AULA 3 - Genética bacteriana

Prévia do material em texto

Genética bacteriana
Mariana Cezar Lopes – 104C Microbiologia – Aula 2
INTRODUÇÃO
Sabemos que o material genético determina a diferenciação em relação a especificidade, força e perfil enzimático (fruto da expressão proteica). Assim ele determina sob quais substratos a bactéria vai poder atuar, quais vias fermentativas ela vai utilizar e qual tipo de fermentação ela vai fazer, metabolismo energético, sua forma, presença de capsula, flagelo, fímbria, e todas as informações necessárias para manutenção e viabilidade da célula bacteriana. Então independente da capacidade da complexidade a capacidade vai estar relacionada a informação genética que o microrganismo possui.
“Toda a informação necessária a vida está armazenada no material genético de um indivíduo.”
Então independente da complexidade a capacidade do organismo vai estar relacionada com a informação genética que ele possui.
UTILIZAÇÃO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA
A informação genética pode ser utilizada de duas formas nos microrganismos: entre as gerações de células, onde a bactéria está em um ambiente favorável, rico em nutrientes, onde ela está metabolicamente ativa e se multiplicando, e no interior de uma célula. 
Partindo da geração de células filhas, temos então a bactéria e o cromossomo bacteriano com DNA, então no momento em que ela vai gerar células filhas, a 1º etapa é a de duplicação ou replicação do material genético, seguido de alongamento da célula bacteriana, produção maior de parede celular, até que, por fim, ocorra a divisão dessa célula, formando 2 células filhas. Isso só ocorre quando a bactéria está em um ambiente propício.
É importante salientar que nas células bacterianas não existe troca de material genético por isso final temos duas células filhas de composição genética idêntica, não havendo variabilidade genética, sendo este um processo de mitose.
Uma outra forma de utilização desse material é pelo processo de expressão genética no interior da célula bacteriana. Nesse caso as informações genéticas que está armazenado em forma de DNA, é transcrito formando o RNA mensageiro e depois é traduzido ocorrendo assim a expressão genética na produção de um componente como uma proteína ou uma enzima, por exemplo.
O material genético pode ser do tipo DNA ou do tipo RNA.
DNA
É um filamento duplo formado por cadeias de polinucleotídeos, que possui um açúcar, nesse caso a desoxirribose (pentose), ligado a ele um grupamento fosfato conectado com uma base nitrogenada, que pode ser adenina, timina, guanina ou citosina. Dentro dessas bases ocorre as ligações do tipo ponte de hidrogênio, com isso as timinas se ligam por pontes duplas, e as adeninas e as citosinas se ligam as guaninas por pontes triplas, e por conta disso, ao final temos a formação da dupla hélice de DNA. 
Obs.: as purinas são a adenina e a guanina, e as pirimidinas são a citosina e a timina.
RNA
Também é uma molécula envolvida no material genético das bactérias. Diferentemente do DNA, é um filamento único que tem em sua composição mais básica, tendo um açúcar o formado, que em seu caso é a ribose, além de apresentar um grupamento fosfato uma base nitrogenada.
Obs.: no lugar da timina temos a uracila.
RNA MENSAGEIRO (RNAm)
É o primeiro a ser produzido pelo processo de transcrição 
Quando falamos de RNA do tipo mensageiro, percebemos que sua principal diferença em relação ao DNA é o fato de possuir um filamento único, fruto da leitura de uma das cadeias utilizadas como molde da molécula de DNA. Ele também tem uma diferença em relação as bases nitrogenadas. Enquanto o DNA possui adenina, timina, citosina e guanina, o RNAm possui a uracila como substituta da timina. Assim, a adenina se liga a uracila e a timina se liga a adenina. Logo, quando ele faz o reconhecimento, tudo que geraria de complementariedade a uma timina, vai ser na verdade uma uracila porque ele não apresenta essa base nitrogenada.
