Organização gênica de eucariotos (AULA 3)

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Universidade Federal de Pelotas
Centro de Biotecnologia
Graduação em Biotecnologia
Biologia Molecular
Organização Gênica de Eucariotos 
Eduarda Schultze
dudashultze@gmail.com
seixas.fk@gmail.com
26 de agosto de 2011
A CÉLULA
Célula animal
Célula vegetal
DNA
Do DNA a proteína
Classificação dos seres vivos de acordo 
com Carl Woese (1977)
Aspectos evolutivos - filogenética
procariotos
Domínio Eukarya
Reinos
– Animalia (Metazoa): os animais. Seres eucariontes, multicelulares e heterótrofos (que não 
sintetizam seu próprio alimento
– Plantae (Metaphyta): os vegetais. Seres eucariontes, multicelulares, que possuem clorofila 
e tecidos organizados (algas, briófitas, pteridófitas, gimnospermas e angiospermas). São autótrofos, 
sintetizam seu próprio alimento.
– Fungi fungos. Uni ou pluricelulares, heterótrofos e que não possuem tecido organizado.
– Chromista (Stramenopila). A maioria dos chromistas é autótrofo fotossintetizante, mas 
não são intimamente relacionados às plantas nem às algas pois possuem um tipo diferente de 
Clorofila (clorofila c) e carregam outros pigmentos não encontrados nas plantas
– Protista protozoários (seres eucariontes, unicelulares e heterótrofos) e as algas 
(eucariontes, uni ou pluricelulares e autótrofos fotossintetizantes com pouca diferenciação das 
células).
Organismos eucariotos
Algumas características comuns entre 
genomas de eucariotos
Interrupções na sequência de genes individuais
Existência de múltiplas (e às vezes idênticas) cópias de algumas 
sequências particulares
Existência de grandes porções do genoma sem nenhuma função
codificante ou regulatória aparente
Características mais comuns entre as que 
foram até agora identificadas
O que é um GENE?
Sequência nucleotídica necessária e suficiente para a síntese
de um polipeptídeo ou de uma molécula de RNA estável
Conteúdo de DNA por genoma haplóide 
Valor C
Paradoxo do Valor C
 É a impossibilidade de correlacionar o tamanho do genoma
(valor C) com a complexidade das características
morfológicas, fisiológicas e comportamentais do organismo.
 Resulta da presença de seqüências de DNA repetidas
Cinética de renaturação de um genoma eucariótico
Classes de sequências
Estrutura e expressão de um gene eucariótico
Tamanho médio dos genes
E. coli – 0,9 kb
S. cerevisiae – 1.4 kb
D. melanogaster – 11,3 kb
H. sapiens – 19,2 kb
Genomas Eucarióticos - Aspectos Gerais
 Genoma nuclear (gDNA)
 Genoma de organelas (mtDNA e ctDNA)
 Geralmente diplóides
 Podem ser haplóides (leveduras e alguns fungos) ou 
poliplóides (3 ou mais cópias de cada cromossomo – algumas 
plantas)
 Dois ou mais cromossomos lineares
Número de cromossomos em alguns 
organismos
Estrutura do cromossomo
Cariótipo
Normal Down
Turner Miado do gato
Organização dos genes em um 
cromossomo humano
Representação do conteúdo de sequências
nucleotídicas do genoma humano
Elementos genéticos móveis que se multiplicaram, replicando-se e 
inserindo novas cópias em diferentes posições
Duplicações - grandes segmentos de DNA (1.000 a 200.000 pb) 
presentes em mais de um lugar no genoma
DNA não-repetitivo
• Única classe encontrada em procariotos
• Fração variável do DNA de eucariotos
• A grande maioria dos genes estruturais
• Cinética de renaturação - lenta
• Alguns genes repetidos não mais que 10X
Hemoglobina, albumina sérica, colágeno, ovoalbumina
ALTAS QUANTIDADES NECESSÁRIAS
PORÉM 1 OU POUCAS CÓPIAS
Seqüência de DNA repetitivo
 Sequências não necessariamente iguais
 Crossing-Over desigual
Seqüência curta (5 a 10 pb) repetida 
milhares de vezes em tandem. 
