GENéTICA BACTERIANA 2

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GENÉTICA BACTERIANA 
 
 
 
Estrutura dos nucleotídeos formadores dos ácidos nucléicos. A diferença entre 
os ribonucleotídeos e os deoxiribonucleotídeos está na substituição da hidroxila 
do carbono 2 da ribose, presente no ribonucleotídeos, por um hidrogênio, 
formando e deoxiribose, no caso dos deoxiribonucleotídeos. 
 
 
 
 
Estrutura dos ácidos nucleicos (fita simples, note a polaridade 5´ 3´ 
existente. 
 
 
 
 
Estrutura em fita dupla do DNA 
 
 
 
 
Estrutura em hair pin, do RNA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
BASES NITROGENADAS DO DNA E RNA 
 
 
 
REPLICAÇÃO DO DNA 
 
 
Base 
 
Abreviatura 
 
Nucleosídeo 
 
Ácido nucleico 
 
Adenina 
 
A 
 
Deoxiadenosina 
 
DNA 
 
Adenosina 
 
RNA 
 
Guanina 
 
G 
 
Deoxiguanosina 
 
DNA 
 
Guanosina 
 
RNA 
 
Citosina 
 
C 
 
Deoxicitosina 
 
DNA 
 
Citosina 
 
RNA 
 
Timina 
 
T 
 
Doxitimidina 
(timidina) 
 
DNA 
 
Uracila 
 
U 
 
Uridina 
 
RNA 
 
A replicação do DNA é bidirecional, semiconservativa e 
semidescontínua. 
 
Elementos da replicação: 
 
Origem de replicação oriC: É a origem, o ponto a partir do qual a 
replicação se inicia, esta origem é reconhecida pela proteína DnaA, que 
somente reconhece a origem se os sites GATC da seqüência de origem 
estiverem totalmente metilados. 
 
Uma vez ligadas as proteínas DnaA, a proteína DnaB, também 
conhecida como helicase, que abre a dupla hélice do DNA, se liga. 
 
A helicase separa as duas fitas complementares de DNA, que 
permanecem então separadas pelas proteínas SSB (single-stranded binding), 
que estabilizam fita simples. 
 
Uma proteína chamada DNA girase, que é uma topoisomerase, é a 
responsável pela abertura da fita dupla de DNA, enquanto a helicase alivia a 
tensão causada pelas torções negativas a ela causadas pelo mecanismo de 
abertura. 
 
Lembre-se de que a dupla hélice do DNA é uma estrutura altamente 
estável nas condições intracelulares, sendo estabilizada tanto pelas pontes de 
hidrogênio entre as bases complementares, como por interações hidrofóbicas 
entre as bases adjacentes. Se as seqüência de bases seve de molde para a 
polimerização da fita complementar essas interações que estabilizam a dupla 
hélice têm de ser desfeitas para que possa haver a replicação. 
 
Devido ao fato de a enzima DNApolimerase somente adicionar 
nucleotídios à extremidade 5´ de uma fita já existente, é necessário que se 
forme uma seqüência curta de RNA para que a replicação possa começar, esta 
seqüência é chamada primer de RNA e é formada por um complexo 
enzimático chamado primossoma que contem a enzima RNA primase. 
 
Quando os primers juntamente com seus segmentos de DNA são 
detectados quer por microscopia eletronica, quer por eletroforese, antes de 
serem unidos pela DNA ligase, eles são denominados de fragmentos de 
Okasaki, em homenagem a seu descobridor. 
 
 
TRANSCRIÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TRADUÇÃO 
 
 
TRANSFORMAÇÃO 
A transformação bacteriana foi inicialmente descrita pelos experimentos 
clássicos de Griffith em Streptococcus pneumuniae, também chamado 
pneumococus infectando ratos. 
Na transformação, as células incorporam DNA externo e o incorporam a 
seu genoma por recombinação. As células que recebem o DNA são chamadas 
transformantes. 
 
 
Streptococcus pneumuniae, colônias nas formas lisa (infectante) e rugosa 
(benigna). 
 
