Aula 08 Genética Molecular I

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23/11/2017
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Princípios Básicos de
Genética Molecular
Profª Ana Claudia
17/11/2017
Fluxo da informação genética
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 Estrutura do Material Genético
 Replicação do DNA
 Transcrição
 Tradução
 Regulação da Expressão Gênica

Fosfato
Base purina ou
pirimidina
Fosfato
Base purina ou
pirimidina
Nucleotídeos
Ribose
Desoxirribose
Ribonucleotídeo
Desoxirribonucleotídeo
RNA
DNA
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Nucleotídeos Bases
Nitrogenadas
Purinas
Pirimidinas
RNADNA
Nucleotídeos
Desoxirribonucleotídeos
Ribonucleotídeos
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Ligação
fosfodiéster
Cadeia de Nucleotídeos
Polaridade oposta da
dupla fita
Pontes de Hidrogênio
A = T C  G
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Estrutura de dupla hélice do
DNA
Watson e Crick – modelo da
dupla hélice
Pares de bases empilhadas
Pares de bases
empilhadas
Sulco menor
Sulco maior
Esqueleto
açúcar-fosfato
Hidrogênio
Oxigênio
Carbono e nitrogênio
em pares de bases
Carbono
Fósforo
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 O Genoma compreende todo o material
genético que um organismo possui
Estrutura de Genomas
 Procariotos: tipicamente um único cromossomo
circular
 Eucariotos: conjunto de cromossomos nucleares
genoma mitocondrial
genoma do cloroplato (em plantas)
 Genomas Virais
 Características de alguns genomas virais
 Tamanho:  mil pares de bases
 DNA (dupla fita ou simples fita) ou RNA
 Número de genes: 3 a >190
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 Genomas Procarióticos
 O cromossomo bacteriano tem alguns milhões de
pares de bases
 Algumas bactérias apresentam pequenas moléculas
independentes de DNA Plasmídeos
 Sequências codificadoras correspondem a maior parte
do genoma
Genoma de Escherichia coli 4.639 kilobases
Genoma de Mycobacterium genitalium 580 kilobases
Genoma de Bradyrhizobium japonicum 9.105 kilobases
 Genomas Bacterianos
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Genoma de Escherichia coli estirpe K12 MG1655
4.639.675 pb
 4.149 genes – cerca de 80% do genoma
 Genes/kbp = 0,894
Sequências codificadoras correspondem a maior
parte do genoma
 Genomas Bacterianos
Genomas Bacterianos
PLASMÍDEOS:
 Estrutura não essencial – pode
conferir vantagens seletivas. Ex.:
resistência a agentes antimicrobianos
 Importantes ferramentas em Engenharia Genética
 No variável em uma mesma bactéria
 Tamanho variável (~1 a 200 kb)
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 Genomas Eucarióticos
Species Common name Genome size(base pairs)
Predicted
number of
genes
Plasmodium falciparum malaria protozoan 22,820,308 5,317
Saccharomyces cerevisae baker’s yeast 12,057,909 6,268
Caenorhabditis elegans roundworm 100,291,841 20,516
Apis mellifera honeybee 197,657,892 29,832
Drosophila melanogaster fruit fly 131,000,899 13,792
Arabidopsis thaliana mouse ear cress 116,566,763 25,706
Canis familiaris dog 2,359,826,366 18,201
Homo sapiens human 2,851,330,913 22,287
Mus musculus mouse 2,932,368,526 25,396
Pan troglodytes chimpanzee 2,733,948,177 22,524
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~22.000 genes
~1-2%
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- A maioria é diplóide (alguns poliplóides)
- Cromatina: DNA, proteínas e RNA
 Eucromatina
Cromatina ativa, pouco condensada: regiões do genoma
suscetíveis à transcrição
 Heterocromatina
Cromatina altamente condensada ao longo de todo o
ciclo celular
-Proteínas: Histonas (básicas) muito conservadas
H1, H2a, H2b, H3, H4
não-Histonas (ácidas) composição variada
 Genomas Eucarióticos
Nucleossomo (1º nível de compactação)
DNA ligador: 8 a 114 pb
Núcleo de
histonas
Octâmero de histonas
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DNA ligador
Octâmero de histonas
Fibra de nucleossomo
(aproximadamente
10 nm de diâmetro)
Fibra de cromatina
(aproximadamente
30 nm de diâmetro)
Fibra de cromatina (2º nível de compactação)
 Representação esquemática do DNA cromossômico
preso a um arcabouço (scaffold) nuclear.
 Cada dobra representa mais uma compactação.
Cromossomo metafásico (3º nível de compactação)
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Fibra de 10 nm
Fibra de 30 nm
Uma alça
(≈ 75.000 pb)
Uma roseta
(6 alças)
Uma espira
(30 rosetas)
Duas cromátides
(10 espiras cada)
DNA
Arcabouço formado por
proteínas cromossômicas
Não-histonas
Condensação das fibras de cromatina no cromossomo metafásico
Centrômeros e Telômeros
Centrômero
telômeros
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Centrômeros
 Separação de cromossomos homólogos (anáfase I da
meiose)
 Separação de cromátides (anáfase II da meiose e anáfase
da mitose)
 Regiões ligadas pelas fibras do fuso
Cinetocoros irmãos
Cromátides
Microtúbulos do fuso
Centrômero
externa
média
interna
Camadas
do
Cinetocoro
Centrômeros
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Telômeros
 Impedem a degradação das pontas dos cromossomos por
DNAses
 Evitam a fusão das pontas de um cromossomo com outro
 Facilitam a replicação das pontas do DNA
Composição:
- Sequências curtas de nucleotídeos repetidas:
(TTAGGG altamente conservada em vertebrados)
- Região unifilamentar rica em G
 Estrutura do Material Genético
 Replicação do DNA
 Transcrição
 Tradução
 Regulação da Expressão Gênica


