Aula 6 - Hereditariedade, Mutação e Recombinação

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Hereditariedade, Mutação e 
Recombinação
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Profa. Patrícia Gomes Cardoso
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Genoma Procarioto
A maioria consiste de um cromossomo único, formado por uma
molécula de DNA de fita dupla circular fechada.
Exceção: Streptomyces lividans, Rhodococcus faciens e
espiroquetas do gênero Borrélia, que são lineares e algumas
espécies de bactérias do gênero Brucella que apresentam dois
cromossomos.
Variam entre ~0,6 x 106pb (Mycoplasma genitalium) a ~9,5 x 106
pb (Myxococcus xanthus)
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Genoma Eucarioto
Consiste de dois ou mais cromossomos, moléculas de DNA de fita
dupla lineares. A maioria é diplóide, mas constituem exceção
leveduras e alguns fungos que apresentam fases haplóides em seus
ciclos vitais e alguns vegetais que são poliplóides. Tamanho
superior ao de procariotos. Genoma de Saccharomyces cerevisiae
haplóide compreende a um total de 12.052 Kb (~13x106pb)
divididos em 16 cromossomos, com tamanhos que variam de 200 a
2200 kb.
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DNA e RNA
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As fitas do DNA 
estão dispostas em 
direções opostas
Antiparalelismo
Complementariedade
Adenina-Timina
Guanina-Citosina
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Molécula de DNA
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Replicação do DNA
Replicação de DNA
A replicação e o ciclo celular devem estar conectados de tal forma
que a freqüência dos ciclos de replicação se ajuste a velocidade do
crescimento da célula e o término da replicação seja relacionado
ao final da divisão celular.
A reação de polimerização é feita por DNA polimerases e
necessita de nucleosídeos trifosfatos, uma extremidade “primer”
ou iniciadora, que possui a hidroxila 3’ livre e um molde ou
“template” para ser copiado.
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Proteínas relacionadas a replicação
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Gene: sequência de DNA necessária para a síntese de um
polipeptídeo funcional ou molécula de RNA.
Transcrição
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Tradução
Processo mais conservado em todos os organismos e de maior
custo energético para célula.
Procarioto- Transcrição e Tradução no mesmo compartimento
Eucariotos- Tradução e Transcrição em compartimentos
separados
Componentes da tradução
mRNA
tRNA
Aminoacil-tRNA-sintetases
Ribossomos
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U C A G
U Phe
Phe
Leu
Leu
Ser
Ser
Ser
Ser
Tyr
Tyr
Parada
Parada
Cys
Cys
Parada
Trp
U
C
A
G
C Leu
Leu
Leu
Leu
Pro
Pro
Pro
Pro
His
His
Gln
Gln
Arg
Arg
Arg
Arg
U
C
A
G
A Ile
Ile
Ile
Met
Thr
Thr
Thr
Thr
Asn
Asn
Lys
Lys
Ser
Ser
Arg
Arg
U
C
A
G
G Val
Val
Val
Val
Ala
Ala
Ala
Ala
Asp
Asp
Glu
Glu
Gly
Gly
Gly
Gly
U
C
A
G
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a
b
a
se
 n
o
 c
ó
d
o
n
2a base no códon
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a
b
a
se
 n
o
 có
d
o
n
Diferentes códons podem codificar um mesmo aminoácido. Este fenômeno
define uma das características do código genético a degeneração.
Excetuando a metionina e o triptofano, todos os outros aminoácidos são
representados por mais de um códon.
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Mutação e reparo 
Genótipo- todo conjunto de genes do organismo
Fenótipo- São as características que se observa em um
organismo=genótipo+ambiente
Mutação- alteração na seqüência de nucleotídeos que é passada
para outras gerações
Microrganismo tipo selvagem- encontrado na natureza (referência)
Mutante- um individuo que carrega uma alteração em relação ao
tipo selvagem (maioria obtida em laboratórios)
Mutações – Prejudicial ou benéfica?
