AULA 7 GENÉTICA BACTERIANA (1)

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GENÉTICA BACTERIANAGENÉTICA BACTERIANA
AULA 7AULA 7
PROFESSORA: MARIA CRISTINA PAMPLONA DA SILVAPROFESSORA: MARIA CRISTINA PAMPLONA DA SILVA
�Genoma: é todo o material genético de um ser
vivo.
�O Mycoplasma é a bactéria com menor genoma.
�Tamanho do genoma: vírus < bactéria < célula
eucariótica.
CONCEITOS BÁSICOS CONCEITOS BÁSICOS 
�Código genético: um conjunto de instruções que
define a relação entre os aminoácidos adicionados
e as sequências de nucleotídeos. A cada grupo de
três nucleotídeos – que chamamos de códon –
corresponde um aminoácido.
�Gene: sequência de DNA que codifica uma
proteína.
�Cromossomo: longa sequência de DNA que
apresenta vários genes.
�Genótipo: informação genética do organismo; A
CONCEITOS BÁSICOS CONCEITOS BÁSICOS 
�Genótipo: informação genética do organismo; A
célula bacteriana é a menor entidade viva
autossustentável governada por informações
genéticas.
�Fenótipo: O fenótipo são as características
observáveis ou caracteres de um organismo como,
por exemplo: morfologia, desenvolvimento, etc
CONCEITOS BÁSICOS CONCEITOS BÁSICOS 
�Genótipo:
� Procariotos: cromossomo + qualquer DNA presente
� Eucariotos: cromossomo + DNA organelas
(mitocôndrias e cloroplastos)
�Fenótipo: genótipo + meio ambiente
Ex. Azomonas spp.
meio com sacarose: colônias mucosas e grandes
meio sem sacarose: colônias secas e pequenas
DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIADOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA
ELEMENTOS CELULARES ENVOLVIDOS NA ELEMENTOS CELULARES ENVOLVIDOS NA 
GENÉTICA BACTERIANAGENÉTICA BACTERIANA
Bactérias: Bactérias: 
�Possuem um cromossomo �Possuem um cromossomo 
�Não possuem membrana nuclear
�Não possuem fuso mitótico
�Não possuem histonas e íntrons
� Nucleoide ou cromossomo bacteriano: DNA.
�Contém: todas informações necessárias para a
sobrevivência da célula e é capaz de
autoduplicação.
� DNA extra-cromossomal:
� Plasmídios: Moléculas extra-cromossomais
circulares de DNA encontradas em muitas
espécies bacterianas. Podem ser removidos das
células sob condições de estresse;
�Conferem vantagens seletivas;
�A replicação pode ocorrer durante a replicação
bacteriana ou na conjugação.
RibossomosRibossomos
� Compostos de RNAr (60%) e proteínas (40%).
� Cerca de 80% dos ribossomos estão na forma de
polirribossomos.
Reprodução bacterianaReprodução bacteriana
DIVISÃO BINÁRIA DIVISÃO BINÁRIA 
OU OU 
CISSIPARIDADECISSIPARIDADE
OUOU
As bactérias geralmente 
reproduzem-se 
assexuadamente por 
divisão binária ou 
cissiparidade ou 
bipartição. Nesse 
processo reprodutivo 
ocorre à replicação do 
OUOU
BIPARTIÇÃOBIPARTIÇÃO
ocorre à replicação do 
cromossomo e uma única 
célula divide-se em duas; 
em seguida ocorre a 
divisão do cromossomo 
bacteriano replicado e o 
desenvolvimento de uma 
parede celular 
transversal. 
CISSIPARIDADE OU BIPARTIÇÃOCISSIPARIDADE OU BIPARTIÇÃO
� As bactérias não têm reprodução sexual no mesmo
sentido que os eucariontes.
� Assim, as bactérias não possuem:
�Alternância de gerações;
�Gametas;
�Meiose.
� As bactérias apresentam dois mecanismos
de variabilidade genética:
� a mutação;
�e a recombinação, a qual pode se dar por
transformação, conjugação ou transdução.
MutaçãoMutação
� Alterações na sequência de nucleotídeos podendo
modificar o produto;
� São irreversíveis;
� Ocorre durante a replicação do cromossomo
bacteriano;
� Podem ser neutras, desvantajosas ou benéficas;� Podem ser neutras, desvantajosas ou benéficas;
� Processo vertical;
� Ocorrem ao acaso e, portanto podem aparecer
bactérias com resistência a um antibiótico sem ter
entrado em contato com este.
�As mutações podem ser:
Por deleção: perda de uma ou mais bases 
Por inserção: adição/ incorporação de uma ou mais bases 
Por inserção: adição/ incorporação de uma ou mais bases 
Pontuais: resultado de substituições em pares de bases envolvendo 
apenas um ou alguns poucos nucleotídeos
MUTAÇÕESMUTAÇÕES
� - As bactérias podem testar bilhões de mutações em
pequenos intervalos de tempo.
