Genética bacteriana

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O processo de evolução biológica de todo organismo 
vivo é produto de alterações no seu material genético. A 
informação contida neste material está codificada na 
grande maioria dos organismos pelo ácido 
desoxirribonucleico (DNA), enquanto em alguns vírus 
essa informação encontra- -se no ácido ribonucleico 
(RNA). 
A molécula de DNA é geralmente uma dupla fita. 
Alguns vírus possuem RNA em vez do DNA, podendo 
ser uma molécula de fita simples ou dupla. Poucos vírus 
possuem DNA de fita simples. O DNA possui em vários 
organismos as mesmas propriedades ou funções, as 
quais incluem a capacidade de replicação e transmissão 
das moléculas hereditárias durante a divisão celular. A 
unidade de replicação é o replicon, que contém um sítio 
origem capaz de replicação autônoma. 
O DNA em bactérias é uma macromolécula em forma 
de uma dupla fita circular. O empacotamento do DNA 
está em torno de um eixo central formando uma 
estrutura superenrolada (supercoiled). Esta forma 
favorece a ação de certas enzimas, como as DNA 
girases e as topoisomerases. 
A replicação do DNA é semiconservativa, isto é, uma 
fita do DNA parental é conservada durante o processo 
de replicação, enquanto a fita complementar é 
sintetizada novamente. 
A síntese de DNA em uma fita é descontínua, enquanto 
na outra é contínua. Ambas as fitas são sintetizadas em 
sentido 5’ → 3’, mas a fita que está sendo sintetizada 
em sentido 3’ → 5’ o faz em fragmentos conhecidos 
como fragmentos de Okasaki, os quais são unidos por 
um ligase. Assim, a síntese é contínua para a fita que 
cresce na direção 5’ → 3’, chamada fita líder 
(laggingstrand), enquanto a fita que cresce em sentido 
3’ → 5’ o faz em forma descontínua. 
O processo de replicação em E. coli envolve: 
1) A replicação começa na origem, OriC, onde as fitas 
do DNA se separam. As proteínas de replicação formam 
um complexo chamado primossoma. Este complexo 
segue a forquilha de replicação durante a síntese de 
DNA. 
2) Uma das fitas é cortada na origem, expondo um dos 
extremos como fita simples. Antes de começar a síntese 
dos fragmentos de Okasaki na fita descontínua, é 
necessária a presença da enzima RNA primase. Esta 
enzima se liga a DnaB (helicase), sintetizando um novo 
primer de dez nucleotídeos de longitude, dissociando-se 
posteriormente. Os primers são feitos em intervalos na 
fita descontínua. Depois, a DNA polimerase III é usada 
para alongar os primers RNA, produzindo deste modo 
os fragmentos de Okasaki. A elongação é feita pela 
DNA polimerase III até o extremo 5’ do fragmento 
prévio de DNA. Os primers RNA são removidos por 
enzimas de reparo (polimerase I) e são substituídos por 
DNA. A enzima DNA ligase une a extremidade 3’ do 
novo DNA com a extremidade 5’ fosfato do fragmento 
anterior, e a fita complementar, a fita descontínua, é 
sintetizada. 
Mutação 
As alterações na estrutura química ou física do DNA são 
conhecidas como mutações. Estas podem ser 
ocasionadas por agentes físicos ou químicos chamados 
mutagênicos ou agentes genotóxicos. 
As mutações espontâneas podem ser causadas por erros 
durante a replicação do DNA ou pela exposição do 
organismo a influências extracelulares do meio 
ambiente, como radiações ou agentes químicos. As 
mutações induzidas são produto de uma ação deliberada 
na qual o organismo é exposto à ação de um agente 
genotóxico. 
Algumas regiões do DNA são mais sensíveis à aparição 
de um evento mutacional, chamadas pontos quentes. As 
mutações podem envolver uma base só, mutações 
pontuais. 
A replicação é um processo altamente eficiente, com 
uma taxa de erro baixa. A segurança deste processo está 
baseada na atividade de várias enzimas que formam um 
complexo chamado sistema DNA replicase ou 
replissoma formado por helicases, topisiomerases, 
proteínas ligadoras de DNA, primases e ligases. 
Foram descobertos em Escherichia coli genes 
mutadores, que elevam a frequência de mutação, por 
exemplo, o gene que produz a RNA polimerase 
termolábil. Esta insere nucleotídeos incorretamente 
durante a replicação a uma taxa maior que a da enzima 
da linhagem selvagem. 
Existem diferentes tipos de mutação, por exemplo: 
mutação por substituição de pares de bases. Estas 
mutações podem ser espontâneas como consequências 
de rearranjos na distribuição de elétrons nas bases 
púricas e pirimidínicas, produzindo-se assim alterações 
ou mutações tautoméricas. 
