genetica microbiana

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Genética microbiana
MICROBIOLOGIA 
PROFª RAQUEL ZENI TERNUS 
UNIVERSIDADE COMUNITÁRIA REGIONAL DE CHAPECÓ 
ÁREA DE CIÊNCIAS EXATAS E AMBIENTAIS
CURSO DE Ciências Biológicas
Todas as características microbianas são controladas ou 
influenciadas pela hereditariedade;
GENÉTICA - Ciência da hereditariedade e da 
variabilidade dos organismos:
▪ estudo dos genes;
▪ como eles transportam informações;
▪ como são replicados e passados para as gerações 
subsequentes de células ou transmitidos entre 
micro-organismos; 
▪ como a expressão da sua informação determina as 
características. 
GENÓTIPO
Genes de um organismo.
FENÓTIPO
Expressão dos genes.
GENOMA
Material genético total 
de uma célula.
GENÔMICA
Estudo molecular do 
genoma
CROMOSSOMOS
São estruturas particulares 
que transportam fisicamente 
a informação hereditária e 
que contêm os genes.
GENES
São segmentos de DNA 
(exceto em alguns vírus, que 
são feitos de RNA) que 
codificam os produtos 
funcionais.
CélulaCromossomo
DNA
ÁCIDOS NUCLÉICOS:
Moléculas orgânicas complexas, formadas pela 
polimerização de nucleotídeos (DNA - desoxiribose e 
RNA - ribose)
(1) Contêm a informação que determina a sequência de 
aminoácidos (aa) e a estrutura e função das proteínas 
(DNA);
(2) Fazem parte das estruturas celulares e alinham os aa 
de forma correta quando uma cadeia polipeptídica está 
sendo sintetizada (RNA);
(3) Catalisam uma série de reações químicas fundamentais 
nas células (pontes peptídicas entre os aa)
GRUPO
FOSFATO
BASE NITROGENADA 
(adenina, timina, citosina e guanina)
AÇUCAR
Ribose 
RNA
Desoxiribose 
DNA
Nucleosídeo: açúcar + base
Nucleotídeo: fosfato + açúcar + base
ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLÉICOS
ÁCIDO 
DESOXIRRIBONUCLÉICO 
(DNA)
- Polímero linear longo e de fita 
dupla, composto de 4 tipos de 
nucleotídeos (A, T, C e G), que é 
o carreador da informação 
genética. 
- Contém toda a informação 
necessária para a construção 
das células e tecidos de um 
organismo.
ÁCIDO RIBONUCLÉICO (RNA)
 Polímero linear de fita simples, compostos de 
nucleotídeos (A, U, C e G). Apresenta 3 tipos de RNA celular 
(mRNA, tRNA e rRNA), com papéis diferentes na síntese de 
proteínas.
-RNAm: transporta as instruções do DNA que especificam a 
ordem exata dos aa durante a síntese de proteínas.
-RNAt: interpreta as informações do RNAm e transporta aa 
durante a síntese de proteínas.
-RNAr: auxilia o RNAt no processo de tradução.
 Bases Nitrogenadas
DNA e RNA
- quimicamente muito semelhantes
- constituídos por 4 nucleotídeos
A, G – purinas (contém um
par de anéis fusionados)
T, C e U – pirimidinas 
(anéis simples)
ESQUELETO DO ÁCIDO NUCLÉICO
Formado por unidades repetidas de fosfato-pentose a 
partir das quais as bases purinas e pirimidinas se 
estendem como grupamentos laterais.
Orientação: 5´ 3´
-Extremidade 5´: tem um hidroxil ou um grupamento 
fosfato no carbono 5´ de seu açúcar terminal.
-Extremidade 3´: apresenta um grupamento hidroxil no 
carbono 3´ de seu açúcar terminal.
Fita de Ácido Nucléico ilustrando sua orientação
-orientação: sempre 5´ 
para 3´
-Ligação fosfodiéster: 
ligação química entre 
nucleotídeos adjacentes 
no DNA e RNA 
(estrutura 1º)
DUPLA HÉLICE DE 
DNA
- Watson & Crick
-Dupla hélice
-Fitas antipararelas (reverse)
-Pontes de Hidrogênio entre as 
bases nitrogenadas
(A - T e C - G)
-Pareamento de bases de 
Watson-Crick: é ligação entre uma 
pirimidina e uma purina (DNA 
natural)
-Fitas Complementares
A dupla hélice de DNA. (a) Modelo 
tridimensional e (b) estrutura química. 
