universidade federal de pelotas centro de biotecnologia graduação em biotecnologia biologia...
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Universidade Federal de PelotasUniversidade Federal de PelotasCentro de BiotecnologiaCentro de Biotecnologia
Graduação em BiotecnologiaGraduação em BiotecnologiaBiologia MolecularBiologia Molecular
Organização Gênica de Organização Gênica de Eucariotos Eucariotos
Classificação dos seres vivos de Classificação dos seres vivos de acordo com Woese (1977)acordo com Woese (1977)
Domínio EukaryaDomínio Eukarya
Reinos
Protistas (protozoários e leveduras)
Fungi (fungos)
Plantae (vegetais)
Animalia (animais)
GENEGENE
Sequência nucleotídica necessária e suficiente para a síntese de um polipeptídeo ou de uma
molécula de RNA estável
Tamanho médio dos Tamanho médio dos genesgenes
Maiores em EucariotosE. coli – 0,9 kb
S. cerevisiae – 1.4 kbD. melanogaster – 11,3 kb
H. sapiens – 19,2 kb
Há uma tendência geral de aumento do número de genes interrompidos, do número de íntrons por gene e do tamanho dos íntrons individuais à medida que
se avança na escala evolutiva, o que determina que o tamanho médio dos genes (incluindo íntrons) seja
maior em organismos mais complexos
ÍntronsÍntrons
• Um gene contém em média 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)
A presença de íntrons nos genes eucarióticos, aparentemente, representa um enorme
desperdício celular
Então, porque a evolução nos presenteou com estas seqüências?
Mecanismo de proteção contra mutaçõesDiversidade: genomas e proteomas (splicing alternativo)
Regulação gênica...
Genomas Eucarióticos - Genomas Eucarióticos - Aspectos GeraisAspectos Gerais
• Genoma nuclear (gDNA): material genético contido no núcleo
• Genoma de organelas (mtDNA e ctDNA): mitocôndrias, cloroplastos
• DNA dividido em 2 ou mais cromossomos
• Geralmente diplóides: 2 conjuntos de cromossomos
• Podem ser haplóides (leveduras e alguns fungos com 1 conjunto) ou poliplóides (3 ou mais cópias de cada cromossomo)
• Dois ou mais cromossomos lineares
CARIÓTICARIÓTIPOPO
conjunto cromossômico
Cariótipo normal Síndrome de Down
Síndrome de Turner Síndrome de Cri du chat
Conteúdo de DNA por genoma Conteúdo de DNA por genoma haplóide = Valor Chaplóide = Valor C
Procariotos: 5 x 10 Procariotos: 5 x 10 55 e 10 e 10 77pb - Eucariotos: 10pb - Eucariotos: 1077 a 10 a 101111
Quanto mais complexo o organismo, maior o valor CQuanto mais complexo o organismo, maior o valor C
Paradoxo do Valor CParadoxo do Valor C
• É a impossibilidade de correlacionar o tamanho do genoma (valor C) com a complexidade das características morfológicas, fisiológicas e comportamentais do organismo.
• Resultado da presença de seqüências de DNA repetida
Acre
dita
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smos
reduzido
Número de proteínas maior do que o número de genesGeração de múltiplas cópias de RNA a partir de um único gene
Gene da proteína 4.1 de eritrócitos humanos
Número de proteínas Número de proteínas ≠ ≠ número de genesnúmero de genes
Produz 18 isoformas da proteína, a partir do uso de 2 códons de início de tradução alternativos e por
splicing alternativo de 12 dos seus 23 éxons
Cinética de renaturação de um genoma eucarióticoCinética de renaturação de um genoma eucariótico: estimativa da fração de um genoma que corresponde a sequências únicas ou
repetidas
DNA extraído é fragmentado, desnaturado e renaturado. A proporção de moléculas renaturadas em relação às desnaturadas é
analisada em função do tempo
Quanto maior for a proporção de sequências únicas no genoma, maior será o tempo necessário para renaturação. Sequências repetidas tem
maior velocidade no processo de renaturação
Classes de sequênciasClasses de sequências
Sequências altamente repetitivas
(pouco complexas)
Sequências moderadamente repetitivas
Sequências não-repetitivas (muito complexas)
Famílias gênicasFamílias gênicas
• 25 a 50% dos genes são de cópia única (não repetitivo)
• Família gênica: possuem sequências com grau variado de similaridade entre si – 30% a 40 % de identidade. Tem funções relacionadas ou idênticas, mas podem ser expressos em diferentes estágios.
