Genetica Microbiana

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15/12/2014
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Universidade Federal de Sergipe
Centro de Ciências Biológicas e da Saúde
Departamento de Morfologia
Disciplina: Microbiologia Geral
Prof. Bruno Mello de Matos
Genética Microbiana
Estrutura e função do material 
genético
DNA
- nucleotídeos
- bases nitrogenadas (A, T, C, G)
- desoxirribose (pentose)
- fosfato
- adenina = timina
- citosina = guanina
- filamento duplo (complementares)
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DNA
RNA
- nucleotídeos
- bases nitrogenadas (A, U, C, G)
- ribose (pentose)
- fosfato
- citosina = guanina (vice-versa)
- timina = adenina 
- adenina = uracila
- filamento simples
Estrutura e função do material 
genético
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RNA
Genética
- ciência da hereditariedade
- estudos dos genes
- como eles transportam a informação
- como são replicados
- transmitidos entre organismos
- expressão em características particulares
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Genótipo e Fenótipo
Genótipo
- composição genética de um organismo
- informação que codifica as características de 
um organismo
- propriedades potenciais
- coleção de genes
Fenótipo
- propriedades reais expressas
- manifestação do genótipo
- capacidade de realizar uma reação química em 
particular
- conjunto de proteínas (enzimática ou estrutural)
Genótipo e Fenótipo
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DNA e cromossomos
Bactérias
- cromossomo único circular (DNA)
- superenovelado
- ligado a membrana plasmática
O fluxo da informação genética
- replicação DNA: fluxo da informação genética 
para geração seguinte
- DNA se replica antes da divisão celular
- cada célula recebe um cromossomo idêntico ao 
original
- metabolismo
- DNA transcreve RNAm
- RNAm traduz proteína
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O fluxo da informação genética
Replicação do DNA
- DNA parental origina 2 moléculas DNA filhas
- chave da replicação: fitas complementares
- enzimas específicas em cada etapa
- DNA polimerase
- replicação semiconservativa
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- nucleotídeos 
no citoplasma
Replicação 
do DNA
Replicação do DNA
Nucleosídeo
trifosfato
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Replicação do DNA
Replicação do DNA
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- replicação bidirecional ao redor do cromossomo
- duas forquilhas de replicação movendo-se em 
direções opostas
- forquilhas se encontram = replicação completa
- cópia se liga a membrana do lado oposto
Replicação do DNA
- erros de incorporação de bases (1 em 1010)
- capacidade de correção da DNA polimerase
- remoção da base incorreta
- inserção da base correta
- replicação precisa
Replicação do DNA
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RNA e síntese proteica
- transcrição 
- transcrição da informação do DNA
- síntese fita RNA a partir de um molde de DNA
- RNA polimerase
- geração do RNAm
RNA e síntese proteica
- local promotor (início)
- região de terminação (fim)
- RNAm carrega informação para síntese de 
proteínas
- tradução
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RNA e síntese proteica
Transcrição 
RNAm
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RNA e síntese proteica
- tradução
- linguagem do ácido nucleico para a 
linguagem das proteínas
- linguagem do RNAm = códons
- códon = sequência de 3 nucleotídeos
- cada códon codifica um aminoácido
Códons e 
aminoácidos
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RNA e síntese proteica
- 64 códons
- 20 aminoácidos
- degeneração
- permite alterações e mutações no DNA 
sem afetar a proteína produzida
- códon de iniciação
- códons de terminação
RNA e síntese proteica
- ribossomo: local de tradução
- RNAt
- reconhece o códon e transporta o 
aminoácido requerido
- anticódon (RNAt)
- sequência de 3 bases complementar ao 
códon
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RNA e síntese proteica
- ribossomo
- dirigir ordenadamente a ligação do 
RNAt ao códon e montar os aminoácidos 
em uma cadeia, produzindo a proteína
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Mutação
