acidos nucleicos

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1
FIT 5806 – BIOTECNOLOGIA
BIOLOGIA MOLECULAR
Prof. Valdir Marcos Stefenon
Biologia Celular Biologia Molecular
2
Estrutura e Estrutura e 
Propriedade dos Propriedade dos 
ÁÁcidos cidos NucleicosNucleicos
• James Watson e 
Francis Crick (1953)
• um modelo de 
molécula de DNA, que 
seria em DUPLA 
HÉLICE e em 
ESPIRAL, com duas 
cadeias de 
nucleotídeos ligadas 
por PONTES DE 
HIDROGÊNIO.
Primórdios da 
Genética Molecular
3
Informações disponíveis:
1- a molécula de DNA era grande, longa, 
fina e composta de nucleotídeos: 
adenina; guanina; timina e citosina;
2- Os estudos de difração de raios X, 
realizados por Maurice King e Rosalind
Franklin sugeriam a forma helicoidal;
3- Linus Pauling (1950), descreveu a 
estrutura helicoidal com um filamento 
mantida por pontes de hidrogênio em 
proteínas e sugeriu que o mesmo 
pudesse ocorrer com o DNA;
4- Erwin Chargaff havia demonstrado que a 
proporção entre os nucleotídeos A e T 
era de 1:1, o mesmo acontecendo entre 
G e C.
- Transportar muita informação, de célula para célula e de geração 
para geração;
- Capacidade de produzir cópias exatas de si mesmo, pois os 
cromossomos são copiados em cada divisão celular;
- Capacidade de corrigir erros durante a cópia;
- Apresenta mecanismo de decodificação da informação 
armazenada, traduzindo-as através da produção de 
enzimas/proteínas;
- O DNA é chamado de “molécula da vida” pois contém o código 
pra construção das proteínas em todos os seres vivos;
A Importância do DNA
4
Dogma Central da Biologia Molecular
• Foi estabelecido em 1956 por Francis Crick.
• Postula que o sentido da construção das moléculas é sempre de DNA à
Proteína – fluxo unidirecional da informação.
• O DNA é o “molde” para formar DNA (replicação) e RNA (transcrição). O 
RNA por sua vez é o “molde” para formação das proteínas (tradução).
• Hoje se sabe que, em alguns vírus, o RNA pode replicar-se e, em outros, o 
RNA pode produzir DNA (transcrição reversa) utilizando o maquinário 
genético da célula-hospedeira.
• Porém, não é possível se sintetizar ácidos nucléicos a partir de proteínas.
• Os novos conhecimentos permitiram que se ampliasse o dogma central 
sem contudo perder a unidirecionalidade, ou seja, de ácido nucléico à
proteína.
Transcricao reversa
Replicacao
1) ÁCIDOS NUCLEICOS são 
compostos por nucleotídeos ligados 
entre si através de ligação covalente.
2) NUCLEOTÍDEOS são as unidades 
fundamentais dos ácidos nucleicos. 
Cada nucleotídeo é constituído por 
um grupo fosfato, uma pentose e 
uma base.
5
Bases Nitrogenadas
DNA ou ADN
� O Ácido 
Desoxirribonucléico é um 
polinucleotídeo formado 
por duas “fitas” ou hélices 
ligadas entre si por pontes 
de hidrogênio entre as 
bases nitrogenadas.
� O pareamento das bases 
sempre segue a mesma 
ordem: Adenina com 
Timina e Guanina com 
Citosina.
6
Desnaturacao e Renaturacao do DNA
A desnaturacao ocorre quando as pontes de hidrogênio entre as 
cadeias complementares sao rompidas e as fitas se separam. A 
desnaturacao ocorre por aumento da temperatura (~90°C), acidez
ou pela acao de agentes desnaturantes como a formamida e o 
DMSO. O processo de re-uniao das fitas complementares é a 
renaturacao.
O RNA ou ARN
• O açúcar é uma 
Ribose;
• É formado, geralmente, 
por uma fita simples 
que pode enrolar-se;
• Não existe a base 
pirimídica Timina e no 
seu lugar se encontra a 
base Uracila.
• Os pareamentos 
seguem a ordem A-U e 
G-C).