Ele é um filamento único fruto do processo de transcrição que é a primeira etapa envolvida na expressão genica, que apesente as bases nitrogenadas adenina, uracila citosina e guanina e é fruto da transcrição.
RNA RIBOSSOMAL (RNAr)
Está envolvido na síntese de proteínas e se caracteriza os ribossomos, que, nas bactérias, são formadas pela união da subunidade maior e subunidade menor. Essa organela faz a leitura da molécula de RNA mensageiro. Então o RNA ribossomal tem esse papel importante de na tradução do RNA mensageiro que vai culminar com o processo de produção proteica.
Por isso se ocorre a inativação da formação desse ribossomo, ou seja, a união das subunidades, não há a leitura, nem a tradução e nem a síntese proteica, por isso a bactéria vai a morte, tendo em vista que componentes importantes não serão produzidos.
A partir do momento em que a molécula de RNA mensageiro está formada, o ribossomo esteja unido compondo essa unidade de leitura começa o processo de tradução. Tendo início no reconhecimento das tríades das tríades das bases nitrogenadas (chamados codan) que é reconhecido pelo ribossomo, e depois disso o RNA transportador trás o aminoácido correspondente aquele codan (anticodan complementar) para a tríade. Então conforme o RNA ribossomal vau lendo a molécula de RNA mensageiro, o RNA transportador vai trazendo o aminoácido correspondentes daquela tríade, formando, ao longo dessa leitura, a cadeia de polipeptídios, que no final vai formar a proteína. 
Todos os organismos vivos possuem ribossomo, e é baseado em sua presença universal e na diferença da composição dessa estrutura que nós temos a classificação dos organismos, e a última classificação que é dividida em três domínios: Eukarya, bactéria, Archea.
Ele participa da síntese de proteínas, sendo abundante em todos os organismos, além de sua composição determinar a classificação dos organismos e compor o ribossomo.
Obs.: 70S é a composição do ribossomo final bacteriano e 80S das células eucariotas.
O estuo do RNA ribossomial permitiu a classificação em domínios baseado na diferença da sua composição.
RNA TRANSPORTADOR (RNAt)
Tem a característica de trazer o anticódon complementar aquela sequência e carrear a informação para um aminoácido. 
QUAL O PAPEL DSSES TIPOS DE RNA NO PROCESSO DE SÍNTESE PROTEICA, EXPRESSÃO GÊNICA?
Nós temos a fita do RNA mensageiro, que é fruto da primeira etapa da expressão que é a transcrição, dando origem então ao início do processo de tradução o qual envolve o RNA ribossomial que vai juntar a subunidade maior com a menor formando o ribossomo que vai então percorrer toda essa fita de RNA mensageiro fazendo o reconhecimento dos códons ( que são as tríades de bases nucleotídicas presentes no RNA mensageiro) então ele faz essa leitura e o RNA transportador traz a sequência anticódon, que é a sequência complementar à aquela que foi lida. Então conforme o ribossomo vai percorrendo a molécula de RNA mensageiro, o RNA transportador vai trazendo a sequência complementar. Cada sequência complementar tem um aminoácido correspondente, então conforme esse ribossomo vai percorrendo o RNA mensageiro, a proteína vai sendo formada. Vários aminoácidos vão ser ligados, uma cadeia de polipeptídios vai ser formada, até que o processo pare e no final, essa cadeia polipeptídica, de origem a uma proteína. A partir disso, podemos observar a participação da molécula de RNA na síntese proteica. Tanto RNAmensageiro, que é fruto da primeira etapa (transcrição) quanto no processo de tradução, no qual vemos essas estruturas, o RNAr e RNAt, permitindo então a tradução do filamento de RNA mensageiro.
