CAP 8 genéticabacteriana

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CAP 8 – GENÉTICA BACTERIANA
Estrutura e função do material genético
 A informação genética em uma célula é chamada de genoma, que inclui seus cromossomos e plasmídeos. 
Cromossomos são estruturas contendo DNA que transportam fisicamente a informação hereditária, eles que contém os genes (segmentos de DNA que codificam produtos funcionais). 
O DNA é uma macromolécula composta de unidades repetidas denominadas nucleotídeos, cada nucleotídeo consiste em uma base nitrogenada, uma desoxirribose e um grupo fosfato. 
O DNA dentro de uma célula existe como longos filamentos de nucleotídeos, retorcidos em pares, para formar uma hélice dupla; as duas fitas são mantidas juntas por ligações de hidrogênio entre suas bases nitrogenadas e complementares, devido o pareamento entre suas bases (A-T e G-C). 
A informação genética é codificada pela sequência de bases ao longo do DNA. 
O código genético é o grupo de regras que determina como uma sequência de nucleotídeos é convertida na sequência de aminoácidos de uma proteína. 
A estrutura complementar permite a duplicação precisa do DNA durante a divisão celular. 
Genótipo e fenótipo
Genótipo é a composição genética de um organismo, a informação que codifica todas as características particulares deste, ou seja, é sua coleção de genes, todo o seu DNA. 
Fenótipo refere-se às propriedades reais expressas, é a manifestação do fenótipo e a coleção de proteínas do organismo. 
DNA e cromossomos
As bactérias tipicamente possuem um único cromossomo circular consistindo de uma única molécula circular de DNA com proteínas associadas; este é recurvado e dobrado e está aderido à MP em um ou vários pontos. 
O sequenciamento e a caracterização molecular dos genomas são denominados genômica. 
O fluxo de informação genética
 
A replicação do DNA possibillita o fluxo de informação genética de uma geração para a seguinte. 
O DNA de uma célula se replica antes da divisão celular, de modo que cada célula-filha recebe um cromossomo idêntico ao da original. 
Dentro de cada célula realizando metabolismo, a informação genética contida no DNA é transcrita em RNAm e então traduzida em proteína.
Replicação do DNA
Uma molécula de DNA de fita dupla “parental’’ é convertida em duas moléculas filhas idênticas.
Requer a presença de muitas proteínas celulares que dirigem uma determinada sequência de eventos. 
Quando a replicação se inicia, o superenovelamento é relaxado pela topoisomerase ou girase.
As duas fitas de DNA parental são desenrolas pela helicase e separadas uma da outra em um pequeno segmento de DNA após outro. 
Os nucleotídeos livres presentes no citoplasma da célula são pareados das bases opostas da fita simples parental. *quaisquer bases incorretamente pareadas são removidas e substituídas pelas enzimas de replicação (DNA-polimerase), o que dá precisão ao processo.
Uma vez alinhado, o nucleotídeo recém-adicionado é unido à fita em crescimento por uma enzima denominada DNA-polimerase. 
O ponto no qual a replicação ocorre é denominado forquilha de replicação.
À medida que a forquila de replicação move-se ao longo da fita parental, cada uma das fitas simples desenroladas se combina ou pareia com novos nucleotídeos. 
A fita original e a fita-filha recém-sintetizada se enovelam formando uma nova molécula de DNA (devido a isso, a replicação é considerada semiconservativa). 
A forma como as duas fitas se encaixam decreta que a direção 5’- 3’ de uma fita vai ao encontro da direção 5’-3’ da outra fita; ou seja, enquanto a forquilha de replicação se movimenta ao longo do DNA parental, as duas novas fitas devem crescer em direções diferentes. 
Esse processo necessita de um grande gasto energético, e essa energia é fornecida pelos nucleotídeos. 
RNA e síntese proteíca
Transcrição
No processo de transcrição a informação genética é copiada do DNA e reescrita em uma sequência de bases de RNA,ou seja, é síntese de uma fita complementar de RNA a partir de um molde de DNA.
