Estruturas internas e genética bacteriana

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ESTRUTURAS INTERNAS À 
PAREDE CELULAR BACTERIANA
Estruturas internas a parede celular
www.tpsd.org/ths/sciences/bacteria2.jpg 
PAREDE
MEMBRANA
CITOPLASMA
nucleóide
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Não tem esteróis: menos rígidas
exceção: Mycoplasma
Membrana Citoplasmática
Imediatamente abaixo 
da parede celular
Composição: mosaico fluido
fosfolipídios e proteínas 
Barreira: mais seletiva que a parede celular
Membrana Citoplasmática
Transporte pequenas moléculas: permeases
Sítio de atividade enzimática 
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• Mesossomos: invaginações da membrana (proeminentes em Gram +)• Mesossomos: invaginações da membrana (proeminentes em Gram +)
Membrana Citoplasmática
Próximos à membrana citoplasmática
secreção de certas enzimas
Próximos à membrana citoplasmática
secreção de certas enzimas
Quando aprofundam-se no citoplasma
replicação de DNA e na divisão celular
Quando aprofundam-se no citoplasma
replicação de DNA e na divisão celular
www.tpsd.org/ths/sciences/bacteria2.jpg 
PAREDE
MEMBRANA
CITOPLASMA
nucleóide
Estruturas internas a parede celular
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Água (80%), ácidos nucléicos, proteínas, carboidratos, lipídeos
Citoplasma
Única organela
Ribossomos 70S (30 e 50S)
Sítio da síntese de proteína da célula
Citoplasma – Grânulos ou inclusão
• Acúmulo de substâncias químicas no interior da bactéria
chamados: grânulos ou inclusões
- Grânulos de volutina: auxiliam identificação de bactérias
- Poli-β-hidroxibutirato (PHB): material lipídico 
reserva de carbono e fonte de energia
- Grânulos de glicogênio: reserva de energia
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Grânulos de 
poliidroxibutirato
Grânulos de volutina
Grânulos de glicogênio
Região aonde se agrega o cromossomo bacteriano 
Em geral: um cromossomo circular (haploide) 
Nucleóide
Exceções:
Borrelia burgdorferi: cromossomo linear – doença Lyme
Algumas subespécies de Escherichia coli
mais de um cromossomo
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• Moléculas de DNA circulares extracromossomais
replicação independente
• Nem toda bactéria possui: maioria bactérias Gram –
podem estar presentes em fungos
uma ou mais cópias
• Não são essenciais para a sobrevivência 
mas fornecem vantagens seletivas
resistência para antibióticos
• Importantes vetores: manipulação genética 
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ctDNA1.jpg
Plasmídeos
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Tipo Representante Hospedeiros No de
cópias
Tamanho
(kpb)
Principais
fenótipos
Conjugativo F E. coli,
Salmonella
1-3 95-100 Capacidade
de
conjugação
Col ColE1 E. coli 10-30 9 Produção de
colicina E
Resistência 
(R)
R6 E. coli 1-3 98 Resistência a
antibióticos
Metabólicos TOL Pseudomonas  75 Degradação
de tolueno
Virulência ColV E. coli 10-20 2 Produção de
aerobactina
Características de Alguns Plasmídeos Bacterianos
• Estruturas de resistência e não reprodutivas
• Exclusivamente das bactérias Gram positivas: um por célula
• Formam-se dentro da célula: chamados endósporos
• Parede celular espessa: resistentes às mudanças do ambiente
Esporos Bacterianos
Em condições desfavoráveis: calor, falta de nutrientes
Transformam em esporos: células em repouso 
metabolicamente inativas 
Condições favoráveis: células vegetativas
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Bacillus anthracis
• Variam em forma e localização dentro da célula
• Frequentes nos gêneros Clostridium e Bacillus
• Depois de formados: resistentes (calor, ressecamento, etc.)
