Universidade Tiradentes Mestrado em Biotecnologia Industrial Biologia Molecular I. Prof. Odir Dellagostin

Transcrição

1 Universidade Tiradentes Mestrado em Biotecnologia Industrial Biologia Molecular I Prof. Odir Dellagostin

2 Woese domínios

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4 O QUE É UM GENE? Toda sequência nucleotídica necessária e suficiente para a síntese de um polipeptídeo ou de uma molécula de RNA estável.

5 DNA BACTERIANO

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9 ESTRUTURA DE UM GENE DE PROCARIOTO Promotor Região Codificadora Terminador Promotor Regiões Codificadoras Terminador OPERON

10 ESTRUTURA DE UM GENE DE PROCARIOTO

11 Fita Codificadora: orientação 5 3 Fita Molde: orientação 3 5

12 ESTRUTURA DE UM GENE DE EUCARIOTO DNA Promotor Região Codificadora Sítio de PoliA hnrna Intron RNA mrna AAAAAAAAAA Exon AAAAAAAAAA

13 ESTRUTURA DE UM GENE DE EUCARIOTO

14 GENES CÓPIAS, PARÁLOGOS OU ORTÓLOGOS 30% de identidade ao longo de 60% de sua seqüência

15 O QUE É GENOMA? É o conjunto de genes de um organismo

16 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)

17 Uso de quase todo o genoma na codificação e na regulação

18 COLIARIDADE DOS GENES E SEUS PRODUTOS PROTÉICOS

19 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 Terminador OPERON

20 ELEMENTOS GENÉTICOS MÓVEIS

21 ELEMENTOS GENÉTICOS MÓVEIS Plasmídios Molécula de DNA circular, extracromossomal, autorreplicativa encontrada em bactérias Bacteriófagos Vírus de bactérias Transposons Genes móveis TRANSPOSONS BACTERIOFAGO PLASMÍDIO

22 VETORES PLASMIDIAIS PLASMÍDIOS Molécula de DNA circular, fita dupla, extracromossomal, que ocorre naturalmente em bactérias e algumas leveduras Tamanho: 1 a 1000 kb

23 Número de cópias PLASMÍDIOS -Plasmídios multicópia; - Plasmídios cópia única (baixo número de cópias) REGULAÇÃO Número de cópias; Segregação da divisão celular

24 PLASMÍDIOS Funções codificadas por plasmídios Toxinas (Ex. Shigella) Adesinas (Ex. E. coli) Bacteriocinas Bacteriocinogênicos Resistência a antibióticos Plasmídios R

25 PLASMÍDIOS INTEGRATIVO REPLICATIVO

26 Plasmídio F PLASMÍDIOS CONJUGATIVOS Conjugação entre cepa F + e F - Conjugação entre cepa Hfr e F - Hfr = High Frequency of Recombination

27 PLASMÍDIOS

28 PLASMÍDIOS - CONJUGAÇÃO

29 Vírus que infectam bactérias BACTERIÓFAGO

30 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)

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32 Ciclo Lítico e Ciclo Lisogênico

33 TRANSDUÇÃO Mecanismo de transferência de genes de uma célula bacteriana para outra mediada por um bacteriófago.

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35 GENOMAS JÁ SEQUENCIADOS Fontes de informação GenBank TIGR

36 TAMANHO ESTIMADO DO GENOMA DE DIFERENTES ORGANISMOS

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39 Tamanho relativo dos genomas

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41 Mapa do Genoma de Leptospira

42 GENOMA DE Escherichia coli K12 Tamanho: pb Número de genes: ORF mais longa: 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

43 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

44 Domínio Eukarya Reinos Protistas (protozoários e leveduras) Fungi (fungos) Plantae (vegetais) Animalia (animais)

45 Estrutura e expressão de um gene eucariótico

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47 Tamanho médio dos genes E. coli 0,9 kb S. cerevisiae 1,4 kb D. melanogaster 11,3 kb H. sapiens 19,2 kb

48 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)

49 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

50 Conteúdo de DNA por genoma haplóide (Valor C)

51 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

52 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

53 Complexidade dos genomas Organismo Fração do Genoma ocupada pelos Genes E. coli 90% 1,1 Densidade gênica (kb/gene) Levedura 72% 2,1 Drosophila 13,4% 9 Homem 3% 50

54 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 cópias

55 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

56 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)

57 Retroposons (similares a mrna celular) LINES (> cópias, > 5 kb, codificam para transposase, transpõem com freqüência, 20% do genoma humano) SINES (> cópias, < 500 pb, não codificam para transposase, transpões com freqüência, 13,6% do genoma)

58 TRANSPOSONS São segmentos lineares de DNA capazes de mudar de posição dentro do genoma. Barbara McClintock

59 CARACTERÍSTICA DE UM TRANSPOSONS Possuem seqüências similares em ambas extremidades (repetições terminais, geralmente invertidas); Carregam genes que codificam enzima capaz de transportá-lo; Geram duplicação do sítio de inserção no DNA alvo.

60 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