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Organização Gênica de Organização Gênica de EucariotosEucariotos
Biologia MolecularProfª.Marília Scopel Andrighetti
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O genoma encontra-se envolvido por uma membrana nuclear (carioteca).
Aspectos comuns:
Interrupções nas sequências de genes(éxons-íntrons); Abundância de sequências repetidas; Grandes porções do genoma sem função codificante ou
regulatória.
Os genomas eucarióticos são consideravelmente maiores que os procarióticos, variando de tamanho conforme a espécie.
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Valor C:Valor C:Quantidade de DNA presente no genoma (haplóide) expressa em pb, característica para cada espécie;
Paradoxo do Valor C: Paradoxo do Valor C: Impossibilidade de correlacionar o tamanho do genoma com a complexidade morfológica dos organismos.
Ex: mamíferos e insetos podem ter genomas com tamanhos similares.
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Quanto maior for a complexidade do genoma (número de sequências diferentes), menor é a velocidade de renaturação;
Sequências repetidas reassociam mais rapidamente do que sequências únicas.
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DNA não repetitivo: DNA não repetitivo:
Componente lento de renaturação;Única classe encontrada em procariotos;Genes estruturais;Genes com menos de 10 cópias; Ex: genes da hemoglobina e do colágeno, necessários
em grandes quantidades – desde que possuam promotores adequados, podem suprir grandes demandas de produtos gênicos.
Frequência de RepetiçãoFrequência de Repetição
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DNA repetitivo: DNA repetitivo:
Componente rápido de renaturação;
Famílias de sequências bastante relacionadas;
Membros de uma família são sequências curtas e similares – as diferenças ocorrem por inserções, substituições e deleções, já que a repetitividade facilita o crossing-over;
Em humanos, 30% do genoma é sequência repetitiva pelo menos 20 vezes;
Frequência de RepetiçãoFrequência de Repetição
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DNA moderadamente repetitivo: DNA moderadamente repetitivo:
Componente intermediário de renaturação;Número intermediário de repetições.
Frequência de RepetiçãoFrequência de Repetição
Há uma tendência ao longo da escala evolutiva para o aumento do número de sequências repetidas, associado ao aumento do tamanho do genoma
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ExceçõesExceções
Alguns genes estruturais são DNA repetitivo:Genes para rRNA e histonas.
rRNArRNA –– arranjados em tandem em mais de 100 cópias pelo genoma, localizados em regiões dos cromossomos associadas a nucléolos;
Histonas –Histonas – múltiplas cópias ao longo do genoma.
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Eucariotos e arquebactérias – genes com sequências descontínuas;
Regiões adicionais podem interromper tanto regiões codificantes quanto regiões adjacentes a elas;
Éxon Éxon = sequência codificante de um gene ÍntronÍntron = sequência interveniente. Constitui a
maior parte do gene.
Genes InterrompidosGenes Interrompidos
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DNATranscrição
Transcrito primáriocom íntrons Splicing
mRNA maduro
Eucariotos superiores Eucariotos superiores = maioria com íntrons. Exceção: genes de histonas;
Eucariotos inferioresEucariotos inferiores = poucos com íntrons.
Eucariotos inferiores e eubactérias = possivelmente perderam seus íntrons ao longo da evolução para ficarem melhor adaptados a ciclos de multiplicação extremamente rápidos.
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Cada éxon codifica uma estrutura funcional da proteína = domínio protéico
Splicing alternativo: Splicing alternativo: potencialidade de gerar uma série de proteínas diferentes, através do processamento diferenciado do transcrito primário. Mecanismo regulado espacial e temporalmente.
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Genes descendentes de um ancestral comum por duplicação e posterior mutações menores acumuladas ao longo da evolução;
Família de GenesFamília de Genes
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Membros de uma família gênica agrupados em uma mesma região;
Mantém a identidade, pois sofrem processos coevolutivos;
Famílias com genes dispersos pelo genoma (translocação), tendem a divergir suas sequências uma das outras.
ClustersClusters
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Membros de uma família tem funções relacionadas ou idênticas, embora possam ser expressas em diferentes estágios, ou células;
Hemoglobina: hemoglobinas em estágios
Actina: células
ClustersClusters
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Sequências não funcionais descendentes de genes funcionais, mas que tornaram-se inativas pelo acúmulo de mutações;
O locus que corresponde a um pseudogene em uma espécie pode ser ativo em outra.
Pseudogenes Pseudogenes
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CromatinaCromatinaDNA eucarioto associado a uma série de proteínas
nucleares específicas, denominadas HISTONAS.
Eucromatina: estado menor de compactação;Heterocromatina: cromatina densamente
compactada;Cromossomo: toda cromatina muito mais
condensada (mitose e meiose).
Compactação do Material GenéticoCompactação do Material Genético
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Eucromatina: cromatina ativa;Heterocromatina e Cromossomo: cromatina inativa;
Os 3 são diferentes graus de compactação;Cromossomos mitóticos e meióticos têm estrutura de
5 a 10 vezes mais compactada do que a cromatina interfásica.
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Proteínas que formam a cromatina se dividem em histônicas e não histônicas;
A massa de proteínas histônicas é igual a massa total de DNA presente na célula.
Histonas: Histonas: Pequenas proteínas básicas (+), pois apresentam aminoácidos lisina e arginina em grandes quantidades.
A alcalinidade facilita com que ela interajam com o DNA (carregado negativamente).
Estrutura Molecular da CromatinaEstrutura Molecular da Cromatina
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As histonas estão divididas em 5 classes, de acordo com a proporção de cada tipo de aminoácido básico
H1, H2A, H2B, H3 e H4
H3 e H4: sequências idênticas em organismos pouco relacionados (altamente conservadas). Possivelmente apresentam a mesma função;
H2A e H2B: variação espécie específica; H1: homologia parcial dos aminoácidos, variando entre
espécies.
HistonasHistonas
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Estão em número muito menor do que as histônicas;
Estruturam a cromatina em níveis mais elevados de organização, enquanto que as histonas fazem a organização básica do material genético.
As proteínas não-histônicas proporcionam condições para que haja associações entre histonas e cromatinas.
Proteínas não histônicasProteínas não histônicas
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Unidade estrutural básica da cromatina;DNA de aproximadamente 200pb + 2 cópias de
cada histona central: H2A, H2B, H3 e H4;Formam um octâmero de histonas.
NucleossomosNucleossomos
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Externamente encontra-se a histona H1 – junta nucleossomos adjacentes entre si;
O DNA de ligação é o espaçador entre os nucleossomos;
O DNA dá 2 voltas em torno do octâmero;H3 e H4: ocupam o centro ( contato com o DNA);H2A e H2B: ocupam as extremidades.
NucleossomosNucleossomos
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Fibra de 10nm: Fibra de 10nm: 1º estágio de compactação da cromatina; são nucleossomos associados lado a lado;
O primeiro nucleossomo se posiciona em um sítio preferencial e os demais de acordo com a periodicidade;
Sequências específicas ficam expostas a fatores regulatórios.
NucleossomosNucleossomos
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Fibra de 30nm: Fibra de 30nm: 2º estágio de compactação da cromatina;
Estrutura na qual cada volta contém 6 nucleossomos organizados radialmente;
O DNA de ligação e as H1 ficam no interior da fibra, estabilizando a estrutura;
Constituinte básico da cromatina interfásica.
NucleossomosNucleossomos
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Níveis de organização mais complexos: Níveis de organização mais complexos:
Envolve, principalmente, proteínas não histônicas;Proteína central (esqueleto metafásico) na qual o DNA
se ancora na forma de alças.
NucleossomosNucleossomos