Há três tipos de RNA nas células bacterianas: RNAm (transporta a informação codificada para produzir proteínas específicas do DNA aos ribossomos, onde as proteínas são sintetizadas), RNAr (forma parte integral dos ribossomos) e RNAt (também está envolvido na síntese proteíca). 
O processo requer uma enzima denominada RNA-polimerase e um suprimento de nucleotídeos RNA. 
A RNA-polimerase liga-se ao DNA em um local denominado promotor. 
Somente uma das fitas de DNA serve como molde para a síntese de RNA para um dado gene; assim como o DNA, o RNA é sintetizado na direção 5’-3’. 
A síntese continua até que a RNA-polimerase atinja um local no DNA denominado região de terminação. 
Tradução
Processo em que a célula usa, então a informação codificada no RNAm para sintetizar proteínas específicas; é a decodificação da “linguagem’’ do ácidos nucleícos e a conversão da informação na “linguagem’’ das proteínas. 
A linguagem do RNAm está em forma de códons, que são grupos de três nucleotídeos. 
A sequência de códons em uma molécula de RNAm determina a sequência de aminoácidos que estarão na proteína a ser sintetizada; cada códon codifica um aa específico. 
Existem 64 códons possíveis mas somente 20 aa, devido a um processo conhecido como degeneração do código.
Dentre os 64 códons, existem 61 códons de iniciação (sense), que codificam os aa e 3 códons de terminação (nonsense ou códons de parada – UAA, UAG e UGA), que assinalam o fim da molécula de proteína. 
O códon de iniciação que inicia a síntese da molécula de proteína é AUG, que é o códon da metionina, ou no caso das bactérias, a formilmetionina. 
O local de tradução é o ribossomo, que se move ao longo do RNAm na direção 5’-3’, permitindo a exposição do códon de iniciação. 
As moléculas de RNAt reconhecem os códons específicos e transportam os aa requeridos; cada molécula de RNAt possui um anticódon, que é uma sequência de três bases complementar ao códon. 
Portanto, os componentes necessários para a tradução são: as duas subunidades ribossômicas, um RNAt com o anticódon UAC (complementar ao códon de iniciação de uma proteína), a molécula de RNAm a ser traduzida e fatores proteícos adicionais. 
A tradução termina quando um dos três códons de terminação é alcançado no RNAm; o ribossomo então, chega separado em suas duas subunidades e o RNAm e a cadeia polipeptidíca são liberados. 
Nas células procarióticas, a tradução do RNAm em proteína pode começar antes mesmo de a transcrição estar completa, pois como o RNAm é produzido no citoplasma, os códons de iniciação de um RNAm que estão sendo transcritos estão disponíveis aos ribossomos antes mesmo que a molécula integral de RNAm seja feita. 
A regulação da expressão gênica bacteriana
Como a síntese proteíca requer um gasto tremendo de energia, sua regulação é importante para economia energética celular. 
A célula conserva energia produzindo somente aquelas proteínas necessárias em um momento específico. 
Genes constitutivos não são regulados, seus produtos são constantemente produzidos em uma velocidade fixa. 
Repressão e indução
Mecanismos de controle genético que regulam a transcrição do RNAm e consequentemente, a síntese de proteínas a partir dele. 
Repressão é um mecanismo regulador que inibe a expressão gênica e diminui a síntese de proteínas; mediada por proteínas reguladoras denominadas repressoras, que bloqueiam a capacidade da RNA-polimerase de iniciar a transcrição dos genes reprimidos. 
A condição-padrão de um gene passível de ser reprimida é ligado. 
Indução é o processo que ativa a transcrição de um gene ou genes; uma substância que atua induzindo a transcrição de um gene é denominada indutor e enzimas que são sintetizadas na presença de indutores são enzimas indutíveis. Ex: lactose e alolactose - lactase
A condição-padrão de um gene indutível é desligado.
