estrutura gene

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Marcos Sousa 1
Estrutura do Gene
Marcos Sousa 2
O genoma contém toda a 
codificação de um organismo
Marcos Sousa 3
Gene, como se define?
 O Conceito de gene não é estático!
 O termo gene foi introduzido por Wilhelm
Johannsen em 1009.
 Unidade de informação genética que 
controla um aspecto específico do 
fenótipo.
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Marcos Sousa 5
Evolução do Conceito de Gene
 Mendel, 1866 => caráter ou fator hereditário
 Archibald E. Garrod, 1900 => um gene mutante 
=> um bloqueio metabólico
 George W. Beadle e Edward L. Tatum, 1940 => 
um gene => uma enzima
 Um gene => um polipetídeo (muitas enzimas 
contém 2 ou + polipetídeos diferentes).
 um gene => um transcrito
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Alcaptonúria
Bloqueio no 
catabolismo da 
fenilalanina, 
causando acúmulo 
de ácido 
homogentísico na 
urina.
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Um gene =>
Uma enzima
Prêmio Nobel
Em 1958
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Gene, como se define?
 Porção de DNA responsável pela síntese de um 
RNA ou um polipeptídeo.
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Estrutura do gene
 Gene => unidade básica da hereditariedade
 Gene análogos a um colar de pérolas => 
recombinação ocorria entre eles e não dentro 
deles.
 Menor unidade do material genético não 
subdivisível por recombinação.
 Menor unidade do material genético capaz de 
mutação independente.
 Colinearidade de genes e proteínas
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COLINEARIDADE DOS GENES E SEUS 
PRODUTOS PROTÉICOS
Marcos Sousa 11
Estrutura do gene
 Clarence Oliver, 1940 => recombinação dentro 
do gene lozenge de Drosophila.
 Mostrou que o gene possui sítios mutantes 
separáveis por recombinação sendo divisível através 
de crossing-over.
 Seymour Benzer => 119 sítios dentro do gene rIIA do 
bacteriófago T4.
 Par de nucleotídeos => unidade básica da 
hereditariedade
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3
Marcos Sousa 13
 Final dos anos 60 => 
genes superpostos 
genes dentro de genes
 Final do anos 70 => éxons e íntrons
Estrutura do gene
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Genes superpostos e genes dentro 
de genes
 Genes se superpõem => quando 
diferentes matrizes de leitura da mesma 
sequência de DNA codificam proteínas 
diferentes.
 Genes dentro de genes => ocorre 
quando a sequência de um gene está
localizada inteiramente dentro da 
sequência de outro gene.
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Marcos Sousa 17
Gene, como se define?
 Região operacionalmente testada pelo teste de 
complementação e que inclui as regiões 5´ e 3´e regiões 
não codificantes envolvidas na regulação da transcrição 
e tradução do gene e todos os íntrons dentro dele.
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Promotor Região Codificadora Terminador
Promotor Regiões Codificadoras Terminador
OPERONOPERON
ESTRUTURA DE UM GENE DE 
PROCARIOTO
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Marcos Sousa 19
Estrutura e organização do gene
 estrutura típica de um gene procarioto. 
Estrutura típica de um gene procarioto. RBS = sítio ligador de ribossomo; ATG = 
códon de iniciação da síntese protéica; Cds ou ORF = quadro aberto de leitura; 
stop = qualquer um dos três códons de finalização da síntese protéica; 
terminador = região terminadora da transcrição 
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GENES X ORFs
 Gene: seqüência que codifica para uma proteína ou 
RNA conhecidos
 ORF = open reading frame (fase de leitura aberta): 
seqüência de nucleotídeos que potencialmente pode 
codificar para uma proteína
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ESTRUTURA DE UM GENE DE 
PROCARIOTO
Fita Codificadora: orientação 5’ – 3’
Fita Molde: orientação 3’ – 5’
Marcos Sousa 22
ORGANIZAÇÃO DOS GENES EM 
OPERONS
- Número variável de regiões codificadoras
- Regiões intercistrônicas variam de 1 a 40 pb
- Aproximadamente 20 a 30% dos genes estão em 
operons
Promotor Regiões Codificadoras Terminador
OPERONOPERON
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Promotor Região Codificadora Sítio de PoliA
hnRNA
AAAAAAAAAA
mRNA
AAAAAAAAAA
Exon
Intron
D
N
A
R
N
A
Splicing
ESTRUTURA DE UM GENE DE 
EUCARIOTO
Marcos Sousa 24
Estrutura e organização do gene
 estrutura típica de um gene Eucarioto. 
No genoma humano os íntrons iniciam sempre com GU 
e terminam em AG.
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Marcos Sousa 25
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)
Marcos Sousa 26
Estrutura e expressão de um gene eucariótico
Marcos Sousa 27
Tamanho médio dos genes
 E. coli – 0,9 kb
 S. cerevisiae – 1,4 kb
 D. melanogaster – 11,3 kb
 H. sapiens – 19,2 kb
Marcos Sousa 28
Definição operacional do gene
 Definição genética de gene
 Edward B. Lewis => teste de 
complementação ou cis-trans
 Permite determinar se duas mutações 
independentes estão situadas no mesmo 
gene ou em genes diferentes.
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Relações do complexo gene-
proteína
 Vias alternativas de recomposição do transcrito 
=> isoformas de proteínas
Éxons diferentes de um gene podem ser 
unidos para produzir um conjunto correlato de 
mRNA codificando uma pequena família de 
polipetídeos correlata.
Marcos Sousa 32
Marcos Sousa 33
Relações do complexo gene-
proteína
 Montagem de genes a partir de segmentos 
gênicos
 Exemplo dos sistema imunológico,
 Cada anticorpo contém quatro polipetídeos, duas 
cadeias pesadas e duas leves.
 As sequências de DNA que codificam estas cadeias 
estão presentes em segmentos gênicos que são 
unidos para produzir os genes.
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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
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Famílias gênicas
 25 a 50% dos genes são de cópia única
 Família gênica: > 40 % de identidade 
(parálogos)
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
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GENES CÓPIAS, PARÁLOGOS OU 
ORTÓLOGOS
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Seqüência de DNA repetitivo
 Fração de reassociação rápida
DNA de seqüência simples
Seqüência curta (5 a 10 pb) repetida milhares 
de vezes, em tandem. Representa 10 a 15% 
do DNA
 Fração de reassociação intermediária
Transposons – elementos genéticos móveis
LTR - Retrotransposons
Não LTR - Retrotransposons
 LINES
 SINES
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Retrotransposons (similares a retrovírus)
Possuem LTRs (long terminal repeat) – 500 pb
Tamanho de 5 a 9 kb – 8,3% do genoma
Possuem o gene gag (capsídio) e o pol
(polimerase)
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Retrotransposons (similares a mRNA
celular)
 LINESLINES => Long interspersed repetitive elements
(transcritos reversos para RNA = RNA polimerase II)
 (> 10.000 cópias, > 5 kb, codificam para transposase, 
transpõem com freqüência, 20% do genoma humano)
 SINESSINES => Short interspersed repetitive elements
(transcritos reversos para RNA =>RNA polimerase III 
=> tRNA, rRNA, snRNA)
 (> 100.000 cópias, < 500 pb, não codificam para 
transposase, transpõem com freqüência, 13,6% do genoma)