Clostridium botulinum: resiste a fervura por várias horas
• Processo formação de endósporos: esporulação ou esporogênese
Esporos Bacterianos
Septo do esporo começa a isolar o DNA recém 
replicado e uma pequena porção do citoplasma
Membrana citoplasmática começa a circundar o DNA, 
o citoplasma e a membrana isoladas na etapa 1
O septo do esporo circunda a porção isolada 
formando um pré-esporo
A camada de peptideoglicana se forma entre as
membranas
Forma-se o 
revestimento do esporo
O endósporo é liberado
da célula mãe
Parede Celular Citoplasma
Membrana
citoplasmática
Cromossomo bacterianao (DNA)
Duas membranas
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• Resistência ao calor: não esclarecida
- processo de desidratação durante esporulação
elimina maior parte da água do esporo:
contribui para resistência
- todos esporos contêm ácido dipicolínico (DPA)
não é encontrado em células vegetativas
pode contribuir para a resistência ao calor
Esporos Bacterianos
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GENÉTICA BACTERIANA
• Crescimento bacteriano: aumento de indivíduos
não o aumento do tamanho 
• Bactérias normalmente: se reproduzem por fissão binária
• Fissão binária
alongamento celular
divisão DNA cromossomal
invaginação PC e MP
produção de 2 células
Genética Bacteriana
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• Colônias: comunidade de indivíduos semelhantes
descendem de uma mesma célula parental
quase idênticos à célula parental: variantes
mutação: características diferentes
• Genética
estudo das semelhanças: herança
estudo das diferenças: variabilidade
• Variabilidade genética: tão necessária quanto sua constância
• Associada com duas propriedades do organismo: genótipo e o fenótipo
Genética Bacteriana
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Genótipo e Fenótipo
• Genótipo: Composição genética - sequência de pares de bases
• Fenótipo: Expressão do genótipo, Interferência do ambiente
Variações – genotípicas
fenotípicas
• Um único genótipo pode resultar em muitos fenótipos
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Alterações Fenotípicas
• Causadas: alteração no genótipo ou nas condições ambientais
• Exemplo: Bactérias do gênero Azomanas
na presença de sacarose: produzem colônias grandes e viscosas
na ausência de sacarose: colônias pequenas não viscosas
bactéria: geneticamente capaz de produzir o material viscoso
o que determina a expressão é o meio
condições ambientais restabelecidas: retorno ao fenótipo original
Genética Bacteriana
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Alterações genotípicas
• Modificam sequência DNA
mutação ou recombinação
modificação: transferidas para as células filhas
Mutação: alteração no genótipo 
sem aquisição de genes de outro microrganismo
Recombinação: alteração no genótipo que ocorre
pela aquisição de genes de outro microrganismo
Genética Bacteriana
• Espontaneamente: mutações espontâneas
erro natural durante a replicação do DNA
• Através de agentes mutagênicos: mutações induzidas
aumentam a taxa de mutação espontânea
agentes mutagênicos
químicos: agem diretamente no DNA
Ex.: acridina (intercalante)
radiação: incorporação errada de bases
Ex.: raios UV
Como ocorrem as mutações?
