Estrutura dos Cromossomos e DNA

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Prof°. MSc. João Marcelo Castro 
Genética e Biologia molecular 
j.marcelo@ufpi.edu.br 
j.marcelobiologo@hotmail.com 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ 
CURSO: NUTRIÇÃO 
DISCIPLINA: GENÉTICA 
 Cromossomos Kroma = Cor 
Soma = Corpo 
 
 São filamentos espiralados 
de cromatina, existente no 
núcleo de todas as células, 
coram intensamente com 
uso de corantes citológicos 
como: carmin acético, 
orceína acética, reativo de 
Schiff, Giemsa e etc. 
 
 Composto principalmente 
de DNA e Proteínas, sendo 
observável em microscopia 
de luz durante a divisão 
celular. 
 
 
cromossomo 
eucariótico 
 
cromátides 
cromossomos 
Locus gênico 
cromatina 
 
• Eucromatina - consiste de DNA ativo, ou seja, 
com atividade gênica (pode se expressar como 
proteína). 
 
• Heterocromatina, DNA inativo e parece ter 
funções estruturais durante o ciclo celular. 
 
• Pode ser de dois tipos: 
– Heterocromatina constitutiva 
– Heterocromatina facultativa 
O DNA super-helicoidizado 
está muito helicoidizado ou 
pouco helicoidizado, 
fazendo com que ele gire 
sobre si mesmo. 
 Duas cópias de 
cada uma das 
quatro histonas 
(H2A, H2B, H3, H4) 
constituem um 
octâmero. 
 
 Em torno deste 
octâmero, um 
segmento de dupla 
hélice de DNA se 
enrola, como uma 
linha em torno de 
um carretel. 
 
 Cada complexo de 
DNA com histonas 
centrais é 
considerado um 
nucleossomo. 
 
NUCLEOSSOMO 
Nucleossomo – unidade estrutural básica da cromatina 
• 150 a 250 pb associados a 
um octâmero de histonas 
(11 a 20 kDa, caráter básico 
acentuado, ou seja aa 
carregados +) 
• Histonas Centrais: 
 2 X (H2A, H2B, H3 e 
H4) 
 * Alta conservação 
 * Genes 
• Histona de ligação 
 H1 
• HC + HL = cromatossomo 
Nucleossomo 
Organização das histonas no 
nucleossomo 
Posicionamento do DNA 
solenóide 
Arcabouço protéico 
• A quantidade de DNA é diferente para diferentes espécies. 
 
• Tem-se observado que em alguns casos quando se 
comparam indivíduos menos complexos com mais complexos, 
estes últimos têm mais DNA, embora não seja regra. 
 
• Sugerindo que para a codificação de toda a informação 
genética de um organismo, é necessária uma quantidade 
mínima de DNA, proporcional à sua complexidade, embora 
os seres vivos, principalmente os eucariotos, não se 
restrinjam a esse mínimo, possuindo um excesso de 
DNA, que pode ser centenas de vezes superior ao mínimo 
necessário. 
 
• A mesma disparidade é encontrada quando comparados a 
quantidade de genes estimadas para determinadas 
espécies e a quantidade de DNA que estas possuem, 
geralmente existem várias vezes mais DNA. 
• As seqüências de bases dos eucariotos já detectadas, 
permitem algumas importantes constatações: 
 
1. Os genes não se organizam de forma contínua, mas 
separados por um segmento chamado de DNA 
ESPAÇADOR 
Disposição dos genes para histonas de DNA de ouriço-do-mar. 
Colorido DNA codificante. 
H4 H2a H3 H2b H1 
• Em alguns casos o tamanho do DNA 
espaçador é várias vezes maior do que o do 
gene. 
 
•Além disso, um determinado DNA 
espaçador pode variar entre indivíduos de 
uma mesma espécie. 
 