� - O ser humano deve levar cerca de 25 anos para
testar uma mutação.
Isolamento de mutantes
• Qualquer característica de um organismo pode ser modificada por
meio de mutações.
• As mutações podem conferir ou não vantagem a um micro-
organismo.
Mutações podem ser detectadas pela simples inspeção visual
Mutantes resistentes a um antibiótico
Mutantes pigmentados e despigmentados
de Aspergillus nidulans
VáriosVários agentesagentes podempodem aumentaraumentar aa
frequênciafrequência dasdas mutaçõesmutações::
� Químicos: análogos de bases, agentes que
Agentes mutagênicosAgentes mutagênicos
reagem com o DNA
� Físicos: radiações, raios-X, luz UV
� Elementos transponíveis: Transposons
Recombinação genéticaRecombinação genética
�Processo de variabilidade genética
que envolve material genético
exógeno.
Processo horizontal.�Processo horizontal.
�Ocorre durante os processos de
conjugação, transformação ou
transdução.
Transformação genéticaTransformação genética
�Transferência de um pedaço de DNA
de uma célula morta para uma célula
viva.
�Em 1928, Griffith descobriu um�Em 1928, Griffith descobriu um
Streptococcus pneumoniae sem
cápsula, sendo que as colônias lisas
eram aquelas de bactérias
encapsuladas e as colônias rugosas
eram de bactérias sem cápsula.
ConjugaçãoConjugação
� Processo de transferência de DNA de uma bactéria
para outra, envolvendo o contato entre duas células.
� A conjugação é mediada por um plasmídio,
(fragmento circular de DNA, com capacidade para a
autorreplicação).
TransduçãoTransdução
� Incorporação de DNA de outra célula bacteriana tendo
como vetor um bacteriófago ou fago.
� Fago virulento: fago que leva a célula ao ciclo lítico (causa
infecções).
� Fago transdutor: fago com genoma da célula bacteriana
incorporado, transfere gene de uma célula para outra
célula.
EXPRESSÃO GÊNICA EXPRESSÃO GÊNICA 
E E 
ENGENHARIA GENÉTICAENGENHARIA GENÉTICA
Expressão GênicaExpressão Gênica
�Refere-se ao processo em que a
informação codificada por um determinado
gene é decodificada em uma proteína.
�Teoricamente, a regulação em qualquer
uma das etapas desse processo pode levar
a uma expressão gênica diferencial dos
genes que codificam proteínas e dos genes
que codificam RNAs funcionais.
Diferentes etapas do fluxo da Diferentes etapas do fluxo da 
informação gênicainformação gênica
PROTEÍNA 
ESTABILIDADE DO RNA ESTABILIDADE DO RNA 
DNA RNA RNAm PROTEÍNA PROTEÍNA PROTEÍNA FUNCIONAL 
TRANSCRIÇÃO TRANSCRIÇÃO PROCESSAMENTO PROCESSAMENTO TRADUÇÃO TRADUÇÃO PÓSPÓS--TRADUÇÃO TRADUÇÃO 
A expressão desnecessária de 
genes e a consequente produção
de proteínas resultariam em um 
gasto energético muito grande. 
Então podemos concluir que é Então podemos concluir que é 
vantajoso regular a transcrição, 
modulando assim os níveis de 
RNAs que são produzidos em um 
determinado momento da vida 
daquela célula.
�Operon:
� Conjunto de genes estruturais organizados em
sequência e sob o controle de um único promotor.
�A RNA polimerase transcreve, a partir do promotor
comum, todos os genes estruturais.
�Os quais são traduzidos nas proteínas codificadas
pelos genes.
�Ex. Operon-LAC (Operon da Lactose)
* RNA mensageiro que promove a síntese de mais de
uma proteína.
OperonOperon
mRNA policistrônico: 
1 promotor 1 mRNA várias proteínas traduzidas
Controle da Expressão GênicaControle da Expressão Gênica
A expressão de uma proteína pode ser:A expressão de uma proteína pode ser:
�Constitutiva: Constantemente expressa.�Constitutiva: Constantemente expressa.
�Induzida: Expressa quando necessária.
Existem dois tipospossíveis de Existem dois tipos possíveis de 
regulação da transcriçãoregulação da transcrição
1. Controle positivo: o produto do gene regulador
é necessário para ativar a expressão de um ou
mais genes estruturais. Nesse caso, o produto
do gene regulador é chamado ativador.do gene regulador é chamado ativador.
2. Controle negativo: o produto do gene regulador
é necessário para desativar a expressão de genes
estruturais. Aqui o produto do gene regulador é
chamado repressor.
