Hereditariedade e Mutações

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
Departamento de Microbiologia
MBI 100 – Microbiologia Geral
Genética Microbiana
Hereditariedade e 
Mutações
Objetivos
Ao final desta aula o estudante deverá ser capaz de:
• Reconhecer a importância dos micro-organismos
em estudos genéticos
• Diferenciar alterações genotípicas de fenotípicas
• Reconhecer os tipos de mutações e suas
consequências
• Reconhecer agentes mutagênicos físicos, químicos
e biológicos
• Descrever os métodos de isolamento e
caracterização de mutantes
• Importância da genética
• Papel dos micro-organismos em estudos 
genéticos
Introdução
A sobrevivência 
de uma espécie 
depende da sua 
capacidade de 
auto-replicação.
Etapas do fluxo da informação genética
• A informação 
genética de todos 
os organismos 
celulares é 
codificada pelo 
DNA
• Código genético é 
universal
• Mecanismos de 
replicação e 
expressão do 
material genético 
são semelhantes
DNA polimerase, 
Helicase, Primase, 
Ligase, DNA girase
RNA polimerase 
DNA dependente
mRNA, Ribossomos, 
tRNA (anticódon)
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Localização e principais tipos de elementos 
genéticos de organismos celulares e de vírus
Eucariotos Procariotos
Vírus
Vários 
cromossomos 
lineares
Mitocôndria
(moléculas de 
DNA circular)
Cromossomo circular único
Genoma viral (DNA) Genoma viral (RNA)
Cloroplastos
(moléculas de 
DNA circular)
Plasmídeos 
lineares ou 
circulares
Plasmídeos 
circulares
Organização gênica e fluxo da informação 
genética em procariotos
Transcrição e Tradução em Bactérias
Organização 
gênica e fluxo 
da informação 
genética em 
eucariotos
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Cromossomo Bacteriano
Primeiro genoma bacteriano 
sequenciado (1995).
Haemophilus influenzae
Escherichia coli
• Circular
• Molécula de DNA fita 
dupla
• Replicação 
semiconservativa
• Não apresenta 
membrana nuclear
• Genoma haplóide
Cromossomo 
Bacteriano
Forquilha 
de 
replicação
Forquilha 
de 
replicação
Divisão 
celular
Origem da 
replicação
Término da 
replicação
Replicação semi-
conservativa
A informação genética pode ser
utilizada de duas formas Fontes de variabilidade genética
em micro-organismos
1) Mutações gênicas e mutantes
Mutações espontâneas e induzidas
• Genótipo e fenótipo
• Alterações genotípicas e fenotípicas
2) Recombinação genética
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Mutação
Alteração herdável na sequência de bases do 
genoma de um organismo. 
•Mutações de ponto:
- Substituições de pares de bases
- Inserção ou deleção de um par de bases
• Mutações envolvendo muitos pares de bases:
- Deleções
- Inserções
- Translocações e inversões
Segunda letra do códon
Primeira
letra do 
códon
(final 5’)
Código genético é degenerado
Nem todas 
as alterações 
gênicas irão 
resultar em 
proteínas 
alteradas!!
Códons 
de parada
Códon 
iniciador
Códon:
3 bases = 1 Aa
Substituição de pares de bases
•Mutação errônea ou de sentido trocado
•Mutação sem sentido
•Mutação silenciosa
Mutação de Ponto
5’…T A C …
…A T G …5’
A A C T A G T A T T A C
T T G A T C A T A A T G 
A A C U A G U A U U A C
Asparagina Parada Tirosina Tirosina
Transcrição
(mRNA)
Tradução
(Proteína)
Mutação
Replicação normal
Tipo selvagem
(códon de tirosina)
Proteína
alterada
Proteína
incompleta
Proteína
normal
Proteína
normal 
Mutação 
silenciosa
Mutação
errônea ou de 
sentido trocado
Mutação 
sem sentido
Tipo 
selvagem
Gene
(DNA)
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Deslocamento do quadro de leitura
- Perda de nucleotídeos
- Inserção de nucleotídeos
Sequência original (Fase de leitura normal)
Deleção de uma base (G)
Sequência alterada de aminoácidos
(Fase de leitura alterada)
Inserção
Deleção
Alterações fenotípicas
Ex: Produção de pigmentos em
Serratia marcescens
Ex: Produção de -galactosidase por 
E. coli na presença de lactose
Causada por modificações nas condições 
ambientais; são alterações reversíveis do 
fenótipo
Serratia marcescens
37ºC 28ºC 
Agentes Mutagênicos
- Agentes físicos
Luz ultravioleta
Radiação ionizante (ex: raios X)
- Agentes químicos
Análogos de bases
Agentes químicos que reagem com o DNA
- Agentes biológicos
Elementos transponíveis
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Efeito da
luz ultravioleta e 
mecanismo de 
reparação
Análogos de bases
Incorporado como Timina; 
pareamento incorreto com 
Guanina (AT  GC)
Incorporado como Adenina; 
pareamento incorreto com 
Citosina (AT  GC)
Ácido nitroso (HNO2)
Reage com o DNA causando desaminação de adenina e 
citosina. Causa substituição (transição) de ATGC e GCAT
Tipos de elementos transponíveis:
- Sequências de inserção
- Transposons
- Bacteriófago Mu
Mutagênese biológica: Elementos Transponíveis
Elementos transponíveis: Elemento genético que tem a
capacidade de se mover (transposição) de um local para
outro no genoma (frequência ~ 10-5 a 10-7 por geração).
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Repetições Terminais
Duplicação do sitio-alvo
Gene que codifica a enzima responsável pela transposição
Características dos transposons
Repetições invertidas
Sítio alvo 
no DNA 
hospedeiro
Preenchimento dos gaps
Preenchimento dos gaps
Duplicação do sítio alvo
Conservativa Replicativa
Mecanismos de Transposição
Cromossomo
Transposon Transposon
Sítio-alvo
Tipos de Mutantes
• Mutantes resistentes a antibióticos
• Mutantes auxotróficos
• Mutantes morfológicos
• Mutantes resistentes a bacteriófagos
• Mutantes termossensíveis
• Mutantes sensíveis ao choque osmótico
• Etc... Mutantes resistentes a 
antibióticos - Bacteria
Mutantes morfológicos -
Fungos
Exemplos de Mutantes
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Precursor Ornitina Citrulina Arginina
arg1
Enzima X
arg2
Enzima Y Enzima Z
arg3
Crescimento dos mutantes arg- em resposta a presença de suplementos
Mutante Ornitina Citrulina Arginina
arg1 + + +
arg2 - + +
arg3 - - +
Mutantes auxotróficos Análise de Mutantes Auxotróficos
(Plaquemento de réplica)
Enriquecimento de mutantes com penicilina
Cultura mutagenizada, 
em meio mínimo
Prototróficos iniciam 
crescimento
Prototróficos 
morrem. 
Auxotróficos 
sobrevivem.
Penicilina
Plaqueamento em 
meio completo
Auxotróficos (e prototróficos
sobreviventes) formam colônias
Incubação
Auxotróficos são incapazes de 
crescer em meio mínimo
Plaqueamento 
de réplica