• O DNA espaçador é uma fonte de 
variação na quantidade de DNA e não está 
relacionado com o volume da informação 
genética e nem com a complexidade do 
organismo. 
• Uma outra fonte de DNA “em excesso”, mostrou que 
determinados trechos do fio de DNA estão repetidos 
centenas, milhares ou mesmo milhões de vezes no 
genoma haplóide, e pode ser de duas classes: 
 
1. DNA repetitivo - Constituído de seqüências que se 
 repetem milhares ou milhões de vezes. 
 
a) DNA altamente repetitivo – Uma mesma seqüência se 
 encontra repetida mais de 100.000 vezes no genoma; 
 
b) DNA moderadamente repetitivo – Repetitividade 
 inferior a 100.000 vezes. 
 
2. DNA seqüências únicas – Constituído de 
 seqüências que não se repetem ou repetem poucas vezes. 
A repetitividade do DNA e as seqüências de 
bases sem sentido dentro e ao lado dos genes, 
parece explicar, pelo menos em parte, o excesso 
do DNA em eucariotos. 
 
A distribuição dos genes nos cromossomos 
também não é homogênea, havendo regiões 
ricas e pobres ou mesmo totalmente carentes de 
genes - REGIÕES DE HETEROCROMATINA 
CONSTITUTIVA. 
• De maneira geral, no DNA eucarioto, cada 
complemento cromossômico tem as três classes de 
DNA. 
 
1. O DNA altamente repetitivo - Geralmente 
encontra-se no cromossomo em blocos de seqüências 
repetidas uma seguida da outra de forma contínua – 
-SEQÜÊNCIAS IN TANDEM - 
 
2.O DNA moderadamente repetitivo e o de 
seqüências únicas 
 Encontram-se dispersos no restante do cromossomo. 
A PROPORÇÃO DE CADA UMA DAS CLASSES DE DNA 
VARIA MUITO ENTRE AS ESPÉCIES 
• O DNA altamente repetitivo representa em torno 
de 10% do genoma de um indivíduo, embora em 
algumas espécies chegue a 40%. 
 
• A maioria dos genes estruturais parece 
estar localizada em DNA de seqüências 
únicas, exceto os genes que codificam histonas e 
RNAs ribossomais e transportadores, que estão 
localizados no DNA moderadamente repetitivo. 
• Ao contrário do DNA, as histonas são metabolicamente 
instáveis, sendo substituídas por moléculas novas a 
aproximadamente cada quatro ciclos celulares. 
 
•Como se encontra no DNA repetitivo, cada unidade de 
repetição tem cinco genes diferentes, separados por 
segmentos de DNA não transcritos. 
. 
Disposição dos genes para histonas de DNA de ouriço-do-mar. 
Colorido DNA codificante 
H4 H2a H3 H2b H1 
• Uma particularidade das histonas é a sua grande 
constância evolutiva. 
 
• As histonas H3 e H4 são tão conservadas que quando 
são comparados grupos bem distantes evolutivamente 
como boi e ervilha, estas diferem em apenas 02 dos 102 
aminoácidos de H4 e 04 dos 135 de H3. Sugerindo que 
desde o surgimento dos eucariotos estas proteínas 
praticamente não mudaram, constituindo-se nas mais 
estáveis. 
 
• H2a e H2b também são estáveis, porém menos que as 
anteriores e H1 é a mais variável. 
• Não-histônicas são todas as demais proteínas associadas à 
cromatina. 
 
• Não formam um grupo de proteínas estrutural ou 
funcionalmente semelhantes entre si, como as histonas. 
 