O ribossomo vai fazendo a leitura dos códons, o RNAt traz o anticódon complementar que está relacionado com o aminoácido e ao final do processo de leitura do RNAm temos uma cadeia polipeptídica, com vários aminoácidos, formando a nossa proteína. Então é o RNA mensageiro com a molécula do ribossomo que é o RNA ribossomal com a participação do RNA transportador que faz o transporte então desses aminoácidos a partir de uma informação complementar
ARMAZENAMENTODA INFORMAÇÃO GENÉTICA BACTERIANA
O armazenamento dessas informações em bactérias podem ser de dois tipos, em material cromossômico, que é essencial, e em material extracromossômico, não é essencial. 
O material cromossômico é o que vai abrigar os genes responsáveis pela codificação e expressão de componentes vitais para a célula bacteriana, também a formação de componentes que estão relacionados com o metabolismo, a nutrição e a adaptação. Ou seja, são genes que tem que ser constantemente expressos que vão manter a viabilidade dessa célula, fazendo a sua manutenção.
O material extracrômossomico é um tipo de informação que pode ser trocada ou compartilhada, sendo estas adicionais, ou seja, não são vitais em condições não restritivas. Esses são plasmídeos que carregam, principalmente, informações de resistência a antimicrobianos, por exemplo. Então se a bactéria que está presente em um ambiente que tem antibacterianos tem um plasmídeo de resistência, ele será vital para ela, porem em um ambiente de condições não restritivas esses não serão necessários. 
O armazenamento da informação genética bacteriana é da seguinte maneira:
Tem o material cromossômico e o extracromossômico. Em relação ao tipo de informação, o plasmídeo é extra cromossômico e o cromossoma bacteriano é o cromossomo mesmo. Em relação a importância da informação genética, é no cromossoma bacteriano que nós encontramos os genes responsáveis pela expressão de estruturas essenciais para a manutenção da célula bacteriana, como enzimas relacionadas ao processo metabólico de obtenção de energia, proteínas estruturais, proteínas relacionadas com uma parede celular, logo, toda informação essencial para as bactérias está contida no cromossomo bacteriano. Já os plasmídeos, são informações extracromossômicas, eles são estruturas que podem ser compartilhadas, então de bactérias podem ganhar essa estrutura e às vezes perdem a sua estrutura.
PAPEL DESSES TIPOS DE RNA NO PROCESSO DE SÍNTESE PROTEICA E EXPRESSÃO GÊNICA
Nós temos a fita do RNA mensageiro, que é fruto da primeira etapa da expressão que é a transcrição, dando origem então ao início do processo de tradução o qual envolve o RNA ribossomial que vai juntar a subunidade maior com a menor formando Assim, por ser uma estrutura que nem toda a bactéria possui, ela pode ser perdida ou recebida, ela vai ser uma informação adicional. Os plasmídeos tem sua importância, mas não são essenciais no sentido da manutenção e viabilidade da rotina de processos metabólicos básicos da célula bacteriana.
CROMOSSOMA
O material genético bacteriano do tipo cromossômico é um DNA Circular haploide de fita dupla, que está armazenado no nucleoíde e que tem tamanho, na maioria das vezes, muito maior do que a superfície da célula bacteriana, por isso ele precisa ser muito bem compactado, para que de fato ele consiga ser contido no interior dela, então esse material vai sofrendo dobras ao redor de seu próprio eixo ao longo do processo de empacotamento. Ao final do processo ele fica tão enovelado que parece uma linha. 
Depois desse processo de enovelamento da formação dessa super hélice existe ainda a participação de outros componentes como as proteínas básicas, que vão estar sendo ligadas a esse filamento, formando essas bolsas, de forma a juntar essa estrutura e reduzindo ainda mais o tamanho dela ou seja, compactando cada vez mais esse cordão em uma estrutura mais densa, fechada e compacta.
As proteínas básicas possuem a mesma função das histonas, que são as proteínas responsáveis por esse processo em eucariotos, porém as bactérias não possuem histonas, então quem cumpre o papel delas são as proteínas básicas. Assim, esse material circular, super espiralado, vai terminar sua compactação com auxílio dessas proteínas básicas que vão estar ligando ainda mais as estrutura compactando a mesma na célula bacteriana nessa região determinada nucleóide.
