Aula_7_-_Organiza_o_do_genoma_nos_organismos

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Organização dos Genomas
ORGANIZAÇÃO DO GENOMA NOS 
DIFERENTES ORGANISMOS
Genoma = conjunto de genes e seqüências 
intergênicas de DNA de todos os cromossomos 
de uma célula
Um genoma, seja ele de um procarioto ou de um 
eucarioto, possui sempre a mesma função básica, 
que é a de servir como um repositório replicativo da 
informação codificada pelo DNA que o constitui. 
Algumas Definições:
De que forma o DNA está organizado na célula?
Conjunto completo do DNA no organismo
GENOMA
Composto de longas moléculas de DNA
DNA: componentes principais dos cromossomos
cada cromossomo contêm uma molécula de DNA que 
transporta muitos genes
Genes: regiões do DNA que podem ser transcritos em RNA
GENOMA
Procariontes: apenas um cromossomo
Eucariontes: vários a muitos cromossomos
maior parte crs. está no núcleo
Vírus: contêm seus próprios conjuntos de genes
Moléculas de DNA que não fazem parte de 
genomas de organismos
PLASMÍDEOS: moléculas acessórias de DNA
genes necessários para sua própria propagação
A NATUREZA DOS GENES
Principais regiões de um gene em eucariontes:
GENE �precisa ser transcrito em RNA funcional
� RNAm precisa ser produzido no momento e no lugar 
corretos no desenvolvimento de um organismo
considerado FUNCIONALconsiderado FUNCIONAL
• região reguladora
• sinais de término de transcrição 
• íntrons
• exons
Estrutura do gene em procariontes e eucariontes
Estrutura do gene em eucariontes
UTR
Região não traduzida 5’
UTR
Região não traduzida 3’
Processamento DNA Eucariotos
Processamento DNA Eucariotos
Definição de genes quanto a atividade
Distribuição no número de éxons nos 
genes de três organismos
P
o
r
c
e
n
t
a
g
e
m
 
d
e
 
g
e
n
e
s
Número de éxons
Tamanho dos genes em diferentes organismos
Relação entre o tamanho do gene e o tamanho do mRNA
� DNA de função desconhecida
� presente entre os genes
� tamanho e natureza varia de acordo com o genoma
menor freqüência: fungos
grande freqüência: mamíferos
Regiões intergênicas
� eucariontes: parte deste DNA é repetitivo: 
dispersos ou in tandem
encontrado também em íntrons
extensão difere em diferentes espécies
função desconhecida - hipóteses
Organização genômica em diferentes espécies
Regiões intergênicas
branco: regiões intergênicas
A NATUREZA DOS GENOMAS
Todos organismos: genoma: DNA e genes
���� Qual o tamanho dos genomas?
���� Quantos genes contêm e como eles variam entre 
as espécies?
���� Quantos cromossomos contêm e de que maneira 
os genes estão agrupados nos cromossomos?
TAMANHO DO GENOMA
Quantidade de DNA nos genomas de vários organismos
Quilobases (kb): unidades de milhares de pares de nucleotídeos
Megabases (mb): unidades de milhões de pares de nucleotídeos 
Tamanho do genoma aumenta de 
procariotos a eucariotos
Porque os genomas eucariotos são tão 
grandes???
• Não há relação clara entre o tamanho do genoma e a 
complexidade genética.
• No entanto, entre os diferentes filos há a necessidade 
de um aumento mínimo do genoma, o que pode ser 
refletido em um aumento da complexidade anatômica e 
fisiológica. 
