AULA_CROMATINA_PROCARIOTO

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CROMATINA
PROCARIOTOS
Sequência de aula 1
CR0MATINA
Organização do material genético - moléculas DNA
Compactadas para sua acomodação no compartimento ocupado
São moléculas extensas e constituem os genomas
Bactéria Escherichia coli
Célula cilíndrica de 2 um de comprimento e 1 um de diâmetro
Abriga um genoma de DNA circular de 1.6 um
CR0MATINA - COMPARAÇÃO
Eucariotos
Núcleo esférico de 6 um de diâmetro
Abriga uma extensão total de DNA de 1,8 m
A CR0MATINA
Fundamental:
A compactação Organizada do material genético
Isso viabilizada a ocorrência de processos funcionais:
Replicação, Segregação de cromossomos
ou mesmo Expressão gênica
Compactação funcional é alcançada:
Pelas Interações organizadas das moléculas de ácidos
nucleicos com as proteínas específicas
CR0MATINA
Procariotos e Eucariotos
DNA que constitui o genoma
É compactado por sua associação com proteínas
em um arranjo complexo
Grau de compactação varia de acordo
com estado funcional
Arranjo nucleoproteico organizado e dinâmico
Chamado de CROMATINA
CR0MATINA PROCARIÓTICA
Todos os procariotos bactérias e arqueas
Têm genomas estruturados em um nucleoide
uma massa de cromatina ocupa ~ cerca de 1/4 do volume celular
Nucleoides procarióticos não têm uma forma fixa
Ditos ~ Cilíndricos
Não delimitados por qualquer tipo de envoltório
São estruturas funcionalmente dinâmicas
CR0MATINA PROCARIÓTICA
Cromossomos procarióticos – nucleoide
Precisam ser compactados algumas centenas de vezes
Formam uma estrutura de cromatina organizada e funcional
BACTÉRIAS E ARQUEAS DIFEREM ASPECTOS MOLECULARES BÁSICOS
Como a estrutura da cromatina
Pois diferentes proteínas interagem com o DNA em nucleoides de
bactérias e arqueas
E os complexos nucleoproteicos formados definem configurações de
cromatina distintas
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
A estrutura geral do nucleoide
Depende de forças inerentes à própria estrutura do DNA
cromossômico e
de interações entre o DNA e outras moléculas
Podem ser identificados diferentes níveis de compactação e
organização estrutural e funcional na cromatina bacteriana.
No espaço ocupado pelo nucleoide em uma célula:
DNA, proteínas e íons que têm afinidade pelo DNA
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
Presença de cátions e a estrutura polianiônica do DNA levam à
ocorrência de mudanças de trajetórias no DNA
a cada 150 pb e
Definem o primeiro nível de compactação do DNA cromossômico
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
Um nível maior de compactação do cromossomo
Proporcionado pela formação de alças
Formam domínios topológicos
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
Cada alça que constitui um domínio tem, em média, 10 kb de
extensão total, sua base e o seu ápice são mantidos por interações
entre o DNA e as proteínas cromatínicas
10 Kb
10 000 pb
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
Macrodomínios são superestruturas que abrangem de dezenas a
centenas de domínios topológicos
Macrodomínios:
Envolvidos em eventos de recombinação, ou com a frequência de
transcrição dos genes presentes na região
CROMATINA
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Sequência de aula 2
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
A estrutura do nucleoide bacteriano é dinâmica
e varia conforme o estado fisiológico da célula
Uma bactéria na fase exponencial de sua multiplicação:
O nucleoide se organiza em grande número de centenas a milhares
de domínios topológicos
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
Os limites e a extensão de cada domínio variam
Pode haver agrupamentos de certos genes altamente transcritos
Como os genes de rRNA
Se há diminuição do nível geral de transcrição – agrupamentos são
desorganizados
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
Proteínas que delimitam as alças:
Atuam como barreiras que impedem o livre superenrolamento ao
longo do DNA
Assim
em cada domínio
DNA pode apresentar
diferentes graus de
superenrolamento
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
A Fase estacionária da multiplicação. É Caracterizada:
