexidade evolutiva. 
(Kb) 
100-1000 kb 
1-10 Mb 
10-1000 Mb 
O tamanho do genoma e a 
complexidade evolutiva. 
Paradoxo do C-value. 
 
Protozoários x5800 
Peixes x350 
Angiospérmicas x1000 
 
Milho 2.5Gb/Trigo 0.4Gb 
(mesmo número de genes) 
 
 
• DNA não codificante 
(98.5% do total) 
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Supercoiling do DNA. Estrutura 
dos cromossomas bacteriano e 
eucariótico. O nucleossoma 
como unidade estrutural básica 
da cromatina. Cromossomas 
politénicos. 
Supercoiling do DNA (E. coli). 
• Genoma: 1500um comprimento. 
• Célula: 2 um X 1 um. 
• DNA compactado: supercoiling 
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Supercoiling do DNA 
Positive supercoiling Negative supercoiling 
Escherichia coli 
Maioria das bactérias 
Archaea 
Termófilos 
Topoisomerase I 
Topoisomerase II 
 
Só cortam uma cadeia 
Cortam as duas cadeias 
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Estrutura dos cromossomas 
bacterianos: o nucleóide 
Supercoiling + core de proteínas que compactam o DNA. 
10% das proteínas celulares 
Loops independentes pela união das proteínas: podem estar em configurações diferentes 
Estrutura dos cromossomas 
eucariotas 
• Cromossoma I humano: 
– DNA: 82 mm em comprimento 
– cromossoma condensado em metafase: 10 um X 1 um 
• Cromatina: Estrutura ordenada e agregada de DNA 
compactado por proteínas. 
• Histonas: Funções estruturais e reguladoras. 
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O nucleossoma: unidade da cromatina 
H1 
• Histonas (H1, H2A, H2B, H3, H4): 
–massa ~ DNA 
–20% Lys, Arg (carga positiva) 
–Sequência altamente conservada, 
excepto H1 
(p.e. semelhança da sequência de H4 em vaca e ervilha é 96%) 
 
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Perda das H1, liberta as partículas do core 
Corte no DNA de união, liberta os nucleosomas 
Linker DNA: 20-100 bp, 55 bp average 
A estrutura da cromatina 
1 Mb 
Laços de cromatina (100 kb) 
300-800 nm 
Domínios da cromatina A fibra de cromatina 
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Territórios dos cromossomas 
no núcleo 
Estrutura ordenada, implicações para replicação e transcrição. 
• Dupla hélice 
• Fibra de nucleossomas 
• Fibra de cromatina 
• Laços de cromatina 
• Domínios de cromatina (interfase) 
• Cromatídeos do cromossoma 
(metafase, mitose) 
 
Condensação dos cromossomas 
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Cromossomas politénicos 
Nas glândulas salivares das larvas de Drosophila 
Cromossomas gigantes, 1000 moléculas de DNA 
Mapa citológico dos cromossomas 
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Cromossomas Plumosos (Lampbrush 
chromosomes) – oócitos de amfíbios 
Cromossomas homólogos 
emparelhados que apresentam 
inumeros lopps de cromatina – 
correspondem a uma elevada 
taxa de transcrição (núcleos 
interfásicos) 
Sequências repetitivas nos 
genomas eucarióticos. 
Tipos de sequências. 
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Sequências repetidas nos genomas eucarióticos. 
Cinética da renaturação do DNA 
•Só em genomas eucarióticos. 
•DNA satélite: Sequências curtas repetidas em tandem até 
milhões de vezes 
•Detectável mediante experiências de renaturação. 
Cinética da renaturação do DNA 
C 1 
C0 [1 + kC0t] 
= 
Ratio entre a 
concentração de DNA 
de cadeia simples e a 
concentração original 
do DNA desnaturado 
Cot curve: 
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Análise do tamanho do genoma e 
das sequências repetidas. 
Sequências repetidas nos genomas 
eucarióticos. Tipos de sequências. 
• Diferenças entre eucariotas. 
 
