Estrutura e Organização das Células Procarióticas e Eucarióticas

Prévia do material em texto

Tópico 01
Biologia Molecular e Biotecnologia
Estrutura e Organização das
Células Procarióticas e
Eucarióticas
1. Introdução
A variedade impressionante de sistemas vivos esconde uma
semelhança: a molécula de DNA como código genético,
revelando, assim, para todos os seres, um ancestral comum. A
diversidade da vida é gerada por processos evolucionários,
resultado de adaptações dos componentes bioquímicos pré-
existentes a novas regras. Levando em consideração as
características bioquímicas, os diversos organismos podem ser
divididos em três grupos fundamentais: eucariontes, bactérias e
arqueobactérias. Eucariontes (Eukarya) compreendem todos os
organismos que possuem núcleo, onde está o seu material
genético. Os organismos que não possuem núcleo são
classificados em dois domínios: bactérias (Eubacteria) e
arqueobactérias (Archaea), sendo que as arqueobactérias
divergem evolutivamente das bactérias (LODISH et al., 2014).
Veja a árvore da vida na figura abaixo:
Diversidade de espécies.
Ainda que haja semelhança entre bactérias e arqueias, os
organismos procarióticos são um grupo bem diversificado do
ponto de vista de suas constituições genéticas em relação aos
organismos eucarióticos. Vamos ver como os procariotos estão
organizados!
2. A Célula em Procariotos e seu
Genoma
Como as bactérias, as arqueobactérias são procariontes, sem um
núcleo e sem organelas, com material genético disposto no
citoplasma, sem separação dos outros componentes da célula
por uma membrana. O local onde o material genético se
concentra é chamado de nucleoide. No entanto, arqueobactérias
se diferenciam das bactérias bioquimicamente. Elas são capazes
de sobreviver em condições extremas, sendo consideradas
extremófilos; são encontradas em ambientes como em altas
profundidades oceânicas, salmouras e em fontes de águas
quentes. A parede celular das arqueobactérias é formada por um
pseudopeptídeoglicano, são constituídas de polissacarídeos,
glicoproteínas ou proteínas. Archaea não segue a via da glicólise
ou ciclo de Krebs para obtenção de energia. Elas são autotróficas
quimiossintetizantes. Algumas arqueas são capazes de usar
compostos orgânicos para obter energia, mas a maioria é capaz
de utilizar compostos inorgânicos, como a obtenção de energia
do gás metano (metanogênicas). Arqueobactérias se reproduzem
por fissão binária, fragmentação ou brotamento. Pyrolobus
fumarii, Sulfolobus acidocaldarius, Pyrococcus furiosus,
Methanobacterium formicum são exemplos de arqueobactérias.
As bactérias possuem parede celular, localizada do lado de fora
da membrana; a parede celular possui ligações éster da
membrana lipídica com ácidos graxos.
O domínio Bactéria possui uma enorme variedade de procariotos
com uma grande variedade de morfologia (formas) e fisiologia
(modo de obtenção de nutrientes e metabolismo) (LODISH et
al., 2014). As bactérias algumas vezes possuem, revestindo a
membrana plasmática, uma cápsula, um envoltório
mucilaginoso que está relacionado à capacidade de causarem
doenças. Veja na imagem de abaixo como a célula procariótica
está organizada.
Célula bacteriana
As bactérias podem se dividir assexuadamente (formando outra
célula por fissão – divisão em duas). Elas não apresentam
reprodução sexuada, mas recombinam seu material genético
através de três processos: transformação, transdução ou
conjugação. Veja na imagem abaixo como os processos de troca
de material genético acontecem entre as bactérias:
Na transformação, elas podem absorver fragmentos de DNA que
se encontram dispersos no ambiente. Após incorporarem esse
DNA exógeno, diz-se que elas estão transformadas. Na
transdução bacteriana o material genético é trocado entre
bactérias com a participação de um bacteriófago (vírus de
bactéria). Já na conjugação, ocorre a passagem de DNA de uma
célula doadora para uma receptora. Para isso, é necessária uma
estrutura conhecida como pili, que permite o contato entre as
células bacterianas. A bactéria doadora possui um plasmídio
conjugativo, que possui genes que codificam para o pili F (F=
fertilidade). Uma fita desse plasmídeo passa através do pili para
a célula receptora. As fitas simples dos plasmídeos serão os
moldes para que seja formada uma fita dupla em cada uma das
células.
