Vários elementos transponíveis encontrados nos organismos procariotas e eucariotos

Vários Elementos Transponíveis encontrados nos Organismos dos Procariontes e Eucariotos!

Nos procariotos, todo o material genético de uma célula está presente em um único cromossomo circular. Mas nos eucariotos distribui-se em vários cromossomos lineares. Além disso, as bactérias podem conter um ou mais dos vários tipos de pequenas entidades circulares do material genético chamadas plasmídeos; esses elementos não são essenciais para a sobrevivência de bactérias em condições normais, mas sob certos ambientes conferem um grande valor seletivo às células em que residem.

Outro tipo de elementos genéticos, chamados elementos transponíveis, é encontrado tanto em procariotos como em eucariotos. Estes e vários outros aspectos, incluindo o paradoxo do valor C em eucariotos, são considerados brevemente nas seções seguintes.

O paradoxo do valor C:

O valor C é a quantidade de DNA presente no genoma haplóide de um organismo e é um valor característico para cada espécie viva geralmente representada em pares de bases (pb). Em geral, há um aumento no valor de C com um aumento na complexidade dos organismos.

Por exemplo, os eucariontes unicelulares como leveduras possuem apenas cinco vezes mais DNA que a bactéria E. coli, enquanto os primeiros organismos verdadeiramente multicelulares, como o nemátodo C. elegans, apresentam mais de 100 vezes o conteúdo de DNA de E. coli. Mas um olhar mais atento aos valores de C dentro e entre os diferentes filos revela as duas características intrigantes a seguir, que juntas constituem o paradoxo do valor de C.

1. Em vários casos, as mudanças marcantes nos valores provavelmente não estão relacionadas à complexidade dos organismos em questão. Por exemplo, em anfíbios, os menores genomas estão abaixo de 10 ⁹ pb, enquanto os maiores são quase 10 ¹¹ pb.

Similarmente, algumas espécies intimamente relacionadas, por exemplo, em anfíbios, são morfologicamente muito semelhantes, mas seu conteúdo de DNA varia por um fator de 10. Assim, é difícil explicar tais mudanças no tamanho do genoma apenas devido ao aumento no número de genes.

Tabela: O tamanho mínimo do genoma (valor C) de alguns grupos diversos de organismos.

2. Em eucariotos, a quantidade total de DNA no genoma é muito grande em comparação com a quantidade presumida que seria necessária para codificar as proteínas. Por exemplo, o genoma dos mamíferos conteria aproximadamente 300.000 genes de 10.000 bp cada, se todo o DNA consistisse de genes codificadores de proteínas. Segundo uma estimativa, o genoma dos mamíferos poderia conter apenas 30.000 a 40.000 funções gênicas.

Assim, fica claro que nem todo o DNA em eucariotos está relacionado com proteínas codificadoras. Essa situação anômala tem sido descrita por alguns trabalhadores como paradoxo do valor C.

Plasmídeos e Episomes:

As células bacterianas são haplóides, pois possuem apenas um tipo de cromossomo bacteriano, que geralmente está presente em duas a várias cópias por célula. Além do cromossomo principal que contém alguns milhares de genes, a informação genética em bactérias também está presente em alguns 'micro-cromossomos' chamados plasmídeos. Os plasmídeos variam em tamanho daqueles com apenas três genes e aqueles contendo várias centenas de genes. Células bacterianas podem conter zero a vários plasmídeos diferentes.

Um plasmídeo é um replicon (unidade de DNA capaz de replicação independente) que é herdada de forma estável em um estado extracromossômico. Principalmente os plasmídeos morrem dispensáveis, pois não são essenciais para a sobrevivência de células bacterianas, exceto sob certas condições ambientais. Alguns são capazes de se integrar no cromossomo bacteriano; eles são chamados episomes.

Cada plasmídeo é mantido na célula bacteriana como um número de cópias característico, principalmente devido ao seu sistema de controle de replicação. A este respeito, os plasmídeos são dos dois tipos seguintes:

a) Plasmídeos de cópia única:

Eles são mantidos em uma cópia por célula e seu controle de replicação é o mesmo que o da célula hospedeira bacteriana.

b) Plasmídeos multicópia:

Eles existem em vários, mas um número característico de cópias por célula. Seu controle de replicação permite que mais de uma replicação ocorra enquanto o cromossomo da célula hospedeira é replicado uma vez.