· Nucleóide
O cromossoma bacteriano NÃO está individualizado no núcleo com uma membrana, esse é mais um motivo para entendermos a importância de estar compactando ele. Apesar de ele não estar no núcleo, ele não fica jogado em qualquer parte, ele está numa área denominada nucleóide, que é semelhante a um núcleo.
· Haploide
Esse material bacteriano é do tipo haploide, ou seja, possui apenas um conjunto de cromossomos. Diferente de eucariotos que são diploides. Assim, o material bacteriano é N, enquanto os eucariotos são 2N.
· Replicação Semiconservativa
A replicação desse material genético é do tipo semiconservativa, da mesma forma que o DNA no que nós conhecemos da replicação do DNA em eucariotos. Nele observamos que uma cadeia da molécula de DNA é utilizada como molde para a síntese do RNA mensageiro e consequentemente para a tradução.
· Tamanho Variável:
Existem microrganismo que possuem um aporte genético maior e diferenciado que permite a eles utilizar diferentes componentes, enquanto outros não tinham essa capacidade sendo mais limitados nessa questão enzimática, que está diretamente relacionada com uma informação genética mais restrita e que por isso teriam uma dependência maior de alguns componentes nutricionais, não conseguindo utilizar uma gama diversificada de nutrientes. Da mesma forma acontece com o tamanho.
· Mycoplasma spp: é uma bactéria que não possui parede celular, por isso é um intracelular obrigatório. Então, durante o processo de infecção, ele fica dentro da célula do hospedeiro, utilizando seu arcabouço para se proteger do ambiente. Olhando o tamanho do cromossoma dessa bactéria, observamos que ela e formada por 580 mil pares de base, isso permite a ele apresentar cerca de 475 genes potenciais, que são genes capazes de ser transcritos traduzidos e no final produzir um componente viável para célula, ou seja, de expressar alguma informação, sendo bem limitado. Com isso entendemos que as suas características estão diretamente relacionados a esses genes, que são limitados.
Acaba sendo um patógeno intracelular obrigatório, já que é um gênero bacteriano que não possui parede celular. Quanto menor a quantidade de genes potenciais, maior a dependência dele do que a célula disponibiliza.
· E. coli: é um bacilo gran negativo, que está presente na microbiota intestinal tanto de humanos quanto de animais e estando amplamente distribuído no ambiente, o que mostra que ele é muito adaptado e diversificado. Isso porque seu cromossoma é formado por 4639 milhões de pares de base, que reflete em 4288 genes potenciais. É uma bactéria com grande diversidade metabólica, o que permite com que ela habite em diferentes nichos ecológicos, tanto no interior da célula hospedeira quanto no ambiente. Essa capacidade está relacionada a quantidade de genes potenciais, a capacidade sintetizante que ela possui.
Então quando maior o riqueza de genes potenciais, mais genes podem ser expressos, mais componentes podem ser produzidos e mais variado e adaptado esse microrganismo é. Quanto maior a capacidade sintetizante menor é sua dependência do meio.
A diversidade genética, a quantidade de genes potenciais vai estar diretamente relacionado com a capacidade de adaptação aos diferentes ambientes que esses microrganismos estão inseridos.
A dimensão de uma célula bacteriana é a dimensão de muitas organelas dentro de uma célula eucariota.
O cromossoma bacteriano é uma estrutura grande, precisa estar muito bem compactado dentro da célula bacteriana para que o material genético possa estar contido dentro ela que é pequena,
· Organização em Operons
O Operon é uma estrutura que permite a transcrição e tradução de genes simultâneos. Dessa forma, no final de um único processo é possível obter os componentes necessários que trabalham de forma interligada em uma mesma informação.