OPERON LACOPERON LAC
Modelo Modelo de regulação da transcriçãode regulação da transcrição
em em E. coli E. coli ao estudar o mecanismo de ao estudar o mecanismo de 
utilização da lactose como fonteutilização da lactose como fonte
de carbono por essa de carbono por essa bactéria, SEGUNDObactéria, SEGUNDO os os 
pesquisadores François Jacob e Jacques pesquisadores François Jacob e Jacques 
Monod, Em 1961Monod, Em 1961
Os três genes estruturais são Os três genes estruturais são 
lacZlacZ, , lacYlacY, e , e lacAlacA::
•lacZ codifica a β-galactosidase, degrada
lactose em glicose e galactose.
•lacY codifica a permease de β-galactosídeos,•lacY codifica a permease de β-galactosídeos,
bombeia a lactose para dentro da célula.
•lacA codifica a transacetilase de β-
galactosídeos, uma enzima que transfere um
grupo acetil de acetil-CoA a beta-galactosídeos.
ENGENHARIA GENÉTICAENGENHARIA GENÉTICA
APLICAÇÕES BIOTECNOLÓGICAS APLICAÇÕES BIOTECNOLÓGICAS 
DE DE 
MICROMICRO--ORGANISMOSORGANISMOS
� Produção de enzimas ;
� Produção de alimentos como: picles, chucrute, 
queijo, iogurte, etc;
� Produção de ácido acético, ácido láctico, etc.
� Produção de inseticidas;
� Produção de vacinas;Produção de vacinas;
� Produção de antibióticos;
� Produção de etanol;
� Produção de aminoácidos;
� Produção de solventes.
�As enzimas tanases são utilizadas principalmente na
Indústria alimentícia, como alternativa para melhorar o sabor
dos alimentos.
�A presença de taninos em sucos de frutas, vinhos e chás
geram grandes perdas para as indústrias, pois são
responsáveis pela turbidez nos sucos e chás e adstringência
nos vinhos.
Produção de enzimas 
nos vinhos.
�Em adição, as tanases têm um uso potencial na
clarificação de cerveja, sucos de frutas, prevenção da
maderização em vinhos e sucos de frutas.
�Micro-organismos (fungos) têm capacidade de produzir
tanase e lipase, enzimas de interesse, empregando um
processo de fermentação [em estado sólido] com farelo
de trigo.
�As inulinases são produzidas por vários
micro-organismos, como fungos, leveduras e
bactérias, elas atuam clivando a inulina,
presente em muitas plantas, liberando fruto-
oligossacarídeos (endoinulinases) e frutose
livre (exoinulinases).
�A frutose produzida pela clivagem da�A frutose produzida pela clivagem da
inulina de plantas é utilizada na dieta por
pessoas diabéticas.
�Os fruto-oligossacarídeos produzidos são
considerados compostos prebióticos
estimulam o crescimento da microbiota).
O mercado de enzimas é considerado hoje
o mais promissor para as indústrias
farmacêuticas.
Hoje a diversificação de aplicação de enzimas
nas ciências farmacêuticas vão desde auxiliar:
� em digestão (α-amilase, bromelina, celulase,
lipase, papaína, pepsina, tripsina, quimiotripsina);
�debridamento e cicatrização de feridas
(colagenase, desoxirribonuclease);
�terapia anti-câncer (L-asparaginase).
Inseticidas Biológicos
�O controle biológico consiste na ação de inimigos naturais na manutenção
de densidade baixa de determinada população. O controle biológico pode
ser natural, ocorrendo sem a intervenção do homem, ou aplicado, quando o
homem introduz inimigos naturais com a finalidade de controlar determinada
praga.
�Sendo assim, a utilização de predadores, parasitóides ou agentes de�Sendo assim, a utilização de predadores, parasitóides ou agentes de
controle microbiano (fungos, bactérias, vírus, protozoários) ainda continua
uma alternativa viável e segura, desde que acompanhada de estudos
básicos e técnicas que permitam a sua utilização de maneira eficiente.
�As duas espécies mais estudas são Bacillus thuringiensis israelensis e
Bacillus sphaericus, que possuem elevadas propriedades larvicidas. Ambas
produzem endotoxinas proteicas, as quais. quando ingeridas pelas larvas,
atacam e destroem o epitélio do estômago, levando-as à morte.
TÉCNICAS DA TÉCNICAS DA 
ENGENHARIA GENÉTICAENGENHARIA GENÉTICA
Insulina e bactériasInsulina e bactérias
�Um bom exemplo disto é a produção de insulina
por meio da engenharia genética.
�Com a tecnologia do DNA recombinante, é
possível obter organismos com características
novas ou ainda não existentes na natureza. Desse
modo, células de bactérias podem ser
programadas para produzir a insulina. Esteprogramadas para produzir a insulina. Este
hormônio (insulina) é de suma importância para
controlar a taxa de açúcar no sangue, garantindo
níveis apropriados à sobrevivência humana.
�Há algumas décadas, pessoas diabéticas
dependiam da insulina retirada de cadáveres e,
posteriormente, do pâncreas de suínos.
PRODUÇÃO DE INSULINA RECOMBINANTE