Organização do genoma e variação individual José Francisco Diogo da Silva Junior Mestrando CMANS/UECE PLASTICIDADE CELULAR 1
PLASTICIDADE CELULAR PLASTICIDADE CELULAR 2
COMPOSIÇÃO DO DNA ESTRUTURA DO DNA Interação com proteínas Fatores de transcrição 3
A MOLÉCULA DE DNA ÁCIDOS NUCLÉICOS Formado por nucleotídeos: uma base nitrogenada ligada a uma ribose ou desoxirribose e um ou mais grupos fosfato. Podem atuar como carreadores de energia, moléculas sinalizadoras e componentes de coenzimas Polímeros de nucleotídeos servem para armazenar (DNA) e transmitir informação (mrna), como moléculas estruturais (rrna) e como carreadores de aminoácidos (trna) 4
ÁCIDOS NUCLÉICOS POLÍMEROS DE NUCLEOTIDEOS A polimerização de nucleotídeos permite a formação de moléculas biológicas importantes como o RNA e o DNA que são responsável pelo armazenamento e fluxo de informações genéticas nas células. Moléculas de DNA são formadas pelos desoxinucleotideos desoxitimidina (T), desoxicitidina (C), desoxiguanosina (G) e desoxiadenosina (A) Moléculas de RNA são formadas pelos inucleotideos uridina (U), citidina (C), guanosina (G) e adenosina (A) 5
BASES NITROGENADAS POLIMERIZAÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS Polímeros de ácidos nucléicos são formados a partir da reação do grupo fosfato ligado ao carbono 5 da ribose com a hidroxila ligada ao carbono 3 da ribose de outro ácido nucléico. Ocorre a formação de uma ligação fosfodiester e outra reações podem ocorrer a partir das pontes livres do dinucleotídeo 6
TAMANHO DOS GENOMAS O tamanho dos genomas dos diversos organismos varia em diversas ordens de grandeza É possível notar que não há uma correlação direta entre tamanho do genoma e complexidade do organismo 7
Espécie Veado muntjac indiano Coala Gambá Girafa Camundongo Humano Ornitorrinco Búfalo Cachorro Rato viscacia vermelho Número de cromossomos 6 16 22 30 40 46 54 60 78 102 CROMOSSOMOS São constituídos de cromatina, uma combinação de DNA e moléculas de proteínas Não são visíveis na célula até que a divisão celular ocorra O DNA de uma célula é compactado em um sistema elaborado, de enovelamento e dobramento Histonas são proteínas utilizadas para compactar o DNA em eucarióticos Nucleossomos são o DNA enrolados em torno de molécula de histonas 8
LM Cromossomos CROMOSSOMOS Interfase Fase mitótica Cromossomos homólogos (paterno e materno) 9
CROMOSSOMOS Fase S (sintético) (síntese de DNA; duplicação do cromossomo) Interfase: metabolismo e crescimento (90% do tempo) G1 Fase mitótica (M): divisão celular (10% do tempo) G2 Citocinese (divisão do citoplasma) Mitose (divisão do núcleo) 10
COMPACTAÇÃO DO GENOMA Em linha reta 2 metros Equivalente a 40 km de linha em uma bola de tênis Dupla hélice do DNA Histonas TEM Nucleossomo Fibra de cromatina Domínios em loop Cromossomos duplicados (cromátides irmãs) Centrômero TEM 11
Dupla hélice do DNA Histonas TEM Nucleossomo Fibra de cromatina Domínios em loop Cromossomos duplicados (cromátides irmãs) TEM Centrômero 12
COMPACTAÇÃO DO GENOMA COMPACTAÇÃO DO GENOMA 13
METILAÇÃO/ACETILAÇÃO DE HISTONAS COMPACTAÇÃO DO GENOMA 14
METILAÇÃO/ACETILAÇÃO DE HISTONAS Acetil Metil EUCROMATINA/HETEROCROMATINA Vai depender do tipo celular que genes estarão ativos ou inativos Ativa Inativa 15