INFORMAÇÃO EXTRACROMOSSÔMICA
PLASMÍDEOS
É uma DNA fita dupla circular, que tem replicação independente, ou seja, ele se autogere, por isso é considerado um replicon.
No cromossoma bacteriano a gente tem o cromossoma atuando no controle da expressão genica (quando vai ser transcrito, traduzido, etc.). Quando falamos deum material genético do Tipo extracromossômico, no caso o plasmídeo, ele mesmo tem essa capacidade de se autogerir, ele mesmo contém informações que vão permitir a transcrição e a tradução dos genes que ele possui. Por isso, dizemos que ele tem uma replicação independente do cromossoma bacteriano. 
Os plasmídeos carreiam informações adicionais, mas não significa que essas informações não são importantes. Dependendo do meio no qual a bactéria estiver inserida, uma informação extra pode viabilizar a permanência dela naquele meio. Não vai ser essencial no sentido de formação de estruturas diretamente relacionadas ao metabolismo em um ambiente que não tenha nenhuma medida restritiva.
Ex.: esse plasmídeo do tipo R100 é o plasmídeo básico relacionado aos estudos de resistência. Eles são genes que carreiam diversos genes que vão culminar com a expressão de diferentes componentes e com a produção de diferentes estruturas. Então, por exemplo, ele tem resistência a metais pesados, como mercúrio, as sulfonamidas, a multidrogas, a classe dos aminoglicosídeo (é uma classe de antimicrobianos), ao clorofenicol, as tetraciclinas, ou seja, um único plasmídeo bacteriano possui essa gama e essa diversidade de informação de resistência, isso nos faz notar quão é complicado enfrentar determinadas infecções quando as bactérias apresentam essas informações extracromossômica, pois reduz as opções terapêuticas.
Obs.: plasmídeos carregam informações adicionais e o cromossoma carreia informações essenciais.
EXPRESSÃO GÊNICA
É o processo onde a informação genética é, de fato, traduzida, formado um componente através daquela informação. 
A primeira etapa do processo de expressão gênica é a transcrição, no qual temos a ação da enzima RNA polimerase, que vai lendo então um filamento de uma das cadeias de DNA formando ao final um RNA mensageiro. Após a formação do RNAm, inicia-se a etapa de tradução (segunda e última etapa do processo de expressão gênica), relacionada a participação da molécula do ribossomo, formado pelo RNA ribossomial, e da participação do RNA transportador, que vem trazendo o anticódon, que vai complementar a sequência do RNA mensageiro e uma proteína, um aminoácido correspondente. Conforme esse ribossomo vai percorrendo a fita de RNA mensageiro, a proteína vai sendo produzida. Então, em bactérias, a expressão genica segue o dogma central da biologia, no qual uma fita do DNA é transcrita, formando uma fita de RNA mensageiro, a qual é traduzida, formando uma cadeia de polipeptídios que vai dar origem a proteína. Conforme o ribossomo vai percorrendo o RNAm, quando ele faz uma leitura do códon de parada, ele finaliza a tradução e nós temos então a nossa proteína pronta.
O dogma central da biologia molecular é o processo onde a molécula de DNA é transcrita formando o RNA mensageiro e, consequentemente, traduzida havendo a formação de uma cadeia de polipeptídios, caracterizando a proteína resultante daquela expressão genética. 
CONCEITOS IMPORTANTES
GENE é um segmento de DNA que contém a informação necessária para codificar uma proteína, este vai ser transcrito e traduzido formando uma proteína.
OPERON é uma organização estrutural típica de genomas procarióticos (bactérias), na qual duas ou mais sequencias codificadoras de produtos gênicos estão sob o controle transcricional de um mesmo conjunto de sequencias reguladoras, ou seja, nada mais é do que vários genes transcritos de forma simultânea por uma única região reguladora. Em um operon, as sequencias codificadoras são transcritas em um único RNA, chamado de RNAm policistrônico (se tem dois ou mais genes sendo transcritos, teremos um RNAm que possui a informação de cada gene que foi transcrito).