O Ácido Ribonucléico é um polinucleotídeo que difere do DNA 
em três aspectos básicos:
A-U
U-A
G-C
C-G
A-T
T-A
G-C
C-G
DNA
RNA
7
Ligações entre Nucleotídeos
PolPolíímero longo:mero longo:
1. A ligação entre a base 
nitrogenada e a pentose é
feita covalentemente através 
de uma ligação N-glicosídica
com a hidroxila ligada ao 
carbono-1 da pentose.
•2. Os nucleotídeos são 
unidos por ligações 
fosfodiéster covalentes que 
ligar o carbono 5´de um grupo 
desoxirribose (pentose + 
base) ao carbono 3´do 
próximo
Base
Pentos
e
1
2
4
1
2
A REPLICACAO
• Por ação de um complexo 
enzimático, a molécula de DNA se 
abre, novos nucleotídeos são 
acrescidos, sempre seguindo o 
pareamento A-T e G-C e uma nova 
molécula é formada.
• O DNA é capaz de se autoduplicar 
para conservar a informação 
genética.
• Ao final se tem duas “moléculas-
filhas” que conservam a metade da 
“molécula-mãe”.
• A duplicação é, portanto, 
semiconservativa.
• O sentido de leitura e síntese é
sempre 5’ ���� 3’.
8
Enzimas responsEnzimas responsááveis pela replicaveis pela replicaççãoão
1 Diminui o grau de superenrolamento
do DNA no ponto de origem da 
replicação
2 Rompe as pontes de hidrogênio às 
custas da energia de hidrólise do 
ATP, entre as bases.
3 Sintetiza o iniciador (primer):
2 + 3 =2 + 3 = complexo de iniciação da 
replicação (CIR). 
4 Duas DNA polimerase (I e III)
acoplam-se ao CIR e iniciam o 
alongamento da cadeia, uma na fita 
contínua (leading) e outra na fita 
descontínua (lagging). Autocorretiva.
DNA pol III DNA pol III -- 30.000/min30.000/min
DNA pol I DNA pol I ––600/min.600/min.
5 Une a extremidade 5´fosfato de um 
fragmento novo à extremidade 3´- OH 
do próximo.
6 Mantém a DNA-polimerase III ligada à
fita de DNA.
1
2 
3 
5 
4 
6
Forquilha de replicação
9
O ponto de origem da 
replicação é denominado oriC. 
Síntese de DNA em Procariontes
A replicação é bidirecional: 
as duas fitas se separam na 
origem, sendo, a partir daí, 
copiadas simultaneamente em 
direções opostas.
Origem da replicação
Forquilhas 
de 
replicação
Fitas novas
Fitas velhas
Origem da replicação
Forquilhas 
de 
replicação
Fitas novas
Fitas velhas
A TRANSCRICAO
• A enzima RNA-polimerase 
abre a dupla hélice do DNA 
e inicia a produção de uma 
molécula de RNAm, no 
sentido 5’ � 3’.
• Os nucleotídeos são ligados 
respeitando o pareamento 
A-U e G-C.
• Ao final da transcrição a 
RNA-polimerase se desliga 
do DNA, a molécula de 
RNAm primário está
formada e segue para o 
citoplasma onde será
traduzida.
promotor
RNA polimerase
Sítio terminal da 
RNA polimerase
Sítio de início da 
RNA polimeraseAbertura da 
hélice de DNA
iniciação
elongamento
terminação
promotor
RNA polimerase
Sítio terminal da 
RNA polimerase
Sítio de início da 
RNA polimeraseAbertura da 
hélice de DNA
iniciaçãoiniciação
elongamentoelongamento
terminaçãoterminação
Fita de RNA 
em formação Fita molde DNA
promotor
RNA polimerase
Sítio terminal da 
RNA polimerase
Sítio de início da 
RNA polimeraseAbertura da 
hélice de DNA
iniciação
elongamento
terminação
promotor
RNA polimerase
Sítio terminal da 
RNA polimerase
Sítio de início da 
RNA polimeraseAbertura da 
hélice de DNA
iniciaçãoiniciação
elongamentoelongamento
terminaçãoterminação
Fita de RNA 
em formação Fita molde DNA
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TRANSCRIÇÃO
� Promotor: Região que sinaliza o início da transcrição -
Sequências específicas do DNA reconhecidas pelos fatores de 
transcrição (proteínas) e pela RNA polimerase.