Recombinação bacteriana.
Esse processo é importante porque através dele muitas bactérias
acabam por se tornar resistentes a antibióticos, uma vez que a
resistência está codificada no plasmídeo. Os plasmídeos
possuem todas as sequências necessárias para sua
autoduplicação, sem interferência do DNA nuclear (LODISH et
al., 2014).
A clonagem molecular amplamente utilizada na ciência,
medicina, agricultura e indústria usa o plasmídeo
bacteriano para colocar um gene, pedaço do DNA de
outro organismo, dentro da bactéria para estudar seus
efeitos. Essa técnica é conhecida como DNA
recombinante. Genes de qualquer fonte podem ser
quebrados em pedaços em um processo de manipulação

No entanto, os processos de transformação, transdução ou
conjugação não geram outra célula, por isso não são
considerados como reprodução, mas há uma troca de material
genético caracterizando a recombinação. Os pili ou fimbria
também são importantes componentes que permitem
ancoragem da bactéria no meio em que ela se encontra, pode
aparecer em bactéria e arqueas (LODISH et al., 2014).
Além dos pilli, as bactérias podem apresentar flagelos. Eles são
constituídos de uma proteína chamada flagelina, são muito
importantes para locomoção bacteriana para encontrar
alimentos, mas nem todas as bactérias possuem flagelos.
As bactérias podem produzir esporos, uma forma de resistência
celular para sobreviver à escassez de alimentos. Alguns exemplos
de bactérias são Streptococcus pneumoniae, Yersinia pestis,
Escherichia coli (E.coli), Salmonella entérica. Diferentemente
das arqueobactérias, as bactérias possuem espécies que são
patogênicas (LODISH et al., 2014).
Acabamos de ver as diferenças entre arqueas e bactérias. Ambas
são microrganismos procariontes, mas possuem algumas
artificial de DNA para obtenção de moléculas de
interesses industriais.
Você sabia que flagelo funciona como órgão sensorial
para as bactérias? Eles podem reagir a estímulos como
luz, compostos químicos, fazendo com que as bactérias
se movam em direção aos compostos ou fujam deles!

variações nas suas características. Vamos ver agora como o
genoma está organizado nesses organismos
ORGANIZAÇÃO GENÉTICA EM
PROCARIOTOS
Bactérias e arqueobactérias possuem um tamanho que varia de
0.5 a 4 microns (um micro equivale a um milionésimo de metro),
são as menores células que existem. Os componentes como os
ácidos nucleicos (ácido desoxirribonucleico- DNA, ácido
ribonucleico-RNA), água, proteínas, ribossomos e vários íons
inorgânicos importantes para as funções celulares estão
dissolvidos no citoplasma.
Os procariotos possuem um DNA circular, com um único
cromossomo, por isso, estes microrganismos são chamados de
haploides. Nesse cromossomo, estão as informações (genes) para
todas as funções da bactéria. O gene é a unidade básica da
hereditariedade que contém as instruções para formação de
outra molécula (seja mRNA, rRNA, tRNA, proteína).
Já o tamanho do genoma, ou seja, todas as sequências contidas
no DNA, pode variar mesmo entre bactérias da mesma espécie
(JOHNSON et al., 2017). Veja na tabela abaixo contendo
espécies de procariotos e a quantidade de genes dessas espécies:
Mas como é possível que todos esses genes estejam dentro da célula?
COMPACTAÇÃO DO DNA
As enzimas topoisomerases promovem compactação da
molécula de DNA e permitem que esse DNA fique compactado
no nucleoide, já que essas células não possuem núcleo.
O DNA procariótico possui domínios topológicos. Esses
domínios são formados devido à capacidade da molécula de
DNA de se enrolar formando regiões supertorcidas. Estas regiões
estão associadas a grupos de genes que interagem com proteínas
de cromatina, formando osdomínios. A expressão do gene pode
ser reprimida se ele se encontrar em uma região do genoma que
está relaxada, próximo à origem de replicação, enquanto um
gene pode ser induzido pelo relaxamento da supertorção, se
estiver localizado perto do sinal de término da replicação. Existe
uma enzima, do tipo topoisomerase, denominada DNA-girase,
que introduz supertorções no DNA, mantendo, dessa forma, o
DNA sob tensão constante. Na imagem abaixo você pode
perceber que o DNA relaxado se apresenta em uma forma
circular e as supertorções positivas têm sentido contrário de
supertorções negativas (LODISH et al., 2014).
