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									Compactação do
Material Genético

       ODIR DELLAGOSTIN

      Universidade Federal de Pelotas
          Centro de Biotecnologia
      Disciplina de Biologia Molecular
 Conceitos
  Cromatina
                 Histonas
Carioteca                   Metilação
            Nucleossomo

Eucromatina      Heterocromatina
                          Nucleóide
        Cromossomo
                     Acetilação
Por que a necessidade de compactar genomas?


DNA E. coli
O núcleo de uma célula humana
   tem 6 m de diâmetro e a
extensão total do DNA dos seus
 46 cromossomos soma 1,8 m.
Como é resolvida a discrepância
  entre estas duas grandezas?
1- Espaço físico
Organismo /          Forma       Dimensões       Tamanho do DNA   Número de
Compartimento                                                     bases

Fago T4              icosaedro   0,065x0,10m    55 m            170.000




E.coli               cilindro    1,7 x 0,65 m   1,3 mm           4,6 x 106




Mitocôndria humana   esferóide   3 x 0,5 m      50 m            16.000




Núcleo humano        esferóide   6 m diametro   1,8 m            6 x 109
                                                 46 cromossomos   (diplóide)
* Compactação organizada
Número de cromossomos em alguns
          organismos
- Nucleóide (1/3 do volume celular)
- 80% DNA + 20% proteínas e RNA; em eucariotos, a cromatina tem – 50% DNA
- A compactação não apresenta características morfológicas de cromossomo
Nucleóide expelido de
um célula bacteriana
       lisada




            Nucleóide
Organização do DNA bacteriano


                   Domínios ( 100/genoma)
                   Cada alça tem ~ 40 kb




                  Apresentam alta proporção de
                  aa carregados + (lisina e
                  arginina)
 Compactação de Genomas Eucarióticos
        Proteínas nucleares específicas + DNA



                    Cromatina



      Eucromatina           Heterocromatina
menos compactada                   mais compactada


                Cromossomos
  Estado mais condensado na Mitose ou Meiose
       Cromatina
•Eucromatina (estado de menor
compactação) - Interfase
•Heterocromatina (densamente
compactada) - Interfase
•Cromossomo (estado de maior
compactação) - Divisão celular
Eucromatina e Heterocromatina
Nucleossomo – unidade estrutural básica da cromatina

• 150 a 250 pb associados a um
octâmero de histonas (11 a 20 kDa,
caráter básico acentuado, ou seja aa
carregados +)
• Histonas Centrais:
     2 X (H2A, H2B, H3 e H4)
     * Alta conservação
     * Genes
• Histona de ligação
     H1
Nucleossomo
Organização das histonas no nucleossomo
Periodicidade
     dos
nucleossomos

• A cada 200 pb




Fibra de 10 nm - primeiro
nível de compactação da
cromatina
Posicionamento do DNA
Fibra de 30 nm –               segundo nível de compactação da cromatina
(enrolamento da fibra de 10 nm em uma estrutura helicoidal na qual cada volta
contém 6 nucleossomos)
   Níveis de organização mais complexos da
   cromatina


     Participação de proteínas
      não-histônicas

     Processo pouco conhecido




               Animação
http://www.biostudio.com/demo_freeman_dna_coiling.htm
  Cromossomos
  desprovidos de
     histonas:
   arcabouço de
proteínas no qual
as alças do DNA
 estão ancoradas
A cromatina na replicação
A cromatina no início da transcrição




                                       Ativadores
                               DNA de ligação ou superfície
                                    do nucleossomo
                                      Remoção H1
                               Deslocamento ou dissociação
                                     do nucleossomo
A cromatina durante a transcrição

                           Modificação das histonas:
                       - Acetilação: (H2A, H2B, H3 e H4),
                       altera conformação do DNA de ligação, reduz
                       estabilidade da fibra 30 nm, evita compactação
                       favorecendo a transcrição

                       - Fosforilação: N-terminal da H1 leva a
                       descondensação da cromatina; C-terminal leva
                       a condensação

                       - Ubiquitinação: ubiquitina é uma
                       proteína não histônica de caráter acídico, e a
                       sua ligação a histonas reduz o caráter básico
                       das mesmas, levando a alterações estruturais
                       dos nucleossomos
As caudas N-terminais das
    histonas podem ser
        modificadas
 covalentemente de modo
         reversível:
 Fosforilação, acetilação,
metilação ou ubiquitinação




  Alteração funcional do
   octâmero de histonas
   levando a mudanças
 estruturais da cromatina
    na transcrição e na
         replicação
Acetilação ou metilação da lisina ou
fosforilação da serina reduz a carga
líquida das histonas
Mecanismos para ativação da cromatina
Acetilação de Histonas
Desacetilação de histonas
Metilação
do DNA
Metilação do DNA
 Conceitos
  Cromatina
               Histonas
Carioteca
            Nucleossomo

Eucromatina      Heterocromatina
                          Nucleóide
        Cromossomo

   Metilação         Acetilação
Transposons
 São segmentos lineares de DNA capazes de
 mudar de posição dentro do genoma.




   Barbara McClintock - 1948
Características de um
transposon
 Possuem seqüências similares em ambas as
 extremidades (repetições terminais, geralmente
 invertidas);

 Carregam genes que codificam enzima capaz de
 transportá-los;

 Geram duplicação do sítio de inserção no DNA alvo;

 Existem em cópias múltiplas no genoma.
Tipos de transposons
bacterianos
  –Seqüência de Inserção (IS) – Transposon
  simples que codifica apenas para a
  transposase
  –Transposon (Tn) – Contém outros genes
  além dos genes responsáveis pela
  transposição

        Transposon composto
Seqüência de Inserção - IS
 – Tamanho variável de 768 a 2.500 pb
 – Repetições terminais invertidas de 15 a 25
 pb
 – Repetições diretas do DNA-alvo de 5 a 9
 pb
 – Nomenclatura: IS10, IS900, IS6110, etc.
Transposons compostos – Tn1681

                          Enterotoxina
 Seqüência de inserção                   Seqüência de inserção


 Transposon Complexo – Tn3
            Transposase      Resolvase       ampR


Repetição                                           Repetição
terminal                                            terminal
invertida                                           invertida
Mecanismo de transposição
Transposons em Eucariotos
  Classe I – Via RNA (transcriptase reversa)
     Retrotransposons (similares a retrovírus)
     Retroposons (similares a mRNA celular)


  Classe II – Via DNA
    Semelhantes aos transposons de procariotos
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)
    Pseudogenes processados (poucas cópias, não
     codificam para sua transposição, eventos raros de
     transposição)
Transposons em Eucariotos
  Classe II – Via DNA
    Semelhantes aos transposons de procariotos
    Repetições terminais invertidas (ITR) de 10 a 500 pb
    Representam 3% do genoma humano
Efeitos dos transposons
 Mutação por inserção

 Mutação por deleção

 Mutação por inversão

 Fusões cromossômicas
Transposons como ferramentas de
estudo


  Mutagenese por transposon

  Vetores de clonagem

								
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