“Sequência consenso”
Região promotora Sítio inicial 
da transcrição
Leve efeito na 
transcrição
Severo efeito na 
transcrição
TRANSCRITRANSCRIÇÇÃO : EUCARIOTO X PROCARIOTOÃO : EUCARIOTO X PROCARIOTO
EUCARIOTOS PROCARIOTOS
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TRANSCRIÇÃO
Cauda poli-ACap (G-3-P)
Splicing do mRNA
Catalisado por um conjunto de 
snRNPs e outras proteínas
Após união dos snRPs a 
adenina específica ataca o 5´
do intron e corta a estrutura 
açúcar-fosfato do RNA, 
formando um laço
O terminal 3´-OH livre do 
primeiro exon une-se ao 
segundo exon
AA
Cauda Poli (A)
Seqüência codificante - ProteínaLíderTerminal
Cauda Poli (A)
Seqüência codificante - ProteínaLíder Terminal
12
Tradução
Molécula de mRNA
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Cys
Met
Ala
5’ 3’
Asp
Glu
Phe
His
Direção do avanço do ribossomo
Ribossomo
Proteína
tRNA
AA livre
codon
Gly
Cada códon é
traduzido num AA 
específico
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Cys
Met
Ala
5’ 3’
Asp
Glu
Phe Gly
His
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A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Phe
Met
Ala
Cys
Asp
Glu
5’ 3’
Gly
His
Ile
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Phe
Met
Ala
Cys
Asp
Glu
5’ 3’
Gly
His
Ile
G A C G A A U U C G G A C A C A U A A A A U U A A U G 
Met
Met
Ala
Cys
Asp
Glu
Phe
Gly
His
Ile
Lys
Leu
5’ 3’
Asn
14
A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A T A C
Ala Cys Asp Glu Phe
Met Gly
His
Ile
Lys
Leu
Met
Asn
Pro
Gln
5’ 3’STOP
A U A A A A U U A A U G A A C C C A C A A U A A T A C 
Ala Cys Asp Glu Phe
Met Gly
His
Ile
Gln Lys
Pro Leu
Asn Met
5’ 3’
RNAm será degradado
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Aminoácidos 
Glicina Cisteína Glutamina 
Alanina Serina Asparagina
Leucina Tirosina Fenilalanina
Isoleucina Metionina Triptofano 
Valina Treonina Ac. Aspártico
Histidina Lisina Ac. Glutâmico 
Prolina Arginina
Leu ProPro Gln Asn Ser MetMet Ala AspAsp
Proteína
4 bases, 3 a 3 
4x4x4 = 64 
códigos
U C A G
Phe Ser TyrTyr CysCys U
Phe Ser TyrTyr CysCys C
U Leu Ser A
Leu Ser Trp G
Leu ProPro His Arg U
Leu ProPro His Arg C
C Leu ProPro Gln Arg A
Leu ProPro Gln Arg G
Ile ThrThr Asn Ser U
Ile ThrThr Asn Ser C
A Ile ThrThr LysLys Arg A
MetMet ThrThr Lys Arg G
Val Ala AspAsp GlyGly U
Val Ala AspAsp GlyGly C
G Val Ala Glu GlyGly A
Val Ala Glu GlyGly G
1a.
2a. 3a.