Quando as mutações são estudadas em nível de 
polipeptídeos, são reconhecidos basicamente quatro 
tipos de mutações que alteram a atividade destes: 
mutações sem sentido, mutações de sentido errado, 
mutações de fase de leitura e mutação supressora. 
Genética bacteriana 
Mutações sem sentido 
As mutações sem sentido são o produto de códons sem 
sentido, ou seja, que não especificam para nenhum 
aminoácido. Elas são reconhecidas como sinais de 
terminação pelos ribossomos. Os resultados são 
polipeptídeos mais curtos, cuja atividade encontra-se 
seriamente comprometida. 
Mutações de sentido errado 
As mutações de sentido errado afetam uma base, 
resultando na substituição de um aminoácido por outro 
no polipeptídeo. Substituição de aminoácidos polares 
por não polares pode afetar a atividade do polipeptídeo. 
Mutações de fase de leitura 
As mutações de fase de leitura afetam a sequência como 
um todo, pois elas são os produtos de inserções ou 
deleções numa sequência. 
As mutações supressoras podem ser intragênicas, ou 
seja, perto do gene que sofre a primeira mutação. 
Alterações de uma base nos tripletes CAG, AAG, GAG 
podem produzir um códon sem sentido UAG, também 
conhecidas como mutações âmbar. As outras trincas são 
UGA (opal) e UAA (ocre). 
Entre as principais variações fenotípicas consequentes 
das mutações, são conhecidos os mutantes: 
Auxotróficos: são incapazes de sintetizar um ou mais 
fatores de crescimento como aminoácidos, purinas, 
pirimidinas, vitaminas. As lesões afetam genes que 
codificam para enzimas envolvidas na síntese de 
proteínas. 
Resistente a drogas: mutantes que exibem diferente 
tolerância a drogas como antibióticos e 
quimioterápicos. 
Morfológicos: apresentam alterações, como a 
incapacidade de produzir flagelo, pili ou fímbria, 
cápsula, ou variações na forma da colônia. 
Temperatura-sensíveis (ts): são mutantes incapazes de 
produzir um metabólito ou uma função a temperaturas 
diferentes à normal (temperatura restritiva). 
Os agentes químicos produzem variados tipos de 
mutação como a substituição induzida que é conseguida 
pela ação de agentes como 5-bromouracilo. Acridinas 
são corantes como proflavina (similar à purina), que 
podem inserir-se no DNA criando espaços (gaps), que 
induzem a formação de deleções ou inserções. As 
deleções implicam a perda de nucleotídeos, enquanto na 
inserção bases nucleotídicas são adicionadas ao DNA. 
A luz ultravioleta (UV) pode gerar diferentes tipos de 
mutação como substituição de bases, alteração no 
quadro de leitura (frameshift), deleções e duplicações. 
Enquanto a mutação assegura a variabilidade, a 
recombinação genética garante que diferentes 
combinações de genes sejam possíveis. Os mecanismos 
desenvolvidos evolutivamente, que permitem a 
recombinação, são: transformação, transdução e 
conjugação. Recombinação genética se dá por um 
conjunto de processos que produzem rearranjos entre 
genes ou parte desses genes. 
Transformação 
Processo no qual o DNA livre no meio é tomado pela 
célula, resultando em alterações genotípicas desta. Para 
conseguir capturar o DNA, a célula precisa encontrar-se 
no estado de competência. A proteína autolisina expõe 
à membrana as proteínas-de-união de DNA e 
endonuclases. O DNA é cortado em fragmentos de seis 
mil a oito mil pares de bases. Uma exonuclease cliva as 
duas fitas, para que somente uma entre na célula. A fita 
de DNA mais a proteína, que protege o DNA da 
digestão de DNases, formam o complexo eclipse.Este 
complexo será transportado através da membrana 
citoplasmática, onde a fita simples do DNA se une à 
homóloga da receptora. 
Transdução 
É o processo no qual o DNA bacteriano é transferido 
entre células mediado por um vírus. Dois tipos são 
conhecidos: 
1) Transdução generalizada, na qual qualquer gene pode 
ser transduzido. O vírus leva basicamente DNA 
bacteriano. Depois da lise celular, um alto título 
(concentração) de vírus é obtido e algumas destas 
partículas incorporam DNA bacteriano. Estas partículas 
conseguem infectar outras células, mas não produzem 
lise, devido basicamente à carência de DNA viral. Por 
recombinação, o DNA de dupla fita permuta informação 
com o DNA receptor. No caso de não se produzir 
integração, a transdução é dita abortiva. 