Existem vários tipos de plasmídeos bacterianos, dos quais os três seguintes foram extensivamente estudados:

uma. Plasmídeos F:

Eles carregam genes para o desenvolvimento de F pili e são responsáveis ​​pela conjugação.

b. Plasmídeos R:

Eles carregam genes para resistência a antibióticos ou outras drogas antibacterianas.

c. Plasmídeos Col:

Eles codificam para as colicinas que são proteínas que matam as células sensíveis de E. coli.

Os plasmídeos podem ser conjugativos ou não conjugativos;

(a) Plasmídeos conjugáveis ​​ou transmissíveis medeiam a transferência de DNA através de conjugação. por exemplo, todos os plasmídeos F, muitos plasmídeos R e alguns plasmídeos Col.

(b) Plasmídeos não conjugativos ou não transmissíveis não mediam a transferência de DNA através de conjugação; por exemplo, muitos plasmídeos R e Col.

DNAs únicos e repetitivos:

O DNA dos eucariontes é de dois tipos distintos, com base no número de cópias das seqüências de DNA encontradas em um genoma: (1) DNA único e (2) DNA repetitivo.

1. DNA único consiste naquelas seqüências que estão presentes em uma única cópia por genoma, eles variam de apenas 8% do DNA genômico total em centeio para aproximadamente 70% em seres humanos. O DNA único contém a maioria das informações genéticas na forma de genes estruturais controlando as características fenotípicas direta ou indiretamente.

2. DNA repetitivo. Consiste em seqüências de nucleotídeos ou bases de DNA com poucas a várias centenas de pares de bases (pb) de comprimento e estão presentes em vários a um milhão de cópias por genoma. A proporção de DNA repetitivo no genoma varia de uma espécie para outra; O centeio tem 90% de DNA repetitivo, enquanto no genoma humano constitui cerca de 30% do genoma. As sequências repetitivas de DNA são agrupadas nas duas classes seguintes, principalmente com base no número de cópias presentes por genoma.

(a) DNA altamente repetitivo:

Essas seqüências estão presentes em mais de 10 ⁵ e até vários milhões de cópias por genoma. Pode constituir até 10% do genoma e geralmente consiste em sequências nucleotídicas muito curtas. Os DNAs mais repetitivos em eucariotos também são chamados de DNAs satélites, porque eles podem freqüentemente ser separados da maior parte do DNA por centrifugação de equilíbrio em cloreto de césio.

A quantidade de DNA satélite é geralmente 75% do DNA total e as regiões heterocromáticas localizadas perto dos centrômeros foram mostradas para conter este DNA em uma variedade de organismos. O DNA sat é composto de pequenas seqüências repetidas em tandem. Algumas das funções prováveis ​​desses DNAs são a participação na organização cromossômica; envolvimento no emparelhamento cromossômico durante a meiose, envolvimento na recombinação e proteção de genes importantes, como os de histonas, RNA ribossomal, proteínas ribossômicas, etc.

(b) DNA Moderadamente Repetitivo:

Estas sequências estão presentes em duas a menos de 10 ⁵ cópias por genoma e geralmente constituem 20-80% do genoma. Por exemplo; no homem, a fração de DNA moderadamente repetitiva é de cerca de 13% do genoma. Em uma grande fração do DNA moderadamente repetitivo, as cópias das seqüências não são todas idênticas uma à outra, mas elas compreendem uma família de sequências estreitamente relacionadas.

A fração moderadamente repetitiva consiste em um número variável de tais famílias; Eles incluem genes para histonas, RNA ribossômico e proteínas ribsomais e vários tipos de elementos transponíveis. Essa classe de DNA repetitivo é distribuída por todo o genoma em intervalos variáveis.

No genoma humano, uma média de 300 pb de DNA moderadamente repetitivo está presente a cada 800-1200 pb de DNA único. Em Drosophila, no entanto, os comprimentos dos segmentos único (média de 13.000 pb), bem como do DNA moderadamente repetitivo (média de 5.600 pb) são várias vezes mais longos.