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Vírus, Plasmídeos e Transpósons - Como as células trocam material genético independentemente da reprodução sexuada? O que é vírus ? • São partículas infectivas. • Consistem de uma molécula de DNA ou de RNA • Empacotada em um capsídeo proteico que nos vírus envelopados é circundado por uma membrana constituída por uma bicamada lipídica. Inicialmente, acreditava-se que... • a capa externa de um vírus era constituída por apenas um único tipo de proteína. • As infecções se iniciavam com a desmembramento do cromossomo viral. • Seguida pela replicação, dentro da células hospedeiras, para formar copias idênticas. • O mRNA, codificadas pelos vírus, efetuavam as cópias de proteínas da capa. • Assim a montagem ocorreria de forma espontânea. Montagem do envelope / Processo de brotamento • A proteína do capsídeo, contem mais do que um tipo de cadeia polipeptídica. • Em muitos vírus, essa proteína circundada por uma bicamada de membrana lipídica que contem proteínas. • O envelope é adquirido através de um processo de brotamento. • Tal permite que as partículas virais saiam da célula sem romper a membrana plasmática, não matando a célula. Qual a origem da bicamada lipídica? • Derivadas de estruturas celulares , como organelas e membrana plasmática . • Nela possui proteínas que são unicamente codificadas pelo genoma viral. Bacteriófago T4, vírus de DNA que infecta E.coli. Vírus X da batata. Genoma de RNA. Adenovírus, um vírus de DNA que infecta células humanas. Influenza, vírus animal de RNA. Genomas virais: RNA ou DNA A replicação do genoma ocorre através da formação de fitas complementares... Nos de DNA: • Codificam proteínas que iniciam a síntese de seu próprio DNA. • Assim reconhece no vírus uma sequencia particular de nucleotídeo, que funciona como origem de replicação. • Essas proteínas se ligam e atraem as enzimas de replicação da células hospedeira. • Porém, há uma complexidade de replicação das extremidades de uma molécula de DNA, já que a enzima DNA polimerase não pode iniciar a síntese na ausência de um iniciador. Como solucionar este problema? • Alguns tem genomas de DNA circular, ou seja não possuem extremidades. • Outros são linear que repetem suas sequencias terminais. • E outros mais, possuem proteínas terminais especiais que servem como iniciadores da DNA polimerase diretamente. Nos RNA: • O processo de replicação é catalisado por RNA polimerase específicas dependentes de RNA (replicase). • Estas enzimas são codificadas pelo cromossomo RNA viral e incorporado à progênie dos vírus. • Assim, após a entrada do vírus na células, elas podem imediatamente iniciar a replicação do RNA viral. • As replicases são sempre empacotadas dentro do capsídeo dos vírus de fitas negativas. • Assim chamados porque a fita simples infectiva não codifica proteína. • Os RNA fitas positivas, funcionam como mRNA e produzem uma replicação assim que entram na célula. Estrura do Semliki forest vírus. Processo de infecção viral • Inicia-se quando uma proteína do envelope do vírus se liga a de uma célula hospedeira. • O vírus utiliza a via endocíta normal da célula e penetra através de endocitose. • Mediada por receptores vai para os endossomos. • Porém, ao invés de serem transportados para os lisossomos, escapam graças às propriedades de uma das proteínas do envelope. • Essa proteína entra em contato com o PH ácido do endossomo, faz com que o envelope se funda a membrana do endossomo. • Libera o nucleopasídeo ao citosol. • Ficando desencapado o nucleopasídeo libera o RNA viral, que é traduzido pelos ribossomos para produzir uma RNA polimerase. • Este processo produz muitas cópias do RNA viral. Alguns destes vão servir de mRNA para dirigir a síntese de proteína estrutural do vírus. • As proteínas recém sintetizadas, do capisídeo e do envelope, seguem vias distintas no citoplasma. • As do capsídeo são sintetizadas pelos ribossomos que não estão ligados a membrana. • Se liga ao RNA viral recém replicado para formar novos nucleopasídeos. • As proteínas do envelope são sintetizadas nos ribossomos ligados ao RE. Onde são glicosilados, transportadas para o aparelho de Golgi, e então transportadas a membrana plasmática. • Os nucleopasídeos e as proteínas do envelope se encontram na membrana plasmática. • Finalmente, o brotamento se contrai e um “novo’’ vírus é liberado. Provírus • Muitos vírus passam por um estado latente, pelo qual seus genomas estão presentes na célula, porém inativos. • Experimentos mostraram que bactérias lisogênicas carregavam em seu cromossomo viral dormente, porém completo. • Denominados Provírus; • O bacteriófago Lambda, por exemplo. Infecta uma E.coli. hospedeira e se multiplica para induzir várias centenas de partículas de sua progênie. • São liberados quando as bactérias se lisam. • A multiplicação do bacteriófago se multiplica por uma via lítica ou lisogênica. • Quando o bacteriófago esta crescendo em lisogenia, causa lesões na célula fazendo que o DNA viral saia do cromossomo da célula hospedeira passando para o ciclo lítico. Vírus Tumorais de DNA • As células animais, como as bactérias, podem oferecer ao vírus uma alternativa ao crescimento lítico. • Nas células permissivas: podem permitir que o vírus de DNA se multiplique liticamente, matando – as. • Já as não permissivas permitem que os vírus de DNA as penetre mas ao contrario das permissivas, o cromossomo viral se integra ao genoma da célula. • Essas células se tornam cancerosas. • Porque o cromossomo integrado, se replica junto com o cromossomo da