GENÉTICA MICROBIANA

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GENÉTICA MICROBIANA
Estudo da hereditariedade – características que são semelhantes e diferentes entre os indivíduos. 
Herança: refere-se as processos responsáveis por alto grau de semelhança entre os parentais e descendentes 
Variabilidade: capacidade de adaptação ao meio ambiente. A variablidae aumenta as chances da sobrevivência de uma espécie. Ex: a incapacidade de adaptar em pequenos aumentos de temperatura da agua poderia resultar na eliminação de espécies microbianas aquáticas, mas se um desses organismos contem uma forma alterada de copias de DNA, permitindo a tolerância a temperaturas maiores, o organismo pode se multiplicar e manter sua espécie.
Base: síntese dos ácidos nucleicos (a base para a transferência de todo material genético que existe entre as espécies e para a síntese de proteínas) e das proteínas 
· Ácidos nucleicos: DNA e RNA
· DNA → informação genética: vírus RNA 
Na célula procariota o material genético esta solto no nucleoide, junto com o RNA e proteínas. 
Cromossomo: é uma molécula de DNA em forma de fita circular nos procariontes ou linear nos eucariontes 
· DNA: consiste em uma dupla cadeia de nucleotídeos arranjados em hélice com os pares de bases dos nucleotídeos ligados por pontes de hidrogênio. 
A sequência nucleotídica especifica no DNA proporciona informações para a síntese de proteínas. 
· Essas transferências de informações são de suma importância para todas as espécies. A genética pode ser usada para tratamento e diagnóstico, por exemplo. 
Genoma: informação genética contida em uma célula, organizado em cromossomos. Nas bactérias se localiza no citoplasma.
Célula procariota: região nucleoide é igual → DNA, RNA e proteína. Contem um único cromossomo circular composto de uma única molécula de DNA com 1mm de comprimento e 1000 vezes maior que a célula → Processo de suprenovelamento.
Reprodução: Divisão binária → o cromossomo se replica e cada célula filha recebe um dos cromossomos 
Gene: estrutura básica da hereditariedade. É uma sequencia linear de nucleotídeos do DNA que formam uma unidade funcional de um cromossomo ou plasmídeo. Um gene determina uma única característica. A informação em um gene encontrada em um loci (localização) especifica no cromossomo ou plasmídeo não é sempre a mesma 
· Gene alelo: genes com informações diferentes no mesmo loci
· Procariontes: um único cromossomo expressa alelo de cada gene
· Variações hereditárias: nas características podem surgir por mutações
Plasmídeo: são moléculas de DNA de fita dupla menores que os cromossomos e que podem replicar-se independente do cromossomo que as bactérias possam possuir, chamado de DNA extra cromossomal.
DNA: consiste em uma dupla cadeia de nucleotídeos arranjados em hélice com os pares de bases dos nucleotídeos, ligados por ponte de hidrogênio. Toda informação para a estrutura e funcionamento de uma célula esta armazenada no DNA. As informações nestas bases está divida em centenas de bases “pareamento”.
DNA da bactéria: contem um único cromossomo circular. Composto por uma molécula de DNA com cerca de uma mm de comprimento quando esticado. É aproximadamente 100 a 1200x maior que a própria célula. Se compacta no interior da célula (superenovelamento) com aparência enrolada ou espiralada onde forma o nucléolo. São haploides: contem um único cromossomo. 
· Região nuclear (nucleóide): é constituída principalmente por DNA, mas possui algum RNA e também proteínas associadas.
· Plasmídeos: fita dupla circular ou linear, de 2 a 200kb, informações não adicionais (essenciais) como: fertilidade, resistência aos antimicrobianos, etc.. 
· Outros: transposons, integrons. 
· Função do DNA na bactéria: codificação de informações, variabilidade e hereditariedade. 