O operon vai ser uma estrutura onde eu tenho dois ou mais genes que quando transcritos e traduzidos produzem ao final componentes que atuam de forma interligada. Então quando a bactéria tem a expressão de genes distintos que atuam no mesmo substrato, ela organiza esses genes em formato de operon, formando os três produtos juntos.
Obs.: o cromossoma bacteriana é organizado em operon.
PROMOTOR é uma sequência específica de DNA reconhecida pela RNA polimerase. Que quando vai iniciar qualquer processo de transcrição, ela tem que reconhecer a “senha” de uma sequência a específica. O promotor é essa sequência especifica de DNA que a RNA polimerase reconhece para iniciar o processo de transcrição.
OPERADOR é uma sequência específica de DNA reconhecida pelas proteínas repressoras, ele tem afinidade com essas proteínas que vão inibir a transcrição do operon. As proteínas repressoras se ligam no operador.
REGIÃO CODIFICADORA é uma porção do gene que inclui sequencias que serão transcritas e traduzidas em proteínas, sendo um arranjo geral. Ela inclui os genes, que depois serão traduzidos, formando a proteínas ao final da expressão gênica. 
TERMINADOR é uma sequência de DNA que marca o final da transcrição do gene ou operon. Esta quando reconhecida pela RNA polimerase representa um sinal de parada, com isso ele finaliza o processo de transcrição.
ESTRUTURA DE UM OPERON PROCARIÓTICO
O operon é composto pelas seguintes regiões:
· A Região Regulatória onde temos a sequência relacionada ao promotor, sendo onde a RNA polimerase se liga começando o processo de transcrição, e a sequência relacionada ao operador, que é onde a proteína repressora se liga.
· A Região Codificadora é onde os genes serão compostos, ou seja, onde eles serão transcritos e posteriormente traduzido, sendo esta a porção que realmente vai gerar um produto, que terá função metabólica. Ex.: genes A, B e C.
· A Região terminal é sequência de DNA a qual a RNA polimerase interpreta como parada da transcrição, ou seja, é o ponto final, onde acaba o processo de transcrição. 
Na imagem acima temos três genes (A, B e C) na região codificadora que serão transcritos formando um único RNAm contendo as informações dos 3, que depois serão traduzidos cada um em uma proteína especifica que estarão interligadas, sejam elas proteínas ou enzimas. 
Obs.: o operon possui regiões especificas, mas alberga informações que estão relacionadas a transcrição e tradução dos genes que possuem produtos de ação interligada. No momento de transcrição, quando a RNA polimerase percorre essa sequência de DNA, ela vai transcrever o gene A, B e C de forma simultânea, formando o RNAm do tipo policistonico, o qual contém a informação do gene A, do gene B e do C. Quando esse RNAm policistonico é traduzido pelo RNAr e pelo RNAt, ao final do processo são produzidas a proteína A (referente ao gene A), proteína B (referente ao gene B) e a proteína C (referente ao gene C). Assim nós temos a síntese e a codificação de produtos que estão relacionados a uma mesma via de forma simultânea.
REGULAÇÃO GÊNICA
O material genético das bactérias é organizado na forma de operon que é altamente regulado, por isso elas não gastam energia atoa.
Ex.: uma bactéria que possui informação genética para quebrar a lactose, porem se este não está no meio, está são será produzida.
Genes Constitutivos x Genes regulados
Os genes constitutivos são aqueles que estão constantemente ativados, ou seja, são relacionados a processos que não podem ser interrompidos. São produzidas por proteínas ou enzimas que estão diretamente relacionado ao metabolismo bacteriano, sendo estruturas fundamentais para a viabilidade da célula bacteriana, por isso se ela para de produzir determinados componentes ele morrerá. Ou seja, esses genes são constantemente expressados, pois se este começar a faltar a célula ficar fragilizada, podendo levar a morte da bactéria.