Representa 10 a 15% do DNA de 
mamíferos
GATACAGATACAGATACAGATACA
 Sequências Alu
 Elementos genéticos móveis
 DNAs satélites
 Genes estrturais – rRNA e histonas
Seqüência de DNA repetitivo
~300 pb repetidas em torno de 1milhão 
de vezes
Sequências repetidas que estão restritas 
a determinada parte do genoma
+ de 100 cópias por genoma haplóide, 
arranjadas em tandem
Amplificação gênica seletiva
Nº de cópias de alguns genes é amplificado em determinado 
momento 
Dyctiostelium discoideum
Rhyncosciara
 Íntrons X Exons
Genes interrompidos
 Splicing
 Em alguns casos exons codificam domínios 
proteicos
 Potencialidade de um gene gerar uma série de 
diferentes proteínas relacionadas processando 
um transcrito primário
Splicing Alternativo
Algumas informações sobre íntrons
- 3,7 íntrons por kb de região codificadora
- No homem o número médio é de 5 íntrons por gene
- 94% dos genes contém íntrons
- O tamanho médio dos íntrons é de 125 pb
- O tamanho médio dos éxons é de 90 a 120 pb (30 a 40 aa)
 Mecanismo de proteção contra mutações
 Diversidade: genomas e proteomas (splicing alternativo)
 Regulação gênica...
A presença de íntrons nos genes eucarióticos 
poderia representar um enorme despedício
celular
Por quê a evolução nos presenteou com estas
sequências?
Geração de múltiplas cópias de RNA a partir de um único gene
Gene da proteína 4.1 de eritrócitos humanos
Número de proteínas ≠ número de genes
Famílias gênicas
 Genes com um certo grau de similaridade - evolução
 Oragnização variada – clusters | dispersos
 rRNA e Histonas
 Globinas e actinas
 Família gênica: > 40 % de identidade
– Genes que codificam tRNAs: > 1300 cópias no homem
– Genes que codificam rRNA (rDNA): de 100 a 200 cópias
por genoma
– Genes que codificam histonas: 300 a 1.000 cópias
(ouriço-do-mar)
Genomas de Organelas
 Mitocôndrias - mtDNA
 Plastídios
– Cloroplastos
– Cromoplastos
– Amiloplastos
– Elaioplastos
ctDNA
13 PTN – NADH-Q-redutase | Cytb | CO1, 2 e 3 | ATP-sintase
22 tRNA
2 rRNA
Genes de tRNA intercalado com proteínas ou rRNA
genes de tRNA determinam sítios de clivagem
Organização do genoma de 
cloroplasto
Projetos de Mapeamento e 
Sequenciamento de Genomas
Concluído em abril de 2003, o PGH nos deu a capacidade de, pela 
primeira vez, ler toda a informação genética para a construção de
um ser humano
Mapeamento 
algumas técnicas
 Citogenético - FISH
 Genéticos - genealogia 
 Físicos – clonagem e caracterização 
de fragmentos 
Projeto genoma humano
- Início em 1990
- Coordenado pelo Departamento de Energia e Instituto Nacional de Saúde
dos EUA
- Colaboração de 20 grupos: EUA, Reino Unido, Japão, França, Alemanha e 
China
Objetivos
-Identificar os 20 a 25 mil genes humanos
-Determinar a seqüência dos 3 bilhões de pares de base
-Armazenar a informação em base de dados
-Melhorar as ferramentas para a análise de dados
http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml
http://www.genome.gov/
Estrutura de um Gene de Procarioto
Promotor Região Codificadora Terminador
Promotor Região Codificadora Sítio de PoliA
hnRNA
AAAAAAAAAA
mRNA
AAAAAAAAAA
Exon
Intron
D
N
A
R
N
A
Estrutura de um Gene de Eucarioto