Genética Microbiana

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GENÉTICA MICROBIANA 
 
 
MARCELO PILONETTO– PUCPR 
INTRODUÇÃO 
 Estrutura do DNA, RNA e proteína 
 
 Replicação, Transcrição, e reparo do 
DNA 
 
 Síntese de proteínas 
 
 Controle da expressão gênica 
Estrutura Molecular dos Ácidos 
Nucléicos e Replicação do DNA 
Um Cromossomo  uma 
molécula de DNA 
 
Genes  segmentos de 
DNA 
 
Conjunto completo de informações de um organismo  
 conjunto de cromossomos  Genoma 
 
GENOMAS 
Genoma Humano: 46 cromossomos - 22 
autossômicos (x2) / 2 sexuais 
 Total: 6 x 109 pares de nucleotídeos 
 
Genoma Bacteriano: 01 cromossomo 
 Total: 4,5 x 106 pares de nucleotídeos 
DNA CROMOSSOMAL 
DNA PLASMIDIAL 
Cromatina: DNA e Proteínas associadas (Histonas e não-Histonas) 
 
 As histonas têm um papel estrutural importante no empacotamento do 
DNA nos cromossomos 
 
Composição química dos Cromossomos 
 
Histórico 
Anseios da época: 
Mecanismo de transmissão da informação genética 
Como as proteínas eram sintetizadas 
 
 1928 - Experimentos de Griffith 
 Indução da transformação – Streptococcus pneumoniae 
 
 1944 - Avery O., MacLeod C. e McCarty M. 
 O DNA que é capaz de transformar bactérias não- 
 patogênicas em patogênicas e não as proteínas. 
 É o DNA que armazena a informação genética 
 
 
 
1950 – O austríaco Erwin Chargaff 
 Relação quantitativa entre as bases nitrogenadas do 
DNA. A proporção entre adenina e timina é sempre 
igual, e o mesmo ocorre entre guanina e citosina 
 
 
1951- Rosalind Franklin e Maurice Wilkins 
Imagens de DNA por difração de raios X 
Determinaram a periodicidade regular da molécula 
de DNA 
 - 1volta da dupla hélice - dez nucleotídeos - 34 Å 
 - Cada nucleotídeo tem 3,4 Å 
 
 
Distância entre os nucleotídeos 
1953 –Watson e Crick (segredo da vida) 
Descobrem a estrutura de dupla-hélice do DNA 
 
Duas cadeias anti-
paralelas (sentido 
inverso) de nucleotídeos 
ligadas por ligações de 
hidrogênio. As ligações 
de hidrogênio são muito 
fortes, torcendo as fitas, 
dando um formato 
helicoidal ao DNA 
(“dupla-hélice”) 
Estrutura do DNA – 1955 James Watson e Francis Crick 
 
 “Notamos que o 
pareamento 
específico que 
postulamos sugere 
um possível 
mecanismo de cópia 
do material 
genético” 
 
 
 
 
 
 
1958 - Experimento de Meselson & Stahl 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Possíveis maneiras de como o DNA poderia ser 
replicado 
Conservativa 
Semi-conservativa 
Dispersa 
DNA novo 
DNA original 
Estrutura dos Ácidos Nucléicos 
 DNA e RNA 
Nucleotídeos: unidades constitutivas dos ácidos nucléicos com 
função de armazenamento da informação genética 
 
DNA RNA 
DNA 
As duas cadeias são mantidas juntas por pontes de hidrogênio 
entre as bases dos nucleotídeos  dupla hélice 
 
 
 
CADEIAS 
ANTIPARALELAS 
A polaridades 
química de uma fita 
deve ser oposta a 
outra 
 
Bases Nitrogenadas 
 4 bases nitrogenadas: adenina (A), citosina (C), guanina (G) 
 timina (T) ou uracil (U) 
O pareamento das bases não é ao acaso  Bases complementares 
 A=T C≡G 
Purinas (A e G) pareiam com pirimidinas (C e T) 
PURINAS PIRIMIDINAS 
 
 
 
 
 
 
 
Replicação 
Replicação do DNA 
 
 
 
 
Divisão celular  cópias idênticas das moléculas de DNA da célula-mãe 
serão herdadas pelas duas células-filhas 
Replicação do DNA 
 
 
 
 
Síntese de DNA é 
semi-conservativa 
 
 
 
 
 
- Genoma bacteriano (1 ori) 
 
- Genoma humano (~10.000 ori) 
 - permite a célula humana 
 replicar seu DNA rapidamente 
forquilhas replicação 
2 
 
1 
1 
2 
 
forquilhas replicação 
Crescimento das cadeias complementares de 
DNA pela adição de desoxirribonucleotídeos 
A replicação se dá nas duas fitas ao mesmo tempo, porém 
em sentidos opostos 
Fita contínua 
DNA parental 
Fita descontínua 
PRINCIPAIS COMPONENTES ENVOLVIDOS NA REPLICAÇÃO 
Proteína de 
ligação ao DNA 
de fita simples 
TOPOISOMERASES catalisam a quebra e a re-ligação das fitas de DNA 
 
