Microbiologia - Genética Bacteriana (Genética das Bactérias)

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MICROBIOLOGIA	
GENÉTICA BACTERIANA 	
○ Cromossomo bacteriano	 
• Único cromossomo 	
• DNA fita dupla circular 	
• Tamanho variável entre as bactérias (580-10.000 kB) 	
• Replicação autônoma (existem porção do cromossomo que são reconhecidas para dar início ao processo de replicação) 	
• Ausência de íntrons (todas as partes do cromossomo bacteriano são codificáveis), ausência de histonas (mas existem outras proteínas semelhantes) 	
• Superenovelado 	
○ Elementos genéticos extracromossomais 	
• Plasmídeos 	
 	- Segmentos de DNA fita dupla, na maioria das vezes circular 	
 	- Tamanho variados (1 kb – 1 Mb) 	
 	- Replicação independente do cromossomo bacteriano 	
 	- Genes não essenciais 	
 	- Contém genes que podem conferir vantagens seletivas, como genes de resistência a antibióticos, a síntese de bacteriocinas, toxinas e fatores de virulência e genes relacionados a degradação de compostos 
• Plasmídeo R 	
 	- Muitos desses plasmídeos podem ser transferidos para outras bactérias, o que chamamos de plasmídeo conjugativo (conjugação: transferência horizontal). Um desses plasmídeos é o plasmídeo R, que carrega fatores de resistência 	
 
• Transposons 	
 	- Segmentos de DNA capazes de se moverem de um sítio a outro em uma mesma molécula de DNA ou em uma molécula distinta de DNA (cromossomos, plasmídeos ou genomas virais) 
 	- Composição: repetições invertidas nas extremidades (15 a 40 pB) + genes necessários para auto-transferência + genes extras 	
	 - Presenets em muitos organismos (procariotos e eucariotos) → Gera muita variabilidade genética 
 			
 	- Genes de resistência a drogas, síntese de toxinas e enzimas 	
 	- Encontrado tanto no cromossomo como em plasmídeos 	
 	- Gene de transposição (transposase) 	
 	- Interfere na sequência do gene, uma vez que ele irá alterar o gene ao ser colocado em um novo local 	
 		∟ Consequências: mutação, inativação ou quebra 	
 			
○ Informação Genética 	
• Replicação, transcrição e tradução 	
 		
• Componentes do material genética 	
 	- Fosfato ligado a uma ribose (RNA) ou desoxirribose (DNA) e uma base nitrogenada 
 		
• Molécula de DNA 	
 	- Dupla hélice 	
 	- Complementar 	
 	- Fitas anti-paralelas 	
 	- Superenovelada 	
• Replicação 	
 	- Semi conservativa (O DNA gerado tem uma fita proveniente da mãe e uma recém sintetizada) 	
 	S
 	- Nos procariotos, essa replicação é dita BIDIRECIONAL. A partir de um ponto no cromossomo bacteriano (origem de replicação, oriC), ocorre abertura das fitas e a replicação se dará em ambas direções, até que ambas as forquilhas se encontram no término de replicação e ocorre a separação 	
	 - Em eucariotos, a forquilha se move em uma única direção, mas pode existir mais de um ponto de origem no cromossomo linear 	
 		
• Estrutura do Gene 	
 	- Nos eucariotos há a região codificadora formada por íntrons e éxons, além da região promotora (onde se liga a RNA polimerase) e a região operada (reconhecida pelas proteínas repressoras ou indutoras). Quando é formada uma molécula de RNA, ela deve ser processada para que os íntrons sejam retirados 	
 	- No caso de procariotos, toda a região codificadora é formada de éxons. Além disso, também apresenta o promotor, operador e uma região ao final chamada de Terminador que é conhecido pela RNA polimerase para que pare o processo de transcrição 	
 	- Ao contrário dos eucariotos (1 região promotora para 1 região codificadora), nos procariotos duas ou mais regiões codificadoras (ou seja, dois ou mais genes) para uma promotor, o que é chamado de operon 	
 		∟ Permite que sob o controle de um mesmo promotor vários genes possam ser expressos. Ex: vários genes da via glicolítica podem estar sob um mesmo promotor para que sejam codificado com mais rapidez. 	
 	 	 		