Desaceleração do processo de divisão celular e
Diminuição acentuada da atividade transcricional
Nucleoide passa a ter um número menor de domínios
DNA apresenta uma estrutura mais relaxada em cada domínio
Ou seja, menor grau de superenrolamento
CROMATINA
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Sequência de aula 3
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
Um grupo heterogêneo com mais de uma dezena de proteínas que se
ligam ao DNA
Proteínas associadas ao nucleoide:
NAPs - Nucleoid Associated Proteins
São Responsáveis pela estruturação do nucleoide
As NAPs tem diferentes papéis na organização da cromatina
bacteriana
Atividade de cada proteína:
Depende do(s) efeito(s) que exerce sobre o trecho do DNA
no qual está ligada
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
Todas as NAPs têm a capacidade de compactar o DNA
Na organização da cromatina:
Contribuição individual de cada tipo de NAP é modesta
Os graus de compactação e organização atingidos:
Resultado do somatório das atividades de várias NAPs
Há também sobreposição parcial de funções entre as NAPs
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
Pouco conhecimento sobre as funções específicas desempenhadas
pelas NAPs:
Associadas à compactação global do nucleoide
Formação de determinadas estruturas da cromatina bacteriana
Definição do grau de superenrolamento do DNA
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
O repertório de NAPs expressas na célula
Varia em função do estado fisiológico da bactéria
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
A Figura 3.4
Apresenta os padrões de expressão diferencial de algumas NAPs, em
função do andamento do processo de multiplicação de E. coli,
demonstrando que diferentes composições de proteínas que dobram
e interligam o DNA modulam a estrutura do nucleoide em cada fase
As diferentes composições proteicas e o estado de compactação do
DNA modulam funcionalmente a cromatina bacteriana, que, em
fase exponencial de multiplicação, é muito mais ativa do ponto de
vista da transcrição e da replicação do que no estágio de
multiplicação estacionário.
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
A Mecânica molecular dos processos de regulação da expressão
gênica:
Influenciada pela estrutura da cromatina
Muitos genes podem ter a sua transcrição regulada por NAPs
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
Regulação pode ser de dois tipos:
INDIRETO:
Em razão de alterações no grau de supertorção de um domínio
cromossômico –Alça
Afetando:
Positiva ou negativamente a transcrição de genes na região
DIRETO:
Algumas NAPs podem se ligar a regiões reguladoras
e ativar ou reprimir a transcrição de alguns genes
NUCLEOIDE E CROMATINA BACTERIANA
Algumas enzimas como a DNA-girase e a RNA-polimerase
Desempenhem papel na organização da cromatina bacteriana
A Ligação ao DNA e as atividades de polimerase e topoisomerase:
Alteram de forma localizada a distribuição de superenrolamentos
no DNA
Constituem barreiras topológicas de natureza transitória na
cromatina
Responsáveis em parte:
Definição dos limites entre domínios ou entre macrodomínios
Transições nos estados de superenrolamento
CROMATINA
PROCARIOTOS
Sequência de aula 4
Nucleoide e cromatina de Arqueas
Nas arqueas
Material genético como nas bactérias:
Organizado em um nucleoide
Consiste em uma massa de cromatina,
cujo grau de compactação varia conforme o estado fisiológico da
célula
Nucleoide e cromatina de Arqueas
Fibras de cromatina que compõem o nucleoide em arqueas
Diferem estruturalmente das bacterianas
Apresentam sistemas de compactação distintos
Alguns dos quais lembram mais estruturas da cromatina
eucariótica
Nucleoide e cromatina de Arqueas
Organização “híbrida” da cromatina de Arqueas
Reflexo da história evolutiva do domínio Archaea
Arquea se separou inicialmente da linhagem bacteriana
e, em um segundo momento, da linhagem eucariótica
Arqueas atuais apresentam um amplo repertório de NAPs
incluindo tanto proteínas exclusivas do domínio Archaea
como proteínas ortólogas* de NAPs bacterianas
ou de proteínas cromatínicas eucariótica
*genes que divergirampor especiação - tendência à conservar função