Natureza das mutações
Substituições- transições ou transversões, Inserções, Deleções
Aberrações cromossômicas- Numérica ou Estruturais
Mutações espontâneas– nenhum agente além do ambiente
106 a 1011 por ciclo de replicação
Mutações induzidas– presença de um agente físico (raios X,
radiações ionizantes, etc), químico (agentes alquilantes, acridinas,
etc) ou biológico (transposons ou agentes equivalentes)
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Alterações fenotípicas
Ex: Produção de pigmentos em
Serratia marcescens
Ex: Produção de -galactosidase por 
E. coli na presença de lactose
37ºC 28ºC 
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Efeito da luz ultravioleta e mecanismo de reparação
Xeroderma pigmentosum – Falha no sistema
de reparo. Desordem genética herdada como
um gene autossomico recessivo. Casos de
cânceres de pele devido a exposição
excessiva ao sol
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Recombinação em Bactérias
Mecanismos de transferência de DNA
Conjugação Transformação Transdução
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-Lederberg & Tatum (1948) 
-É necessário o contato entre as células
-Depende da presença do fator de 
fertilidade
Conjugação
-Molécula de DNA circular 
-Contém cerca de 40 genes
-Responsável pela formação do pilus 
-Replicação autônoma ou integração no 
cromossomo - Epissoma
Características do fator F
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Etapas da Conjugação
- Formação de pares específicos - Conexão celular
- Mobilização do fator F - Transferência do fator F - Replicação
F+ x F- = F+ + F+ 26
Hfr (Alta Frequencia de Recombinação)
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Hfr x F- = Hfr + F- recombinante
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Transferência 
de F’
F’ x F- = F’ + F’’
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Transformação
- Griffith (1928)
- Avery, MacLeod & MacCarty (1944)
- Princípio transformador - DNA
Linhagens de Streptococcus pneumoniae
Colônia rugosa Colônia lisa
Linhagem R não é virulenta
(Falta a cápsula de 
polissacarídeos, então ela é 
reconhecida e destruída pelo 
sistema imunológico do 
hospedeiro)
Linhagem S é virulenta
(A cápsula de polissacarídeos impede
a detecção pelo sistema imunológico
do hospedeiro)
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Experimento de Griffith (1928)
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Competência
Final da fase logarítmica
Fatores de competência: Proteínas específicas
Algumas bactérias podem sofrer o processo de transformação 
naturalmente. 
Características da transformação
- Competência
- Presença de DNA livre no meio
- Ligação do DNA à célula receptora
- Entrada do DNA
- Integração e replicação do DNA
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Transdução
Ciclo lítico e ciclo lisogênico
- Ciclo lítico - adsorção, penetração, replicação,
montagem e liberação
- Ciclo lisogênico - adsorção, penetração,
integração e replicação
Fagos virulentos e temperados
Tipos de transdução
a) Generalizada - Qualquer fragmento do 
cromossomo da bactéria pode ser 
transferido
b) Especializada - Transferência de genes 
adjacentes ao profago
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Bacteriófagos
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Ciclo Lítico e Lisogênico
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Etapas do Ciclo Lisogênico
1. Ancoragem
2. Penetração
3. Circularização do DNA fágico
4. Integração por recombinação ao cromossomo bacteriano - Profago
5. Replicação com a multiplicação
6. Excisão do profago por recombinação e início do ciclo lítico
Conseqüências do Ciclo Lisogênico
Células lisogênicas são imunes à reinfecção pelo mesmo fago
Células hospedeiras podem apresentar novas características. Profagos
carregam fatores de virulencia ou toxinas. Ex: Corynebacterium diphtheriae
(carregam fago  que tem gene tox (toxina da difiteria), Clostridium
botulinum, Vibrião cholerae e Clostridium tetani
Torna possível a transdução especializada
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Transdução generalizada
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Transdução especializada
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Vírus
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Profa. Patrícia Gomes Cardoso
600 sp. são vírus de plantas – 2.000 doenças
Sarampo, hepatite, raiva, herpes, gripe
Febre hemorrágica – Ebola, Marburg e Sabiá
Influenza aviária, suína, febre aftosa
Importância na agricultura, pecuária e saúde pública
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Descoberta dos Vírus
Vírus – Veneno (Latim)
1796: Jenner- Vacina contra varíola
1892: Dmitri Iwanowski  filtrou a seiva de plantas infectadas com a
doença do mosaico do tabacoem um filtro de porcelana construído para
reter bactérias. O filtrado foi capaz de transmitir a doença para
plantas sadias.