 
O experimento clássico de Griffith: em 1, camundongos são inoculados com 
bactérias virulentas mortas pelo calor e não desenvolvem a doença; em 2, 
camundongos são inoculados com bactérias não patogenicas e não 
desenvolvem a doença; em 3, camundongos são inoculados com bactérias 
virulentas vivas, desenvolvem a doença e morrem; em 4, camundongos são 
inoculados com uma mistura de bactérias virulentas mortas pelo calor e 
bactérias não virulentas, surpreendentemente, desenvolvem a doença, 
morrem e bactérias virulentas são isoladas de seus pulmões. A explicação para 
esses resultados veio com o conceito de transformação bacteriana, quando 
DNA externo é introjetado pelas bactérias e inserido em seu genoma, podendo 
ser cromossômico ou plasmidial, por reconbinação. 
 
 
 
Transformação de uma bactéria com o gene de resistência à meticilina, um 
antibiótico. Perceba que o fragmento de DNA contendo o gene é incorporado 
ao cromossomo bacteriano. 
 
 
TRANDUÇÃO POR VIRUS 
 
 
Quando o DNA é inserido na bactéria por um vírus temos a transdução. 
 
Elementos de transposição, transposons e eventos de transposição. 
Elementos de Transposição ou Transposons – são regiões do 
genoma que podem se mover de um lugar a outro. Essas regiões se 
constituem de unidades que se movem de uma molécula de DNA para outra, 
inserindo-se ao acaso, devido a isto também são chamados de genes 
saltantes. Podem também servir como catalizadores de rearranjos no DNA, 
tais como deleções e inversões e translocações. Quando as unidades de 
transposição se encontram em eucariontes recebem o nome de elementos 
transposição, quando encontradas em procariontes são chamadas de 
transposons.Esses elementos estão presentes em praticamente todos os 
organismos e respondem pelo DNA moderadamente repetitivo. 
 
 
 
 
Acima diferentes tipos de transposons; abaixo, milho no qual as listras 
vermelhas nos grãos são causadas por transposons 
 
 
 
 
Os elementos de transposição foram descobertos por Barbara 
McClintock nos anos 40 em milho. Foi descrito nesta ocasião que os elementos 
de transposição eram responsáveis por uma série de mutações tais como: 
Inserções 
Deleções 
Translocações. 
Em 1983, Barbara McClintock ganhou o Prêmio Nobel por seus 
trabalhos com elementos de transposição. 
Posteriormente, em 1972, Starlinger e Saedler relataram a inserção de 
sequencias curtas de DNA no cromossoma de Escherichia coli em locais onde 
essas mesmas sequencias anteriormente não existiam. 
 
 
Há três tipos de elementos de transposição: 
 
Tipo I- Retrotransposons 
 
Tpo II 
 
Tipo III- Elementos de Transposição de Seqüências Repetidas Inversas 
em Miniatura, ou em inglês, Miniature Inverted-repeats Transposable Elements 
ou MITEs. 
 
 
Tipo I- Retrotransposons, assim chamados porque têm que ser 
transcritos em RNA, quando então usam a transcriptase reversa para 
fazerem uma cópia da seqüência de DNA a ser inserida em novo local no 
genoma. 
Muitos retrotransposons possuem seqüências repetitiva terminais longas 
(com até 1000 bp) em suas pontas. 
Da mesma forma que os transposons tipo II, os retrotransposons geram 
seqüências repetidas em seus locais de inserção. Na realidade, há fortes 
indicações de que a grande quantidade de DNA não codificante, bem como o 
tamanho dos diferentes genomas se deva a inserções de retrotransposons. 
Cerca de 40% do genoma humano são constituídos por retrotransposons e 
suas marcas de inserção. 
 