Compactação do DNA em bactérias.
Vamos entender agora como os genes estão organizados dentro
dos cromossomos!
UNIDADES DE REPLICAÇÃO
Os cromossomos estão organizados em unidades de replicação.
Uma unidade de replicação tem uma origem, a partir dessa
origem esse cromossomo será replicado. Toda vez que a célula se
divide, ela precisa duplicar seu material genético, isso começa na
origem, o ponto de origem é chamado replicon. A partir dessa
origem, formam-se duas forquilhas de replicação movendo-se
em direções opostas como você pode ver na figura abaixo:
Replicação do DNA.
Em bactérias a origem de replicação é única (OriC). A DNA
polimerase cria polímeros por associação de nucleotídeos,
usando para isso uma fita DNA molde.
A replicação do DNA, pela DNA polimerase, ocorre apenas na
direção 5´-3´ onde está a hidroxila livre-OH. Para a síntese de
novas fitas, a DNA polimerase necessita de uma extremidade
hidroxila livre-OH para fazer o alongamento da nova fita. Para
que ocorra a replicação, uma enzima chamada helicase abre as
duas fitas de DNA. Como a DNA polimerase necessita de uma
extremidade livre-OH, a DNA primase sintetiza um pequeno
pedaço de RNA, chamado de primer. No lado contínuo da
forquilha, a fita molde tem orientação 3´para 5´ e basta um
primer para iniciar a replicação. No lado descontínuo, a fita
molde tem orientação 5´para 3´,por isso vários primers são
sintetizados e então a replicação poderá ocorrer no sentido 5’-
>3’´. Como são sintetizados pequenos pedaços, esses fragmentos
sintetizados, conhecidos como fragmentos de Okazaki, serão
ligados um ao outro pela DNA ligase..
Em bactérias, a origem de replicação é única, no entanto, nas
arqueias é possível encontrar duas ou três origens. A origem de
E. coli tem um comprimento de 245 nucleotídeos, por exemplo.
Além disso, em todos os organismos, o gene que codifica para
uma molécula pode ser separado de outro por regiões
intergênicas. Essas regiões são geralmente curtas em bactérias,
podendo não ter nenhum par de base separando os genes ou até
1000 pares de bases (JOHNSON et al., 2017). Vamos continuar
aprendendo como os genes estão organizados em procariotos.
MOTIVOS
Outra forma de se organizar o gene são os chamados motivos.
Motivos são sequências curtas de algumas dezenas de pares de
base e que codificam para uma função, por exemplo, motivo para
recombinação. O motivo que possibilita recombinação se repete
no cromossomo com sequências consensuais 5“-GCTGGTGG-3”,
em E. coli, e 5“-G(G/C)TGGAGG-3”, em Haemophilus
influenzae. Sequências são ditas consensuais quando elas são
parecidas. Motivos são sequências repetidas e permitem também
outras funções, como sítios específicos para ligação de uma
proteína ao DNA. Já existem muitos motivos conhecidos por eles
serem conservados no DNA dos procariotos. Essas sequências
são curtas (10 pares de base) e constituem por volta de 2% do
genoma. Essas sequências repetidas estão agrupadas em famílias
e podem estar em sequência, uma na frente da outra, ditas em
tandem. Podem estar na mesma orientação, ditas convergentes,
ou em orientações distintas, ditas divergentes. As sequências
podem ser palindrômicas, ou seja, iguais se lidas da direita para
a esquerda, ou da esquerda para direita, como na palavra ANA.
Dentre as sequências palindrômicas, vale ressaltar as repetições
CRISPR (de clustered regularly interspaced short palindromic
repeats, repetições palindrômicas curtas agrupadas e
regularmente espaçadas). As CRIS-PRs impedem que um vírus
se prolifere nas bactérias. Cerca de 40% dos genomas
bacterianos e 90% dos genomas de arqueias possuem essas
sequências.
Apesar dessas sequências repetidas, o genoma dos procariontes
tem uma baixa taxa de repetição.