• Transcrição 	
• Tradução 	
 	- Ribossomos em procariotos: 70S (subunidade maior 50S e subunidade menor 30S). Já em eucariotos, tem-se ribossomos 80S (60S + 40 S) (S: unidade de Svedberg) 	
 	- Tem aplicação para antibióticos com alvo em ribossomos 	
 	- As subunidades são formadas por RNA ribossomal + proteínas 	
 	
• Código genético 	
 	- É o mesmo utilizado pelos eucariotos 	
 	- 3 bases = 1 códon = 1 aa 	
 	- Códon iniciador: AUG 	
 	- Códon de parada: UAA, UAG, UGA 	
 	- Degenerado – alguns aminoácidos podem ser representados por diferentes códons 	
 	- Interação códon (mRNA) e anticódon (tRNA) 	sS 
- A transcrição e tradução em bactérias são processos acoplados, ou seja, são concomitantes. Isso só é possível pois as bactérias não possuem membrana nuclear 	
 	
○ Regulação da Expressão Gênica 	
• Importante para a economia de energia 	
• 60 a 80% dos genes são constitutivos, pois codificam produtos necessários em grandes quantidades para processos vitais na célula 	
• Os outros genes podem estar sob controle da regulação de transcrição, para controlar a quantidade de produtos 	
 	- Repressão: inibe a expressão gênica, por meio de proteínas reguladoras denominadas repressoras 	(impedem a transcrição) 	
 	- Indução: ativa a transcrição. A substância que atua induzindo a transcrição de um gene é denominada indutor. 	
• Operon Lac 	
 	- Descoberto em 1961 por Jacob e Monod – Catabolismo de lactose em E.coli 	
 	- Genes presentes em sequência no cromossomo 	
 	- Beta-galactosidade (lacZ) → hidrólise de lactose 	
 	- Permease (lacY) → transporte de lactose para o interior da célula 	
 	- Transacetilase (laca) → metaboliza outros dissacarídeos que não a lactose 	
	 - Todos esses 3 genes encontram-se em um operon, ou seja, sob o controle de uma mesma região promotora 	
 	- Na ausência de lactose, não há necessidade de sintetizar essas enzimas de participariam da degradação da lactose. Nesse caso, uma proteína repressora se liga no operador, bloqueando a passagem da RNA polimerase e, desse modo, ocorre a repressão da transcrição 	
 	- Na presença da lactose, a substância se liga ao repressor, muda sua conformação, impedindo que ele reconheça a região operadora. Desse modo, a RNA polimerase pode realizar a transcrição normalmente 	
 	
 	- O RNA mensageiro que vem de um operon é chamado de mRNA policistrônico, pois ele carrega a informação genética referente a diferentes produtos 	
 		
○ Alterações Fenotípicas e Genotípicas 	
• Alterações Fenotípicas 	
 	- Variações temporárias, sem alterações genéticas 	
 	- Resultam de adaptações da bactéria ao ambiente 	
	- São reversíveis 	
 	- Ex: Serratia marcescens → síntese de pigmento a 25ºC 	
 		 	 
• Alterações genotípicas 	
 	- Variações permanentes, com alterações genéticas 	
 	- Contribuem para a diversidade genética 	
 1) MUTAÇÃO 	
• Qualquer alteração na sequência de bases, resultante de deleção, inserção ou substituição de um ou mais nucleotídeos 	
• Transmitida às células filhas 	
• Evento espontâneo ou induzido (agentes físicos e químicos) 	
2) RECOMBINAÇÃO 	
• Moléculas diferentes de DNA são combinadas em uma mesma molécula (processo de quebra e ligação) 	
• Ocorre durante os processo de transformação, transdução ou conjugação 	
 	
○ Mecanismo de Transferência de Material Genético 	
• Transformação 	
• Conjugação 	
• Transdução 	
1. TRANSFORMAÇÃO 	
• Descoberto em 1928, por Frederick Griffifh que trabalhava com a virulência de Streptococcus pneumoniae
• A transformação consiste na capacidade de captar DNA livre no meio 	
 	- A bactéria receptora deve estar em estado de competência (algumas são naturalmente competentes, em outras esse estado pode ser induzido em laboratório) 	
 	- Recombinação do DNA na célula receptora. 	
 		