Ex.: enzimas relacionadas ao metabolismo.
Os genes regulados vão ser ativados ou desativados de acordo com as características que o meio apresenta para a bactéria, para que ela não gaste energia atoa, ou seja, são importantes, mas serão ativados ou desativados por conta da oferta de determinados nutrientes.
A regulação desses genes nas bactérias é feita pelo Sistema de Repressão e Indução.
Sistema de Repressão e Indução
Na imagem abaixo temos omodelo de REPRESSÃO, onde vemos o número de células bacterianas (vermelho) e o número de proteínas totais que está sendo produzido (preto), como nesse caso temos genes que são ativado constantemente, sempre em ascendência. No começo a bactéria produz um composto que é essencial para a sua sobrevivência, como for exemplo a arginina, que é um aminoácido essencial para a célula exercer suas vias metabólicas, mas em um determinado momento esse passa a ser encontrada no ambiente, por isso a célula bacteriana para de sintetiza-la. Então, nesse caso temos um operon ativado, produzindo um componente importante para célula bacteriana, só que em determinado momento, esse componente é oferecido para bactéria, assim, ela desliga o operon e passa a usar o componente que foi dado a ela pelo meio sem precisar gastar energia para produzir.
Na imagem abaixo temos o modelo de INDUÇÃO, nele ocorre o contrário, n no início não temos a produção da substancia, pois ela não é necessária, como por exemplo a enzima beta-galactose que está relacionada com a quebra da lactose, por isso se no meio não há a lactose está enzima não será produzida, mas a partir do momento em que há adição da lactose, a bactéria passa a transcrever e traduzia para assim sintetizar está enzima. Ou seja, nessa situação temos o operon desligado, e a partir do momento que se detecta a presença de determinado componente, ele é ativado para produzir substancias para quebra desse determinado componente.
Obs.: a regulação genica está muito relacionada às características que o ambiente oferece para bactéria.
Então quando falamos de regulação gênica temos que entender que a bactéria possui genes consecutivos que estão sempre ativados porque a resposta deles é fundamental para a manutenção da viabilidade da célula bacteriana e genes que são regulados, estando ora estão ativos, ora estão desativados, levando em consideração o gasto energético.
Em resumo, no modelo de repressão existe a necessidade da célula bacteriana produzir aquele componente, então gasta energia produzindo, mas a partir do momento que aquele componente é ofertado, ela para sintetiza-lo e utiliza aquele componente do meio. Já no modelo de indução o operon está desativado, por isso a bactéria não vai produzir nenhum componente devido a não existência substrato para aquele componente atuar, quando há presença do substrato, a ativação daquele operon será induzida.
INDUÇÃO – OPERON LAC.
Existe a estrutura de operon para expressão de enzimas relacionadas a lactose porque para metabolizar essa substância são necessárias três componentes que tem que atuar de forma simultânea. 
O gene I, é o gene inibidor, o qual na ausência da lactose, faz com que a bactéria pare de produzir enzimas para quebra da mesma, (para não gastar energia atoa) fazendo com que o operon seja desligado, já que o gene inibidor produziu uma proteína repressora que está ativada, ou seja, está ligada a uma região especifica do operon que é a região operadora. 
A região promotora é onde a sequência é reconhecida pela RNA polimerase, a qual inicia o processo de transcrição. Se a proteína repressora está ligada na região operadora, a RNA polimerase não consegue passar, ela é bloqueada. Assim, se não há transcrição o operon está desligado.
A presença da lactose induz a ativação do operon, uma vez que a lactose se liga com a proteína repressora que foi transcrita e traduzida pelo gene inibidor, de forma a fazer com que a proteína perca a afinidade pela região operadora. Assim, quando a RNA polimerase se liga a região promotora, ela consegue transcrever vro os genes que estão na região codificadora, o lacZ, lacY e lacA, formando o RNA policistrôinico, contendo informações desses 3 genes.