· Reprodução das bactérias: divisão binária ou fissão binária. O cromossomo se replica por si só, e cada célula filha recebe um dos cromossomos. Célula mãe → célula filha. Uma célula forma duas células e cada uma recebe uma nova molécula de DNA.
Alelos: genes com informações diferentes no mesmo lócus. Procariontes possuem um único cromossomo, geralmente possuem uma única versão ou alelo.
Mutação: é uma alteração permanente do DNA. As mutações alteram a sequencia de nucleotídeos no DNA e com isso mudam sua informação 
Transferência de informação 
Toda informação transferida está contida no DNA. A informação nesta base está divida em centenas de bases (pareamento quatro bases no DNA) → adenina, timina, citosina e guanina. 
· Pareamento: A-T e G-C
· Pareamento RNA: A-U e C-G. 
Uso: replicação do DNA durante a divisão celular quanto para direcionar a síntese de proteínas. 
3 tipos de transferência 
· Replicação: o DNA dá origem a um novo DNA
· Transcrição: o DNA da origem a um RNA como primeira etapa na síntese de proteína 
· Tradução: o RNA liga os aminoácidos para formar proteínas
Replicação: o novo polímero é um DNA → Bases A-T e G-C. Tem a extremidade 3’ (primo) o carbono 3 da desoxirribose está livre de ligar a outras moléculas. Extremidade 5’ (5 primo) o carbono da 5 desoxirribose está unido a um fosfato. É o processo que copia a sequencia de nucleotídeos de DNA e fita dupla em duas moléculas de DNA-filhas de fita dupla. 
· Enzima: DNA polimerase 
Transcrição: DNA dá origem a RNA. A transcrição de um determinado gene envolve somente uma das fitas de DNA de fita dupla. Envolve a transferência precisa de informação linear das fitas de DNA em uma sequencia linear de aminoácidos em proteínas.
· Células: síntese de proteínas para reprodução, crescimento, reparação e regulação do metabolismo. 
· RNAm é formado na direção 5’→3’ 
· Enzima: DNA polimerase
Tipos de RNA 
· RNAr – ribossomal: combina-se com proteínas especificas para formar ribossomos. Serve como sitio de síntese de proteínas 
· RNAm – mensageiro: carreta informações do DNA para a síntese de proteínas. Possui trincas de bases chamadas códons que constituem o código genético.
· RNAt – transportador: recolhem aminoácidos e os transferem para o RNAm
· Obs: transcrição e tradução → procariontes: citoplasma // eucariontes: núcleo celular 
Tradução: O RNA liga os aminoácidos para formar as proteínas. Ex: síntese proteica – importante no crescimento bacteriano. Usa 80 a 90% da energia da célula bacteriana. Os ribossomos que são constituídos de proteínas e RNA ribossômico (rRNA) traduzem a informação contida no mRNA para sintetizar uma proteína.
No processo global da síntese de proteínas, a síntese de RNAm a partir de um molde de DNA é denominada transcrição. A síntese de proteínas a partir de um RNAm é chamada tradução. Nos procariotos a transcrição e a tradução ocorrem no citoplasma.
Regulação do metabolismo: as bactérias usam a maior parte de sua energia para sintetizar substancias necessárias ao crescimento 
Refere-se ao movimento das informações genéticas sobre os organismos 
Transformação: os genes são transferidos de uma bactéria para a outra como DNA nu em solução
· Bactéria morre (DNA) → absorção → outras bactérias 
Ocorre por 2 modos 
· Natural: as bactérias morrem e liberam o seu DNA, que pode ser adquirido pelas células receptoras. 
· Artificial: no laboratório extrai o DNA de um tipo de bactéria e introduz em outra bactéria geneticamente modificada 
Transdução: o DNA bacteriano é transferido de uma célula doadora para outra célula receptora dentro de um vírus que infecta bactéria denominado bacteriófago ou fago; É a transferência de DNA celular através de vírus bacterianos (bacteriófago ou fago); durante o crescimento do vírus dentro da célula, pedaços do DNA bacteriano são incorporados à partícula viral e carregados para a célula receptora no momento da infecção. Dentro da célula receptora, o DNA do vírus pode interagir ao DNA da célula e a células adquirir um novo traço, processo chamado de conversão lisogênica. Esse processo pode alterar um organismo não patogênico em um organismo patogênico. 