1915 Twort na Inglaterra e Hérelle no Instituto Pasteur em Paris (1917)
descrevem a infecção de bactérias por bacteriófagos (ferramenta
importante na engenharia genética)
1935: Wendell Stanley isola o vírus do mosaico do tabaco
Microscópio eletrônico
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Características Gerais dos Vírus 
-Responsáveis por causar infecções em humanos, outros animais,
vegetais e bactérias.
-Visualizados somente por microscopia eletrônica
-São parasitas intracelulares obrigatórios
-São 10 a 100 vezes menores que bactérias (tamanho médio de 20 a
1000nm)
-Genoma constituído de DNA ou RNA
-Ácido nucleico é envolvido por uma cobertura proteica
-Incapazes de crescer independentemente em meios artificiais
-São capazes de transferir o genoma viral para outras células
-Eles dependem das células hospedeiras para replicação e geração de 
energia
-A estrutura viral completa é denominada Vírion
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Tamanho dos vírus
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Estrutura dos vírus
Capsídeo
Cobertura protéica que envolve o genoma viral. Constituído por subunidades 
protéicas múltiplas (capsômeros), específicas do vírus. Determinam a forma 
do vírus. Podem auxiliar na ligação do vírus a célula hospedeira. 50
Envelope
Em alguns vírus o capsídeo é coberto por um envelope. Este contém
proteínas codificadas pelo genoma viral juntamente com materiais derivados
de componentes normais do hospedeiro como a bicamada lipoprotéica
localizada externamente ao capsídeo. Envelopes podem apresentar espículas
que são glicoproteínas que se projetam da superfície do envelope auxiliando
na ancoragem do vírus à célula hospedeira. Podem ser utilizadas para a
identificação do vírus.
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Outros componentes 
- enzimas polimerases: replicação do ácido nucléico viral
ex. transcriptase reversa nos retrovírus
- lipídeos: fosfolipídeos, glicolipídeos, ác. graxos
ex. fosfolipídeos do envelope
- carboidratos: além dos açúcares dos ácido nucléico
ex. glicoproteínas nas espículas do vírus da gripe
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Ácidos nucléicos
Possuem DNA ou RNA, mas 
nunca ambos
DNA fita dupla
DNA fita única
RNA fita dupla
RNA fita única
Podem conter
3-4 genes – Parvovírus
Centenas – Herpesvírus
DNAfd
Circular – Símio 40
Linear - Herpesvírus
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Fitovírus Bacteriófago Vírus animal
Tipos de Vírus
Vírus Helicoidais: capsídeo cilíndrico - vírus da 
raiva
Vírus poliédricos: icosaedro – adenovírus e 
poliovírus
Vírus Envelopados: helicoidais ou poliédricos 
envelopados –Influenza, vírus do herpes
Vírus Complexos: estruturas complicadas –
bacteriófagos e poxvírus (varíola)
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Vírus influenza (gripe)
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Vírus influenza (gripe)
A cada 10 anos ocorrem
flutuações antigênicas
Provocadas por mutações
isoladas que alteram as 
proteínas H ou N
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Taxonomia dos vírus
1966-Comitê Internacional de Taxonomia dos Vírus (CITV) 
Reconhece cerca de 3000 espécies, 71 famílias,11 subfamílias e 175 
gêneros.
