Organização gênica de procariotos

Prévia do material em texto

Organização gênica de procariotos 
 
As moléculas de DNA são empacotadas em estruturas chamadas de 
cromossomos. A maioria das bactérias e vírus possuem um único cromossomo; os 
eucariotos possuem muitos cromossomos. 
Um único cromossomo tem milhares de genes, a soma de todos os genes e 
DNAs intergênicos em todos os diferentes cromossomos da célula é chamado 
de genoma celular. 
 Os 23 cromossomos do genoma humano de 3 bilhões de pares de bases possui 
um comprimento de contorno de 1 m. a maioria dos eucariotos condensa e compacta 
seu genoma em vários cromossomos. 
 O genoma procariótico é normalmente composto por uma única molécula 
circular de DNA. 
Cada cromossomo é um complexo de uma única molécula linear de DNA e 
proteína, um material conhecido comocromatina. 
O DNA nos cromossomos eucarióticos portanto está fortemente ligado a um grupo de 
pequenas proteínas básicas chamadas histonas. De fato as histonas constituem a 
metade da massa da cromatina, os cincos principais classes de histonas são: H1, H2A, 
H2B, H3 e H4 – possuem uma grande porção de resíduos com carga positiva (Arg e 
Lys). Essas proteínas podem, portanto ligar-se aos grupos fosfatos negativamente 
carregados do DNA por meio de interações eletrostáticas. A outra metade da massa da 
cromatina é de DNA. 
 
 
Organização gênica de procariotos. 
 
Um gene de eucarioto ou de procarioto pode ser definido como toda a seqüência 
nucleotídica necessária e suficiente para a síntese de um peptídeo ou de uma 
molécula de RNA estável. 
 
Seqüências reguladoras – são as seqüências nucleotídicas que determina e 
controla a transcrição 
Os genes que codificam rRNAs (RNA ribossomal), tRNAs (RNA transportador) ou outras 
classes de RNAs menores são transcritos e não são traduzidos. 
A tradução só ocorre a partir de um mRNA (RNA mensageiro) sintetizado a partir de 
genes que codificam por exemplo, uma proteína. 
A expressão de um gene é o processo que inclui a sua transcrição (síntese de 
um RNA funcional a partir da seqüência de nucleotídeo do DNA). E a 
eventual tradução do RNA correspondente numa seqüência de aminoácido. 
 
O DNA é uma molécula fita dupla que armazena as informações relativas ao 
desenvolvimento e divisão das células. A informação genética contida na molécula de 
DNA na célula de um ser vivo compreende o seu genoma. Um gene é uma pequena 
parte codificante do genoma, responsável pela determinação dos traços hereditários 
dos organismos vivos. 
Em sua estrutura os genes possuem uma região chamada de promotor, 
responsável por sua ativação (expressão). O gene possui além do promotor em sua 
estrutura, uma região codificadora e uma região terminadora. 
 
 Um promotor é um segmento de DNA (sítio no DNA) onde se liga a RNA-
polimerase, a enzima responsável pela transcrição do gene. 
Região codificadora – constituída pela seqüência de nucleotídeo que codifica a 
seqüência de aminoácido de cada cadeia polipeptídica ou um RNA estável (ex: rRNA ou 
um tRNA), ou seja, é o segmento de DNA usado para sintetizar uma proteína ou um 
RNA estável. 
Terminador – é a seqüência de nucleotídeos que sinaliza o final da síntese da 
molécula de mRNA. 
Os genes procariotos também possuem um promotor e uma região regulatória 
chamada operador, que são sítios de ligação de proteínas repressoras da transcrição. 
Os operadores localizam-se em posições vizinhas aos promotores (anteriores ou 
posteriores) à do promotor, podendo às vezes haver sobreposição desses elementos. 
A grande maioria dos genes procariotos está organizada na forma de operons. 
 
Operons – refere-se a dois ou mais genes adjacentes que estão sob o controle 
de um mesmo promotor, ou seja, são dois ou mais genes que ocupam posições 
vizinhas que codificam proteínas com funções relacionadas (ex: proteínas que 
participam de uma mesma via metabólica). 
 
 
 
 
 
 
Os genes das bactérias, com exceção das arquebactérias, não possuem íntrons. 
Os diferentes genes contíguos presentes num operon são co-transcritos num 
único RNA, chamado de RNA policistrônico. 
 O número de genes presentes varia de operons para operons, assim é variável 
de o número de nucleotídeo que separa uma região codificadora para outra. O 
tamanho destas regiões intercistrônicas varia entre 1 e 40 pb (pares de bases). 
O genoma de uma bactéria típica consiste em um único cromossomo formado 
de uma molécula de DNA dupla fita circular e covalentemente fechada. O tamanho do 
genoma é menor do que de qualquer organismo eucariótico. 
 
