Slides_Genetica_microbiana_2011-II

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31/10/2011
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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE VETERINÁRIA
DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGIA E IMUNOLOGIA VETERINÁRIA
IV-217 MICROBIOLOGIA GERAL
Genética MicrobianaGenética Microbiana
Profa: Irene da Silva Coelho
Material de apoio: 
Documento “Material de apoio -Genética Microbiana
– 2011-II”. Estará disponível no Quiosque e no xérox
do Instituto de Veterinária
O dogma central da biologia
Replicaçao
Transcriçao
RNA não codificante (rRNA, tRNA, siRNA, 
etc.)
Tradução
mRNA
DNA
Proteína
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Estrutura do DNA
Eucariontes
• DNA cromossomico
• DNA mitocondrial
• DNA cloroplasto
Tipos de DNA
Procariontes
• DNA cromossômico
• DNA plasmidial
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• Único cromossomo
• DNA fita dupla
• Circular
• Não apresenta membrana nuclear
• E. coli – 4,6 x 106 pb
Cromossomo de organismos procariotos
• Vários cromossomos
• DNA fita dupla
• Linear
• Apresenta membrana nuclear
• Fungos – Saccharomyces cerevisae – 12 
cromossomos - 1,2 x 107 pb
• Mamíferos – Homo sapiens – 46 cromossomos –
2,2 x 108 pb
• Plantas – Zea mays (milho) – 30 cromossomos -
109 pb
Cromossomo de organismos eucariotos
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• DNA fita dupla
• Circular
• Replicaçao independente
• Não é essencial para sobrevivência da célula sob
condiçõe não restritivas
• Variam muito em tamanho – Plasmídeo F – 94,5 Kpb
Plasmídeos
A informação genética pode ser utilizada de duas formas
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Transcrição/Tradução
Etapas principais que ocorrem com um mRNA desde a sua transcrição até a 
síntese protéica 
A) EUCARIOTOS
TRANSCRIÇÃO
mRNA
maduro
citoplasma
DNA
Transcrito primário
do mRNA
cap
promotor
transporte para o citoplasma
TRADUÇÃO
PROTEÍNA
AAAA
AAAA
retirada dos íntrons
()splicing
adição de e 
cauda de poli(A)
cap
núcleo
éxons íntrons
gene
TRANSCRIÇÃO
TRADUÇÃO
A B C
mRNA
proteína
DNA
B) PROCARIOTOS
5’ 3’
5’ 3’
Níveis de controle do metabolismo
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Regulação do operon lac
Regulação do operon trp
OPERON TRIPTOFANO
SEM CO-REPRESSOR
RNA polimerase
DNA
Transcrição
mRNA
Tradução
Dobramento
Proteína 
repressora 
inativa
Proteína 
repressora 
inativa
Proteína 
repressora inativa
Transcrição
Tradução
mRNA
SEM TRIPTOFANO NO MEIO
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Regulação do operon trp
OPERON TRIPTOFANO
COM CO-REPRESSOR
RNA polimerase
DNA
Transcrição Repressor se liga 
ao operador
NÃO HAVERÁ TRANSCRIÇÃO
O repressor com o triptofano se liga a 
região operadora impedindo a transcrição 
pela RNA polimerase
mRNA
Tradução
Proteína 
repressora 
inativa
Proteína 
repressora 
inativa
Repressor 
ativo
Triptofano
COM TRIPTOFANO NO MEIO
• Alterações genotípicas são importantes para gerar
variabilidade e contribuir, assim, para o processo de
evolução dos microrganismos.
• EVOLUÇÃO REQUER VARIABILIDADE
• Face a uma mudança brusca no meio ambiente, as
bactérias e outros microrganismos possuem um
conjunto de mecanismos geradores de alterações
genéticas que conduzem a variantes, fornecendo-lhes
assim a possibilidade de contornar situações que
ponham em risco a sua sobrevivência.
Como os organismos evoluem?