• Neste grupo estão as: 
 1. Proteínas contráteis 
 2. Proteínas ribossomais 
 3. Enzimas necessárias às funções do núcleo como as da 
 replicação e transcrição do DNA 
 4. Vários outros tipos de enzimas não relacionadas entre si 
 
• Em um único núcleo podem ser identificadas mais de 500 
proteínas não-histônicas diferentes e cada uma ocorre em 
quantidade muito pequena, sendo difícil de isolá-las. 
• Acredita-se que estejam relacionadas com a função de 
 cada núcleo, provavelmente ativação e regulação 
gênica. 
• Apresentam papel fundamental na organização do 
 cromossomo metafásico. 
É IMPORTANTE ACRESCENTAR O PAPEL DAS HISTONAS 
E NÃO-HISTONAS NA CONDENSAÇÃO DO FIO DE DNA. 
• As histonas participam no início da condensação a nível 
de nucleossomo, enquanto as não-histônicas servem de 
suporte para o fio já parcialmente condensado, o que 
permite seu empacotamento dentro de estruturas 
organizadas e pequenas como os cromossomos metafásicos. 
 O termo cromossomos, geralmente quando mencionado, se 
refere a cromossomos mitóticos metafásicos de eucariotos. 
 
 Entretanto, muito da informação sobre a estrutura e osmecanismos de replicação do DNA vieram de estudos em 
procariotos. 
 
 Os procariotos são monoplóides, enquanto muitos dos 
animais e vegetais superiores são diplóides (dois conjuntos 
de genes), um de cada progenitor. 
 
 Há também várias plantas poliplóides, carregando várias 
cópias do genoma. 
A informação genética da maioria dos procariotos 
é armazenada em um único cromossomo. 
DNA bacteriano: é circular, o da E. coli (4 milhões de 
 
pares de bases e 1000 x mais longo que a célula 
DNA bacteriano: é circular, o da E. coli (4 milhões de 
 
pares de bases e 1000 x mais longo que a célula 
DNA bacteriano: é circular, o da E. coli (4 milhões de 
 
pares de bases e 1000 x mais longo que a célula 
Além dos eucariotos excederem em muitas vezes o número 
de cópias do genoma quando comparados aos procariotos, 
este DNA também está organizado em vários cromossomos 
e estes cromossomos podem estar presentes na célula em 
duas (diplóide) ou várias cópias (poliplóide). 
 
 
1 
 
TELÔMEROS 
1 
CONSTRIÇÃO 
SECUNDÁRIA 
3 
BRAÇO CURTO 
4 
CENTRÔMERO 
OU 
CONSTR. PRIMÁRIA 
5 
BRAÇO LONGO 
6 
CROMÁTIDES 
IRMÃS 
7 
SATÉLITE 
2 
 I 
1 2 
 DOIS BRAÇOS 
 
 Metacêntrico 
 Submetacêntrico 
 
1 
2 
 I 
 UM BRAÇO 
 
 Acrocêntrico 
 
 Telocêntrico 
 Sub-telocêntrico 
4 
3 
 II 
3 4 
II 
 As constrições primária e secundária são regiões 
parcialmente, descondensadas, portanto com 
baixa densidade de DNA e colorabilidade. 
 
 A constrição primária ou centrômero é importante 
no processo de divisão cromossômica e, por isso, 
ocasionalmente quando se formam cromossomos 
ACÊNTRICOS, esses são perdidos durante a 
divisão nuclear. 
 Na maioria das espécies os 
cromossomos são MONOCÊNTRICOS. 
 
 Ocasionalmente podem surgir com 
mais de um centrômero: 
DICÊNTRICO, TRICÊNTRICO. 
 
 Ao microscópio são reconhecidos 
 pela presença de 2 ou mais 
constrições primárias ou por uma 
dessas bem longa. 
 
 Em geral os dicêntricos são 
eliminados, provocam problemas 
 na divisão celular 
 
 Em alguns casos porém, podem 
funcionar normalmente, pela 
inativação do centrômero extra ou 
mais raramente, através de um 
mecanismo de coorientação dos 
centrômeros que funcionam como 
um só. Célula de camudongo 
 Não se distingue morfologicamente do restante 
 do braço cromossômico. 
 Região do cromossomo com função “ cicatrizante” 
 Apresentam papel importante na organização dos 
cromossomos no núcleo interfásico e profásico. 
 Em determinadas espécies os cromossomos 
encontram-se presos á membrana nuclear pelo 
telômero. 
 Tem-se observado em algumas espécies que 
quando os homólogos pareiam no início da 
prófase, esse pareamento se inicia pelas 
extremidades terminais presas ao envoltório 
nuclear . 
 Proteção das extremidades dos cromossomos de 
exonucleases 
 Manter a integridade estrutural do cromossomo 
 
