DNA, cromossomos e organizao dos genes do genoma

Profa. Dra. Aline Maria da Silva

Instituto de Qumica- USP

Bibliografia:

Genes VII - Benjamin Lewin

Lenhinger Principles of Biochemistry (3a. Ed.)

Genoma humano3 bilhes de bases/genoma haploide

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

Replicao

Transcrio

Traduo

Protena

cido Desoxirribonucleico

cido Ribonucleico

Polipeptdeo

Fluxo da Informao Gentica

Como se provou que DNA o material gentico?

O DNA o material gentico em todos os organismos exceto em alguns vrus (vrus de RNA)

Avery, McLeod & McCarty

1944

Princpio transformante

Hershey & Chase

1952

RibossomosNucleoide (DNA compactado)

Pili

Flagelo

Envelope celular (membrana)

Clula procaritica (bactrias):

No tem organelas (ncleo, mitocondrias, etc)

Material gentico compactado no nucleide (no compartimentalizado)

Cromossomo nico, circular fechado (na maioria das bactrias, ex: Escherichia coli)

Nucleide expelido de um clula

bacteriana lisada:

Alas de uma fibra

Nucleide da Bactria

Clula eucaritica:

Organelas (ncleo, mitocondrias, cloroplastos, etc)

Material gentico compactado no ncleo

Cromossomos lineares

Ribossomos

Envelope nuclear

Ncleo

Ribossomos

Mitocondrias

Cloroplasto

Uracila Timina

Citosina 2desoxirribose

Ribose

Adenina Guanina

cido fosfrico

Componentes dos cidos nucleicos

Ribonucleotdeo

Desoxirribonucleotdeos

DNA fita dupla: cadeias antiparalelas

Sulco maior

Sulco menor

Dupla hlice de DNA:

Watson-Crick, 1953

Caractersticas das diferentes formas de hlice dupla de DNA

A dupla hlice de DNA pode ser desnaturada reversvelmente:

Aquecimento

Extremos de pH

Desnaturao e Renaturao da fita dupla de DNA

Tm= Temperatura de fuso

50% da molcula de DNA est desnaturada

Efeito hipercrmico

Absorbncia do DNA sob luz UV

Comprimento de onda (nm)

Absorbncia

Efeito hipercrmico

Fita simples

Dupla fita

Sulco maior

Sulco menor

Dupla hlice de DNA:

Watson-Crick, 1953

RibossomosNucleoide (DNA compactado)

Pili

Flagelo

Envelope celular (membrana)

Clula procaritica (bactrias):

No tem organelas (ncleo, mitocondrias, etc)

Material gentico compactado no nucleide (no compartimentalizado)

Cromossomo nico, circular fechado (na maioria das bactrias, ex: Escherichia coli)

Clula eucaritica:

Organelas (ncleo, mitocondrias, cloroplastos, etc)

Material gentico compactado no ncleo

Cromossomos lineares

Ribossomos

Envelope nuclear

Ncleo

Ribossomos

Mitocondrias

Cloroplasto

Compactao do Material Gentico

6 x 109(diplide)

1,8m46 cromossomos

6um diametroesferideNcleo Humano

16 00050um10 dsDNA

3 x 0,5umesferideMitocondria Humana

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

170 00055um0,065x0,10umiscosaedroFago T4

Nmero de bases

Tamanho do DNA

DimensesFormaOrganismo / Compartimento

Nmero normal de cromossomos em alguns organismos

Empacotamento do DNA do bacterifago

lambda

Pr- Capsdeos Vazios

Partcula Madura

enrolado

superenrolado

Conformao tridimensional do DNA circular fechado

DNA circular superespiralado

DNA circular relaxado

Quebra em uma das cadeias da dupla-fita

Superenrolamento crescente

Compactao de Genomas Procariticos

O material gentico apresenta-se organizado de forma compacta ocupando 1/3 do volume total da clula bacteriana Nucleide

Densidade do DNA na clula bacteriana alta:

10mg /ml !!!!

Nucleide expelido de um clula

bacteriana lisada:

Alas de uma fibra

Nucleide da Bactria

Empacotamento do genoma bacteriano

Protenas com carter bsico esto envolvidas na organizao da fibra compacta e na formao das alas do nucleide

Compactao de Genomas Eucariticos

Protenas nucleares especficas + DNA

Cromatina

Eucromatinamenos compactada

Heterocromatinamais compactada

Cromossomos Estado mais condensado na Mitose ou Meiose

Heterocromatina

Citoplasma

HeterocromatinaNuclolo

Corte de um ncleo corado com Feulgen

Telmero Cromossomo mittico

Centrmero

Cromtides irms

Telmero

Cromossomo Artificial de Levedura (YAC)

Centrmero

Telmero

Sequencia para Replicao Autnoma

Cromossomos desprovidos de histonas: arcabouo de protenas no qual as alas do DNA esto ancoradas

Nveis de Compactao da Cromatina

Fibra de 30nm

Razo de compactao ~1000-2000

Razo de compactao ~7000

Cerne de histonas do nucleossomo

DNA de ligao 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:

Protenas com carter bsico (carga +) que interagem com o DNA (carga -)

Nucleossomo

Organizao das histonas no nucleossomo

0 gene geralmente maior do que a sequncia codificadora para a protena

5UTR5UTR 3UTR3UTR

Protena

UTR: Regio no traduzida (Untranslated region)

Estrutura tpica de um gene transcrito pela RNApol II

PromotorEnhancer Gene

(hnRNA)

G

e

n

e

s

e

u

c

a

r

i

t

i

c

o

s

s

o

e

m

g

e

r

a

l

i

n

t

e

r

r

o

m

p

i

d

o

s

p

o

r

i

n

t

r

o

n

s

Splicing: remoo dos introns

O que faz a diferena?

Human genome

32,000 genes

Yeast 6,144 genes

Arabdopsis25 706 genes

D. melanogaster 13,338 genes

C. elegans 18,266 genes