16
A T
G C A
 
 C5’ 3’A T G G C
T A C C G T
 A C G T
A
T
5’3’
A U G G C A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Alanina
5’
3’
A T G G A
T A C C T
A T
G C A
 
 C
T
 A C G T
5’ 3’
A
T
5’3’
A U G G A A U G C G A C G A A U U C G G A C A C A U A 
Acido Glutâmico
3’5’
Gene Normal = Proteína Normal
Gene Mutado =Proteína Anormal - G T
mRNA
mRNA
Exemplo hipotético de uma mutação pontual
Asp
Glu
Glu
Cys
Phe Gly
Met
His
Gln
Ile
Lys
Pro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Leu
Asn
Met
PROTEPROTEÍÍNA MUTANTENA MUTANTE
Ala Cys Asp Glu Phe
Met Gly
His
Ile
Gln Lys
Pro Leu
Asn Met
PROTEPROTEÍÍNA NORMAL NA NORMAL 
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Controle da Controle da 
ExpressaoExpressao GênicaGênica
ORGANIZAÇÃO GENÔMICA DE EUCARIONTES
cromossomo de 1,5 x 108 pb, contendo ~ 3.000 genes
0,5% do cromossomo, contém ~ 15 genes
1 gene de 105 pb
Seqüência regulatória
Transcrição DNA
Transcrito de RNA primário
Seqüência de exon
Seqüência de 
intron
cromossomo de 1,5 x 108 pb, contendo ~ 3.000 genes
0,5% do cromossomo, contém ~ 15 genes
1 gene de 105 pb
Seqüência regulatória
Transcrição DNA
Transcrito de RNA primário
Seqüência de exon
Seqüência de 
intron
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CCTGATGGATCGCGTACGCCATATTTGTACGCACAGTG
TCGAAAAAGCATACGGGGACTGCACGTACACGTAGCAC
GGCGTCGATTTTATAATGCACGTGTCAGTGCGATGAGT
GAGTGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAA
GTATGTGTGGATGGATCGCGGCAGTTGTACGCACAGTG
TCGAACAAGCATACGGGGACTGCACCCCGATGTAGCAC
GGCGTCGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCT
GAGTGAAGGATCAGTAGGTCGTGGAGCGCGCATGAAAA 
CACACATTGTATCGACAGTTGTACGCACAGTGTCGAGG
GCGACTACGGGGACTGCACCCCGAAATAGCACGGCGTC
GCATGATACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGA
AGGATCAGTGCAGCGGGCAGATGTAATATATATGATTT
GATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGATGAAGGAGTGA
CACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGT
ORGANIZAÇÃO GENÔMICA DE PROCARIONTES
OPERON
* Promotor (P)
* Operador (O)
* Genes estruturais (A, B, C)
* Terminador
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Plasmídeos:
Elementos extra-cromossomais (1 – 200 kb) com capacidade de 
replicacao autônoma (replicons).
Apresentam as informacoes necessárias para autoduplicacao 
(origem de replicacao e proteínas regulatórias) e genes para 
resistência, virulência, metabólicos e relacionados à conjugacao.
REGULAÇÃO DA 
TRANSCRIÇÃO ATRAVÉS 
DE METILAÇÃO
A metilação consiste na transferência de 
grupos metil a algumas das bases 
citosinas do DNA situadas previa e 
contiguamente a uma guanina. Visto que a 
metilação é fundamental na regulação do 
"silenciar" dos genes, pode provocar 
alterações na transcrição genética sem 
necessidade de que se produza uma 
alteração na sequência do DNA, sendo um 
dos mecanismos responsáveis pela 
plasticidade fenotípica.DNA-
metiltransferases.
DNA-metiltransferase
20
O dogma revisto
Proteína
Síntese proteica
Regulação da expressão gênica
Diferenciação celular
Silenciamento de genes 
rRNArRNArRNArRNA - Ribosomal RNA é um componente do ribossomo, sintetiza proteínas co-fatores na célula
tRNAtRNAtRNAtRNA – é a um adaptador molecular, carrega a informação, interface entre aminoácidos de uma proteínas e a 
informação do DNA.
mRNAmRNAmRNAmRNA –––– RNA mensageiro, que codifica e carrega informação a partir do DNA
snRNAsnRNAsnRNAsnRNA ---- Small nuclear RNA – número de pequenas moléculas de RNA encontradas no núcleo.
siRNAsiRNAsiRNAsiRNA - Small interfering RNA – induz RNA interferência em organismos
ncRNAncRNAncRNAncRNA –––– RNA não-codante provém de seqüências de transcritos dos quais não codifica proteínas, 
DNA
mRNA siRNAtRNArRNA ncRNAsnRNA
DNA
mRNA siRNAtRNArRNA ncRNAsnRNA
21
GenômicaGenômica: : fundamentosfundamentos
e e aplicaaplicaççõesões
• Genômica é estudo de todos os genes em um 
organismo. Baseado principalmente no seqüenciamento do 
genoma completo do organismo estudado.