Espécie viral: grupo de vírus que compartilham a mesma informação
genética e o mesmo nicho ecológico
Gêneros (virus), famílias (viridae) ordens (ales)
Agrupamento baseado em:
– Tipo de ácido nucléico
– Modo de replicação
– Morfologia
O vírus Ebola é classificado da seguinte maneira:
– Ordem: Mononegavirales
– Família: Filoviridae
– Gênero: Ebolavirus
–Espécie: Zaire ebolavirus (Rio Ebola no Sudão e Zaire)
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Cultivo de vírus
1) Bacteriófagos: Cultura de bactérias em meio líquido e meio sólido- Método de
placas de lise: unidades formadoras de placas (UFP). Pode ser realizado a partir do
hábitat natural de microrganismos hospedeiros– esgotos/enterobactérias.
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2) Vírus de animais: 
a) Em ovos embrionados
Injeção do vírus no 
interior do ovo
Observação de 
lesão nas
membranas
Danos às células
embrionadas
Morte do embrião.
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b) Cultivos Celulares-Efeito citopático
c) Animais: Camundongos, coelhos, cobaias 
e primatas)
Inóculo do vírus
Observação dos sintomas da 
doença
Sacrifício
Análise dos tecidos para pesquisa 
de partículas virais
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3-Vírus de plantas-Fitovírus 
Infecção de plantas sadias por insetos, 
injúrias, grãos infectados, enxertos.
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Multiplicação de Vírus de Animais
•Ancoragem ou adsorção (receptores de superfície específicos do
envelope ou capsídeo)
•Penetração por endocitose ou por fusão (vírus envelopados) (fusão
do envelope + membrana da célula)
•Fagocitose pela célula hospedeira
•Decapsidação
•Biossíntese dos componentes virais (transcrição, tradução e
replicação)
•Maturação e Montagem no núcleo ou citoplasma
•Liberação por brotamento (vírus envelopados) (não ocorre lise
celular)
•Exocitose – canais especiais
•Brotamento
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Ancoragem  Penetração  Decapsidação
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Herpes Simplex Tipo I
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Liberação de vírus envelopados por brotamento
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O ciclo de um retrovírus. O genoma de RNA de ~ 8.500 nucleotídeos. A
enzima transcriptase reversa faz primeiro uma cópia de DNA, a partir da
molécula do RNA viral, e a seguir uma segunda fita de DNA, produzindo uma
cópia de DNA, a partir do RNA do genoma viral. A integração deste DNA
dupla-hélice no cromossomo da hospedeira, catalisada pela integrase viral, é
necessária para a síntese de novas moléculas de RNA viral pela RNA
polimerase da célula hospedeira.
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Efeito dos vírus animais nas células do hospedeiro
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Agentes Infecciosos semelhantes a vírus
Viróides
- menores agentes infecciosos conhecidos
- compostos somente de RNA simples (circular)
- sem capa protéica
- sem genes codificando enzimas
-total dependência do hospedeiro (localizados no núcleo: interferência direta
com a regulação gênica)
-Causam doenças em plantas
Viróide Causador do Afilamento do Tubérculo da Batata - PSTVd
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Agentes Infecciosos semelhantes a vírus
Príons (proteinaceous infectious particles)
- partícula protéica infecciosa
- não Possuem ácido nucléico
- localizam-se nas células do SNC (crônica)
- incubação longa (anos)
- alta resistência a UV e calor
- exemplos: kuru, scrapie (vaca louca) ou encefalopatia
espongiforme bovina
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Controle das doenças virais
Controle dos vetores
Imunização
Agentes químicos – interferon
Inibidores da síntese de proteínas virais
Análogos de peptídeos da proteína de fixação
Anticorpos neutralizantes do vírus
Inibição da biossíntese de nucleotídeos
Inibição de qualquer etapa de replicação
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Datas importantes - Teórica
*Segunda Chamada
- Somente com documento da Pró-reitora de Graduação e
comunicação prévia ao professor responsável.
22 fevereiro 2ª Prova Teórica (35%)
29 fevereiro
1ª e 2ª avaliações de segunda chamada
(horário de aula) *
15 março
Substitutiva (somente com 30% ou mais
de reprovação) – À confirmar