Aula 3

Universidade Tiradentes
Mestrado em Biotecnologia Industrial
Biologia Molecular I
Prof. Odir Dellagostin
Woese 1978
3 domínios
O QUE É UM GENE?
 Toda sequência nucleotídica necessária
e
suficiente para a síntese de um polipeptídeo ou
de uma molécula de RNA estável.
DNA BACTERIANO
ESTRUTURA DE UM GENE DE
PROCARIOTO
Promotor
Região Codificadora
Terminador
Promotor
Regiões Codificadoras
Terminador
OPERON
ESTRUTURA DE UM GENE DE
PROCARIOTO
Fita Codificadora: orientação 5’ – 3’
Fita Molde: orientação 3’ – 5’
DNA
ESTRUTURA DE UM GENE DE
EUCARIOTO
Promotor
hnRNA
Região Codificadora
Sítio de PoliA
Intron
RNA
AAAAAAAAAA
Exon
mRNA
AAAAAAAAAA
ESTRUTURA DE UM GENE DE
EUCARIOTO
GENES CÓPIAS, PARÁLOGOS OU
ORTÓLOGOS
30% de identidade ao longo
de 60% de sua seqüência
O QUE É GENOMA?
 É o conjunto de genes de um
organismo
CARACTERÍSTICAS DE GENOMAS DE
PROCARIOTOS





Ausência de um complemento diplóide de genes
(mutações)
Uso de quase todo o genoma na codificação e na
regulação (superposição)
Colinearidade dos genes e seus produtos protéicos
Tendência de apresentar genes codificando funções
relacionadas agrupados (operons)
Existência de elementos genéticos móveis (plasmídios,
bacteriófagos e transposons)
Uso de quase todo o genoma na
codificação e na regulação
COLIARIDADE DOS GENES E SEUS
PRODUTOS PROTÉICOS
ORGANIZAÇÃO DOS GENES EM
OPERONS
- Número variável de regiões codificadoras
- Regiões intercistrônicas variam de 1 a 40 pb
- Aproximadamente 20 a 30% dos genes estão em operons
Promotor
Regiões Codificadoras
OPERON
Terminador
ELEMENTOS GENÉTICOS MÓVEIS
ELEMENTOS GENÉTICOS MÓVEIS
Plasmídios – Molécula de DNA circular, extracromossomal,
autorreplicativa encontrada em bactérias
Bacteriófagos – Vírus de bactérias
Transposons – Genes móveis
TRANSPOSONS
BACTERIOFAGO
PLASMÍDIO
VETORES
PLASMIDIAIS
PLASMÍDIOS
 Molécula
de
DNA
circular,
fita
dupla,
extracromossomal, que ocorre naturalmente em
bactérias e algumas leveduras
Tamanho: 1 a 1000
kb
PLASMÍDIOS

Número de cópias
-Plasmídios multicópia;
- Plasmídios cópia única (baixo número de cópias)
REGULAÇÃO
Número de cópias;
Segregação da divisão celular
PLASMÍDIOS
 Funções
codificadas por plasmídios



Toxinas (Ex. Shigella)
Adesinas (Ex. E. coli)
Bacteriocinas –
 Bacteriocinogênicos

Resistência a antibióticos
 Plasmídios R
INTEGRATIVO
REPLICATIVO
PLASMÍDIOS
PLASMÍDIOS CONJUGATIVOS

Plasmídio F

Conjugação entre cepa F+ e F-

Conjugação entre cepa Hfr e F
Hfr = High Frequency of Recombination
PLASMÍDIOS
PLASMÍDIOS - CONJUGAÇÃO
BACTERIÓFAGO
Vírus que
infectam bactérias
BACTERIÓFAGOS

Virulentos (ciclo lítico) – infecção, replicação e liberação
das partículas virais após lise celular

Temperados (ciclo lisogênico) – integração do fago ao
cromossomo da célula hospedeira (pró-fago)
Ciclo Lítico e Ciclo Lisogênico
TRANSDUÇÃO

Mecanismo de transferência de genes de uma célula
bacteriana para outra mediada por um bacteriófago.
GENOMAS JÁ SEQUENCIADOS
Fontes de informação
GenBank – www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes
TIGR – www.jcvi.org
TAMANHO ESTIMADO DO GENOMA DE
DIFERENTES ORGANISMOS
Tamanho relativo dos genomas
Mapa do Genoma de Leptospira
GENOMA DE Escherichia coli K12