A = T
C ≡ G
MUITAS MOLÉCULAS DE DNA SÃO CIRCULARES
DNAs (vários procariotos e vírus, mitocondrial e dos cloroplastos)
Supertorção:
Quando a fita 
de DNA gira 
sobre si 
mesma
Círculo relaxado:
Quando a fita de 
DNA é cortada 
(destorcida).
Topoisomerase I 
(enzima que 
catalisa a 
distorção do 
DNA)
(a) Forma B do DNA: normal (0,36 nm entre as bases, 10,5 pares/volta) 
(b) Forma A do DNA: mais compacta (11 pares/volta e uma forte torção em 
relação ao eixo da hélice (desidratado a 75% de etanol ou em baixa [sal])
(c) Forma Z do DNA: em zigue-zague (12 pares/volta) (metilação, > torção, 
ligação com algumas proteínas).
DOGMA CENTRAL
Com a descoberta do DNA, em 1953, e a subsequente 
elucidação de como o DNA dirige a síntese de RNA e 
posterior montagem das proteínas foi possível elaborar 
uma representação simplificada do sistema.
DNA ProteínaRNADNA
Replicação TraduçãoTranscrição
Transcrição reversa
Fluxo da Informação Genética
REPLICAÇÃO
-Garante a continuidade genética da espécie ao longo 
das gerações (sinais celulares para o crescimento, tais como 
> velocidade de síntese de proteínas, ou < concentração de aa 
e que induzem ao aumento da replicação);
 
- Essencial para o desenvolvimento normal de um 
indivíduo.
Na replicação do DNA, uma molécula de DNA “mãe” de dupla 
fita é convertida em duas moléculas “filhas” idênticas.
http://www.youtube.com/watch?v=pin3569QfgI
http://www.youtube.com/watch?v=NMObWWt_yrc
Os micro-organismos apresentam elevadas 
velocidades metabólicas.
Em algumas horas várias gerações podem 
surgir
Ex: E. coli: 3 gerações em 1 hora.
clones
Procariotos - A Célula Duplica o Material 
Genético Antes da Divisão Celular
Replicação do DNA em Procariotos
Nogueira & Silva Filho, 2010
Replicação do DNA em Eucariotos
Eucariotos: superenovelamento estabilizado pelas 
histonas
Em Archaea tanto histonas 
quanto DNA girase
TRANSCRIÇÃO - (DNA ⇨ RNA)
A produção de um polipeptídeo mediada por ribossomos, 
cuja sequência de aminoácidos é especificada pela 
sequência de nucleotídeos no RNAm.
http://www.youtube.com/watch?v=B7XEaafYNNk
Uma fita do DNA serve de molde (sense strand)
Tem Uracil (U) no lugar de Timina (T)
RNA fita simples
Três tipos de RNA com diferentes funções:
mRNA (RNA mensageiro): especifica a sequência de aa
tRNA (RNA de transferência): usa a informação contida no 
mRNA e traduz essa informação em uma sequência de aa
rRNA (RNA ribossômico): forma os ribossomos responsáveis 
pela tradução do RNA em proteínas
2a base
U C A G
1a
base
U
UUU (Phe/F) Fenilalanina
UUC (Phe/F) Fenilalanina
UUA (Leu/L) Leucina
UUG (Leu/L) Leucina
UCU (Ser/S) Serina
UCC (Ser/S) Serina
UCA (Ser/S) Serina
UCG (Ser/S) Serina
UAU (Tyr/Y) Tirosina
UAC (Tyr/Y) Tirosina
UAA "Ocre" (Stop)
UAG "Âmbar" (Stop)
UGU (Cys/C) Cisteína
UGC (Cys/C) Cisteína
UGA "Opala" (Stop)
UGG (Trp/W) Triptofano
C
CUU (Leu/L) Leucina
CUC (Leu/L) Leucina
CUA (Leu/L) Leucina
