DNA, cromossomos e organização dos
genes do genoma
Profa. Dra. Aline Maria da Silva
Instituto de Química- USP
Bibliografia:
Genes VII - Benjamin Lewin
Lenhinger Principles of Biochemistry (3a. Ed.)
Genoma humano
3 bilhões de
bases/genoma
haploide
Obtido de
http://www.ornl.gov/hgmis
Replicação
Ácido Desoxirribonucleico
Transcrição
Ácido Ribonucleico
Tradução
Proteína
Polipeptídeo
Fluxo da Informação
Genética
Como se provou que DNA é o material
genético?
O DNA é o material genético em todos os organismos exceto em alguns vírus
(vírus de RNA)
Avery, McLeod
& McCarty
1944
Princípio
transformante
Hershey & Chase
1952
Ribossomos
Nucleoide (DNA compactado)
Pili
Flagelo
Célula procariótica (bactérias):
Envelope celular
(membrana)
Não tem organelas (núcleo,
mitocondrias, etc)
Material genético compactado
no nucleóide (não
compartimentalizado)
Cromossomo único, circular
fechado (na maioria das
bactérias, ex: Escherichia coli)
Nucleóide expelido
de um célula
bacteriana lisada:
Alças de uma fibra
Nucleóide
da Bactéria
Célula eucariótica:
Ribossomos
Organelas (núcleo,
mitocondrias, cloroplastos, etc)
Material genético compactado
no núcleo
Cromossomos lineares
Núcleo
Envelope nuclear
Ribossomos
Mitocondrias
Cloroplasto
Componentes dos
ácidos nucleicos
Uracila
Ribose
Timina
Citosina
Adenina
2´desoxirribose
Guanina
Ácido fosfórico
Ribonucleotídeo
Desoxirribonucleotídeos
DNA fita dupla: cadeias antiparalelas
Dupla hélice de DNA:
Watson-Crick, 1953
Sulco
menor
Sulco
maior
Características das diferentes formas de hélice
dupla de DNA
A dupla hélice de
DNA pode ser
desnaturada
reversívelmente:
Aquecimento
Extremos de pH
Desnaturação e
Renaturação da
fita dupla de DNA
Tm= Temperatura
de fusão
50% da molécula
de DNA está
desnaturada
Efeito
hipercrômico
Absorbância do DNA sob luz UV
Fita
simples
Efeito
hipercrômico
Absorbância
Dupla
fita
Comprimento de onda (nm)
Dupla hélice de DNA:
Watson-Crick, 1953
Sulco
menor
Sulco
maior
Ribossomos
Nucleoide (DNA compactado)
Pili
Flagelo
Célula procariótica (bactérias):
Envelope celular
(membrana)
Não tem organelas (núcleo,
mitocondrias, etc)
Material genético compactado
no nucleóide (não
compartimentalizado)
Cromossomo único, circular
fechado (na maioria das
bactérias, ex: Escherichia coli)
Célula eucariótica:
Ribossomos
Organelas (núcleo,
mitocondrias, cloroplastos, etc)
Material genético compactado
no núcleo
Cromossomos lineares
Núcleo
Envelope nuclear
Ribossomos
Mitocondrias
Cloroplasto
Compactação do Material Genético
Organismo /
Compartimento
Forma
Dimensões
Tamanho do
DNA
Número de
bases
Fago T4
iscosaedro
0,065x0,10um
55um
170 000
E.coli
cilindro
1,7 x 0,65 um
1,3 mm
4,6 x 106
Mitocondria
Humana
esferóide
3 x 0,5um
50um
10 dsDNA
16 000
Núcleo Humano
esferóide
6um diametro 1,8m
6 x 109
46 cromossomos (diplóide)
Número normal de cromossomos em alguns
organismos
Empacotamento do
DNA do bacteriófago
lambda
Pré- Capsídeos Vazios
Partícula Madura
enrolado
superenrolado
Conformação
tridimensional do
DNA circular
fechado
Quebra em uma
das cadeias da
dupla-fita
DNA circular
superespiralado
DNA circular
relaxado
Superenrolamento crescente
Compactação de Genomas Procarióticos
O material genético apresenta-se organizado de forma
compacta ocupando 1/3 do volume total da célula
bacteriana
Nucleóide
Densidade do DNA na célula bacteriana é alta:
10mg /ml !!!!
Nucleóide expelido
de um célula
bacteriana lisada:
Alças de uma fibra
Nucleóide
da Bactéria
Empacotamento
do genoma
bacteriano
Proteínas com
caráter básico
estão envolvidas na
organização da
fibra compacta e na
formação das alças
do nucleóide
Compactação de Genomas Eucarióticos
Proteínas nucleares específicas + DNA
Cromatina
Eucromatina
menos compactada
Heterocromatina
mais compactada
Cromossomos
Estado mais condensado na Mitose ou Meiose
Corte de um núcleo corado com Feulgen
Heterocromatina
Nucléolo
Heterocromatina
Citoplasma
Telômero
Cromossomo
mitótico
Centrômero
Cromátides irmãs
Telômero
Cromossomo Artificial
de Levedura (YAC)
Centrômero
Telômero
Sequencia para
Replicação Autônoma
Cromossomos
desprovidos de
histonas:
arcabouço de
proteínas no qual
as alças do DNA
estão ancoradas
Níveis de
Compactação
da Cromatina
Fibra de 30nm
Razão de compactação
~1000-2000
Razão de compactação
~7000
Cerne de
histonas do
nucleossomo
DNA de ligação dos
nucleossomos
Enrolamento helicoidal da
fibra de 30nm: 6
nucleossomos por volta
organizados radialmente
Estrutura Molecular da Cromatina:Nucleossomos
Eletroforese
em gel de
agarose
Estrutura Molecular da Cromatina:Nucleossomos
Nucleossomo: DNA organizado em duas voltas
Histonas:
Proteínas com
caráter básico
(carga +) que
interagem com o
DNA (carga -)
Nucleossomo
Organização das histonas no nucleossomo
0 gene geralmente é maior do que a sequência codificadora para a proteína
5´UTR
5´UTR
3´UTR
3´UTR
Proteína
UTR: Região não traduzida (Untranslated region)
Estrutura típica de um gene transcrito pela RNApol II
Enhancer
Promotor
Gene
Splicing: remoção dos introns
Genes eucarióticos são em geral
interrompidos por introns
(hnRNA)
O que faz a diferença?
D. melanogaster
13,338 genes
Yeast
6,144 genes
Human
genome
32,000 genes
C. elegans
18,266 genes
Arabdopsis
25 706 genes