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 Replicação Semiconservativa
Pontes de
hidrogênio
Ligações
covalentes
Início da
deselicoidização
Novos
filamentos
duplos
 Replicação Semi-descontínua
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 Síntese do DNA pelas DNA polimerases
Molde
Primer ou iniciador
 Fidelidade da replicação
Em E. coli:
1 erro a cada 109 ou 1010 nucleotídeos adicionados
cromossomo ~ 4,6 x 106 pb  1 erro a cada 1.000
a 10.000 replicações
atividade exonuclease 3’5’ das DNA polimerases
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 Fidelidade da replicação
 Atividade revisora exonuclease 3’5’
1
2
3
4
REPLICAÇÃO EM
PROCARIOTOS
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 DNA polimerases em E. coli
 DNA polimerase I = Replicação e reparo
 DNA polimerase II = Reparo
 DNA polimerase III = REPLICAÇÃO
 DNA polimerase IV = Reparo
 DNA polimerase V = Reparo
 Replicação de DNA em E. coli
Iniciação Alongamento Terminação
Replissomo:
 DNA Polimerase III
 DNA Polimerase I
 DNA ligase
 Primase ou Iniciase
 DNA girase (topoisomerase II)
 Proteína DnaB (helicase)
 SSB (Proteína de ligação ao DNA simples fita)
 
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Iniciação
DnaA
DnaB
DnaC
Alongamento
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Alongamento
3’
5’
DNA Polimerase
Fita Contínua
Fita Descontínua
Primer de RNA no
ínicio de um
fragmento de
Okazaki
Terminação
Forquilha sentido
horário
Forquilha sentido
anti-horário
Cromossomos catenados
Cromossomos separados
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REPLICAÇÃO EM
EUCARIOTOS
 Aspectos característicos de eucariotos
 Várias forquilhas de replicação em um único
segmento de DNA
 Humanos e outros mamíferos:
≈ 10.000 origens de replicação a intervalos de
30.000 a 300.000 pb
 Em Saccharomyces cerevisiae:
≈ 400 distribuídas pelo genoma
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 DNA polimerases
alfa
delta
épsilon
gama
beta
zeta
eta
iota
kapa
θ (teta), λ (lambda), φ (phi), σ (sigma), and μ (mi).
 DNA polimerases nucleares
 Pol  - atividade de DNA primase
 Pol  - atividade de replicação – fita contínua
- atividade de reparo
 Pol  - atividade de replicação – fita descontínua
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 Modelo de replissomo eucariótico
DNA polymerase 

 Estrutura do Material Genético
 Replicação do DNA
 Transcrição
 Tradução
 Regulação da Expressão Gênica



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EucariotosProcariotos
 Dogma Central
Direção da transcrição
 O processo de transcrição
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 O processo de transcrição
Topoisomerases
 O processo detranscrição
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Transcrição em Procariotos
 RNA Polimerase
Core ou núcleo da RNA polimerase
+ 
Subunidade sigma
 1 erro a cada 10.000 a 100.000 nc
Core + sigma = HOLOENZIMA
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 A transcrição inicia nos PROMOTORES
 Iniciação
 Ligação ao DNA
Formação do Complexo
Fechado
Formação do Complexo
Aberto
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 Iniciação
 Início da síntese de RNA
Liberação do fator sigma
 Alongamento
Sítio de desenovelamentoSítio de reenovelamento Região da hélice
DNA/RNA
Cadeia crescente de RNA
Sítio de chegada de
ribonucleosídeos trifosfato
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 Terminação
 Terminadores do tipo
Rho () Dependente
 Proteína Rho ()
 Terminação
Cadeia de RNA
dobrada
 Terminadores intrínsecos
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 Terminação
 Terminadores
intrínsecos
Transcrição em Eucariotos
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 RNA Polimerases
 RNA Polimerase I
 RNA Polimerase II
 RNA Polimerase III
Enzima Produtos
RNA polimerase I
RNA polimerase II
RNA polimerase III
rRNAs 18S, 5,8S e 28S
mRNAs e snRNAs
tRNAs, 5S rRNA e snRNAs
 Promotores
 Promotores da RNA Pol II: elementos conservados curtos
 Exemplo: gene da timidina quinase de camundongo
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 Iniciação
Complexo
fechado
Complexo
aberto
 Iniciação e alongamento
 Início da síntese de RNA
Alongamento
H
E
F
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 Terminação
Processamento de RNA
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 Processamento do mRNA eucariótico
 Adição do capacete 5’
7-metil-
guanosina Complexo de ligação de CAP
 A extremidade 5’
permanece ligada a RNA
pol II
 Protege o mRNA da
degradação por ribonucleases
 Participa da ligação do
mRNA ao ribossomo para
iniciar a tradução
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 Adição da cauda Poli (A) no terminal 3’
 Filamento de 80 a 250 resíduos A
 Serve como sítio de ligação
para proteínas específicas
 A cauda e as proteínas
associadas protegem o mRNA da
degradação enzimática
 Após a clivagem do mRNA, a
poliadenilato polimerase
adiciona adeninas na
extremidade 3’
 Processamento de íntrons
 Ribonucleossomos ou Spliceossomos: formados
por ribonucleoproteínas complexos RNA-proteínas
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 Mecanismo de processamento acoplado à transcrição
1
2
3
4
 Processamento de mRNA eucariótico
Gene da ovoalbumina
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 Processamento alternativo
Hormônio Calcitonina CGRP (peptídeo relacionado ao
gene da calcitonina)