Elementos genéticos móveis 
Os procariotos (principalmente uma grande maioria de bactérias) também 
podem possuir unidades gênicas acessórias, que são denominados de elementos 
móveis. 
São eles: 
- vírus que infectam as bactérias (bacteriófagos) 
- plasmídeos– pequenos elementos extracromossomais 
- elementos transponíveis – seqüênicas de DNA que codificam enzimas capazes de 
catalisar a replicação e a transferência desses elementos para outro sítio do genoma 
 
Plasmídeos: 
São pequenos elementos genéticos extracromossomais com capacidade de replicação 
autônoma, que não possuem uma forma extracelular. A grande maioria dos 
plasmídeos é formada por moléculas de DNA de fita dupla circular, embora existam 
poucos plasmídeos de DNA fita dupla linear. 
- capacidade de auto-replicação– possui ponto de origem (oriC) 
- O tamanho do plasmídeo pode variar de 1 a 1.000 Kb 
- A seqüência de nucleotídeos tem pouca ou nenhuma homologia com o cromossomo 
da célula hospedeira. 
- O plasmídeo pode ser de cópia única ou multicópia 
 
 
Classificação dos plasmídeos: 
- plasmídeos naturais 
- plasmídeos artificiais – construídos pela alteração genética dos plasmídeos naturais 
ou artificiais pré-existentes – serve como ferramenta para as técnicas de Biologia 
Molecular. 
Plasmídeos transmissíveis - capazes de se manter em vários grupos de bactérias. 
Podendo ser: - de repertório de hospedeiro restrito 
 - de repertório de hospedeiro amplo. 
Funções codificadas dos plasmídeos: 
Muitos plasmídeos além de possuírem todas as seqüências necessárias para a 
autoduplicação (replicação), contêm uma considerável quantidade de informação 
genética adicional. 
 
Ex: as bactérias Shigella (que causa disenteria no homem) só são patogênicas quando 
portadoras de um plasmídeo que contém uma série de genes de virulência (esses 
genes codificam proteínas responsável pela adesão da bactéria na mucosa intestinal e 
invasão do epitélio). 
 
Ex: plasmídeos R ou fatores R (R= resistênicia) – que confere resistênica a antibióticos 
e outros agentes antibacterianos – como veremos adiante em conjução bacteriana, 
muitas bactérias portadoras do plasmídeo R podem transferi-los para outra bactéria 
antes sensível, por contato célula-célula. Os genes de resistência codificam enzimas 
que inativam (por modificação química) ou degradam classes específicas de 
antibióticos ou que alteram a permeabilidade da célula a essas drogas 
Alguns plasmídeos conjugativos possuem genes adicionais – genes de transferência 
(genes tra) – que confere a capacidade de dirigir a sua transferência para outra 
célula. 
 
Conjugação – é o processo pelo qual as bactérias transferem o material 
genético (plasmídeos) para outra através de um contato direto célula-célula. Durante a 
conjugação de E.coli, um dos participantes, o macho, é o doador genético e a fêmea é 
o receptor genético. 
 
 
Organização gênica de Eucariotos: 
O domínio eucariótico inclui desde leveduras unicelulares até os mamíderos e vegetais. 
Aprincipal característica que distingue células eucarióticas das células procarióticas é a 
presença de núcleo bem definido. 
O Núcleo é uma organela delimitada por uma membrana nuclear (a carioteca) que 
contêm a maior parte do DNA celular e é principal sítio de síntese de RNA. 
O DNA nuclear de todas as células eucarióticas está dividido em dois ou mais 
cromossomos, o que difere com os procariotos com um único cromossomo. 
As mitocôndrias e o cloroplastos são organelas que possuem genomas próprios, com 
composição gênicas e estruturas bem distintas das conservadas em genomas 
nucleares. As mitocôndrias são organelas envolvidas com o metabolismo energético, 
presente nas células eucarióticas. Genomas mitocondriais codificam, por exemplo, 
algumas enzimas que participam do processo de produção de ATP por fosforilação 
oxidativa. 
O genoma do cloroplastos (organela vegetal), codificam algumas proteínas que estão 
envolvidas na fotossíntese. 
Tanto em eucariotos quanto em procariotos, o tamanho do genoma varia de espécie 
para espécie. 
O gene eucariótico pode ser definido como toda a sequencia de nucleotídeos 
necessária para a síntese de proteína (incluindo peptídeos) ou um RNA estável. 
As regiões reguladoras e codificadoras dos genes eucarióticos geralmente são mais 
complexas que as dos procariotos. 
Um gene eucariótico pode ter elementos reguladores muito distante da região 
codificadora. 
Os genes eucarióticos possuem íntrons e éxons. Os Introns ( sequencias de 
nucleotídeos que interrompem a região codificadora. Os íntrons estão presentes no 
DNA genômico, são transcritas em um RNA primário, mas são removidas durante um 
processamento (splicing) dando origem ao RNA maduro. As sequencias de 
nucleotídeos que são transcritas e que permanecem após o processamento no mRNA 
maduro são chamadas de éxons.