Tipos
· Generalizado: vírus carrega qualquer segmento do cromossomo bacteriano 
· Especializado: carrega uma parte adjacente do DNA celular
Conjugação: 2 células vivas – o material genéticode uma bactéria para a outra. A conjugação é mediada por plasmídeo, um fragmento circular de DNA que replica independente do cromossomo das células; É o cruzamento entre as duas células bacterianas, durante o qual o DNA é transferido da célula doadora para a célula receptora. O processo de cruzamento é controlado por um plasmídeo F (fertilidade, fator F), que carrega os genes que codificam as proteínas necessárias para a conjugação. Uma das proteínas mais importantes é a z pilina, que forma o pilus sexual (tubo germinativo)
· Pili – Fator F- Fator de fertilidade 
MUTAÇÕES
É uma alteração permanente no DNA as mutações que geralmente alteram a sequencia de nucleotídeos no DNA e com isso mudam a sua informação.
· São mudanças hereditárias na sequencia de nucleotídeos e DNA 
· São responsáveis por mudanças evolutivas nos microrganismos, alterações que produzem diferentes cepas dentro das espécies. 
TIPOS DE MUDANÇAS E SEUS EFEITOS 
· Genótipo: se refere a informação genética contida no DNA do organismo. Refere-se a toda capacidade genética de um organismo encontrado no DNA (inclui o DNA cromossômico mais o cromossomo plamidial). O genótipo representa o potencial hereditário total de uma célula. 
· É a sua composição química. A informação que codifica todas as características particulares dos microrganismos – “coleção de proteínas” 
· Fenótipo: se refere às características especificas exibidas pelo organismo. É uma manifestação do genótipo, que representa a parte do potencial genético que esta sendo atualmente expressa por uma célula sob determinadas condições. 
· Refere-se a propriedades reais, expressas como a especificidade do organismo de realizar uma reação química em particular. 
· Obs: as mutações sempre mudam o genótipo. Tal mudança pode ou não ser expressada no genótipo dependendo da natureza da mutação
· Alterações genotípicas: são alterações resultantes das alterações do DNA que podem ser:
· Mutação: uma alteração na sequencia de nucleotídeos de um novo gene, resultante da deleção, inserção, substituição de um ou mais nucleotídeos. É uma alteração na sequencia de bases do DNA que normalmente resulta na inserção de um aminiacido diferente em uma proteína e no aparecimento de um fenótipo alterado. Se um gene mutante tem uma sequencia de nucleotídeos alterada, a proteína que ele codifica pode ter uma alteração na sequencia de aminoácidos; qualquer gene pode sofrer uma alteração.
· Organismo mutante: organismo que carrega um gene alterado
· Organismo selvagem: organismo parenteral com um gene normal (não mutado). Ex: gato albino em ninhada de gatos pretos 
· Bactérias: as bactérias selvagens morrem e as mutantes crescem 
· Recombinação: processo de variabilidade genética que envolve transferência de material genético entre duas células; um processo que leva a uma nova combinação de genes em um cromossomo.
· 2 tipos de mutações 
· Mutações pontuais: afetam uma única base. Envolve a substituição de uma base, ou a troca de nucleotídeos no qual a base é substituída por outra em local especifica no gene. A mutação muda um único códon no RNAm e ele pode ou não mudar a sequencia de aas em uma proteína. Ocorre quando uma base é substituída por outra.
· Mutação por deslocamento de quadro de leitura: afeta mais de uma base do DNA. É uma mutação em que existe uma inserção ou deleção de uma ou mais bases. Ocorre quando um ou mais pares de bases são adicionados ou retirados, o que altera a leitura no ribossomo, resultando na incorporação de um aminoácido errado.