Normalmente, um gene está presente apenas uma vez no
cromossomo, isso é conhecido como um baixo grau de
redundância gênica. Quando se deseja comparar espécies
bacterianas, faz-se a análise da homologia de genes, ou seja,
analisa-se quanto os genes são parecidos. Em procariotos essa
homologia demonstra uma grande ocorrência de genes
ortólogos: genes que divergiram por especiação, sendo que cada
descendente irá possuir uma cópia, com conservação da função.
OPERONS
Os genes bacterianos estão organizados em operons. Essa
unidade operon conta com um promotor único e com sequências
de regulação para a frequência de sua transcrição. Essa
sequência de regulação permite a ligação a proteínas que podem
induzir ou reprimir a expressão desses genes. O número de
genes para cada operon varia. O operon apresenta sequências de
início e término para a transcrição. Os operons são separados
uns dos outros por sequências chamadas de intercistrônicas. O
número de operons varia de espécie para espécie. Veja na
imagem abaixo como os genes estão dispostos em um operon
bacteriano:
Operon bacteriano
O local na molécula de DNA que sinaliza o início da transcrição é
chamado de promotor. Faz parte do promotor uma sequência de
nucleotídeos que são necessárias para regular eficiência da
transcrição. Nos procariotos, essas sequências são 10 pares de
bases antes do promotor (sequência –10 ou caixa de Pribnow) e
outra a 35 pares de bases (sequência –35 ou sequência de
reconhecimento para a RNA polimerase). Os genes bacterianos
não possuem sequências de intervenção ou introns, como são
chamados. O mRNA é dito policistrônico porque codifica para
mais de uma proteína ao mesmo tempo.
Além disso, o gene possui regiões que não codificam, mas que
estão envolvidas na regulação da sua transcrição (LODISH et al.,
2014, ZAHA et al., 2014). As regiões reguladoras contribuem
para o tamanho do gene. E esse tamanho é proporcional ao
tamanho da proteína para o qual ele codifica. No entanto, as
sequências de nucleotídeos que têm função reguladora são
curtas e os genes em procariotos são consequentemente curtos.
A espécie bacteriana Escherichia coli (linhagem K-12) tem o
tamanho médio das regiões codificadoras de aproximadamente
4.300 genes identificados e de 951 pb (equivalente a 317
aminoácidos) (ZAHA et al., 2014).
ILHAS GENÔMICAS
As bactérias também possuem elementos transponíveis (TEs).
TEs são sequências que mudam de lugar no genoma, se
transpõem no genoma do próprio organismo. Esses elementos
móveis, TEs, são sequências de DNA que codificam enzimas
capazes de catalisar a replicação e a transferência desses
elementos para outro sítio do genoma. Esses elementos
transponíveis estão localizados em ilhas genômicas. Outros
genes podem estar contidos nessas ilhas genômicas que vão
conferir patogenicidade à bactéria, como a capacidade de
infectar a célula hospedeira. Metabolismo de compostos
aromáticos, resistência a metais pesados, resistência
antimicrobiana são algumas das vantagens oferecidas pelas ilhas
genômicas.
Até aqui, vimos como os genes estão organizados nos
procariotos, genes podem ser diferentes para cada espécie,
conferindo variedade a elas.
DIVERSIDADE DE ESPÉCIES
Os procariotos possuem capacidade de se adaptar a diversas
condições do ambiente, luz, oxigênio, calor, frio, muita comida
ou sua escassez. Essa capacidade de adaptação acaba gerando a
diversidade no seu genoma. Os microrganismos apresentam
diversidade na estrutura e função de suas células, resultado de
bilhões de anos de adaptação. Essa diversidade pode ser vista,
por exemplo, nasvariações no tamanho e formato de suas
células, em estratégias metabólicas, mobilidade, mecanismos de
divisão celular, adaptação a ambientes extremos. Assista ao
vídeo que separamos para perceber como estratégias
metabólicas possibilitam a adaptação desses organismos.
Essas variações acabam por tornar os microrganismos
interessantes para produção de alimentos, bebidas, produção de
substâncias úteis na medicina, agricultura e indústria. Essa
produção em larga escala com uso de manipulação genética do
microrganismo ou não é conhecida como biotecnologia
(BORZANI et al., 2001).
Até aqui vocês viram como o genoma dos organismos
procariotos estão organizados, no próximo item exploraremos
como essa organização se dá em seres mais complexos, os
eucariotos. Aproveite a leitura!
