Estudo dirigido - Organização gênica de procariotos e eucariotos

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Organização gênica de procariotos e eucariotos 
 
O genoma celular é formado por moléculas de DNA, as quais ficam empacotadas em 
estruturaschamadas de cromossomos. As moléculas de DNA são formadas por genes e 
por regiões intergênicas. As bactérias e os vírus possuem, geralmente, um 
cromossomo, enquanto as células eucarióticas possuem vários cromossomos. 
 
O conceito de gene evoluiu com o passar do tempo, antigamente gene era 
considerado um segmento de DNA que codifica uma enzima, posteriormente 
observou-se que nem todas as moléculas formadas apresentavam função enzimática, 
e então denominou-se gene um segmento de DNA que codifica uma proteína. 
Com a descoberta de que algumas proteínas são formadas por mais de uma cadeia 
polipeptídicacomo, por exemplo, a hemoglobina, a qual é formada por duas cadeias a 
e duas cadeias b, as quais são formadas por genes diferentes. O gene passou a ser 
denominado como um segmento de DNA que codifica uma cadeia polipeptídica. 
Porém essa definição de gene – uma cadeia polipeptídica – ainda não era suficiente, 
pois existemsegmentos de DNA que formam os RNAs ribossômicos, os RNAs 
transportadores e as ribozimas, sendoque esses não precisam ser transformados em 
proteínas para exercerem sua função. 
 
A definição de gene aceita atualmente é: gene é todo segmento de DNA que produz 
uma sequência de algum produto gênico final, o qual pode ser uma cadeia 
polipeptídica ou um RNA com função estrutural ou enzimática. 
Porém, como já foi dito, o DNA não é formado apenas por genes, ele também é 
formado por sequências intergênicas que possuem função regulatória, podendo 
indicar a origem para replicação ou transcrição, por exemplo. 
As bactérias possuem, normalmente, um único cromossomo, sendo que esse 
cromossomo é circular. 
 
Nos cromossomos bacterianos, a maioria dos genes apresentam-se em uma única 
cópia; alguns genes estruturais, como genes que codificam o RNA ribossômico, 
apresentam-se em mais cópias. Grande parte do DNA do cromossomo bacteriano 
corresponde a genes reguladores e estruturais. 
 
 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 como cromatina. 
 
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. 
A principal 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.