• DNA uni-cópia, genes e regiões reguladoras: 30-
75% do genoma. 
• Sequências moderadamente repetidas: 1-30% do 
genoma. 
– 10-1000 cópias por genoma. 
• Sequências altamente repetidas, DNA satélite: 5-
45% do genoma. 
– Até 10.000 cópias por genoma. 
 
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Sequências moderadamente 
repetidas 
• 40% genoma humano, 12% em D. melanogaster 
• Famílias de genes: rRNA e tRNA, histonas. 
• Cópias agrupadas ou dispersas, número diferente 
em espécies diferentes: 
– Histonas: 
» 10 cópias em galinha 
» 20 cópias em Homem 
» 100 cópias em Drosophila. 
 
 
Sequências altamente repetidas nos 
genomas eucarióticos. 
• Sequências altamente repetidas: 
– Localizadas em blocos de sequências em tandem 
(DNA satélite). 
– Dispersas pelo genoma. 
 
– 6% genoma humano, 18% em D. melanogaster 
– Formam a heterocromatina 
– Centrómeros, telómeros 
– Cromossoma Y 
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Sequências altamente repetidas 
localizadas: DNA satélite 
 
• VNTR (Variable Number Tandem Repeats): blocos 
repetidos em número muito variável, característicos 
da cada indivíduo, transmissíveis como alelos. 
– Microssatélites or simple sequence repeats (SSR) 
(1-6 pb) 
– Minissatélites (> 6pb) 
Microssatélites 
•Cópia egoísta. 
•Em telómeros. 
•União de proteínas. 
•Poliaminoácidos de factores 
de transcrição. 
 
•Marcadores genéticos em 
estudos de genética de 
populações. 
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Minissatélites 
•União de proteínas reguladoras. 
•Sítios frágeis: translocação 
cromossómica. 
 
•Marcadores moleculares. 
Sequências altamente repetidas 
dispersas pelo genoma: 
Transposões 
• Elementos genéticos móveis 
 
• De cortar-e-colar. 
• LTR (Long Terminal Repeats) retrotransposões (retrovirus) 
• Non-LTR retrotransposões 
 
• Famílias 
 
• Transposases 
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Transposões de cortar-e-colar 
Genes responsáveis pela transposição 
Endonucleases, Transposases 
•Número baixo de cópias, porque normalmente “saltam” entre 
sítios específicos no genoma. 
•Aparecem em regiões ricas em genes. 
 
Up to a few hundred 
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LTR retrotransposões 
Genes responsáveis pela transposição 
Endonucleases, transposases, transcriptase reversa 
•Transposição mediante uma cópia de RNA 
•Número de cópias alto 
•Retrovirus 
Non-LTR retrotransposões 
Em mamíferos, em humanos 
• LINE (long interspersed elements) 
• SINE (short interspersed elements) 
5’ 
3’ 
(A)n Genes responsáveis pela transposição 
tRNA related LINE related (A)n 
5’ 
(Vários Kb) 
(100-500 pb) 
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Transposões 
• DNA egoísta 
• Família Alu: Muito abundantes em regiões 
ricas em genes e ricas em GC, função 
reguladora? 
 
• Transcrição activada em situações de stress. 
 
• Fonte de mutação: 
– Inserção em genes. 
– Recombinação ectópica e translocação recíproca. 
Transposões e mutação: Recombinação 
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Transposões e mutação: Recombinação 
Controlo dos transposões 
• Silencing: sequências intactas, transcrição é 
evitada ou os transcritos destruídos. 
 