• Proteômica é estudo de todas as proteínas.
• Metabolômica é o estudo de todas as vias
metabólicas.
22
ORGANIZAÇÃO GENÔMICA DE PROCARIONTES
Escherichia coli - 1 cromossomo (DNA circular, dupla fita)
Elementos genéticos móveis (plasmídeo, bacteriófagos, transposons)
- Cromossomo e Plasmídeo possuem 
replicação independente
- Organização genômica mais simples, 
compactação com proteínas 
- Quase todo o DNA é codificante
- Os genes são organizados em “Operons”
- Os genes de um operon são transcritos 
em um único RNAm (policistrônico)
ORGANIZAÇÃO GENÔMICA DE EUCARIONTES
-Envoltório Nuclear (Carioteca)
-Cromatina (Eucromatina, heterocromatina)
- Vários cromossomos diplóides
-DNA linear, dupla fita
-Complexado com proteínas (Histonas e não histonas)
- Grande parte do DNA não é codificado (íntrons e éxons)
Funções:
- condensação,
-pode influenciar na atividade 
celular
23
Organização do genoma
O que são os cromossomos e o que eles contém?
Contem o DNA que é constituído por nucleotídeos
CCTGATGGATCGCGTACGTTGTACGCACAGTGTCGAA
AAAGCATACGGGGACTGCACGTACACGTAGCACGGCG
TCGATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAG
TGACACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGT
ATGT
C
T
G
G
A
C
T
CCTGATGGATCGCGTACGTTGTACGCACAGTGTCGAAA
AAGCATACGGGGACTGCACGTACACGTAGCACGGCGTC
GATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGATGAGTGAGTGA
CACACAGTGCAGCGTGTGTACCCATGCGCGAAGTATGT
Homem
GTGGATGGATCGCGGCAGTTGTACGCACAGTGTCGAAC
AAGCATACGGGGACTGCACCCCGATGTAGCACGGCGTC
GATTTTGACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGA
AGGATCAGTGCAGCGTGGAGCGCGCATGAAAAATAGGA
Bactéria
CACACATTGTATCGACAGTTGTACGCACAGTGTCGAGG
GCGACTACGGGGACTGCACCCCGAAATAGCACGGCGTC
GCATGATACGTGCACGTGTCAGTGCGAAATCTGAGTGA
AGGATCAGTGCAGCGGGCAGATGTAATATATATGATTT
Vírus
24
Homem 3.200.000.000 bases
Rato 3.000.000.000 bases
Drosophila 160.000.000 bases
Arabidopsis 135.000.000 bases
S. cerevisae 13.000.000 bases
X. fastidiosa 2.679.572 bases
H. influenzae 1.830.000 bases
M. pneumoniae 810.000 bases
HTLV-II 8.952 bases
TAMANHODO GENOMA
Os vegetais são constituOs vegetais são constituíídos de três genomasdos de três genomas:
90
5 1
genoma nuclear
genoma cloroplasto
genoma mitocondrial
- O genoma nuclear, variável em tamanho;
- O genoma do cloroplasto tem uma estrutura muito conservada 120-217kb 
que inclui 110-113 gene;
- O genoma da mitocondria é maior de 300-600kb e contêm perto de 60 genes, 
é um genoma muito dinâmico já que ganha e perde facilmente seqüências 
nucleares e do cloroplasto.
25
Paradoxo do valor C (DNA haplParadoxo do valor C (DNA haplóóide) = pares de baseide) = pares de base
- Não existe correlação entre o tamanho do nuDNA e o 
número de genes;
- Angiospermas – 80% do nuDNA é DNA repetitivo;
- Correlação positiva entre a quantidade de seqüências de 
DNA repetitiva em um genoma e sua quantidade de DNA.
Genoma nuclearGenoma nuclear
Plantas superiores - 1,1 x 106 pb a 1,1 x 1011pb
Angiospermas – 3 x 108 a 1 x 1011pb
Ocorre um incremento na escala evolutiva
- RNA associado a cromatina (RNA nascentes, presos a fita molde) 
representa 3% de sua composição
O tamanho do DNA nuclearO tamanho do DNA nuclear
O genoma nuclear de Arabidopsis thaliana tem 135Mb = 25.500 gens. 