ATGTGCTA
ATGT GCTA
ATCTXGCTA
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• De acordo com a alteração que produzem no gene
as mutações podem ser classificadas em vários tipos
• Tipos comuns 
Mutações 
Mutação pontual
substituição de um nt por outro em um gene
Mutação por deslocamento do quadro de leitura: Frameshift
adição ou perda de um ou mais nt do gene
Neutra
Errônea
Sem sentido
Altera DNA
NÃO Altera aa
Mutação silenciosa
ou neutra 
• Mutação pontual Neutra (silenciosa)
Mutações 
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Mutação pontual Errônea (missense)
• Substituição do nt leva a formação aa diferente
• Propriedades da proteína: alterada
ou proteína pode torna-se não funcional
• Ex.: Anemia falciforme: substituição de 1 base no códon
no sexto aminoácido da hemoglobina A
aa ácido glutâmico muda para valina
GAG GUG 
resultado: síntese de uma hemoglobina anormal
Mutações 
AlteraDNA 
Altera aa
Mutação errônea 
ou“missense”
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Sem sentido ou nonsense: produção de códon de terminação
tradução é interrompida
término prematuro da síntese de proteína
proteína incompleta talvez não é funcional
Mutações 
Altera DNA
Códon terminação
“nonsense” 
17Mutação por deslocamento do quadro de leitura
Frameshift
• Adição ou perda de um ou mais nt do gene 
mutação de inserção e mutação de deleção 
• Causa uma mudança 
pode levar à formação de uma proteína não funcional 
Mutações 
Mutações por Deslocamento de 
Quadro de Leitura
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Alterações genotípicas
• Modificam sequência DNA
mutação ou recombinação
modificação: transferidas para as células filhas
Mutação: alteração no genótipo 
sem aquisição de genes de outro microrganismo
Recombinação: alteração no genótipo que ocorre
pela aquisição de genes de outro microrganismo
Genética Bacteriana
• Ocorre troca de material genético entre 2 cromossomos homólogos
• Genes podem não ser necessariamente idênticos: mutação
• Bactérias: mesma espécie ou à espécie relacionada
• Para ocorrer a recombinação 
deve ocorrer a transferência de gene entre as bactérias
esta transferência de gene pode levar a uma recombinação
• Tipos de transferências:
Transformação, transdução e conjugação 
Recombinação 
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Transformação
• Célula receptora: adquire genes de moléculas de DNA do meio
• DNA: pode ter vindo de células mortas que liberaram seu DNA
• Bactéria receptora
absorve pequenos fragmentos do DNA do doador
pode incorporar fragmento em seu cromossomo
por recombinação
adquire características hereditárias da bactéria doadora
Recombinação 
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Transdução: vírus transporta o DNA de bac doadora para a receptora
1) Bacteriófago injeta DNA na célula hospedeira
2) DNA do fago é replicado e o DNA bacteriano é degradado
3) Montagem da progênie do fago dentro da célula
fragmento de DNA da bactéria pode ser incorporado ao fago
4) Fago injeta o fragmento do DNA bacteriano
em um novo hospedeiro: não mata a nova célula hospedeira
5) Este fragmento pode então sofrer recombinação
Recombinação 
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Conjugação
• Requer contato célula-célula: DNA transferido
diretamente de uma bac para outra
• Não é um meio primitivo de reprodução sexuada
• Não envolve a fusão de 2 gametas para formar uma única célula
• Estudos de conjugação em algumas bactérias
dois tipos de bactéria: uma doadora e uma receptora
Recombinação 
Conjugação
• Célula doadora: contém o plasmídeo F
contém +- 40 genes: controle da replicação e síntese do pili
• Células que contém o plasmídeo F: células F+
• Células receptoras não tem o plasmídeo F: células F-
• Existem 2 tipos de conjugação:
1) Entre células F+ e células F-
2) Células Hfr e células F-
Recombinação 
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Conjugação - Cruzamento F+ x F- são misturadas
1) Extremidade do pili da F+ liga-se à célula F-
2) Transferência de uma fita de DNA do plasmídeo F
3) Fita de DNA do plasmídeo: molde para a síntese da fita de DNA
complementar
4) As extremidades se juntam formando o plasmídeo F circular
5) Célula receptora torna-se uma célula F+ capaz de doar DNA
Só plasmídeo F da célula doadora é transferido
Recombinação 
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Conjugação: Cruzamento F+ x F- são misturadas
• Genes cromossômicos também podem ser transmitidos
• Células F+: células de recombinação de alta freqüência (Hfr)
• Hfr difere das células F+: raramente transferem o plasmídeo F
• Cruzamento Hfr x F-
Recombinação