• Mecanismos de defesa específicos: 
– RIP (repeated-induced point mutation) 
– Neurospora crassa– Detecção das sequências repetidas 
– Substituição de GC por AT: hipermutação 
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Transposões no genoma humano 
Type Number of copies Percentage of total 
genome 
SINEs 1.558.000 13,1 
AluI 1.090.000 10,6 
LINEs 868.000 20,4 
LINE1 516.000 16,9 
LTR elements 443.000 8,3 
DNA elements 294.000 2,8 
mariner 14.000 0,1 
Unclassified 3.000 0,1 
Total 44,7 
Transposões no genoma humano 
• Taxa de transposição quase nula em 
humanos: 1 em 600 mutações 
• Aumento em outras espécies: rato 1 em 
10. 
• Mecanismos? 
• Significado? 
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Estrutura dos centrómeros e 
dos telómeros. 
Cohesin 
Centrómeros 
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Localizado Difuso 
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• Centrómeros localizados 
–Pontuais: S. cerevisiae. 
–Regionais. 
• Sequências de DNA repetido. 
• Histona H3 específica 
Centrómero pontual 
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Centrómero regional 
• 100 vezes maiores. 
• Grandes quantidades de heterocromatina. 
 
• Humanos: DNA alfa-satélite: Sequência de 
170 pb repetida em tandem. 
• 5000-15000 cópias por centrómero. 
 
• Varias fibras do fuso acromático unidas à 
DNA entre o alfa-satélite. 
 
Telómeros 
• Estruturas formadas por sequências de 
DNA repetido e proteína no extremo 
dos cromossomas. 
• Importantes para manter a integridade 
e estabilidade dos cromossomas. 
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• Telómeros: 
– Telomerase (transcriptase reversa) 
– DNA repetido em tandem no extremo 3’ 
 
 5’-TTGGGG-3’ 
 5’-TTAGGG-3’ 
 
5’…TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG-3’ 
3’…AACCCCAACCCCAA-5’ 
 
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Some known telomere sequences 
Group Organism Telomeric repeat (5' to 3' toward the end) 
Vertebrates Human, mouse, Xenopus TTAGGG 
Filamentous fungi Neurospora crassa TTAGGG 
Slime moulds 
Physarum, Didymium TTAGGG 
Dictyostelium AG(1-8) 
Kinetoplastid protozoa Trypanosoma, Crithidia TTAGGG 
Ciliate protozoa 
Tetrahymena, Glaucoma TTGGGG 
Paramecium TTGGG(T/G) 
Oxytricha, Stylonychia, Euplotes TTTTGGGG 
Apicomplexan protozoa Plasmodium TTAGGG(T/C) 
Higher plants Arabidopsis thaliana TTTAGGG 
Green algae Chlamydomonas TTTTAGGG 
Insects Bombyx mori TTAGG 
Roundworms Ascaris lumbricoides TTAGGC 
Fission yeasts Schizosaccharomyces pombe TTAC(A)(C)G(1-8) 
Budding yeasts 
Saccharomyces cerevisiae 
TGTGGGTGTGGTG (from RNA template) 
or G(2-3)(TG)(1-6)T (consensus) 
Candida glabrata GGGGTCTGGGTGCTG 
Candida albicans GGTGTACGGATGTCTAACTTCTT 
Candida tropicalis GGTGTA[C/A]GGATGTCACGATCATT 
Candida maltosa GGTGTACGGATGCAGACTCGCTT 
Candida guillermondii GGTGTAC 
Candida pseudotropicalis GGTGTACGGATTTGATTAGTTATGT 
Kluyveromyces lactis GGTGTACGGATTTGATTAGGTATGT 
 
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Estrutura tridimensional dos 
telómeros 
Estrutura tridimensional dos 
telómeros 
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• Expressão diferente de 
telomerases em tecidos 
diferentes. 
 
• Alta expressão em stem cells. 
 
• Baixa expressão em células 
adultas. 
 
• Redução do comprimento dos 
telómeros nas divisões 
celulares. 
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• Redução do comprimento dos 
telómeros nas divisões celulares: 
Senescência, controlo do cancro. 
 
• Caenorhabditis elegans: correlação 
entre longevidade e alongamento 
dos telómeros. 
 
• Células tumorais: Níveis altos de 
telomerases. 
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PROGERIA