Nucleoide e cromatina de arqueas
As NAPs de arqueas e algumas de suas principais propriedades
estruturais e funcionais
Nucleoide e cromatina de arqueas
Maioria das NAPs de arqueas
Capaz de polimerizar sobre o DNA e formar fibras nucleoproteicas
Fibras cromatínicas de arqueas
Podem apresentar diferentes configurações
Dependendo da espécie
Em função do repertório de NAPs presentes
e da quantidade relativa de cada uma dessas proteínas
Nucleoide e cromatina de arqueas
Importante salientar:
Distribuição das NAPs não é homogênea no domínio Archaea
Várias NAPs:
Têm distribuição restrita a um determinado filo
ou a certas classes ou gêneros
Nucleoide e cromatina de arqueas
Análise filogenética sobre a distribuição dos genes codificadores de
NAPs
Demonstra que:
Em diferentes linhagens evolutivas do domínio Archaea, diversos
subconjuntos de NAPs são utilizados para a compactação da
cromatina
Nas espécies com genomas já sequenciados
Os dois tipos de NAPs com maior distribuição entre arqueas:
Proteínas Alba e Histonas
CROMATINA
PROCARIOTOS
Sequência de aula 5
Nucleoide e cromatina de Arqueas
Estrutural e funcionalmente:
As Proteínas Alba e as histonas são mais conhecidas
São empregadas para apresentação de algumas características da
cromatina de arqueas
Proteínas Alba em arqueas são codificadas por um ou dois genes
Dímeros de Alba associam-se ao DNA
cobrindo-o em arranjos nucleoproteicos em tandem
Nucleoide e cromatina de Arqueas
As histonas são proteínas básicas - elevada afinidade pelo DNA
Nas arqueas, são tipificadas pelas duas isoformas:
Denominadas HMfA e HMfB
As histonas foram inicialmente caracterizadas como componentes da
cromatina eucariótica
Demonstração da sua presença e ampla distribuição entre arqueas
Evidenciou aspectos comuns na organização da cromatina
Nos domínios Archaea e Eukarya
Nucleoide e cromatina de Arqueas
Histonas de arqueas
São menores e
Estruturalmente muito similares a histonas eucarióticas
Consistem de uma cadeia de 65 a 75 aminoácidos
Enovelada em 3 alfa-hélices separadas por alças curtas
Uma estrutura homóloga àquela do domínio das histonas centrais
eucarióticas
De um a seis genes codificadores de histonas são encontrados nos
genomas de espécies de arqueas
Nucleoide e cromatina de arqueas
Em espécies de arqueas com duas ou mais isoformas de histonas,
Diferentes combinações de histonas determinam várias propriedades
de associação ao DNA
Levando a modificações na estrutura das fibras de cromatina
Combinações de histonas determinam alterações na orientação de
um dímero em relação a outro
Promove mudanças no sentido de enrolamento do DNA no
nucleossomo
Podendo levar à introdução de
Superenrolamento
negativo ou positivo na molécula
Superenovelamento positivo – característico de árquea
Nucleoide e cromatina de arqueas
De 60 a 90 pb associam-se a histonas para formar um nucleossomo
em arqueas e essa extensão de DNA não chega a dar uma volta
completa no tetrâmero
Nucleoide e cromatina de arqueas
O número exato de pares de bases de DNA, em cada nucleossomo,
depende da composição de isoformas das histonas presente no
tetrâmero
Há uma preferência para a montagem de nucleossomos sobre
segmentos de DNA que estejam de acordo com a sequência
consensual (A/T)3NN(G/C)3NN
sendo N qualquer base nitrogenada
Sequencia com uma ampla distribuição ao longo de genomas de
arqueas
Nucleoide e cromatina de arqueas
Devido à maior simplicidade dos nucleossomos em arqueas (menor
conteúdo de histonas), o grau de compactação atingido na fibra
cromatina é menor do que o atingido em fibras cromatínicas
eucarióticas.
Isso determina diferenças fisiológicas importantes entre a
cromatina de arqueas e a de eucariotos
Nas arqueas, a configuração menos compacta da cromatina
proporciona à maquinaria transcricional alta acessibilidade ao
genoma, o que não ocorre nos eucariotos
Essa acessibilidade proporciona às arqueas a capacidade de
responder, com rapidez, a mudanças ambientais (em termos de
expressão gênica), o que é uma exigência comum para procariotos,
pois, em geral, estão em contato direto com os fatores ambientais
(bióticos e abióticos) que os condicionam