3. A Célula em Eucariotos e seu
Genoma
A característica principal deste tipo de célula é ter material
genético envolvido por membrana, a carioteca verdadeira, por
isso, eucariotos (LODISH et al., 2014). O material genético é
separado em um núcleo, além disso, eucariotos possuem
diversas organelas no citoplasma. Os eucariontes compreendem
os vegetais, animais, fungos, algas e protozoários. O
desenvolvimento de um núcleo envolto por membrana torna

Bonnie BasslerBonnie Bassler
Bonnie Bassler explica como as bactérias se comunicamBonnie Bassler explica como as bactérias se comunicam
https://www.ted.com/talks/bonnie_bassler_how_bacteria_talk?language=pt-br
possível a recombinação (variação genética) durante a
reprodução sexual (LODISH et al., 2014).
Comparação entre células eucarióticas e procarióticas.
Há uma variedade de outras estruturas no citoplasma,
característico de célula eucariótica, como retículo
endoplasmático, complexo de Golgi, lisossomos, mitocôndria.
Cada estrutura tem uma função. Entre as diversas organelas, a
mitocôndria e o cloroplasto são organelas envolvidas na
produção de energia. Vamos estudar um pouco mais sobre essas
organelas.
MITOCÔNDRIAS E CLOROPLASTOS
Nos eucariontes, o suprimento de energia ATP é fornecido pelas
organelas mitocôndria e cloroplastos.
As mitocôndrias ocorrem em quase todas as células de animais,
vegetais e fungos. Elas ocupam 20% do volume de uma célula
eucariótica. Podem se mover em células como neurônios ou ter
localização fixa em células como em células cardíacas, mas
sempre estão distribuídas nos diversos tipos celulares onde há
alta demanda energética. A membrana interna das mitocôndrias
é enovelada formando cristas, importantes para a cadeia
transportadora de elétrons e geração de energia.
Já os cloroplastos estão presentes em plantas e algas, produzem
energia de forma semelhante às mitocôndrias. No entanto, a
membrana interna responsável pela geração de energia através
da fotossíntese é formada por um conjunto de sacos achatados,
os tilacóides.
Mitocôndrias e cloroplastos podem ter sido englobadas por
células maiores, tendo origem evolutiva nas bactérias (teoria
endossimbiose). As mitocôndrias e os cloroplastos possuem
DNA próprio em forma circular, muito semelhante ao das
bactérias, apresentando-se como filamentos duplos e circulares,
possuem uma membrana externa e outra interna. O DNA dos
cloroplastos e o da mitocôndria são sintetizados na própria
organela, e sua duplicação ocorre sem interferência do DNA
nuclear (LODISH et al., 2014, ZAHA et al., 2014). A importância
da mitocôndria e dos cloroplastos vai além da geração de
energia. Essas duas organelas possuem importância na
biotecnologia.
O DNA das mitocôndrias tem sido relacionado como marcador
para algumas doenças. Por exemplo, alterações no DNA
mitocondrial alteram o potencial de membrana, ou seja, alteram
a capacidade de produzir energia. Esse tipo de mutação pode
interferir na fertilidade masculina, uma vez que o
espermatozoide precisa de muita energia para alcançar o óvulo
na fertilização.
Você sabia que os cientistas relacionam defeitos no DNA
das mitocôndrias com o envelhecimento celular? O

Já os cloroplastos têm se apresentado como ferramenta para o
melhoramento de plantas. A manipulação genética do DNA
cloroplastidial oferece vantagens à manipulação do DNA nuclear
da célula no melhoramento de plantas, atribuindo qualidades
desejáveis a essas plantas ditas transgênicas, como resistência a
herbicidas (JOHNSON et al., 2017).
Veja na leitura que separamos um pouco mais sobre plantas
transgênicas:
Até agora vimos como a célula eucariótica está organizada,
vamos ver como é a organização do genoma dentro dessas
células.