2. CONJUGAÇÃO 	
• Descoberto em 1947, por Tatum e Ledeberg por meio de trabalhos com Escherichia coli 	
• É necessários duas bactérias distintas 	
 	- Células F+: doadoras 	
 	- Células F-: receptoras 	
• A transferência de material genético é mediada pelo Pilus F, um apêndice sintetizado pelas células F+ que reconhecem a célula F- 	
• A síntese do pilus F é possível graças ao Plasmídeo F 	
 	- Molécula de DNA circular 	
 	- Replicação autônoma 	
 	- Capacidade de integração ao cromossomo- Cerca de 40 genes 	
 	- Região tra (transferência) – gene para codificar pilus F 	
 		 		
• Quando esse plasmídeo está no citoplasma da célula, essa célula é chamada de F+. No entanto, esse plasmídeo pode ser integrado ao cromossomo, gerando a célula Hfr (High frequency of recombination) 	
 	- Ambas as células F+ ou Hfr podem fazer o processo de conjugação 	
 	 		
• F+ x F- → F+ + F+ 	 
• Hfr x F- → Hfr + F- recombinante 	
 	- Somente alguns genes são passados 	
 	- Não tem todo o plasmídeo F passado, pois isso só seria possível se todo o cromossomo da bactéria doadora fosse repassado (a ligação não fica estável tempo suficiente para que isso ocorra) 	
 	
3. TRANSDUÇÃO 	
• Descoberto em 1952, por Zinder e Lederbeg, também por meio de trabalhos com E. coli 	
• Transferência de DNA (bacteriano ou plasmidial) mediada por um bacterófago (vírus que infecta bactéria) 	
• Tipos 	
 	- Transdução generalizada → Qualquer fragmento pode ser transferido para a célula receptora → ligada ao ciclo lítico 	
 	- Transdução especializada → fragmentos específicos de DNA são transferidos para a célula receptora → ligada ao ciclo lisogênico 
 	
 	
 	TRANSDUÇÃO GENERALIZADA 	
	TRANSDUÇÃO ESPECILIZADA 	
Aplicações dos mecanismos de transferência de material genético
MICROBIOLOGIA
 
 
 
GENÉTICA BACTERIANA
 
 
 
 
 
?
 Cromossomo bacteriano
 
 
 
• Único cromossomo 
 
 
• DNA fita dupla circular 
 
 
• Tamanho variável entre as bactérias (580
-
10.000 kB) 
 
 
• Replicação autônoma
 
(existem porção do cromossomo que são reconhecidas para dar início ao 
processo de replicação)
 
 
 
• Ausência de íntrons
 
(todas as partes do cromossomo bacteriano são codificáveis)
, ausência de 
histonas
 
(mas existem outras proteínas semelhantes)
 
 
 
• Superen
ovelado 
 
 
 
 
?
 Elementos genéticos extracromossomais 
 
 
• Plasmídeos 
 
 
 
 
-
 
Segmentos de DNA fita dupla, na maioria das 
vezes circular 
 
 
 
 
-
 
Tamanho variados (1 kb 
–
 
1 Mb) 
 
 
 
 
-
 
Replicação independente do cromossomo 
bacteriano 
 
 
 
 
-
 
Genes não essenciais 
 
 
 
 
-
 
Contém genes que podem conferir vantagens 
seletivas, como genes de resistência a antibióticos, a 
síntese de bacteriocinas, toxinas e fatores de virulência 
e genes relacionados a degradação de compostos 
 
MICROBIOLOGIA 
 
GENÉTICA BACTERIANA 
 
? Cromossomo bacteriano 
• Único cromossomo 
• DNA fita dupla circular 
• Tamanho variável entre as bactérias (580-10.000 kB) 
• Replicação autônoma (existem porção do cromossomo que são reconhecidas para dar início ao 
processo de replicação) 
• Ausência de íntrons (todas as partes do cromossomo bacteriano são codificáveis), ausência de 
histonas (mas existem outras proteínas semelhantes) 
• Superenovelado 
 
 
? Elementos genéticos extracromossomais 
• Plasmídeos 
 - Segmentos de DNA fita dupla, na maioria das 
vezes circular 
 - Tamanho variados (1 kb – 1 Mb) 
 - Replicação independente do cromossomo 
bacteriano 
 - Genes não essenciais 
 - Contém genes que podem conferir vantagens 
seletivas, como genes de resistência a antibióticos, a 
síntese de bacteriocinas, toxinas e fatores de virulência 
e genes relacionados a degradação de compostos