 Mulher e McClintock (final dos 
anos 30): definiram os Telômeros 
como estruturais funcionais que 
protegem os terminais dos 
cromossomos 
 Meados dos anos 50: revelação de 
que enzimas responsáveis pelo 
processo de duplicação não são 
capazes de finalizar a replicação dos 
terminais dos cromossomos 
 
 Elizabeth Blackburu (meados dos 
anos 70): descobriu que os Telômeros 
terminam com seqüências repetidas e 
apresenta um tipo de complexo de 
arranjo em alça. 
 
 
 
 Carol Greider (1985): descobriu 
uma enzima que adicionava DNA 
telomérico aos terminais dos 
cromossomos de ciliados - 
TELOMERASE 
 
 
 Consiste em uma longa sucessão de repetições em 
tandem TTAGGG 
 Existem várias proteínas associadas 
 Apresentam uma estrutura em Loop 
 
A descrição das características do conjunto cromossômico 
de uma espécie é conhecida como cariótipo. 
A representação pode ser feita na forma de cariograma ou 
de idiograma. 
CARIOGRAMA 
Constituído a partir da 
fotografia ou de um 
desenho detalhado de uma 
metáfase em que todos os 
cromossomos estão bem 
corados e individualizados 
IDIOGRAMA 
É uma representação esquemática do cariótipo, 
utilizando valores médios da posição do centrômero 
e tamanho da cada cromossomo do conjunto 
haplóide. 
CARACTERIZAÇÃO DO CARIÓTIPO 
 Posição do centrômero; 
 Número e tamanho dos cromossomos; 
 Quantidade de DNA; 
 Tamanho do centrômero; 
 Largura do cromossomo 
NÚMERO DE CROMOSSOMOS 
Cada indivíduo possui normalmente dois 
números cromossômicos diferentes: 
Haplóide ou gamético 
(n) 
Diplóide ou somático 
(2n) 
 Esses números geralmente são constantes 
dentro da espécie; 
 Entre espécies diferentes há frequentemente 
uma variação muito grande. 
• Extremos dessa variação: 
 2n=2 em Parascaris equorum; 
 2n=4 em algumas plantas e 
animais 
 2n=1260 em Ophioglossum 
reticulatum 
TAMANHO CROMOSSÔMICO 
O tamanho do cromossomo varia 
de aproximadamente 0,5µm em 
espécies de fungos até cerca de 
36µm numa monocotiledónea do 
gênero Trillium. 
Em espécies que apresentam 
cromossomos muito pequenos 
têm em geral a sua descrição 
cariotípica restrita ao número 
cromossômico. 
Em muitos cariótipos ocorrem cromossomos com 
grande variação de tamanho. 
GRADATIVA 
BIMODAL 
OBS: ASSIMÉTRICOS X SIMÉTRICOS 
GRANDES (> 10 µM) 
MÉDIOS (4-8 µM) 
PEQUENOS (< 2 µM) 
"GIGANTES” - Politênicos 
Cromossomos homólogos além de ter mesmo tamanho e manter 
a mesma posição relativa do centrômero, apresentam mesma 
posição de constrições secundárias, presença de satélites e 
distribuição de cromômeros. 
METACÊNTRICO 
SUBMETACÊNTRICO 
ACROCÊNTRICO 
TELOCÊNTRICO 
SUBTELOCÊNTRICO 
POSIÇÃO DO CENTRÔMERO 
A posição do centrômero pode também ser definida 
numericamente. 
Razão entre braços (r) Índice centromérico (ic) 
r = l/c Ic = c x 100 
 -------------------------- 
 c+ l 
PERGUNTAS