CROMOSSOMOS ORGANIZAÇÃO DE GENES 16
ORGANIZAÇÃO DE GENES Total = 3,2 x 109 pb Aprox. 20.000 genes codificam proteínas REGIÕES DE UM GENE Capazes de interagir com nutrientes 17
INTRON/EXON Recombinação de diferentes exons ou retenção de introns gera novas proteínas COMO E POR QUÊ OS GENES SÃO REGULADOS Cada célula somática em um organismo contém as mesmas instruções genéticas Todos nós compartilhamos o mesmo genoma Então, o que os torna diferentes? Na diferenciação celular, as células se especializam em: Estrutura Função Alguns genes são ligados e desligados no processo de regulação gênica 18
PADRÕES DE EXPRESSÃO GÊNICA EM CÉLULAS DIFERENCIADAS Na expressão gênica Um gene é ligado e transcrito em RNA O fluxo de informação vai Genes para proteínas Genótipo para fenótipo A informação flui do DNA para o RNA para proteínas As grandes diferenças entre as células de um organismo deve resultar da expressão seletiva dos genes REGULAÇÃO GÊNICA NAS CÉLULAS EUCARIÓTICAS As células eucarióticas possuem mecanismos de regulação gênica mais complexas com vários pontos onde o processo pode ser regulado, como mostrado nessa analogia de um sistema de abastecimento de água com várias válvulas de controle ao longo do caminho 19
Desempacotamento do DNA Cromossomo DNA Gene Desempacotamento do DNA Cromossomo DNA Transcrição do gene Gene Intron Exon RNA transcript 20
Desempacotamento do DNA Cromossomo DNA Transcrição do gene Gene Intron Exon Processamento do RNA RNA transcript Flow do mrna através do Cap Tail mrna no núcleo envelope nuclear Núcleo mrna no citoplasma Citoplasma Desempacotamento do DNA Cromossomo DNA Transcrição do gene Gene Intron Exon Processamento do RNA RNA transcript Flow do mrna através do Cap Tail mrna no núcleo envelope nuclear Núcleo mrna no citoplasma Citoplasma Quebra do mrna 21
Desempacotamento do DNA Cromossomo DNA Transcrição do gene Gene Intron Exon Processamento do RNA RNA transcript Flow do mrna através do Cap Tail mrna no núcleo envelope nuclear Núcleo mrna no citoplasma Citoplasma Tradução do mrna Quebra do mrna Polipeptídeo Desempacotamento do DNA Cromossomo DNA Transcrição do gene Gene Intron Exon Processamento do RNA RNA transcript Flow do mrna através do Cap Tail mrna no núcleo envelope nuclear Núcleo mrna no citoplasma Citoplasma Tradução do mrna Quebra do mrna Polipeptídeo Várias mudanças no polipeptídeo Proetína ativa 22
Desempacotamento do DNA Cromossomo DNA Transcrição do gene Gene Intron Exon Processamento do RNA RNA transcript Flow do mrna através do Cap Tail mrna no núcleo envelope nuclear Núcleo mrna no citoplasma Citoplasma Tradução do mrna Quebra do mrna Polipeptídeo Várias mudanças no polipeptídeo Proetína ativa Quebra da proteína Descompactação do DNA 23
Descompactação do DNA Transcrição Descompactação do DNA Transcrição Processamento do RNA Transporte do RNA 24
Descompactação do DNA Transcrição Processamento do RNA Transporte do RNA Tradução Ativação da proteína Quebra da proteína Dogma Central da Biologia Molecular O fluxo da informação é unidirecional Refutação definitiva da herança dos caracteres adquiridos 25
A origem do molde do DNA ou fita codificante é 3 5 Isso determina a orgem da fita do mrna (5 3 ) porque o molde do DNA é complementar à fita do mrna 26