célula hospedeira. • Assim ocorre uma mudança genética, fazendo com que ela se prolifere descontroladamente. Retrovírus/ Vírus tumorais de RNA • É uma família de vírus que possuem genoma constituído por RNA fita simples senso positivo e que replicam o RNA viral por meio de um processo denominado transcrição reversa, onde moléculas de DNA dupla fita (dsDNA) são geradas a partir de RNA, pela ação da enzima transcriptase reversa. • A transcritase reversa é uma DNA polimerase incomum que usa tanto RNA quanto DNA como molde. • É empacotada dentro da cada capisídeo viral. • Quando o RNA fita simples do retrovírus entra na célula, a transcritase reversa faz primeiro uma cópia de DNA a partir da fita RNA formando uma fita hibrida. • Depois é usada para fazer duas fitas de DNA. • As extremidades da molécula de DNA viral são reconhecidas por uma integrase codificada pelo vírus que catalisa a inserção do DNA viral em qualquer sítio. • A próxima etapa é a transcrição do DNA viral integrado pela RNA polimerase da célula, produzindo numerosas moléculas de RNA viral idênticas as do genoma original infectado. • Estas moléculas de RNA são traduzidas para produzir as proteínas do capisídeo, do envelope e transcritase que são montadas com o RNA em novas partículas. Plasmídeos • São pequenos fragmentos de ácidos nucleicos que desenvolveram a capacidade de se multiplicarem independentemente dos cromossomos da célula hospedeira, carregando consigo informações genéticas (e até mesmo novos genes). • Os plasmídeos ocorrem tanto em formas de RNA quanto de DNA, e como os vírus contêm uma sequencia de nucleotídeos especiais que funciona como origem de replicação. • Essas moléculas extra cromossômicas podem ter um baixo ou alto peso molecular, fatoreste que irá determinar o número total de cópias que podem ser feitas a partir de um único plasmídeo. • Esta relação é inversamente proporcional, ou seja, quanto maior o peso molecular menor o número de cópias a serem feitas. Classificação dos Plasmídeos • Propriedades de transferência • Plasmídeos conjugativos : são aqueles que mediam a conjugação. Esses plasmídeos são em geral grandes e têm todos os genes necessários à sua replicação autonoma e para a transferência do DNA para o recipiente (ex. genes para o pilus sexual). • Plasmídeos não-conjugativos: são aqueles que não mediam a conjugação. Eles são normalmente menores que os plasmídeos conjugativos e não têm um ou mais dos genes necessários para a transferência de DNA. Um plasmídeo não- conjugativo pode ser transferido por conjugação se a célula já abriga um plasmídeo conjugativo. Tipos de plasmídeos • Plasmídeo F e F’: esse tipo de plasmídeo é responsável pela fertilidade das bactérias. • Plasmídeo R (ou RTF): esse tipo de plasmídeo confere a resistência bacteriana aos antimicrobianos. • Plasmídeo COL (ou colicinogênico): já este tipo está intimamente relacionado à fixação do nitrogênio no solo, ele é responsável por esta fixação. Elementos Transponíveis • Barbara McClintock • São sequencias de DNA que diferem dos vírus na capacidades de se multiplicarem somente na célula hospedeira e na sua progênie. • Pode –se considera-los como parasitas diminutos escondidos em cromossomos. • Cada elemento é ocasionalmente ativado a se mudar para outro sítio de DNA na mesma célula por um processo de transposição. • Não se sabe o que aciona subitamente o seu deslocamento. • Uma grande família de elementos transponíveis utiliza um mecanismo que é indistinguível da parte do ciclo de vida de um retrovírus. • Um dos mais estudados é o Tyl de leveduras, porém não tem uma capa proteica e portanto só pode se deslocar dentro de uma única célula e de sua progênie. A troca de material genético entre células bacterianas • Conjugação, que é o . acasalamento ou troca quase sexual de informação genética de uma bactéria (o doador) para outra bactéria (o receptor); • Transformação, que resulta na aquisição de novos marcadores genéticos por incorporação de DNA estranho ou exógeno; • Transdução, que é a transferência de informação genética de uma bactéria para outra através de um bacteriófago. E. coli (bastonete procariota) realizando conjugação. O mecanismo da transdução especializada O mecanismo da transdução generalizada 1. Duas subunidades separadas das transposases que se ligam às sequencias específicas nas duas extremidades do transpósons. 2. As duas subunidades então se juntam para formar um dímero ativo que catalisa uma série de reações levando à excisão do transpósons. 3. O complexo transposase- transpóson liga-se então ao DNA-alvo onde a transposase catalisa a reação requerida para integrar o transpóson em sua nova residência. • A análise de sequências dos transpósons indica que a sequencia presente em uma extremidade oposta mas em uma orientação oposta. • Essas repetições terminais são reconhecidas pelas transposases e são requeridas pela transposição. • A integração do elemento cria uma pequena duplicação no DNA-alvo que flanqueia o elemento transponível no local da inserção. Referências • Alberts,B. et al.: Biologia Molecular da Célula, 3 ed. Garland Press, 1994. • L.C. Junqueira, José Carneiro. – 8.ed. – Rio de Janeiro : Guanabara Koogan, 2005 il. ; • Karp, Gerald Biologia Celular e Molecular: conceitos e experimentos/ Gerald Karp; [ tradução de Maria Dalva Cesario...et al.]. - Barueri, SP: Manole,2005 il. • http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA9GgAG/ genetica-bacteriana • http://pathmicro.med.sc.edu/portuguese/chapter_ 8_bp.htm
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