Micro - Genetica bacteriana 1

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GENÉTICA BACTERIANA
• Elementos celulares implicados na Genética Bacteriana:
Cromossomo bacteriano: único, cerca de 4,2x103kb (Escherichia coli); apresenta
poliaminas; não contém íntrons.
Plasmídeo: DNA extra-cromossômico de fita dupla, circular, autoreplicável, com 1/100
da extensão do genoma
F-pili: apêndice celular implicado na transferência de plasmídeos (comum em G-)
Ribossomos: cerca de 15.000/célula; 80% dispostos em polissomos; composto pelas
sub-unidades 30S (rRNA 16S + 21 proteínas) e 50S (rRNA 23S + 5S + 35 proteínas)
• Síntese protéica
DNA
transcrição
mRNA
tradução
tRNA
aa
30S
50S
mesossomo
F-pilus
plasmídeo
cromossomo
bacteriano
ribossomo
polissomos
• Variações fenotípicas
Resultam das adaptações das bactérias ao ambiente, são reversíveis; sem
comprometimento genético.
Ex: Serratia marcescens (37ºC – sem pigmentação 25ºC – vermelhas)
Bacillus spharericus (2% peptona – células vegetativas 0,1% peptona – esporos)
Gram positivos (cultura nova – células azuis cultura velha – células vermelhas)
• Variações genotípicas
Alterações na seqüência de nucleotídios; irreversíveis; MUTAÇÃO
™ mutação puntiforme: envolve um único par de bases
™ mutação por inserção
™ mutação por deleção
5’ 3’
G T A
(His)
5’ 3’
G T G
(His)
5’ 3’
G T T
(Gln)
A G A T T A C C A
 (Ser) (Asn) (Gly)
A G G A T T A C C A
 (Ser) (Gln) (Try)
G
A G G A T T A C C A
 (Ser) (Gln) (Try)
A G A T T A C C A
 (Ser) (Asn) (Gly)
™ transposições
• REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO EM BACTÉRIAS
OPERON lac
Em Escherichia coli a lactose, que é um dissacarídio composto por galactose e glucose, pode ser
empregada como fonte de energia, se for ativado o operon da lactose, denominado operon lac.
Esse operon é composto por três genes moduladores: um gene repressor (lacL), um gene
promotor (lacP) onde se acopla a mRNA polimerase, e um gene operador (lacO) que libera ou
retem a mRNA polimerase. Esse operon é composto por três outros genes funcionais: um gene que
codifica a enzima β-galactosidase (lacZ) que hidrolisa a molécula de lactose em glucose e
galactose, um gene para a enzima lactose-permease (lacY) que favorece a entrada da lactose para o
interior da célula, e um gene lacA que codifica a tiogalactosídeo-transacetilase, enzima responsável
pela eliminação dos galactosídeos não hidrolisados.
A G A T T A C C A C C A T T C G A G G
328pb 523.098pb
A G A T T A C C A C C A A T T A T T C G A G G
328pb 523.098pb
Caso 1: presença de glucose (pouco cAMP); ausência de lactose
lacL lacP lacO lacZ lacY lacA
mRNA
repressor
mRNA pol
OPERON sat
O Streptococcus mutans é a bactéria de maior importância na evolução do processo
carioso. Essa bactéria é capaz de desmineralizar o esmalte dental através da geração de
um ambiente ácido localizado, pela rápida glicólise dos açúcares da dieta em ácido
láctico. Em adição a essa acidogenicidade, o S. mutans está apto a tolerar a exposição
contínua ao choque ácido que pode abaixar o pH local, de 7,0 a 4,0 em cerca de 20
minutos após a ingestão de carboidratos. Essa aciduricidade apresentada pelo S. mutans
é um fenômeno multifatorial. Um mecanismo muito interessante envolve a disposição
de “bombas” dependentes de ATPase (na membrana citoplasmática) que eliminam os
Caso 3: ausência de glucose (muito cAMP); presença de lactose
lacL lacP lacO lacZ lacY lacA
mRNA
repressor
mRNA pol
lactose
β-galactosidase permease transacetilase
cAMP
Caso 2: presença de glucose (pouco cAMP); presença de lactose
lacL lacP lacO lacZ lacY lacA
mRNA
repressor
mRNA pol
lactose
Baixos níveis de mRNA funcional
cAMP
prótons H+ do citoplasma, mantendo o pH intracelular próximo de 7,5. A rápida síntese
e translocação dessas “bombas”, que têm natureza protéica, durante eventos de queda
brusca e continuada de pH, garante a homeostase e adaptação da célula ao ambiente
ácido que a envolve. A pronta translocação dessas proteínas é determinada por duas
proteínas denominadas Ffh e YlxM que estão dispostas num operon chamado de sat
(secretion and acid tolerance). A Ffh (fifty-four homologue) apresenta uma massa
molecular de 54kDa e é homóloga das partículas de reconhecimento de sinal (SRP)
dependentes de GTP, dos eucariotos, e que também estão envolvidas em processos de
translocação de proteínas na membrana citoplasmática de E. coli. A YlxM apresenta
uma massa molecular de 13,2kDa e sua função permanece incerta, porem com a forte
suposição de que seja uma proteína envolvida na secreção de outras macromoléculas.
Experimentos com mutantes afuncionais (knock-out) para o operon sat mostraram que
quando essas células são submetidas à um choque ácido (pH5,0) a transcrição desse
operon permanece constante, com os mesmos níveis de satmRNA transcritos a pH7,5.
Por outro lado, tipos selvagens de S. mutans elevam em até oito vezes a taxa de
transcrição desse operon quando em pH5,0.
Caso 1: cepa selvagem de S. mutans em pH7,5
satL satP satO ylxm ffh
mRNA
repressor
mRNA pol
Estímulo ácido
YlxM Ffh
Caso 2: cepa selvagem de S. mutans em pH5,0
satL satP satO ylxm ffh
mRNA
repressor
mRNA pol
Caso 3: cepa mutante (sat :: Tn917) de S. mutans em pH7,5
satL satP satO ylxm ffh
mRNA
repressor
mRNA pol
Estímulo ácido
Caso 4: cepa mutante (sat :: Tn917) de S. mutans em pH5,0
satL satP satO ylxm ffh
mRNA
repressor
mRNA pol
OBJETIVOS
Mostrar ao aluno de Odontologia as principais estruturas celulares que apresentam
relevância na Genética Bacteriana, princípios de mutação e os mecanismos de controle
da expressão gênica em procariotos.
PERGUNTAS
1. Quais fatores favorecem o “ganho de tempo” por parte das bactérias?
2. O que são mutações?
3. Quais as vantagens que o operon oferece para as bactérias?
4. Qual a importância do operon sat para o Streptococcus mutans?
5. Na síntese protéica, qual a função dos tRNAs?