- alteração na sequência de bases do DNA
- erros durante a replicação do DNA
- alteração no produto codificado pelo gene
- gene que codifica enzima – mutação
- enzima inativa
- enzima menos ativa
- alteração na sequência de aminoácidos
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Mutação
- alteração desvantajosa, letal
- célula pode perder característica fenotípica 
importante
- alteração benéfica
- enzima com atividade nova
- enzima com atividade intensificada
Mutação
- mutações simples/silenciosas/neutras
- substituição de bases (mutação de ponto)
- mutações de fase de leitura
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Mutação
- mutação espontânea
- ausência de agente causador
- agentes mutagênicos
- ação direta ou indireta
- reação química ou física com DNA
- substâncias químicas
- raios X
- luz UV
Mutação
- resistência a antibióticos
- patogenicidade alterada
- membrana externa
- cápsulas
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Transferência genética e recombinação
Recombinação
- troca de genes entre duas moléculas de DNA
- eucariotos
- parte do ciclo sexual do organismo (vertical)
- procariotos
- diversas formas (vertical/horizontal)
Transferência genética e recombinação
- contribui para a diversidade genética
- fonte para a evolução
- mais benéfica que mutação
- menos chance de destruir a função do gene
- pode permitir realizar nova função importante
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Transformação em bactérias
- gene transferido de uma bactéria para 
outra como DNA “nu” em solução
- experimento de Griffith (1928)
- Streptococcus pneumoniae
- bactéria morta/lisada libera seu DNA
- bactéria competente capta o DNA
- integração ao cromossomo bacteriano
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Transformação em 
bactérias
Conjugação em bactérias
- mediada por plasmídeo
- fragmento de DNA que se replica de modo 
independente do cromossomo bacteriano
- plasmídeos são transferidos na conjugação
- requer contato direto célula-célula
- células de tipos opostos
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Conjugação em bactérias
- célula doadora: possui plasmídeo
- célula receptora: não possui plasmídeo
- pili ou contato
- pode haver transferência de fragmentos 
do DNA cromossomal
Conjugação em bactérias
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Transdução em bactérias
- transferência DNA bacteriano de célula doadora 
para célula receptora por meio de um 
bacteriófago (vírus)
- DNA viral e proteína são sintetizados
- DNA bacteriano, DNA plasmidial, DNA viral 
podem ser empacotados no capsídeo
- após liberação do fago, ele infecta outra 
bactéria e transfere o DNA
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Plasmídeos e Transposons
- fornecem mecanismos adicionais para 
modificação genética
- procariotos e eucariotos
Plasmídeos
- fragmentos DNA autorreplicantes
- circulares
- principalmente em bactérias
- micro-organimos eucarióticos
- Saccharomyces cerevisiae
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Plasmídeos
- em geral são dispensáveis
- em algumas situações podem ser cruciais
- catabolismo de substâncias incomuns
- sobrevivência em ambientes desafiadores
- plasmídeos que aumentam patogenicidade
- toxinas, bacteriocinas
Plasmídeos
- fator R (fator de resistência)
- resistência a antibióticos
- metais pesados
- toxinas celulares
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- fator R de Bacterioides fragilis
Transposons
- pequenos fragmentos de DNA que podem se 
mover/transpor de uma região da molécula de DNA 
para outra
- mecanismo natural 
- ocorrem em todos os organismos
- se movem dentro do mesmo cromossomo ou não
- se movem de cromossomo para plasmídeo
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Genes e Evolução
- atividade dos genes controladas por 
mecanismos internosda célula
- alterações nos genes
- mutação, transposição, recombinação
- diversidade aos descendentes das células
- diversidade 
- material para evolução
- seleção natural
Genes e Evolução
- seleção natural
- sobrevivência dos indivíduos mais 
adaptados a um ambiente específico
- micro-organismos atuais
- resultado da evolução
- modificação genética contínua
- adaptação a diferentes ambientes