4. Organização Genética em
Eucariotos
Os eucariotos incluem todos os organismos que possuem núcleo
envolvido por membrana, isso inclui microrganismos (fungos),
plantas, animais e seres humanos (BORZANI et al., 2001). O
número de cromossomos em eucariotos varia entre as espécies.
acúmulo desses defeitos no DNA mitocondrial pode
levar à perda de cabelo, envelhecimento da pele,
osteoporose!
https://www.embrapa.br/busca-de-
noticias/-/noticia/17916880/perguntas-e-respostas-
sobre-plantas-transgenicas

https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/17916880/perguntas-e-respostas-sobre-plantas-transgenicas
https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/17916880/perguntas-e-respostas-sobre-plantas-transgenicas
https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/17916880/perguntas-e-respostas-sobre-plantas-transgenicas
Eles podem se apresentar aos pares, diplóides (2n), haploides
(n), tetraploides (4n), hexaplóides (6n), octaplóide (8n).
Veja na tabela abaixo alguns exemplos:
Vimos até agora que os cromossomos estão dentro das células
dos eucariotos. Vamos entender agora como os genes presentes
nesses cromossomos estão organizados.
GENES EUCARIÓTICOS
Os eucariotos não só possuem mais genes do que os procariotos,
eles também têm muito mais DNA que não codifica proteína.
Estas sequências não codificantes estão envolvidas na regulação.
Para que a expressão de um gene ocorra, é necessário que ela
seja regulada. As regiões codificadoras de proteínas e as
reguladoras da expressão gênica são mais complexas nos
eucariotos do que nos procariotos. A maioria dos genes dos
eucariotos não está organizada normalmente em operons como
os dos procariotos. Entretanto, existem algumas exceções que
não iremos tratar neste tópico. Assim, podemos dizer que em sua
maioria os genes dos eucariotos são monocistrônicos, ou seja,
para cada gene existe um único promotor. Os eucariotos
possuem regiões reguladoras da expressão de seus genes que
estão muito distantes (milhares de bases de distância) do gene
que regulam. Na sequência do gene estão incluídos os sinais de
início (promotor) e de término. O genoma dos eucariotos possui
regiões intergênicas (sequências que separam os genes) bem
mais extensas. Além disso, possuem sequências que não serão
traduzidas, os introns, que se intercalam com as regiões que vão
codificar as proteínas, os exóns. Os introns e exóns são
transcritos em um pré-mRNA, os introns serão removidos em
um processo de maturação do mRNA (splicing) (ZAHA et al.,
2014, LODISH et al., 2014, JOHNSON et al., 2017). Veja na
imagem abaixo o esquema de organização de um gene
eucariótico.
Organização dos genes eucarióticos.
Vimos que em eucariotos as unidades de transcrição são
individuais para cada gene, não sendo o mRNA policistrônico
como em bactérias e arqueias e sim monocistrônico. Os pré-
mRNA são convertidos em mRNAs maduros pelo processo
chamado de splicing (retirada dos introns). A regulação se dá
principalmente depois que o mRNA foi transcrito. Vamos
entender qual o tamanho dos genes em eucariotos.
Os genomas dos eucarióticos possuem um tamanho maior do
que os genomas procarióticos. Um gene pode ocupar tamanhos
variados no genoma. A distância entre genes ao longo de um
genoma é chamada de densidade gênica. A densidade gênica está
relacionada à quantidade de sequências intergênicas (espaçador
entre os genes) existentes. O número de genes e a densidade
gênica variam noseucariotos (ZAHA et al., 2014, JOHNSON et
al., 2017).
Vamos ver como os genes estão organizados nos eucariotos.
REPLICONS
A parte do DNA que se replica de uma forma individual forma o
replicon. Os cromossomos eucarióticos possuem múltiplos
replicons (5 a 15KB) em tandem (lado a lado). No entanto, a cada
ciclo celular nem todas as origens de replicação são ativadas.
Além disso, o processo de replicação do DNA ocorre somente
durante uma etapa do ciclo celular, na fase de síntese celular ou
fase S (ZAHA et al., 2014, JOHNSON et al., 2017).
Vamos entender como os genes estão agrupados em eucariotos.
DIVERSIDADE DE GENES
Genes homólogos que tiveram a mesma origem evolutiva vão
gerar famílias de genes parólogos tendo funções relacionadas.