Tamanho: 4.639.221 pb
Número de genes: 4.300
ORF mais longa: 7.149 pb (2.383 aa)
87% corresponde a genes ou ORFs
11,4% corresponde a regiões intergênicas ou seqüências
reguladoras
Elementos transponíveis: 10 tipos diferentes de IS
GENES X ORFs


Gene: seqüência que codifica para uma proteína ou RNA
conhecidos
ORF = open reading frame (fase de leitura aberta):
seqüência de nucleotídeos que potencialmente pode
codificar para uma proteína
Domínio Eukarya
 Reinos
 Protistas (protozoários e leveduras)
 Fungi (fungos)
 Plantae (vegetais)
 Animalia (animais)
Estrutura e expressão de um gene eucariótico
Tamanho médio dos genes
 E. coli – 0,9 kb
 S. cerevisiae – 1,4 kb
 D. melanogaster – 11,3 kb
 H. sapiens – 19,2 kb
Algumas informações sobre íntrons
 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)
Genomas Eucarióticos – Aspectos Gerais
 Genoma nuclear (gDNA)
 Genoma de organelas (mtDNA e ctDNA)
 Geralmente diplóides (2 conjuntos de cromossomos)
 Podem ser haplóides (leveduras e alguns fungos) ou
poliplóides (3 ou mais cópias de cada cromossomo)
Examples of Polyploid Crops
Triploid crops: banana, apple, ginger, watermelon,
citrus[9]
Tetraploid crops: durum or macaroni wheat,
maize, cotton, potato, cabbage, leek, tobacco,
peanut, kinnow, Pelargonium
Hexaploid crops: chrysanthemum, bread wheat,
triticale, oat, kiwifruit[10]
Octaploid crops: strawberry, dahlia, pansies, sugar
cane
Conteúdo de DNA por genoma haplóide
(Valor C)
Paradoxo 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.
 Diferentes genomas apresentam quantidades de
seqüências repetidas
Número de proteínas ≠ número de
genes
Geração de múltiplas cópias de RNA a partir de um único gene
Gene da proteína 4.1 de eritrócitos humanos
Complexidade dos genomas
Organismo
Fração do Genoma
ocupada pelos
Genes
Densidade gênica
(kb/gene)
E. coli
90%
1,1
Levedura
72%
2,1
Drosophila
13,4%
9
Homem
3%
50
Famílias gênicas
 25 a 50% dos genes são de cópia única
 Família gênica: > 40% de identidade (parálogos)
 Genes que codificam tRNAs: > 1300 cópias no homem
 Genes que codificam rRNA (rDNA): de 100 a 200 cópias
por genoma
 Genes que codificam histonas: 300 a 1.000 cópias
Seqüência de DNA repetitivo
 Fração de reassociação rápida
 DNA de seqüência simples
 Seqüência curta (5 a 10 pb) repetida milhares de vezes,
em tandem. Representa 10 a 15% do DNA
 Fração de reassociação intermediária
 Transposons
 Retrotrasposons
 Retroposons
 LINES
 SINES
Retrotransposons (similares a retrovírus)
 Possuem LTRs – 500 pb
 Tamanho de 5 a 9 kb – 8,3% do genoma
 Possuem o gene gag (capsídio) e o pol (polimerase)
Retroposons (similares a mRNA celular)
 LINES (> 10.000 cópias, > 5 kb, codificam para
transposase, transpõem com freqüência, 20% do genoma
humano)
 SINES (> 100.000 cópias, < 500 pb, não codificam para
transposase, transpões com freqüência, 13,6% do
genoma)
TRANSPOSONS

São segmentos lineares de DNA capazes de mudar de
posição dentro do genoma.
Barbara McClintock - 1948
CARACTERÍSTICA DE UM
TRANSPOSONS

Possuem seqüências similares em ambas extremidades
(repetições terminais, geralmente invertidas);

Carregam genes
transportá-lo;

Geram duplicação do sítio de inserção no DNA alvo.
que codificam enzima
capaz de
TIPOS DE TRANSPOSONS
–Seqüência de Inserção (IS) – Transposon
simples que codifica apenas para a transposase
–Transposon complexo – Contém outros genes
além dos genes responsáveis pela transposição