CUG (Leu/L) Leucina
CCU (Pro/P) Prolina
CCC (Pro/P) Prolina
CCA (Pro/P) Prolina
CCG (Pro/P) Prolina
CAU (His/H) Histidina
CAC (His/H) Histidina
CAA (Gln/Q) Glutamina
CAG (Gln/Q) Glutamina
CGU (Arg/R) Arginina
CGC (Arg/R) Arginina
CGA (Arg/R) Arginina
CGG (Arg/R) Arginina
A
AUU (Ile/I) Isoleucina
AUC (Ile/I) Isoleucina
AUA (Ile/I) Isoleucina
AUG (Met/M) Metionina, Start
ACU (Thr/T)Treonina
ACC (Thr/T)Treonina
ACA (Thr/T)Treonina
ACG (Thr/T)Treonina
AAU (Asn/N) Asparagina
AAC (Asn/N) Asparagina
AAA (Lys/K) Lisina
AAG (Lys/K) Lisina
AGU (Ser/S) Serina
AGC (Ser/S) Serina
AGA (Arg/R) Arginina
AGG (Arg/R) Arginina
G
GUU (Val/V) Valina
GUC (Val/V) Valina
GUA (Val/V) Valina
GUG (Val/V) Valina
GCU (Ala/A) Alanina
GCC (Ala/A) Alanina
GCA (Ala/A) Alanina
GCG (Ala/A) Alanina
GAU (Asp/D) Ácido aspártico
GAC (Asp/D) Ácido aspártico
GAA (Glu/E) Ácido glutâmico
GAG (Glu/E) Ácido glutâmico
GGU (Gly/G) Glicina
GGC (Gly/G) Glicina
GGA (Gly/G) Glicina
GGG (Gly/G) GlicinaTRADUÇÃO - (DNA ⇨ Proteínas)
Processo em que uma fita de DNA é usada pela RNA 
polimerase como um molde para a síntese de um RNA 
complementar.
http://www.youtube.com/watch?v=B7XEaafYNNk
http://www.youtube.com/watch?v=FMn9tv97QSk
❖ Participação do: mRNA e tRNA
 códon anticódon
❖ Aminoácidos
❖ Proteínas
https://www.youtube.com/watch?v=f5FMLxqxW18
https://www.youtube.com/watch?v=FD_iOPkvKUA
Resistência e 
variabilidade microbiana
ORGANIZAÇÃO DO GENOMA BACTERIANO 
GENOMA: seqüência completa de DNA; algumas não são 
convertidas em produtos funcionais 
• Sequências não-codificadoras: INTRONS (bactérias não possuem) 
• Sequências codificadoras: EXONS OPERON: grupos de um ou mais 
genes estruturais expressos a partir de um promotor específico. 
Operons com muitos genes estruturais são chamados 
policistrônicos. 
Promotores e operadores: sequências de nucleotídeos que 
controlam a expressão de um gene determinando as 
seqüências que serão transcritas no mRNA.
A variabilidade está associada a duas propriedades:
Genótipo: potencial total herdado
Procariotos: cromossomo + qualquer DNA presente (p. ex. 
Plasmídeos)
Eucariotos: cromossomo + DNA organelas (mitocôndrias e 
cloroplastos)
Fenótipo: expressão de uma porção do genótipo. 
 Condições ambientais também podem influenciar o 
fenótipo
Ex. Azomonas spp. 
- meio com sacarose: colônias mucosas e grandes
- meio sem sacarose: colônias secas e pequenas
Variações genotípicas
❖ Ocorre graças a dois mecanismos:
1) Mutações (Processo vertical )
■ Alterações (hereditárias) na sequência de
 nucleotídeos de um gene.
- Geralmente resultam em pequenas alterações 
genéticas (uma em vários milhões de células)
- Todos seres vivos Mutação
→ Evolução e diversidade das espécies
2) Recombinação genética (Processo horizontal )
■ Elementos genéticos contidos em dois genomas
 diferentes são reunidos numa unidade – nova combinação de genes.
- Provoca alterações mais significativas.