Genes que não fazem parte de uma família são chamados genes
únicos. Apesar de únicos, eles não têm uma distribuição
aleatória no genoma, estando posicionados próximos a outros
genes que são coexpressos. Eles também possuem um padrão de
expressão espacial ou temporal. A proporção de genes
A quantidade de DNA nos diversos organismos também
varia, verifique isso na leitura que separamos para você,
ela traz um gráfico comparativo muito interessante:
https://darwinianas.com/2018/02/06/para-genomas-
tamanho-e-documento/

https://darwinianas.com/2018/02/06/para-genomas-tamanho-e-documento/
https://darwinianas.com/2018/02/06/para-genomas-tamanho-e-documento/
pertencentes a famílias e genes únicos varia de espécie para
espécie. Mutações podem levar a genes sem função conhecida,
pseudogenes. Genes organizados em família podem ser muito
parecidos, ou mesmo idênticos, representados em cópias
múltiplas, uma estratégia que ajuda a sempre ter os produtos
gênicos (proteínas) que são necessárias constantemente.
Exemplos de genes múltiplos: genes que codificam para rRNA,
tRNA, histonas (ZAHA et al., 2014, JOHNSON et al., 2017).
DOMÍNIOS TRANSCRICIONAIS
Existem locus cromossômicos que geram múltiplos tipos de
transcritos, formando os domínios transcricionais complexos.
Neles haverá genes que serão transcritos para proteínas e genes
que serão transcritos em ncRNAs. Em eucariotos, existem RNAs
não codificadores (ncRNAs, noncoding RNAs) que geram
proteínas reguladoras (ZAHA et al., 2014, JOHNSON et al.,
2017). As sequências podem se repetir no genoma, vamos
entender como!
SEQUÊNCIAS REPETIDAS
Organismos mais complexos possuem sequências intergênicas
repetidas no genoma. Estas sequências são sequências
genômicas que não estão vinculadas diretamente a um gene. O
tamanho da unidade de repetição pode variar, mas comumente
se encontra entre 5 a 1 pb. Insetos podem apresentar 300 pb nas
unidades de repetição. Esses elementos variam na quantidade de
G+C (bases nitrogenadas guanina e citosona) e possuem
nomenclatura diferente dependendo do tipo de sequência.
Assim, sequências repetidas simples são chamadas de satélites,
repetições menores com 2 a 3 pb são chamadas de
microssatélites. Esses arranjos de sequências repetidas podem
estar dispersos no genoma ou agrupadas. Outro exemplo de
repetição é a sequência de DNA encontrada nos centrômeros e
telômeros dos cromossomos. Essas repetições servem para a
manutenção da integridade dos cromossomos, podendo existir
até 1000 repetições (ZAHA et al., 2014, JOHNSON et al., 2017).
Veja na tabela alguns exemplos de sequências que são repetidas.
Acredita-se que essas repetições tenham origem na transposição
de genes, vamos ver como isso acontece em elementos
transponíveis.
ELEMENTOS TRANSPONÍVEIS
Elementos transponíveis são em sua maioria regiões
intergênicas capazes de se integrar em outra região do
cromossomo. Os transposons, como são chamados, codificam
genes para mobilização e inserção de sua sequência. Essa
inserção pode interromper sequências codificantes ou regiões
regulatórias, alterar a expressão de genes próximos ou ainda
causar deleções e inversões em sequências adjacentes. Muitos
transposons encontrados no genoma humano foram derivados
de processos evolutivos, sendo que por processos evolutivos, a
maior parte sofreu mutação e não estão ativos. Já os retroposons
têm sua movimentação no DNA possibilitada pela transcrição
reversa de um intermediário de RNA. Eles também se
encontram espalhados no genoma. Os retrotransposons podem
mobilizar não só a si próprios, mas também outras sequências,
por retrotransposição. A frequência desses retrotansposons
varia, mas eles acabam por gerar um produto gênico sem função,
um pseudogene. Os retrotransposons se dividem em duas
categorias: os que possuem longas repetições terminais (LTRs,
de long terminal repeats), relacionados aos retrotransposons
virais (semelhantes a retrovírus), e os retrotransposons sem
LTRs, categoria que inclui os retrotransposons não virais. Alguns
vírus podem se mover também para dentro e para fora dos
cromossomos da célula hospedeira por mecanismos de
transposição.