TAMANHO DO GENOMA
GENOMAS DE PLASMÍDEOS
Plasmídeos:
� pequenos elementos de DNA contidos nas células 
bacterianas que não são essenciais a operação básica das 
bactérias
� moléculas simbióticas que não podem sobreviver fora das 
células
� alguns bem complexos com muitos genes
� genes úteis ao hospedeiro bacteriano
resistência a antibióticos, produção toxinas
� em sua maioria são circulares, contudo há lineares
� carregam informação genética adicional
� produz cópias que passam para céls filhas na divisão celular
� replicação e manutenção: dependem da maquinaria celular codificada 
pelo genoma hospedeiro
� também encontrados ocasional/e em células de fungos e plantas
� plasmídeos eucarióticos: não conferem 
benefícios a seus hospedeiros
Plasmídeos:
GENOMAS DE PLASMÍDEOS
DNA de uma célula de E. coli lisada
(setas indicam plasmídeos)
Origem de replicação
GENOMAS DE PLASMÍDEOS
GENOMAS DE ORGANELAS
maior parte genoma eucariótico núcleo
mitocôncrias e cloroplastos genoma específico
múltiplas cópias idênticas de seus cromossomos
crs: moléculas DNA bifilamentares
cada célula contém inúmeras dessas organelas
no cópias desses cromossomos por célula é alto
���� circulares
���� muitos possuem íntrons
Cromossomos organelares: 
� genes específicos para as funções da organela
genes no genoma nuclear
maioria funções biológicas dentro da organela 
Genoma mitocôndrias:
� maioria dos organismos não podem sobreviver sem eles
� alguns organismos podem ser eliminados: leveduras 
Cloroplastos:
� podem ser eliminados somente nos organismos fotossintéticos que 
podem atuar como heterotrófico (captam nutrientes do ambiente)
GENOMAS DE ORGANELAS
GENOMAS VIRAIS
Vírus
� partícula sem vida
� composição: revestimento protéico e centro (contêm seu genoma)
� reprodução: infecção célula viva
genoma viral entra na célula
gera partículas prole viral
� genoma variado: compostos DNA uni ou bifilamentar
um único cromossomo
retrovírus: possuem RNA uni ou bifilamentar(HIV)
moléculas lineares ou circulares DNA ou RNA
não possui introns: maioria
Diversidade nos tipos de moléculas dos genomas virais
várias estratégias compactação genoma viral
evolução diversa dos vírus
genoma viral dentro célula
convertido em molécula DNA bifilamentar
incorporada em cromossomo 
hospedeiro
molécula distinta
GENOMAS VIRAIS
Micrografias eletrônicas de alguns genomas 
pequenos
Fago T2 Plasmídeo E. coli
DNA mitocondrial seres humanos
GENOMAS DE PROCARIONTES
� genoma: contido dentro de um único cromossomo
� dupla hélice DNA única, fechada e circular (nucleoíde) - maioria
� genoma compacto: pouco ou nenhum espaço intergênico
� introns raros
� poucas ou nenhuma seqüência repetitiva 
� óperon: vários genes relacionados transcritos como uma molécula 
de mRNA
� genoma bactéria: genoma aprox. 20X maior que o de vírus
� DNA organizado em bloco (ME) NUCLEÓIDE
proteínas associadas ao DNA: compactar genoma 
DNA corado fluoresce quando exposto a luz UV. Algumas 
células tem o DNA duplicado, mas a célula não sofreu divisão 
celular, por isso aparece múltiplos nucleóides
GENOMAS DE PROCARIONTES
GENOMAS DE PROCARIONTES
Micrografia eletrônica do genoma 
da bactéria E.coli liberado da 
célula por choque osmótico
Célula procariota (bactérias)
GENOMAS DE PROCARIONTES
→→→→ O cromossomo contém somente uma cópia dos genes. Poucos 
genes como os rRNA estão repetidos várias vezes no genoma.
NÚMERO DE GENES EM BACTÉRIAS
O tamanho do genoma é proporcional ao número de genes.