❖ Mutações
Mudanças hereditárias na sequência de nucleotídeos de 
um gene
Substituição de bases (troca de bases)
Mutações de remoção ou de fase de leitura 
 (remoção de bases)
Adição ou perda de bases (proteínas não 
 funcionais)
Mutações sem sentido ou mutação nonsense 
 (término da cadeia de aa)
Mutações silenciosas (não acarreta efeito no 
 fenótipo)
Variações genotípicas
Substituição de uma Base (pontual)
Agentes mutagênicos
❖ Agentes químicos:
Agentes mutagênicos e seu modo de ação 
Agente Ação Resultado
Análogos de base
5-bromouracil Substitui T, mas pareia Troca de AT por GC
com G
2-aminopurina Substitui A, mas pareia Troca de AT por GC
com C
Químicos que reagem com o DNA
Ácido nitroso (HNO2) Desamina A e C Troca de AT por GC
Troca de GC por AT
Hidroxilamina (NH2OH) Reage com C Troca de GC por AT
Agentes alquilantes
Monofuncional (ex. sulfonato de Metilação de G, que passa Troca de GC por AT 
etil metano) a parear com T
Bifuncionais (ex. gás mostarda,Ligação cruzada das fitas de Mutação pontual e 
nitrosoguanidina) DNA, a região é cortada deleção
pela DNA polimerase
Corantes intercaladores
Acridinas, brometo de etídio Inserem-se entre nucleotídeos Microinserções e
microdeleções
Radiação
Ultravioleta Formação de dímeros de Reparos podem levar
pirimidina erros ou deleções
Radiação ionizante (ex. raios X) Formação de radicais livres que
quebram o DNA
 
❖Radiações: raios-X, luz ultra-violeta
❖Mutagênese por elementos transponíveis 
❖Transposons: cromossomos, plasmídeos, genomas virais e qualquer 
outro tipo de molécula de DNA
* transposase
* repetições invertidas
* baixa frequência: 10-5 a 10-7 por geração (1/10.000.000)
EMA DIZ BOM DIA 
EMA DAZ BOM DIA
EMA DIZ BOA DIA
EMA DIZ BOM DIZ
EMA IZB OMD IA
Deleção
EMA ADI ZBO MDI A
Inserção
Troca de 
uma letra
Perda 
de uma 
letra
Ganho de 
uma letra
Consequências das mutações
Como detectar mutações?
Mutantes resistentes crescendo dentro de 
uma zona de inibição
Teste de Ames - Procedimento
Teste de 
mutagenicidade em 
Saccharomyces 
cerevisiae 
Ensaio Cometa (Single CeII 
GeI Electrophoresis - SCGE)
Recombinação genética
 Formação de um novo genótipo
Trocas de material genético entre dois 
cromossomos homólogos (crossing over)
Eucariotos: MEIOSE
Procariotos: RECOMBINAÇÃO
Recombinação genética
❖ Transformação
Avery, MacLeod & McCarthy (1944)
❖ Conjugação
Ledeberg & Tatum (1946)
❖ Transdução
Zinder & Ledeberg (1952)
■ Transformação
Transformação 
bacteriana
- Transferência de 
DNA “nu” em solução;
- Célula competente: 
alterações na parede 
celular que permitem 
a entrada de DNA; 
■ Conjugação
Natureza: 
- Contato entre células
- Plasmídeo ou cromossomo
Nogueira & Silva Filho, 2010
- Mediada por plasmídeos (fragmento de DNA circular que se replica 
independentemente do cromossomo da célula – transportam genes não 
essenciais);
- Requer o contato direto entre as células;
- Célula doadora (contém o plasmídeo) / célula aceptora;
- Bactérias Gram-negativas: plasmídeo codifica síntese de pili sexuais;
E. coli: fator F (fator de fertilidade) – plasmídeo transferido entre as 
células durante a conjugação;
- Célula Hfr (alta frequência de recombinação - fator F integrado)
- Replicação e transferência do fator F (plasmídeo)
Conversão de 
células F+ para 
Hfr e formação 
da célula F- 
recombinante 
após conjugação
■ Transdução
Natureza: 
- Vírus como vetor (bacteriófagos ou fagos)
- Generalizada e Especializada
Transdução 
generalizada
Leitura complementar Capítulos 8 e 9 
TORTORA; FUNKE; CASE, 2012