Entre os elementos de transposição em eucariotos mais
estudados, estão os elementos P de Drosophila sp. e As e Ds do
milho. A capacidade dessas sequências de se moverem está
relacionada à sequência presente no elemento transponível,
codificando para uma enzima, a transposase. Essa enzima
promove a excisão e inserção dessa sequência no genoma. Nas
pontas dos elementos transponíveis estão sequências invertidas
repetidas que são reconhecidas pelo sítio das transposase e
permitem sua ação. Os elementos transponíveis que não
codificam para a transposase mantêm essas sequências repetidas
invertidas, o que poderia torná-los passíveis de corte. Esses
elementos P e As e Ds do milho estão em volta de 0,1% do
genoma desses organismos. A característica principal deles é que
inserem mutações e permitem variações no fenótipo (ZAHA et
al., 2014, JOHNSON et al., 2017).
Veja na tabela abaixo as principais classes de elementos
transponíveis.
5. Conclusão
Nós enfatizamos nesse tópico as diferenças básicas entre a
organização do genoma dos procariontes e a dos eucariontes. O
genoma das células procarióticas consiste em uma molécula
única e circular de DNA compactada em regiões supertorcidas,
formando os domínios topológicos. A unidade de replicação tem
origem única separada por regiões intergênicas muito curtas. Os
operons codificam um mRNA policistrônico. Elementos
transponíveis móveis estão ativos, conferindo vantagens
adaptativas às células. Os procariotos se adaptam a várias
condições, permitindo diversidade de espécies.
Nos eucariotos, o material genético está localizado no núcleo
separado por membrana. O DNA se apresenta de forma linear
empacotado no cromossomo. O número de cromossomos é
diferente para cada espécie. O operon codifica para uma proteína
e possui regiões intergênicas longas. A expressão gênica possui
regulação mais complexa. Reguladores da expressão estão muito
distantes do gene que regulam. Os cromossomos dos eucariotos
possuem múltiplos replicons. Os genes podem ser agrupados em
famílias com função semelhante ou podem ser únicos. Domínios
transcricionais são complexos, podendo codificar RNAs não
codificadores. Sequências repetidas podem ser agrupadas em
satélites ou microsatélites. Elementos transponíveis não estão
ativos e não conferem vantagem às células.
6. Referências
BORZANI, Walter et al. Biotecnologia industrial: volume I:
fundamentos. São Paulo, SP: E. Blücher, 2001. xxix, 254 p. ISBN
8521202784 (v.1).
LODISH, Harvey F et al. Biologia celular e molecular. 7.ed. Porto
Alegre, RS: Artmed, 2014. xxxiv, 1210 p., ISBN 9788582710494.
JOHNSON, Alberts et al. Biologia molecular da célula. 6. ed.
Porto Alegre RS: Artmed, 2017. 1464 p., ISBN 978-85-8271-423-
2.
ZAHA, Arnaldo et al. Biologia molecular básica. 5. ed. Porto
Alegre: Artmed, 2014. 407 p. ISBN 978-85-8271-058-6.
Darwinianas a ciência em movimento, 2020. Para genomas
tamanho é documento. Disponível em:
<https://darwinianas.com/2018/02/06/para-genomas-
tamanho-e-documento/>. Base de dados para informação
biotecnológica(National Center for Biotechnology Information
Search database), 2020.
<https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome>.
Empresa brasileira de pesquisa agropecuária (EMBRAPA),
2020. Perguntas e respostas sobre plantas transgênicas.
Disponível em: < https://www.embrapa.br/busca-de-
https://darwinianas.com/2018/02/06/para-genomas-tamanho-e-documento/
https://darwinianas.com/2018/02/06/para-genomas-tamanho-e-documento/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome
https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/17916880/perguntas-e-respostas-sobre-plantas-transgenicas
noticias/-/noticia/17916880/perguntas-e-respostas-sobre-
plantas-transgenicas >
TedTalk. (2019). Como as bactérias se comunicam. 17min35.
Disponível em:
<https://www.ted.com/talks/bonnie_bassler_how_bacteria_tal
k/transcript?language=pt-br>.
Parabéns, esta aula foi
concluída!
https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/17916880/perguntas-e-respostas-sobre-plantas-transgenicas
https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/17916880/perguntas-e-respostas-sobre-plantas-transgenicas
https://www.ted.com/talks/bonnie_bassler_how_bacteria_talk/transcript?language=pt-br
https://www.ted.com/talks/bonnie_bassler_how_bacteria_talk/transcript?language=pt-br
Mínimo de caracteres: 0/150
O que achou do conteúdo estudado?
Péssimo Ruim Normal Bom Excelente
Deixe aqui seu comentário
Enviar