Haemophilus influenzae Mycoplasma genitalium
GENOMAS DE PROCARIONTES
Mapa genético
Xylella fastidiosa 
GENOMAS DE PROCARIONTES
PEQUENOS GENOMAS PLASMÍDEOS, ORGANELAS, 
VÍRUS E GENOMAS PROCARIÓTICOS
� pouco espaço intergênico
� genes agregados
� não possuem grandes qtdades proteínas 
GENOMAS EUCARIÓTICOS (ANIMAIS E PLANTAS)
� grandes trechos DNA entre os genes
GENOMAS DE EUCARIONTES
A molécula do DNA está organizada em estruturas chamadas 
CROMOSSOMOS
Cromossomos de um núcleo eucariótico
� tamanhos dos genomas muito diferentes (não se relacionam com o 
número de genes)
� muitas seqüências repetitivas não codificantes
� genes com muitos introns
Eucariontes:
Relação entre o no de genes e o tamanho do genoma
� não há relação entre a quantidadede DNA e o 
número de genes presentes no organismo
GENOMAS DE EUCARIONTES
Células Eucarióticas
célula animal
célula vegetal
GENOMAS DE EUCARIONTES
maioria espécies eucarióticas DIPLÓIDE
HAPLÓIDE apenas um grupo de cromossomos por núcleo
fungos e algas
GENOMAS DE EUCARIONTES
HAPLÓIDE: n (1xn) DIPLÓIDE: 2n ( 2xn)
n: designa no cromossomos em genoma nuclear
no haplóide de cromossomos
3n, 4n, 5n ,6n (poliplóides) plantas
no conjuntos de cromossomos: ploidia ou nível de ploidia
Membros de um par cromossômico: CROMOSSOMOS HOMÓLOGOS
� parecidos em tamanho e contéudo gênico
� transportam mesmo genes nas mesmas posições relativas 
Gene A Gene B Gene C Gene D
Gene A Gene B Gene C Gene D
DIPLÓIDE: dois grupos de cromossomos
dois cromossomos de cada tipo
GENOMAS DE EUCARIONTES
� um ou dois grupos de cromossomos lineares nucleares
� múltiplas cópias de um cromossomo mitocondrial 
circular
� múltiplas cópias de um cromossomo de cloroplasto 
circular (apenas plantas)
� múltiplas cópias de plasmídeos (alguns fungos e plantas)
GENOMAS DE EUCARIONTES
Células eucariótica contêm...
→→→→ Cada cromossomo possui um número característico 
de genes e a quantidade de DNA no genoma chega a ser 
4 a 100 vezes maior que a quantidade presente em E. 
coli.
célula vegetal
DNA nuclear +
DNA cloroplastidial +
DNA mitocondrial
DNA nuclear +
DNA mitocondrial
célula animal
GENOMAS DE EUCARIONTES
GENOMAS DE EUCARIONTES
Cromossomos diferentes:
contêm diferentes grupos de genes
Demonstrado examinando-se indivíduos anormais que 
contêm um cromossomo extra
produz aparência anormal característica 
para aquele cromossomo
cada cromossomo é diferente
Confirmação:
� variação cromossomos sob microscópio
� mapeamento
� sequenciamento
Frutas da planta Datura, 
cada uma possuindo um 
cromossomo extra diferente. 
Suas aparências 
características sugerem que 
cada cromossomo é
diferente
Representação do tamanho e organização 
genética dos vários tipos de genomas
DIFERENTES ORGANISMOS, DIFERENTES QUESTÕES:
• Eucariontes
� Genomas grandes e complexos (introns, transposons, alelos, etc.)
� Características gerais do organismos
� Aumento do conhecimento básico
• Bactérias
� Genomas médios e de baixa complexidade (ORFs, operons)
� Fácil dedução de vias metabólicas
� Maior aplicabilidade: 
• Busca de genes ligados a patogenicidade
• Busca de proteínas imunogênicas
• Vírus 
� Genomas muito pequenos e simples (poucos genes compactos)
� Fácil resolução da maquinaria completa
� Busca de variabilidade: deleções, SNPs, diagnóstico, etc.