Mutação: alteração no material genético. 
Uma mutação é uma alteração na sequência de bases do DNA, que poderá, algumas vezes, causar uma alteração no produto codificadopor aquele gene. 
Pode ser desvantajosa, ou mesmo letal, se a célula perder uma característica fenotípica de que ela necessita. 
Pode também ser benéfica, por exemplo, se a enzima alterada codificada pelo gene mutante possuir uma atividade nova ou intensificada que beneficie a célula. 
Muitas são silenciosas (neutras), ou seja, não causam alterações na atividade do produto codificado pelo geneticamente. 
Existem vários tipos de mutações, o tipo mais comum é substituição de bases (ou mutação de ponto), em que uma única base em um ponto da sequência do DNA é substituída por uma base diferente. 
Se a substituição de bases resultar em uma substituição de aa na proteína sintetizada, essa alteração no DNA é conhecida como mutação missense. 
Se a substituição de bases cria um códon de parada no meio de uma mólecula de RNAm, esta impede efetivamente a síntese de uma proteína funcional completa, resulta em um códon sem sentido, sendo chamada de mutação nonsense. 
Além das mutações de pares de bases, existem também alterações no DNA denominadas mutações de fase de leitura, em que um ou alguns pares de nucleotídeos são removidos ou inseridos no DNA, podendo alterar a fase de leitura da tradução; estas quase sempre resultam em uma longa sequência de aa alterados e na produção de uma proteína inativa. 
Mutações que ocorrem na ausência da intervenção de agentes causadores de mutações, apenas devido a erros ocasionais feitos durante a replicação do DNA, são chamadas mutações espontâneas.
Os agentes no ambiente que produzem mutações direta ou indiretamente, ou seja, que podem reagir química ou fisicamente com o DNA potencialmente são denominados mutagênicos. Ex: mutagênicos químicos, radiação.
No mundo microbiano certas mutações resultam em resistência a antibióticos ou patogenicidade alterada.
Transferência genética e recombinação
Recombinação genética é a troca de genes entre duas moléculas de DNA, para formar novas combinações de genes em um cromossomo. Ex: Se a célula capturar um DNA exógeno (doador), parte dele poderá ser inserida no cromossomo celular e alguns genes transportados por esses cromossomos serão trocados, ou seja, o DNA será recombinado e o cromossomo carrega agora uma parte do DNA doador. 
Recombinação tem menos chances de destruir a função de um gene e pode unir combinações de genes que permitem ao organismo realizar uma função importante. 
Transferência gênica vertical ocorre quando os genes são passados de um organismo para seus descendentes.
As bactérias podem passar seus genes não somente para seus descendentes como para outros micróbios da mesma geração, fenômeno denominado transferência gênica horizontal. 
Em todos os mecanismos, a transferência envolve uma célula doadora, que dá parte de seu DNA total para uma célula receptora; uma vez transferida, parte do DNA do doador geralmente é incorporada ao DNA do receptor, o restante é degradado por enzimas celulares. 
A célula receptora que incorpora o DNA doador em seu próprio DNA é chamada recombinante. 
Transformação em bactérias
Durante esse processo, os genes são transferidos de uma bactéria para outra como DNA “nu” em solução.
Modelo do experimento de Griffith com os camundongos. Ver no livro pag. 235.
Na natureza algumas bactérias, após morte e lise celular, liberam seu DNA no ambiente, então, outras bactérias podem encontra-lo e, dependendo da espécie e das condições de crescimento, captar fragmentos do DNA e os integrar em seus próprios cromossomos, através de uma proteína (RecA), que se liga ao DNA celular e, então, ao DNA doador, causando troca de fitas.
Funciona melhor quando as células doadora e receptora são intimamente relacionadas. 
Quando uma célula receptora está em um estado fisiológico em que pode captar o DNA doador, é descrita como competente (possui alterações na parede celular que a tornam permeável a moléculas grandes de DNA). 