Duas variedades Do arroz (Oryza sativa) já foram seqüenciadas e seu 
genoma é quase 4 vezes maior que o de A. thaliana, compreendendo de 
32.000 a 55.615 genes. 
Para o milho (Zea mays), embora não seqüenciado, existe muita informação 
e estima-se que 60 a 80% de seu genoma nuclear esta constituído por 
elementos móveis (transposons)
26
27
ORGANIZAORGANIZAÇÇÃO E EVOLUÃO E EVOLUÇÇÃO DAS SEQÃO DAS SEQÜÜÊNCIAS ÊNCIAS 
REPETITIVASREPETITIVAS
Três graus de repetição:
Cópia única – cada seqüência de nucleotídeo só se encontra uma vez por 
genoma haplóide, pertence a > dos genes que codificam proteínas. É
abundante cerca de 58% no genoma dos mamíferos e 33% em células 
vegetais
Mediamente repetitivos – apresenta seqüências nucleotídecas que se 
repetem um moderado número de vezes. É menos abundante que os de cópia 
única e a sua proporção aumenta na escala evolutiva – são genes que 
codificam o RNA ribossômico e histonas – encontrado mais de 100 cópias 
por genoma haplóide de genes do RNA ribossômico (rRNA)
Altamente repetitivos – seqüências nucleotídicas altamente redundantes, 
acima de 10.000 cópias de cada gene, seqüências curtas e restritas a regiões 
específicas do genoma constituem o chamada DNA satélite
DNA SATDNA SATÉÉLITE LITE 
(PROPOR(PROPORÇÇÃO SEPARÃO SEPARÁÁVEL INCOMUM DE NUCLEOTVEL INCOMUM DE NUCLEOTÍÍDEOS)DEOS)
O DNA satélite foi descoberto em 1960. 
- banda principal contendo genes;
-bandas secundárias, bandas satélites. seqüências de DNA repetidas;
- Representa a maioria das famílias de seqüências altamente repetitivas nos 
genomas eucarióticos;
-Composta por fragmentos DNA repetitivos cerca de 150 a 500 pb
-Encontrada próximo ao telômero e centrômeros vegetais
Função:
Recombinação – rearranjos no genoma (expandir-se ou contrair-se)
Sem função – sujeitas a seleção neutra
28
DNA DNA ribossomalribossomal ((rDNArDNA))
- Outra porção do DNA repetitivo encontrado no 
encontrado no nuDNA;
- Constituida de três genes: 18S, 5,8S e 26 S;
- Rearranjados em tandem e as unidades ribossomais
(rDNA) também é repetido em tandem;
- Estas unidades estão associadas às regiões 
organizadoras do nucléolo (NORs)
NORs: porções de fibras cromatínicas onde estão os 
genes que codificam os rRNAs
O número de NORs varia de espécie para espécie
29
- Com espaços intergênicos, varia de 7,8 kb a 18,5 kb, com numero de cópias 
que pode variar de 600 a 8500/ genoma haplóide
- A unidade ribossomal é constituída pelos genes 18S, 5,8S e 28S e dos 
espaçadores transcritos internos (ITS) que intercalam os genes;
- A sigla IGS indica o espaço intergênico, separa as unidades ribossomais;
- RNA ribossomal 5S (5S rDNA); 140 a 900pb, cada unidade de repetição 
pode variar de 1 mil a 50 mil cópias por genoma haplóide;
- Em plantas as seqüências ITS variam em comprimento de ≈ 500-700pb em 
angiospermas e 1500-3700pb em algumas gimnospermas
Tamanho da unidade ribossomal
GenomaGenoma ExtranuclearExtranuclear
- Os cromossomos das mitocôndrias e dos cloroplastos apresentam padrão de 
organização e herança bem diferente dos cromossomos nucleares;
- Os genes extranucleares também chamados genes citoplasmáticos;
- A maioria das proteínas das mitocôndrias e dos cloroplastos são 
codificadas pelo DNA nuclear e importados do citosol para as 
organelas;
- O tráfego das proteínas do citosol para as organelas é
unidirecional;
- O DNA das organelas celulares são circulares;
- São relativamente pequenas e simples;
- Não ocorre recombinação (somente mutação);
- Herança não-mendedliana (citoplasmática).