DNA girase - alivia a tensão torsional gerada pela abertura da dupla-fita 
À medida que as fitas de DNA se desenrolam, o DNA a frente da 
forquilha é forçado a enroscar, eventualmente bloqueando a replicação 
Replicação do DNA - Resumo 
 
 
 
 
• Replicação do DNA é semi-conservativa 
 
• Replicação é bi-direcional 
 
• Cromossomos bacterianos possuem apenas 1 replicon, 
cromossomos eucariotos possuem vários amplicons 
 
• O DNA é sintetizado pela DNA polimerase 
 
• A síntese ocorre sempre no sentido 5´ - 3’, com atividade revisora 
3´- 5´ 
• A síntese é contínua em uma das fitas e descontínua na fita oposta 
 
• Um complexo de mais de 9 enzimas está envolvido na replicação 
 
 
 
 
 
 
 
Transcrição 
Dogma central 
 REPLICAÇÃO 
DNA RNA PROTEÍNA 
 TRANSCRIÇÃO TRADUÇÃO 
Três tipos de macromoléculas informativas 
TRANSCRIÇÃO 
 Processo pelo qual uma molécula de RNA é sintetizada a 
partir da informação contida nos nucleotídeos de uma 
molécula de DNA 
 
 
 Transcrição  estado fisiológico da célula / variável para 
atender necessidades 
 
Apenas uma fita do DNA é utilizada como molde 
 
Molécula de RNA sintetizada é complementar à fita de DNA 
que lhe deu origem e idêntica à outra fita de DNA (T/U) 
 
Timina 
usada no DNA 
Uracila 
usada no RNA 
RNA difere do DNA em diversos aspectos 
Tipos de RNA 
RNA mensageiro 
contém as instruções para síntese de proteínas 
RNA transportador 
carrega aminoácidos p/ a síntese de proteínas 
RNA ribossomal 
associa-se a outras proteínas para formar os ribossomos 
snRNPs 
ribonucleoproteínas: reconhecimento e remoção dos 
sítios de “splicing” 
Estrutura básica de genes 
PROCESSAMENTO DO mRNA 
TRADUÇÃO 
TRADUÇÃO 
A tradução de seqüência de nucleotídeos do mRNA para 
uma proteína ocorre no citoplasma em grandes 
conjuntos de ribonucleoproteínas chamados 
RIBOSSOMOS 
 
A seqüência de nucleotídeos do RNA é lida em 
conjuntos de três nucleotídeos (códons), cada códon 
corresponde a um aminoácido 
TRADUÇÃO 
Codon de iniciação – AUG  aminoácido metionina 
 Age como codon iniciador na maioria das moléculas 
 de mRNA 
 
AUG do início – primeiro codon AUG encontrado 
 
AUG da região codificadora – é lido como metionina 
 
Códons de terminação  determinam o término da 
síntese de proteínas (UGA, UAA,UAG) 
CÓDIGO GENÉTICO 
A relação entre a seqüência de bases do DNA /mRNA e o 
aminoácido correspondente na proteína, é chamada de código 
genético 
O código genético na forma de tripletes – os códons 
Uso preferencial de códons 
varia em cada espécie 
Afinal, 20 AA e 64 códons! 
O Código genético é “degenerado” 
Um mesmo aminoácido pode ser traduzido por diferentes 
sequências de três nucleotídeos (códons) 
O pareamento é flexível na terceira base 
RIBOSSOMOS 
Eficiência da tradução → à ligação da molécula de 
mRNA e dos aminoacil-tRNAs ao ribossomo 
 
Os ribossomos movem-se ao longo da cadeia de 
mRNA durante a síntese de proteínas 
 Direção 5’  3’ 
 Possibilitao pareamento entre os códons do mRNA e 
 os tRNAs que carregam os diferentes aminoácidos 
 
Fase inicial da tradução em 
eucariotos 
G-CH3 
Fase final da tradução em 
eucariotos 
Polissomos – Tradução de um único mRNA por vários ribossomos 
 
Síntese Protéica - Tradução 
 
 Ocorre nos ribossomos – rRNA 
 Direcionado pela sequência de códons do mRNA 
 Os ribossomos se movem ao longo da cadeia do mRNA traduzindo a mensagem em 
proteína 
 A sequência de nucleotídeos do mRNA é lida em conjuntos de três nucleotídeos 
(códons) 
 Cada códon corresponde a um aminoácido – correspondência determinada pelo código 
genético 
 As combinações possíveis dos 4 diferentes nucleotídeos do RNA produzem 64 códons 
diferentes 
 A maioria dos aa é determinada por mais de um codon 
 
VARIABILIDADE GENETICA EM 
PROCARIONTES 
TRANSFORMACAO 
TRANSDUCAO 
CONJUGACAO 
TRANSPOSICAO