Uma célula receptora com essa nova combinação de genes é um tipo de híbrido ou célula recombinante.
Conjugação em bactérias
É mediada por um tipo de plasmídeo (fragmento circular de DNA que se replica de modo independente do cromossomo da célula). 
Difere da transformação em dois aspectos principais:
Requer o contato direto célula a célula.
As células em conjugação geralmente devem ser de tipos opostos de acasalamento (as células doadoras devem transportar o plasmídeo e as células receptoras normalmente não). 
O plasmídeo é replicado durante a transferência de uma cópia do filamento simples do DNA do plasmídeo para o receptor, onde o filamento complementar é sintetizado. 
Doadores transportando fatores F (de fertilidade) transferem o plasmídeo aos receptores (células F-), que, como resultado, tornam-se células F+.
Em algumas células transportando fatores F, o fator se integra ao cromossomo, convertendo a célula F+ em uma célula Hfr.
Quando a conjugação ocorre entre uma célula Hfr e uma célula F-, cromossomo da célula Hfr se replica e uma fita parental do cromossomo é transferida para a célula receptora e o DNA doador pode se recombinar com o DNA receptor, desse modo, pela conjugação entre esses dois tipos de célula, pode-se adquirir novas versões de genes cromossômicos; contudo, a célula permanece F-, pois não recebeu um fator F completo. 
Transdução em bactérias
Nesse processo, o DNA bacteriano é transferido de uma célula doadora para uma célula receptora dentro de um vírus que infecta bactérias, chamada de bacteriófago ou fago. 
Transdução generalizada: o DNA bacteriano, plasmidial e até mesmo o de outro vírus podem ser empacotados dentro do capsídeo proteíco do fago e transferidos para a célula receptora. 
Transdução especializada: somente certos genes bacterianos são transferidos. 
Plasmídeos e transposons
Plasmídeos
São fragmentos de DNA autorreplicantes, circulares, contendo genes; 
O fator F é um plasmídeo conjugativo que transporta os genes para os pili sexuais e para a transferência do plasmídeo para outra célula. 
Embora geralmente sejam dispensáveis, em certas condições os genes transportados pelos plasmídeos podem ser cruciais para a sobrevivência e o crescimento da célula. 
Plasmídeos de dissimilação codificam enzimas que ativam o catabolismo de certos açúcares e hidrocarbonetos incomuns. 
Fatores R (de resistência) são plasmídeos que transportam genes que conferem à célula hospedeira resistência a substâncias nocivas à bactérias; geralmente contém dois grupos de genes: fator de transferência de resistência (FTR – inclui genes para replicação do plasmídeo e conjugação) e determinante-r (possui os genes de resistência; codifica a produção de enzimas que inativam certas drogas ou substancias tóxicas).
Uma espécie bacteriana pode conjugar e transferir plasmídeos para outras espécies. 
Plasmídeos não conjugativos podem ser transferidos de uma célula para outra ao se introduzirem em um plasmídeo conjugativo ou em um cromossomo, ou por transformação quando são liberados de uma célula morta. 
Transposons
Pequenos fragmentos de DNA que podem se mover (ser transpostos) de uma região de uma molécula de DNA para outra (podem se mover de um local para outro no mesmo cromossomo, ou para outro cromossomo ou plasmídeo). 
À medida que os transposons se movem nos cromossomos, eles podem se inserir dentro dos genes, tornando-os inativos. 
Todos os transposons contem a informação para sua própria transposição; 
Transposons simples, denominados sequencias de inserção, contem somente um gene que codifica uma enzima (transposase, que catalisa a clivagem e a remontagem do DNA que ocorrem na transposição) e sítios de reconhecimento (sequencias curtas de DNA repetidas e invertidas, que a enzima reconhece como sitio de recombinação entre o transposon e o cromossomo). 
Transposons complexos transportam também outros genes não conectados ao processo de transposição. 
*plasmídeos como os fatores R frequentemente são compostos de um conjunto de transposons.