30
O genoma do cloroplasto
• Sequencia no genoma
varia de 70kb - 201kb
• 100-250 genes:
– Gene expressos
– Fotossíntese – 20 
genes
– Metabolismo
O genoma do cloroplasto
Sequenciamento
completo:
Tabaco - 155,844 pb;
Arroz -134,525 pb
31
• mitocôndrias mostram tamanhos 
variados de genoma:
• Vertebrados: ~16 kb
• Leveduras: ~80 kb
• Plantas: ~100 kb to 2 Mb
– o número de genes codificadores 
de proteínas é pequeno
– a maior parte é codificadora de 
componentes das subunidades 
dos complexos da respiração I-IV
– genes codificadores de RNA
• Genoma mitocondrial apresenta 
introns, exceto nos mamíferos
GENOMA MITOCONDRIALGENOMA MITOCONDRIAL
Marchantia polymorpha – 121Kb
136 genes: 4 rRNA, 29tRNA
90 genes codificadores de proteínas - destes 20 estão envolvidas no 
transporte de elétrons durante a fotossíntese
32
Tecnologia do DNA Tecnologia do DNA 
RecombinanteRecombinante
1973:
Berg, Boyer, Cohen
Plasmídios
+
Enzimas de 
restricao
=
Engenharia 
Genética
33
Transformação via vetor natural
34
ELETROPORAÇÃO
Bio-Rad®
Vantagens
Rápido e eficiente
Grande controle das condições 
experimentais
Desvantagens
Necessidade de protoplastos
Custo equipamento
MÉTODOS DE TRANSFERÊNCIA DIRETA 
EM PROTOPLASTOS
MICROINJEÇÃO
MÉTODOS DE TRANSFERÊNCIA DIRETA 
EM PROTOPLASTOS
35
Infiltração de DNA à vácuo
Antes Depois
Tubo de aceleração
Disco de ruptura
Macrocarrier
Partículas + DNA
Tela
Tecido vegetal
BIOBALÍSTICA
PDS-1000/He
Bio-Rad
36
Seleção de Plantas Transgênicas
GENES MARCADORES E INDICADORES
ββββ-Glucuronidase
Luciferase
GFP
Antocianina
NPT II
bar - glufosinato
BXN - bromoxinil
EPSPS - glifosato
ALS - sulfonilureias, imidazolinonas
Indicadores
Marcadores
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Identificação e seleção de explantes
Genes indicadores
gus A
β - glucuronidase
gfp
proteína de 
fluorescência verde
Crescimento e enraizamento
Transferência para solo em condições controladas
Explantes em meio seletivo
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Aclimatação
Casa-de-vegetação
1982, Eli Lilly & Co. 
Insulina 
• primeiro produto comercial 
da engenharia genética 
• produzida por bactéria com 
cópia de gene humano
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1983
Herrera-Estrella et al.
Primeira planta 
transgênica
1987, Primeiro teste de campo de planta 
transgênica no E.U.A.
40
1994, Tomate FlavrSavr (poligalacturonase)
Primeiro produto vegetal aprovado
Monsanto, 1995
Batata NewLeaf
Registrada pelo EPA como a 
primeira “planta- pesticida”
Tipo Russett Burbank com 
gene Bt
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1995, Asgrow
Abóbora resistente a vírus 
- Freedom II
Liberação para plantio 
comercial
Gene marcador e 2 genes 
para vírus distintos
PRIMEIRA GERAÇÃO
Resistência a herbicidas
Canola – gene AHAS
Soja – gene EPSPS
Milho – genes Bt
Resistência a insetos
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SEGUNDA GERAÇÃO 
Obtenção de Produtos Industriais
Proteínas
-anticorpos
-antígenos paravacinas
Cólera, Hepatite B, E. coli
Óleos
soja (ácido óleico)
canola (ácido láurico)
Arroz –Vitamina A