Agrupamento de genes ou espalhados pelo genoma
Moderadamente repetitivos:
– Genes que codificam tRNAs: > 1300 cópias no homem– Genes que codificam rRNA: de 100 a 200 cópias por genoma– Genes que codificam histonas: 300 a 1.000 cópias (ouriço-do-mar)
Seqüência de DNA Seqüência de DNA repetitivorepetitivo
• DNA de seqüência simples– Seqüência curta (5 a 10 pb) repetida milhares de vezes em
tandem. Representa 10 a 15% do DNA de mamíferos
• Fração de reassociação intermediária: sequências moderadamente repetitivas (25 a 40% do DNA). Maior parte derivada de sequências de famílias de elementos transponíveis– Transposons– Retrotrasposons: movimento é mediado por um RNA e envolve
uma etapa de transcrição reversa de seu RNA.
Genomas de OrganelasGenomas de Organelas
Genomas Extranucleares: codificam funções relacionadas ao metabolismo das próprias organelas
• Mitocôndrias – mtDNA
• Plastídios: família de organelas vegetais– Cloroplastos– Cromoplastos– Amiloplastos– Elaioplastos
ctDNA
Estrutura de um Gene de Estrutura de um Gene de ProcariotoProcarioto
Promotor Região Codificadora Terminador
Promotor Região Codificadora Sítio de PoliA
hnRNA
AAAAAAAAAA
mRNA
AAAAAAAAAA
Exon
Intron
DN
ARN
A
Estrutura de um Gene de EucariotoEstrutura de um Gene de Eucarioto
1984-1984-19861986
19901990
19951995
19981998
19991999
20012001
20042004
A idéia do A idéia do sequenciamento foi sequenciamento foi
primeiramente primeiramente proposta em proposta em
encontros cientificosencontros cientificos
O Projeto Genoma O Projeto Genoma Humano foi lançado Humano foi lançado
com a criação de com a criação de centros de genoma nos centros de genoma nos seguintes países: EUA, seguintes países: EUA,
Reino Unido, Japão, Reino Unido, Japão, França, Alemanha e França, Alemanha e
ChinaChina
Fim do Fim do sequenciamento dos sequenciamento dos outros organismosoutros organismos
determinar a sequencia completa de determinar a sequencia completa de nucleotídeos do genoma humanonucleotídeos do genoma humano
Mapeamento do Mapeamento do genomagenoma
• Mapa Citogenético (FISH): características dos
cromossomos visíveis em microscópios
• Mapa Genético (genealogia): posicionam genes
baseados na transmissão de locus polimorficos ao longo
de genealogias
• Mapa Físico (Clonagem e caracterização de fragmentos):
mostram as distâncias reais entre marcadores e genes
Consórcio Consórcio InternacionaInternaciona
l do l do SequenciamSequenciam
ento do ento do Genoma Genoma HumanoHumano
Projeto patrocinado pelo Instituto Nacional de Saúde dirigido por Projeto patrocinado pelo Instituto Nacional de Saúde dirigido por Francis Collins e pelo Departamento de Energia - EUAFrancis Collins e pelo Departamento de Energia - EUA
Projeção de duração de 15 anos Projeção de duração de 15 anos Duração total de 13 anos (1990–2003)Duração total de 13 anos (1990–2003)
Planejamento de custo de $3 bilhões Planejamento de custo de $3 bilhões
Maior genoma sequenciado até agora (2001)Maior genoma sequenciado até agora (2001)
1º genoma de veterbrados sequenciado1º genoma de veterbrados sequenciado
Total de pares de bases de 3 bilhões para Total de pares de bases de 3 bilhões para 2,851,330,9132,851,330,913
Número de genes entre 20.000 a 25.000Número de genes entre 20.000 a 25.000
3.7 milhões de SNPs mapeados3.7 milhões de SNPs mapeados
A versão atual do catálogo de genes consta com 19.438 genes A versão atual do catálogo de genes consta com 19.438 genes conhecidos e 2.188 genes preditosconhecidos e 2.188 genes preditos
DESAFIOSDESAFIOS
Identificação de polimorfismos na população humana e associação com doenças
Identificação de elementos funcionais do genoma: genes, proteínas, regiões regulatórias e elementos estruturais
Identificação de como os genes e as proteínas funcionam em conjunto
Identificação de alvos para terapias