Estrutura e Função dos Genes e Cromossomos

ESTRUTURA E FUNÇÃO
DOS GENES E
CROMOSSOMOS
Abril/2005
CÉLULA HUMANA
46 cromossomos (número diplóide)
(autossomos, cromossomos sexuais)
23 paternos
23 pares
(número haplóide)
(cromossomos homológos)
23 maternos
Vários genes
GENOMA HUMANO
• 30.000 a 35.000 genes
– a > codifica proteínas
– 1400 genes/cromossomo (em média)
• Número de pares de bases: 3x109 pb
– <5% codificam proteínas
– DNA de cópia única (45%)
– DNA repetitivo (55%)
TIPOS DE DNA
Genoma Humano
Nuclear
Mitocondrial
De Cópia Única (45%)
Codificante (<)
Repetitivo (55%)
Não Codificante (>) Codificante (<)
Satélite
Genes
Pseudogenes Introns
Família
Gênica
Não Codificante (>)
Dispersos
SINEs LINEs
DNA -Satélite Minissatélites Microssatélites
espaçador
DNA SATÉLITE*
Tipo
Tamanho
repetições (pb)
-satélite
171
Minissatélites*
14-500
Microssatélites*
2-13
*Repetições em tandem
*polimórficos
Número
repetições
milhões
milhares
centenas
Localização
centrômeros
telômeros
dispersos
DNA DISPERSO
• Elementos Intercalares Curtos (SINEs):
– 90-500 pb
– repetições Alu (300 pb). Constituem cerca de 10% de todo o
DNA humano.
• Elementos Intercalares Longos (LINEs):
– até 7000 pb
MOLÉCULA DE DNA
•Dupla hélice
•Duas fitas complementares
unidas por pontes de
hidrogênio
•Duas fitas antiparalelas
NUCLEOTÍDEO
Unidade básica de repetição
da fita única de DNA
Desoxirribose + Fosfato
+
Base
NUCLEOSÍDEO
Desoxirribose + Fosfato
COMPONENTES
DA MOLÉCULA DE DNA
• Açúcar:
desoxirribose
• Fosfato externo
• Bases hidrofóbicas
internas:
-mantêm a estrutura da
fita dupla;
-formam os “degraus”
da
COMPONENTES
DA MOLÉCULA DE DNA
• Princípio do
pareamento de bases
complementares
BASES NITROGENADAS
PURINAS
PIRIMIDINAS
Adenina A
Timina T
Guanina G
Citosina C
Maior
Menor
2 pontes de
hidrogênio
3 pontes de
hidrogênio:
ligação mais
estável!
MOLÉCULA DE DNA
Se o DNA de uma
célula fosse
esticado ele teria
cerca de 2 m de
comprimento!
Helicoidização
do DNA
HISTONAS
DNA
NUCLEOSSOMOS
20 – 60 pb “espaçadoras”
200 pb
SOLENÓIDE
Cada volta contém 6 nucleossomos
CROMATINA – contém
até 100,000 pb ou 100 kb
Cromossomo:
DNA + Proteína
REPLICAÇÃO
REPLICAÇÃO
• FITA MOLDE , FITA COMPLEMENTAR
(semi-conservativa)
• SEMI-DESCONTÍNUA (fragmentos de
Okazaki)
• ENZIMAS - DNA POLIMERASE, helicases,
topoisomerases, primases, ligases, SSBP
REPLICAÇÃO
DNA POLIMERASE
• Adiciona nucleotídeos
complementares ao molde
• Revisão/ edição de erro
• A nova fita é sintetizada no
sentido 5’  3’ (adiciona nucleotídeos
à extremidade 3’ do novo filamento)
Origem de Replicação
O processo de
replicação ocorre
em vários pontos
simultâneamente
Forquilha de replicação
Bolha de replicação
helicase
topoisomerase
Relaxa o
superenrrolamento
Fragmentos de Okasaki
Quebra de pontes de
hidrgênio
síntese descontínua
Fita lagging
Fita leading
síntese contínua
TRANSCRIÇÃO
Transcrição
• RNA:
• açúcar: ribose
• base: uracil substitui timina (pareia-se
com a adenina)
• filamento único
• tipos:
» RNA mensageiro (RNAm)
» RNA transportador (RNAt)
» RNA ribossomal (RNAr)
Transcrição
• Cópia em RNA de uma das fitas
de DNA - fita codificante ou com
sentido.
• A
síntese
é
feita
por
complementaridade a partir da
outra fita de DNA - fita molde ou
anti-sentido.
• RNA polimerase II
Transcrição
• Embora qualquer um dos
filamentos de DNA possa, em
princípio, servir como molde
para a síntese do RNAm,
apenas um deles é escolhido
para isso, em uma dada
região do cromossomo.
