Genes genomas e causas de variação

GENE: gene é uma sequência de DNA que codifica uma molécula de RNA ou a sequência inteira de DNA necessária para transcrever e codificar uma molécula de RNA. Há diversos conceitos atribuídos a gene que contemplam diferentes aspectos, entretanto a estrutura de gene é bem definida. Nas células eucarióticas, os genes são frequentemente interrompidos por sequências não codificadoras. As partes de um gene que codificam os aminoácidos de uma proteína são chamadas éxons, enquanto as sequências não codificadoras são chamadas de íntrons. Inicialmente, éxons e íntrons são transcritos em pré-mRNA, mas em um processo chamado de splicing de RNA (ou recomposição do RNA), os íntrons são posteriormente cortados e os éxons são “colados”.  Uma mutação em um íntron pode alterar o splicing dos éxons, criando um sinal de parada na sequência codificadora do mRNA e produzindo alelos mutantes a partir de alelos normais.

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PROMOTOR: Uma diferença importante entre a transcrição nas bactérias e nos eucariotos é a existência de três RNA polimerases eucarióticas distintas, que identificam diferentes tipos de promotores. Nas células bacterianas, a holoenzima identifica e se liga diretamente a sequências no promotor. Nas células eucarióticas, a identificação do promotor é feita pelas proteínas acessórias que se ligam ao promotor e então recrutam uma RNA polimerase específica (I, II ou III) para o promotor. Um promotor para um gene transcrito pela RNA polimerase II é composto por duas partes principais: um cerne do promotor e um promotor regulador. O cerne do promotor está localizado imediatamente upstream do gene e inclui uma ou mais sequências consenso. Uma das sequências mais comuns é a TATA box, que tem a sequência consenso TATAAA. O promotor regulador está localizado imediatamente upstream do cerne do promotor. Podem ser encontradas várias sequências consenso diferentes nos promotores reguladores, e elas podem ser misturadas e unidas em diversas combinações. As proteínas ativadoras de transcrição se ligam a essas sequências e afetam a taxa na qual a transcrição é iniciada.  

INTRON: Existem quatro tipos principais de íntrons, diferenciados pela maneira como são removidos. Os íntrons do grupo I, encontrados em alguns genes nas eubactérias, nos bacteriófagos e nos eucariotos, são auto-splicing: eles podem catalisar sua própria remoção. Os íntrons do grupo II são encontrados em alguns genes das mitocôndrias, dos cloroplastos, de archaea e de algumas eubactérias: eles também são auto-splicing, mas seu mecanismo de splicing é diferente dos íntrons do grupo I. Os íntrons do pré-mRNA nuclear são os mais bem estudados: eles incluem íntrons localizados nos genes que codificam as proteínas dos núcleos eucarióticos. O mecanismo de corte pelo qual esses íntrons são removidos é semelhante ao dos íntrons do grupo II, mas os íntrons nucleares não são auto-splicing – sua remoção requer snRNAs e várias proteínas. Os íntrons de RNA transportador, encontrados nos genes de tRNA de eubactérias, archaea e eucariotos, utilizam outro mecanismo de splicing que depende de enzimas para cortar e unir o RNA. Além desses principais grupos, existem vários outros tipos de íntrons.

EXON: éxon é um termo derivado da expressão em inglês expressed regions, ou seja, regiões expressas, este codifica partes das proteínas, e são unidos, em um processo denominado recomposição ou splicing do RNA para produzir um RNA maduro que contém a informação contínua necessária para sintetizar uma proteína. A CDS: sequência codificadora de proteína em um gene é um segmento relativamente pequeno do DNA composto.

GENOMA e GENE: Nem todo o DNA de um organismo é constituído apenas de genes. Se compararmos as quantidades de DNA de diferentes organismos, notamos que sua variação é muito grande. O excesso de DNA por genoma ocorre, principalmente, nos organismos superiores. O milho, por exemplo, possui cerca de 1500 vezes a quantidade de DNA da bactéria Escherichia coli. Mas isso não significa que o milho possui 1500 vezes mais genes do que a E. coli, na realidade é apenas cerca de oito vezes. De fato, estudos mostraram que o DNA de vírus e de procariotos faz parte quase somente de seus genes, enquanto que os eucariotos possuem abundância de DNA repetitivo. Esse DNA repetitivo pode ser classificado como altamente ou moderadamente repetitivo. Os altamente repetitivos são sequencias de comprimentos entre 6 e 300 pares de bases e, cada sequência é repetida até um milhão de vezes por genoma. Nos moderadamente repetitivos cada segmento de DNA ocorre repetido entre mil e dez mil vezes. Essas sequências de DNA repetitivo ocorrem ao longo de todo o genoma e até mesmo dentro de muitos genes, nas regiões não traduzidas do primeiro e último éxon. O moderadamente repetitivo constitui alguns poucos genes que se encontram repetidos, como os de rRNAe de histonas, e devem corresponder às inúmeras sequências que participam da regulação da expressão dos genes, as quais também não são genes e sim sítios regulatórios. Já, o DNA não repetitivo representa a grande maioria dos genes.

VARIAÇÃO: Há três tipos básicos de mutações cromossômicas que são: rearranjos cromossômicos, que são mudanças nas estruturas dos cromossomos; aneuploidia, que é o aumento ou a redução no número de cromossomos e poliploidia, a existência de conjuntos extras de cromossomos. Os rearranjos cromossômicos incluem duplicações, deleções, inversões e translocações. As duplicações têm efeitos significativos no fenótipo, possivelmente ao desequilibrar a dosagem gênica. As deleções por sua vez podem fazer com que os alelos recessivos sejam expressos. Na poliploidia enquanto todos os cromossomos em um autopoliploide provêm de uma espécie; os cromossomos em um alopoliploide provêm de duas ou mais espécies. Nesse contexto de eventos de alteração no genoma inteiro os genes que compartilham mesmo ancestral, os ditos homólogos, são denominados ortólogos quando houver especiação, ou parálogos quando oriundos de duplicação. Apesar de os genes parálogos não estarem atrelados a especiação, outrora um com determinada função, após mutações cromossômicas estes podem ser atribuídos a outras funções no organismo conferindo-lhe variação. Certos genes aparecem em organismos sem homólogos, estes são denominados genes órfãos.

VARIABILIDADE: A origem da variabilidade genética são as mutações e corresponde a mudanças herdáveis que servem como matéria-prima aos processos de melhoramento genético e evolução. Como as mutações são herdáveis, elas devem ocorrer na sequência de nucleotídeos do gene, provocando alterações do mesmo e, consequentemente, produzindo novas formas alternativas, os alelos.