Retrotransposons e Retrovirus 
Os vírus HIV-1, causador da aids e HTLV-1, causador da leucemia do 
linfócito T humano, assim como outros retrovirus, comportam-se, para todos os 
efeitos como retrotranspososns. O RNA desses vírus contêm, além da 
transcriptase reversa, também a integrase, que é essencial para a integração 
ao genoma, podendo as cópias serem inseridas em qualquer lugar do genoma, 
sendo semelhante à transposonase dos transposons tipo II. 
Tanto a integrase como a transcriptase reversa são incorporadas àspartículas virais conforme mostrado no esquema abaixo. 
 
 
Tipo II- Consistem apenas de DNA que se move de local em local no 
genoma, essas seqüências de DNA, se movem por um processo parecido com 
o recortar em colar de um processador de texto. Este processo requer uma 
enzima chamada transposonase, que está presente na seqüência de alguns 
dos transposons deste tipo. 
O transposon se liga da seguinte forma: 
Ambas as extremidades, que consistem de seqüências repetidas 
inversas, se ligam a uma seqüência alvo no genoma. 
O DNA da sequencia alvo é clivado em extemidades coesivas, de forma 
pareceida com o que ocorrem com algumas enzimas de restrição, o transposon 
é inserido e o espaço em fita simples gerado pela transposonase é então 
preenchido por pareamento de bases, de forma que seqüências repedidas 
identicas são criadas nas pontas, conforme mostrado na figura abaixo. 
 
 
 
É comum que transposons percam os genes que codificam para a 
transposonase de seu interior, desta forma ficam apenas as seqüências 
repetidas nas pontas, que são alvo para a atividade catalítica das 
transposonases, de forma que se que se houver na célula um transposoon que 
contenha a transpososnase este poderá replicar a si mesmo e aos que não a 
contiverem. Há ainda transposons do tipo II que não precisam de seqüência 
alvo para a transposição. 
 
 Diferenças entre retrotransposons e 
transposons do tipo 2. Em ambos os casos os transposons são inseridos, no 
caso dos retrotransposons temos a ação da transcriptase reversa. 
 
 
 
 
Estrutura do elemento de inserção bacteriano IS. Compare com a dos outros 
transposons apresentados. 
 
 
 Replicação não replicativa em elemento de 
transposição TI, catalisado pela transposonase. 
 
 
 
Tipo III- Também chamados de elementos de transposição de seqüências 
repetidas inversas em miniatura, ou em inglês, Miniature Inverted-repeats 
Transposable Elements or MITEs. 
Esses transposons vieram à tona depois dos recentes seqüenciamentos 
dos genomas de Caenorhabditis elegans e do arroz. Consistem de seqüências 
de cerca de 400 pb praticamente idênticas e que são flanqueadas por 
seqüências invertidas de cerca de 15 bp características da seguinte forma: 
 
5' GGCCAGTCACAATGG..~400 nt..CCATTGTGACTGGCC 3' 
3' CCGGTCAGTGTTACC..~400 nt..GGTAACACTGACCGG 5' 
 
Os MITEs são muito pequenos e não codificam para nenhuma proteína. 
Não se sabe como eles são translocados de um local para outro no genoma, 
mas acredita-se que seja por algum elemento de transposição de tipo ainda 
desconhecido que codifique para uma transposonase específica, que 
reconheçam as seqüências invertidas ou ambos. 
No genoma do arroz há cerca de 100000 MITES e sabe-se que algumas 
mutações nesta planta são causadas pela inserção de MITEs. 
Os MITEs também são encontrados no genoma de Xenopus Leavis, de 
Humanos e de maçã. 
 
TRANSPOSIÇÃO EM BACTÉRIAS 
Em bactérias é comum que os transposons tenham, além do gene da 
transpososnase, outros genes úteis ao hospedeiro, tais como genes de 
resistência a antibióticos. Se um desses transposons for incorporado em um 
plasmídio ele poderá saltar de uma célula a outra, o que pode ser uma das 
explicações do fenômeno da resistência a antibióticos se espalhar tão 
rapidamente. 
Neste caso, a transposição ocorreria com transposons do tipo II, o que 
requer uma segunda enzima chamada resolvase, que faz com que o 
transposon original permaneça em seu local enquanto sua cópia é inserida em 
outro local.