Organização Gênica Procariotos (AULA 2)

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Organização Gênica de Procariotos
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS
CENTRO DE BIOTECNOLOGIA
DISCIPLINA DE BIOLOGIA MOLECULAR
Karine Begnini
PROCARIOTO
Organismos unicelulares que têm como característica principal a ausência de núcleo 
individualizado 
Witaker, 1969
5 reinos
Morfologia e 
Fisiologia
Woese, 1977
RNA ribossomal
RNA transportador
Constituição da membrana lipídica
Sensibilidade a antibióticos
ARCHAEA x BACTERIA 
X
Bactérias ‘verdadeiras’, com parede celular
ARCHAEA x BACTERIA 
ARCHAEA x BACTERIA 
Mais primitivas – 4 bilhões anos
Habitam ambientes hostis
Halófitas
Acidúricas
Metanogênicas
Extremófilas
Termophylus aquaticus – Taq DNA Polimerase
Pyrococcus furiosus – Pfu DNA Polimerase
O Gene Procariótico
Sequência nucleotídica necessária e suficiente para a 
síntese de um polipeptídio ou de uma molécula de 
RNA estável.
Gene
DNA
DNA
RNA
Proteína
Replicação
Transcrição
Tradução
Trasncrição Reversa
Gene
Promotor: sítio de ligação da RNA Polimerase.
Terminador: sequência nucleotídica que determina o desligamento da
RNA Polimerase da fita molde e o término da transcrição
RBS: sítio de ligação do ribossomo
UTR: regiões 5’ e 3’ não traduzidas (untranslated region)
Promotor TerminadorRegião Codificadora
5’
3’
5’
Fita Molde
Fita Codificadora
3’
RNA transcrito:
Complementar a 
fita molde
 igual a fita 
codificadora
Características do Gene Procarioto
Equivalência exata entre a sequência nucleotídica do gene (DNA) e a 
sequência de AAs da proteína
Promotor Regiões Codificadoras Terminador
Unidades funcionais do genoma procarioto, nas quais dois ou mais genes 
que codificam proteínas com funções relacionadas ocupam posições 
adjacentes e estão sob controle de uma única região reguladora
cístron cístroncístron
Operador
RNA Policistrônico
Otimização da maquinaria reguladora da célula  expressão coordenada 
e economia de espaço no genoma
30% de identidade ao longo de 60% 
de sua seqüência
Quanto maior o nº de genes ortólogos presentes em 
genomas de espécies diferentes, maior o grau de 
parentesco entre elas na escala evolutiva
Genomas Procarióticos
GENOMAS PROCARIÓTICOS
Genoma: conjunto de genes de um organismo  toda informação genética 
armazenada no DNA de uma célula
Cromossomo único
DNA fita dupla fechada
Replicon – autoduplicação!
Haplóides – mutações!
Coorientação da Transcrição e Tradução
Co-orientação da Transcrição e Tradução
Rapidez e eficiência
Evita colisões entre aparatos!
GenBank – www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes
The Institute for Genomic Research – www.tigr.org
Características do Genoma Procariótico
Estrutura compacta e quase exclusivamente dedicada à codificação de 
proteínas – praticamente todo DNA tem função codificadora/reguladora
Conteúdo gênico mínimo: número de genes mínimo, necessário e 
suficiente, para sustentar a existência de uma célula (256 genes)
Uma cópia de cada gene!  Redundância ausente
Sobreposição de genes
Sobreposição de genes
Tipo de organização gênica que permite que a mesma sequência codifique 
duas proteínas diferentes, não necessariamente homólogas entre si.
Genomas 
Virais!
Sobreposição
Bactérias: sobreposição de poucos pares de bases de genes adjacentes e 
presente no mesmo operon.
 Promotores de genes também podem se localizar na região codificadora de 
um gene antecedente.
Características do Genoma Procariótico
Tipo de organização gênica que permite que a mesma sequência codifique 
duas proteínas diferentes, não necessariamente homólogas entre si.
São unidades genéticas acessórias e extracromossomais, que codificam 
para proteínas não essenciais. 
Bacteriófagos
Plasmídeos
Transposons
Variabilidade e plasticidade 
aos genomas bacterianos!!