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Recombinação 
genética
VARIAÇÕES GENOTÍPICAS
Mutações
Mecanismo de alteração genética
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS
• Erros durante a replicação
• Falhas do sistema de reparo
• Transposons
• Desaminação de bases
• Tautomerismo de bases
Mutação
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FREQUÊNCIA DE MUTAÇÃO:
• 10-7 a 10-11 por par de nucleotídeo
• Gene típico possui ≅ 1.000 pb, haveria 10-4 a 10-8 erros por
geração (Numa cultura normal (108 células/ml), haveria vários
mutantes por ml)
• Algumas mutações são mais frequentes que outras
Mutações em genomas de RNA:
• Frequência é 1000 vezes maior que em genomas de DNA
• Deficiência nos sistemas de reparo
•Surgimento de populações virais em constante alteração e
evolução
Mutação
MUTAÇÕES INDUZIDAS
• AGENTES FÍSICOS
Ex: Luz ultravioleta, raio-X
• AGENTES QUÍMICOS
Ex: Análogos de bases, ácido nitroso,
hidroxilamina, agentes alquilantes,
• AGENTES BIOLÓGICOS
Ex: Transposons
Mutação
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Recombinação 
genética
VARIAÇÕES GENOTÍPICAS
Mutações
Mecanismo de alteração genética
• Formação de um novo genótipo
• Trocas de material genético entre dois cromossomos
homólogos
- Eucariotos: CICLO SEXUAL (MEIOSE)
- Procariotos: TRANSFERÊNCIA/RECOMBINAÇÃO
Recombinação genética
Recombinação - processo pelo qual ocorre a produção de
um novo genótipo como resultado da troca física de
material genético entre elementos genéticos
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MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE 
INFORMAÇÃO GENÉTICA EM BACTÉRIAS
• TRANSFORMAÇÃO
• CONJUGAÇÃO
• TRANSDUÇÃO
Recombinação genética
PODEM OU NÃO ENVOLVER EVENTOS DE 
RECOMBINAÇÃO
REQUERIMENTOS PARA TRANSFORMAÇÃO
• Presença de DNA livre no meio
• Células em estado de COMPETÊNCIA
Transformação
Processo pelo qual DNA livre é incorporado em 
uma célula receptora
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Transformação
1. Adsorção do DNA fita dupla à 
célula receptora
2. Clivagem de uma das fitas do 
DNA
3. Entrada do DNA fita simples
4. Integração e replicação
ETAPAS DA TRANSFORMAÇÃO
Transformação
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REQUERIMENTOS PARA CONJUGAÇAO
• Requer contato entre as células
• Envolve um célula doadora que possui o plasmídeo
conjugativo (fator de fertilidade) e uma célula receptora
• Em E. coli, a célula doadora é denominada F+ célula receptora
F -
Conjugação
Processo de transferência de DNA que requer o 
contato entre as duas células
Plasmídeo Pilus
Bactéria
Cromossomo
Doador
Receptor
Proteínas de relaxamento e 
transferência do plasmídeo
Doador Novo doador
1. Célula doadora produz o pêlo
sexual (pilus sexual)
1. Pilus liga-se à célula receptora
e aproxima as duas células
1. O plasmídeo conjugativo é
cortado e uma das fitas é
transferida para a célula
receptora
1. As duas células recircularizam
os plasmídeos, sintetizam a fita
complementar e tornam-se
doadoras
Conjugação
ETAPAS DA CONJUGAÇAO
F+ F-
F+ F+
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Conjugação
TRANSDUÇÃO PODE OCORRER DE DUAS FORMAS
• Transdução generalizada
• Transdução especializada
Transdução
Transferência DNA de uma célula para outra 
por meio da ação de um vírus
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Célula de Escherichia coli
Bacteriófago
Cromossomo de E. coli
Forma circular do cromossomo do fago
Ciclo lítico Ciclo lisogênico
Recombinação 
sítio-específica
Profago
Replicação
Montagem
Lise
Transdução
Transdução
TRANSDUÇÃO 
GENERALIZADA
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TRANSDUÇÃO ESPECIALIZADA
Transdução
• Aumenta a diversidade genética dentro de uma população,
aumentando portanto a probabilidade de que alguns membros
sobrevivam às mudanças ambientais.
- Ex. Transferência de genes entre bactérias originando
cepas resistentes a diferentes antimicrobianos (bactérias super
resistentes).
• Tecnologia do DNA Recombinante
- Estudo da funçao de genes específicos
- Produção de compostos de interesse médico e de
interesse industrial (Tecnologia do DNA Recombinante)
Importância dos mecanismos de transferência de DNA em 
bactérias