Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
1 Genomas, Genes e Cromossomos Biologia Molecular BLG1017Biologia Molecular BLG1017Biologia Molecular BLG1017Biologia Molecular BLG1017 Marlise Ladvocat Marlise Ladvocat Marlise Ladvocat Marlise Ladvocat BartholomeiBartholomeiBartholomeiBartholomei----SantosSantosSantosSantos 2012201220122012 A natureza dos genomas... B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 scienceblogs.com 2 GENOMA: Informação genética total contida em uma célula ou organismo GENÔMICA: O estudo das seqüências de DNA e das propriedades de genomas inteiros •Genômica Estrutural •Genômica FuncionalBi o lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Genomas: • Viral • Bacteriano • Plasmidial • Organelar (mitocondrial e cloroplastidial) • NuclearB io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 3 FLUXO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA: DNA RNA PROTEÍNAS Replicação Transcrição Retrotranscrição Tradução B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 GENOMA GENOMA VIRAL: • Vírus: proteína + ácido nucléico • compacto, com poucos nts espaçadores • DNA dupla-fita Vaccinia < 300 genes 187.000 pb SV 40 (Papova) ~ 6 genes 5.226 pb • DNA fita simples Parvovírus 5 genes 5.000 pb • RNA dupla-fita Reovirus 22 23.000 pb • RNA fita simples Influenza 12 13.500 pb B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 4 Micrografia eletrônica de DNA do bacteriófago lambda B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 GENOMA GENOMA PROCARIÓTICO • DNA circular (raras exceções) dupla-fita Ocupa região chamada nucleóide Ligado à MP • 1 molécula de DNA • Genes estão muito próximos – pouco espaço intergênico • Operon Grupos de genes regulados coordenadamente Transcritos em um único mRNA • Íntrons são raros B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 5 Diagrama da estrutura do estado funcional do cromossomo de E. coli B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 GENOMA GENOMA PLASMIDIAL: • Geralmente DNA dupla-fita circular • Presente em células procarióticas e raramente em células eucarióticas – leveduras • Apresentam genes de resistência a antibióticos DNA bacteriano Plasmídeos B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 6 GENOMA GENOMA EUCARIÓTICO NUCLEAR: • DNA dupla-fita linear • Tamanho varia de acordo com a sp • Várias moléculas de DNA; cada sp tem nº característico (humanos = 46) • Genes são segmentos de cromossomos nucleares • Ploidia se refere ao nº de conjuntos cromossômicos Haploidia (n) – 1 conjunto de cromossomos Diploidia (2n) – 2 conjuntos cromossômicos Triploidia (3n) - ... • Em organismos 2n, cromossomos ocorrem aos pares (homólogos) Estruturalmente similares; mesma seqüência de genes B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 GENOMA ORGANELAR GENOMA MITOCONDRIAL: • Extra-nuclear • DNA dupla-fita circular • Herança materna • Genes que codificam para RNAs e enzimas envolvidos no processo de fosforilação oxidativa • Várias moléculas por mitocôndria GENOMA DE CLOROPLASTOS: • Extra-nuclear • Genes que codificam para RNAs e enzimas envolvidos na fotossíntese B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu lar B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 7 GENES GENE: • Segmento completo de DNA necessário para a síntese de um produto gênico funcional (RNA ou proteína) • Inclui mais do que os nts que codificam a seqüência de aminoácidos (aa) de uma proteína ou RNA (→→→→ Região codificadora)Bi o lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 GENES Genes procarióticos: B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 8 GENES Genes eucarióticos: B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Número de éxons % de genes B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 9 10 DNA X Cromossomos B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Em eucariontes o DNA é localizado no núcleo celular Exceção: DNA de organelas Genoma nuclear B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 11 • Existe uma correlação entre complexidade de um organismo e o n° de genes em seu genoma • Em geral, quanto + complexo, > o genoma, mas essa relação não é constante • DNA intercalante 12 • A acomodação do genoma em um n° de cromossomos difere entre espécies eucarióticas • Espécies relacionadas com genomas de tamanhos similares podem apresentar n° e tamanhos cromossômicos bem distintos • Ex.: Veado muntjac chinês e indiano morfologicamente semelhantes Chinês 46 cromossomos Indiano: macho = 7 cromossomos; fêmea = 6 cromossomos 13 Quantas moléculas de DNA tem o ser humano? 