· RNAm – para a síntese de proteínas – muitos aminoácidos na sequencia podem ser alterados. 
· Essas mutações impedem a síntese de uma proteína especifica e elas mudam tanto o genótipo quanto o fenótipo 
· Variações fenotípicas em bactérias mutantes 
· Alterações morfológicas: cor da colônia 
· Ex: colônia lisa → colônia rugosa 
· Requerimento nutricional
· Alteração do requerimento nutricional → aumentam as necessidades nutricionais 
· Os microrganismos requerem certos aminoácidos porque não são capazes de sintetiza-los 
· Sensibilidade à temperatura 
· Ex: os microrganismos crescem em grande variedade de temperatura ambiente e quando ocorre a mutação, perde a capacidade de crescer em temperaturas mais altas. Cresce a 25ºC e não a 40ºC
· Fatores ambientais: sem mudanças no genótipo (DNA). 
· Ex: meio com grande quantidade de açúcar → microrganismos formam capsulas maior que o normal 
· Serratia marcescens: temperatura ambiente não produz pigmento e em temperaturas mais altas produz pigmento – Possui o gene que expressa pigmento somente em temperatura ambiente 
MUDANÇAS ESPONTÂNEAS E INDUZIDAS 
· Mudança espontânea: ocorrem na ausência de qualquer agente conhecida que causa mudança no DNA
· Causa: erros no pareamento de bases do nucleotídeo 
· 1 gene – mutação a cada mil divisões 
· Mudanças induzidas: são produzidas por agentes mutagênicos, que aumentam a taxa de mutação acima da taxa de mutação espontânea 
· Ex: agentes mutagênicos químicos e físicos. Agentes mutagênicos: é todo agente químico ou físico que faz com que a frequência de mutação (numer de mutantes por gene de cada geração) supera a frequência espontânea normal.
· Químicos: é uma molécula bastante semelhante em uma estrutura a uma das bases nitrogenadas normalmente encontradas no DNA. 
· Análogos de base – ex: 5-bromouracil inserido no DNA em vez de timina
· Cafeína: mulheres gravidas evitar ou limitar a ingestão 
· Agentes alquilantes: adicionam grupos alquil (CH3) em outras moléculas 
· Ex: Nistrosoguamidena 
· Agentes desaminantes: removem o grupo amino (NH2) da base nitrogenada. 
· Ex: ácido nitroso (HNO2) – nitratos, nitritos “conservantes”, cachorro quente, frios, removem grupamento amino da base → formam nitrosaminas, que causam defeitos congênitos e canceres 
· Derivados de acridina: causam mutações por deslocamento de quadro de leitura
· Ex: corantes de acridina e quinacrina – “distorce a hélice” 
· Quimacrina: tratamento de malacia 
· Agentes físcos 
· Raio X e raio gama – quebram as ligações químicas na molécula formando radical livre, um átomo, molécula ou íon que ataca o DNA. 
· Raios ultravioletas: afetam somente a pele dos seres humanos e não a camada profunda nos microrganismos penetra com mais facilidade; afetam somente a pele dos seres humanos, não possuem energia suficiente para penetrações mais profundas nos microrganismos que penetram mais facilmente; atingem o DNA e podem levar a formação de dímeros de pirimidina (duas timinas, duas citosinas ou uma timina e uma citosina) – impede o pareamento de base de fita de DNA durante a replicação e forma uma lacuna do DNA replicado – deixa de transmitir uma informação. 
· Uso: matar as bactérias no ar 
· Outras causas de mutação 
· Exposição excessiva ao sol (excesso de luz ultravioleta)
· Compostos químicos como benzopireno, presente na fumaça dos cigarros 
· Virus: bacteriófagos 
· Ação dos mutagênicos 
· Atuam alterando a estrutura do DNA. Muitos são carcinogênicos (induzem o câncer).