A RNA polimerase liga-se ao sítio
PROMOTOR do DNA, separando
os filamentos
RNA polimerase
Local de
terminação
A RNA polimerase move-se no
molde de DNA, e vai produzindo
um transcrito no sentido 5´-3´.
Nucleotídeos são acrescentados
no ponta 3´do RNA
FIM: quando encontra a
seqüência terminal
Está formado um RNAm
(transcrito primário)
Processamento
• Promotor:
– TATA box: TATAAA ou variante; posição -25 do
sítio de início de transcrição. Genes
expressos em um estágio específico do ciclo
celular ou em um tipo celular específico.
– GC box: GGGCGG ou variante. Genes
housekeeping.
– CAAT box: -80.
– Ausência de citosinas metiladas.
MODIFICAÇÕES PÓS-TRANSCRICIONAIS
• Impedem a degradação do RNA
• Adição 7-metilguanosina (5’ CAP)
• Adição cauda poliA - sítio de
poliadenilação
CAP 5´
Clivagem ocorre 15-30 nucleotídeos após
CAUDA POLI( A)
TRANSCRITO PRIMÁRIO
SPLICE (recomposição gênica) - retirada dos introns
ATG
AG
G/A
GT
EXON 1
AG
AG
GT
EXON 2
G/A
AG
EXON 3
Transcrito final
-Um gene pode ter mais de um
promotor (ex: gene da distrofina)
-Alguns genes possuem sítios
alternativos de corte
-Alguns íntrons contêm genes
transcritos que aparentemente não são
relacionados ao gene no qual estão
contidos (intron 26 da NF-1)
TRADUÇÃO
TRADUÇÃO
• Síntese protéica
• Envolve o pareamento de bases do
RNAm (códon) com o RNAt
(anticódon) que traz os AA
• Ocorre nos ribossomos
TRADUÇÃO
Para transformar o RNAm maduro
em uma proteína é necessário um
CÓDIGO GENÉTICO  irá definir
quais aminoácidos irão compor o
nosso polipeptídeo
Código Genético
• Nucleotídeos (A,G,C,U)  aminoácidos
• Cada três nucleotídeos codificam um AA 
códon (UNIVERSAL)
– ex.: AUG - Metionina
• 64 códons (4x4x4) para 20 AA e  mais de
um códon para cada AA (DEGENERADO)
• Três códons de terminação  fim da
proteína: UAA, UGA,UAG
Código Genético
RNA TRANSPORTADOR
Lisina
Pareia com o códon – seqüência
complementar do RNAm
Ribossomo
A medida que
cada códon é
processado,
1 AA é
traduzido
mRNA
Proteínas enzimáticas + RNAr  auxiliam na ligação RNAm e RNAt
Quando termina a tradução?
•Quando o ribossomo chega a um
códon finalizador na seqüência de
RNAm  forma-se um polipeptídeo:
NH2
(5’ RNAm)
COOH
(3’ RNAm)
•Modificações pós-traducionais
REGULAÇÃO GÊNICA
Receptores
Neurotransmissores
Receptores
Actina
Miosina
Mesmos genes  Diferenças na expressão

Controle
Alguns genes (RAROS) são transcritos em
todas as células do corpo  genes de
manutenção  Housekeeping genes 
importantes para o metabolismo e
funcionamento celular.
Apesar de todas as células possuírem
exatamente a mesma seqüência de DNA,
algumas proteínas serão somente sintetizadas
em determinados tecidos. EX: receptores de
LDL são transcritos somente nos hepatócitos.
Controle da Expressão Gênica
Interação de mais de 50
proteínas
diferentes
Enhancer – “acentuadores” – e
silenciadores específicos:
seqüências localizadas antes
ou depois dos genes
FATORES DE TRANSCRIÇÃO:
Fatores Gerais – ligam-se à RNA
polimerase e seqüências
específicas de DNA na região
do promotor (TATA)
Fatores Específicos – ativadores,
co-ativadores.
Os fatores de transcrição contêm motivos de
ligação ao DNA  permitem a interação com
seqüências específicas do DNA  exposição
de regiões ativadoras ou silenciadoras.
Exemplos:
•hélice-giro-hélice
•anel de zinco
•zíper de leucina
• Cromatina transcricionalmente inativa
–
–
–
–
hetecromatina (não é rica em genes)
condensada
replicação tardia na fase S
ligação forte com histona H1
• Cromatina transcricionalmente ativa
–
–
–
–
–
eucromatina (rica em genes)
+ aberta
replicação precoce na fase S
ligação mais fraca com histona H1
acetilação extensa das histonas H2A, H2B, H3, H4