2) Transdução especializada ocorre com a transferência 
de genes bacterianos específicos, que estão localizados 
próximos do sítio de integração viral. Quando é 
induzida a inserção do DNA viral, por exemplo, pela 
ação da UV, no caso de lambda, esta ocorre levando 
genes de galactose ou biotina. 
Conjugação 
É o mecanismo de transferência de informação genética 
que requer contato entre as células. Este intercâmbio 
implica transferência de molécula de DNA 
extracromossômica, um plasmídio. A transferência do 
plasmídio pode ser dividida em quatro estágios: 
a) formação de uma união específica doador-receptor 
(contato efetivo); 
b) preparação para transferência do DNA 
(mobilização); 
c) transferência do DNA; 
d) formação de um plasmídio funcional replicativo no 
receptor. 
Nem todos os plasmídios são capazes de desenvolver os 
estágios anteriores. De acordo com a sua 
funcionalidade, os plasmídios são classificados como: 
1. plasmídio conjugativo: plasmídios que levam genes 
que codificam para contato efetivo; 
2. plasmídio mobilizável: plasmídio que prepara seu 
DNA para transferência; 
3. plasmídio autotransmissível: é um plasmídio 
conjugativo e mobilizável, como, por exemplo, F 
Em alguns casos, um plasmídio pode transferir outro. 
Por exemplo, uma célula E. coli pode ter os plasmídios 
F e ColE1. F é conjugativo e mobilizável, enquanto 
ColE1 é só conjugativo. F, então, pode ajudar para 
transferência de ColE1. 
A conjugação exige contato entre o doador e/ ou 
receptor. Em E. coli, isto é feito pelo pilus sexual, que é 
formado por uma proteína contrátil hidrofóbica, a 
pilina, que forma esta estrutura tubular. A mobilização 
começa quando uma proteína corta o DNA em um sítio 
chamado origem de transferência, ou oriT, em F. Inicia-
se uma replicação do tipo círculo rolante. A síntese de 
DNA ocorre tanto na célula doadora (síntese do DNA 
da doadora conjugante), que substitui a fita de DNA 
transferida, como na célula receptora (síntese do 
receptor conjugante), que duplica o DNA que foi 
transferido. 
Plasmídios 
Plasmídios são moléculas extracromossômicas 
circulares de DNA encontradas em muitas espécies 
bacterianas e em algumas espécies de eucariotos. São 
geralmente moléculas de DNA de fita dupla em forma 
de círculos fechados ou lineares. Os plasmídios não são 
indispensáveis para a célula, mas podem conferir-lhe 
vantagens seletivas: por exemplo, possui informação 
para degradação de certos substratos, resistência a um 
antibiótico ou a um metal pesado. 
O primeiro plasmídio descrito apresentava capacidade 
de ser transferido a uma célula hospedeira durante um 
processo similar a um cruzamento chamado 
conjugação. Este plasmídio foi chamado fator sexual, 
fator de fertilidade, ou fator F. Portanto, a célula que 
possui o fator sexual (também conhecida como célula 
doadora) é capaz de transferir uma cópia do fator sexual 
à célula receptora. 
A replicação do plasmídio pode ocorrer em dois 
momentos: primeiro, quando a célula bacteriana se 
divide, o DNA plasmideal também se divide, 
assegurando que cada célula-filha receba uma cópia 
deste; segundo, durante o processo de conjugação, a 
molécula de DNA replicada pode entrar na célula 
receptora. 
Parece que, durante a replicação do plasmídio, o DNA 
adere à membrana citoplasmática e usa as enzimas e 
maquinaria utilizada para a replicação do DNA 
cromossomal. A replicação pode ser uni ou bidirecional, 
dependendo do tipo de plasmídio. 
 
 
Plasmídios de tipo sexual: são importantes para a 
transferência de plasmídios a uma célula receptora. 
Plasmídios R: a resistência a antibióticos em muitos 
micro-organismos é devida à presença de plasmídios 
que contêm informação para a síntese de enzimas que 
inativam antibióticos específicos. Estes são 
denominados plasmídios de resistência ou fator R. 
Transposição 
Por ser o cromossomo uma molécula contínua de DNA, 
a transposição dos elementos móveis é um processo de 
intercâmbio de DNA, um tipo de recombinação. 
Entretanto, esta difere da recombinação clássica 
homóloga, uma vez que não existe intercâmbio de 
material genético entre sequências homólogas, não 
sendo necessária a ocorrência de homologia. Além 
disso, em bactérias, a evidência é clara: a recombinação 
homóloga depende do produto do gene recA, enquanto 
o movimento de elementos transponíveis (transposons) 
ocorre na mesma frequência tanto em células recA- 
como recA+.