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 humano3 bilhões de bases/genoma haploide

Obtido de http://www.ornl.gov/hgmis

Replicação

Transcrição

Tradução

Proteína

Ácido Desoxirribonucleico

Ácido Ribonucleico

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

RibossomosNucleoide (DNA compactado)

Pili

Flagelo

Envelope celular (membrana)

Célula procariótica (bactérias):

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:

Organelas (núcleo, mitocondrias, cloroplastos, etc)

Material genético compactado no núcleo

Cromossomos lineares

Ribossomos

Envelope nuclear

Núcleo

Ribossomos

Mitocondrias

Cloroplasto

Uracila Timina

Citosina 2´desoxirribose

Ribose

Adenina Guanina

Ácido fosfórico

Componentes dos ácidos nucleicos

Ribonucleotídeo

Desoxirribonucleotídeos

DNA fita dupla: cadeias antiparalelas

Sulco maior

Sulco menor

Dupla hélice de DNA:

Watson-Crick, 1953

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

Comprimento de onda (nm)

Absorbância

Efeito hipercrômico

Fita simples

Dupla fita

Sulco maior

Sulco menor

Dupla hélice de DNA:

Watson-Crick, 1953

RibossomosNucleoide (DNA compactado)

Pili

Flagelo

Envelope celular (membrana)

Célula procariótica (bactérias):

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:

Organelas (núcleo, mitocondrias, cloroplastos, etc)

Material genético compactado no núcleo

Cromossomos lineares

Ribossomos

Envelope nuclear

Núcleo

Ribossomos

Mitocondrias

Cloroplasto

Compactação do Material Genético

6 x 109

(diplóide)1,8m46 cromossomos

6um diametroesferóideNúcleo Humano

16 00050um10 dsDNA

3 x 0,5umesferóideMitocondria Humana

4,6 x 1061,3 mm1,7 x 0,65 umcilindroE.coli

170 00055um0,065x0,10umiscosaedroFago T4

Número de bases

Tamanho do DNA

DimensõesFormaOrganismo / Compartimento

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

DNA circular superespiralado

DNA circular relaxado

Quebra em uma das cadeias da dupla-fita

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

Eucromatinamenos compactada

Heterocromatinamais compactada

Cromossomos Estado mais condensado na Mitose ou Meiose

Heterocromatina

Citoplasma

HeterocromatinaNucléolo

Corte de um núcleo corado com Feulgen

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´UTR5´UTR 3´UTR3´UTR

Proteína

UTR: Região não traduzida (Untranslated region)

Estrutura típica de um gene transcrito pela RNApol II

PromotorEnhancer Gene

(hnRNA)

Gene

s eu

cariót

icos

são

em g

eral

inte

rrom

pido

s po

r intr

ons

Splicing: remoção dos introns

O que faz a diferença?

Human genome

32,000 genes

Yeast 6,144 genes

Arabdopsis25 706 genes

D. melanogaster 13,338 genes

C. elegans 18,266 genes