... - 1940
O GENOMA DE E.coli K-12 - Eubacteria
Seqüenciado em 1997;
 4.639.221 pb
 4.300 genes ou ORFs, o que corresponde a 87% do genoma
 11,7% do genoma corresponde a regiões intergênicas ou sequências reguladoras
 10 tipos de Sequências de Inserção (IS) diferentes ao longo do genoma (2-11 
cópias)
 Genes e operons mais ativos concentrados em regiões próximas à oriC
ORF
Open Reading Frame – Fase de leitura aberta (sequência 
nucleotídica que potencialmente pode ser traduzida para 
uma proteína – série de códons codificadores para Aas não 
interrompidos por códons de terminação)
O GENOMA DE Metanococcus jannaschii- Archeae
 Isolada de solo da base de vulcão (temperatura de 48 a 94°C)
Primeira arqueobactéria a ser sequenciada – em 1996;
Genoma constituído de 3 elementos
1.738 ORFs, sendo 1.682 no cromossomo
 Características semelhantes às de eucariotos: presença de íntros e de genes que 
codificam HISTONAS.
1.664.976 pb
58.407 pb
16.550 pb
56% do genoma não tem homologia com eucariotos e nem bactérias!
Elementos Genéticos 
Móveis
Tamanho: 1 a 1000 kb
Auto-replicativos - replicons
Sem forma extracelular
PLASMÍDEOS
CLASSIFICAÇÃO
 Número de cópias
Multicópia Até centenas de cópias por célula bacteriana
Cópia Única
Apenas uma cópia por célula (menos de 10 
cópias)
Número médio de moléculas de um plasmídeo/célula  determinado 
pela sua região ori
 Segregação Plasmidial
Sistema de Partição: sistema de regulação da segregação dos 
plasmídeos durante a divisão celular  Sítios par
R
E
P
L
IC
A
T
IV
O
IN
T
E
G
R
A
T
IV
O
Epissomos
CLASSIFICAÇÃO
 Repertório de Hospedeiros
Transmissíveis
Se mantém em um determinado grupo taxonômico de 
bactérias, mas são capazes de se auto-duplicar em outras
Hospedeiro 
restrito
Capazes de se replicar apenas em poucas espécies 
bacterianas relacionadas entre si.
Hospedeiros 
amplos
Podem ser encontrados em uma variedade grande de 
bactérias não relacionadas
CLASSIFICAÇÃO
 Fenótipo conferido pelo plasmídeo
Genes de virulência – toxinas e adesinas
Bacteriocinas – proteínas que inibem ou matam bactérias de
espécies relacionadas ou outras linhagens da mesma espécie
Resistência a antibióticos – codificam proteínas que degradam
ou inativam classes de atbs; ou que alteram a permeabilidade
da célula ao composto
Transferência – capacidade de dirigir sua transferência de uma
célula para outra (plasmídeos CONJUGATIVOS)
Conjugação entre cepas Hfr e F-
PLASMÍDEOS CONJUGATIVOS
Plasmídeo F
Conjugação entre cepas F+ e F-
Hfr = High Frequency of Recombination (plasmídeo conjugativo inserido no cromossomo)
Conjugação entre cepas F+ e F-
BACTERIÓFAGOS
Vírus que infectam bactérias;
 RNA, DNA simples circular ou DNA duplo 
linear;
 Utilizados como vetor para clonar 
fragmentos de 9kb a 25 kb
 2 tipos: 
• Virulentos (ciclo lítico): infecção, replicação 
e liberação das partículas virais após lise 
celular
•Temperados (ciclo lisogênico): integração 
do fago ao cromossomo da célula 
hospedeira (pró-fago)
Transdução
TRANSPOSONS
São segmentos lineares de DNA capazes de mudar de posição 
dentro do genoma.
Possuem seqüências similares em ambas extremidades (repetições 
terminais, geralmente invertidas)
Carregam genes que codificam enzimas capazes de 
transportá-lo
Geram duplicação do sítio de inserção no DNA alvo
TIPOS DE TRANSPOSONS
 Seqüência de Insersão (IS) – Transposon simples 
que codifica apenas para a transposase
 Transposon complexo – Contém outros genes 
além dos genes responsáveis pela trasposição
OBRIGADA!
karibegnini@gmail.com