46, com ~3,2 x 109 nucleotídeos distribuídos em 24 cromossomos diferentes B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 24?? 22 pares de homólogos iguais nos dois sexos (autossomos) + 2 cromossomos sexuais (X e Y) Total = 46 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 14 A sequência de nt do genoma humano mostra como os genes estão organizados no homem 15 Algumas características marcantes do genoma humano e generalizações sobre a organização dos genes nos cromossomos humanos • Apenas pequena parte do genoma codifica proteínas ou RNAs estrutural e catalítico • Boa parte do DNA restante é constituído por pequenos segmentos móveis de DNA • O tamanho médio dos genes é muito grande (27 mil pb); apenas 1300 pb são necessários para codificar proteína de tamanho médio (~430 aa); íntrons grandes • Éxons + íntrons + sequências reguladoras • As informações críticas estão desordenadas 16 Comparação entre DNA de organismos relacionados: • Regiões conservadas • Regiões não-conservadas • Harmonia conservada – blocos dos genomas contendo genes na mesma ordem Cromossomos passam por estados diferentes durante o ciclo celular 17 Cada molécula linear de DNA que forma um cromossomo deve conter: • 1 centrômero • 2 telômeros • Origem de replicação 18 Você sabe quanto mede o DNA humano se colocarmos as moléculas de DNA em fila indiana? Dois metros ~ Como essa metragem pode caber dentro do núcleo de uma célula, com ~ 6 µµµµm de diâmetro??? B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 CROMOSSOMOS EUCARIÓTICOS - compactação 19 CROMOSSOMOS EUCARIÓTICOS - compactação CROMOSSOMOS EUCARIÓTICOS - compactação 1º nível de compactação: • Nucleossomo – octâmero de histonas (H2A, H2B, H3, H4) + histona H1 (11 nm) 2° nível: • Solenóide: fibra de 30 nm 3º nível: • Arcabouço de proteínas não-histônicas com alças: fibra de cromatina – intérfase (300 nm) Cromossomos metafásicos: • Grau máximo de condensação: 1400 nm 20 21 A natureza do nucleossomo Cerne do nucleossomo 22 23 Nucleossomos • estrutura dinâmica 24 Nucleossomos • sujeitosa alterações catalizadas por Complexos Remodelares de Cromatina ATP-dependentes 25 Outro modelo para a fibra de 30 nm Mais outro ... 26 As ligações nucleossomo-nucleossomo formadas pelas caudas das histonas, principalmente H4, ajudam a manter a coesão da fibra de 30 nm... ...assim como a histona de ligação H1 27 Micrografia eletrônica de cromossomo metafásico humano + alto grau de compactação 28 Micrografia eletrônica de cromossomo humano metafásico do qual foram removidas as histonas ESTRUTURA GERAL DOS CROMOSSOMOS B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 29 Cromossomos plumosos 30 Cromossomos politênicos de glândula salivar de Drosophila 31 Cromatina Eucromatina Heterocromatina Fibras de 30 nm e alças • nível + compacto • proteínas adicionais • 10% do genoma de mamíferos • concentrada em regiões como centrômero e telômeros Heterocromatina • Poucos genes • Genes resistentes à expressão • vários tipos distintos de estruturas cromatínicas com características e funções diferentes 32 Cromossomos individuais ocupam locais discretos no núcleo das células B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 B io lo g ia M o le cu la r B LG 1 0 1 7 M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei M a rl is e La d vo ca t B a rt h o lo m ei -- -- S a n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2 Sa n to s2 0 1 2
Compartilhar