Então para que ocorra a quebra e metabolização da lactose, são necessárias três enzimas: a beta galactosidase, a permease e transacetilase, que devem ser codificas juntas, pois parte do processo de metabolização depende dessa simultaneidade para ocorrer.
Na imagem acima vemos o mesmo tipo de operon, onde o gene inibidor sintetiza um RNA do tipo repressor, que será transcrito em uma proteína repressora, que se liga a região operadora fazendo um bloqueio, impedindo que aconteça a transcrição desse DNA. Já na presença do indutor, que nesse caso é a lactose, ela se liga a proteína repressora e inativa a mesma de forma que a RNA polimerase consegue sintetizar a molécula de DNA, com isso ocorre a formação dos 3 genes relacionados ao processo de tradução e produção dos 3 componentes necessários para a metabolização da lactose.
REPRESSÃO - OPERON TRP.
Assim como a arginina, o triptofano é um aminoácido essencial, ou seja, a bactéria precisa produzir esse componente se o meio não disponibilizar.
 
Durante a ausência do triptofano no meio, a bactéria tem que produzi-lo, isso ocorre pela transcrição dos genes TRI, TER, TRD, TRB e TRA, que formam um RNAm policistrônico, que posteriormente vai ser traduzido, formando as cinco proteínas necessárias para a síntese da molécula de triptofano. Além disso, nessa condição a proteína repressora está desativada, pois está só tem função se estiver ligada com a região operadora, permitindo que ocorra o bloqueio físico, fazendo com que a RNA polimerase não consiga percorrer o DNA não sendo capaz de transcrever os demãos genes relacionados.
Na imagem acima temos o mesmo tipo de operon, no início o gene repressor está sintetizando uma molécula de RNAm do tipo repressor que vai codificar uma proteína repressora. Porem esta, quando sozinha, não tem afinidade pela região operadora do DNA do operon, permitindo a formação dos 5 genes necessários para a produção de triptofano. Quando esta substancia se liga a proteína repressora, ela passa a ter afinidade com a região operadora, ligando-se a ele e, assim, impedindo a transcrição dos genes, havendo ausência do formação do triptofano, isso devido à presença dele no meio.
MECANISMOS DE VARIABILIDADE GENÉTICA
O processo de replicação das bactérias envolve somente a divisão do material genético formando novas células filhas, sendo que dentro desse processo não existe variabilidade genética. O que ocorre é o processo de evolução, onde esses microrganismo sofrem alterações genotípicas. Então quanto maior a diversidade desse material, maior a adaptação desses microrganismos ás condições ambientais, por isso a troca dessas variações é importante. Um dos mecanismos que permite essa variação são os mecanismos de recombinação genética.
Obs.: alterações genotípicas são importantes para gerar variabilidade e contribuir, assim, para o processo de evolução dos microrganismos.
Evolução requer variabilidade
Face a uma mudança brusca no meio ambiente, as bactérias e outros microrganismos possuem um conjunto de mecanismos geradores de alterações genéticas que conduzem a variantes, fornecendo-lhes assim a possibilidade de contornar situações que ponham em risco a sua sobrevivência.
Quanto maior a variabilidade, quanto maior essa troca, maior a adaptação desses microrganismos às condições adversas, diferentes condições do ambiente.
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE MATERIAL GENÉTICO
Esses mecanismos vão permitir uma maior adaptação dos microrganismos ao meio, uma vez que vão fazer com que a informação genética seja variada, levando uma maior adaptação aos diferentes ambientes, eles são: a transformação, a conjugação e a transdução. 
1. TRANSFORMAÇÃO
De forma básica, na transformação, temos uma célula que vai assimilar um determinado material genético, no caso da imagem acima são genes de resistência, que foram liberados pela morte de uma bactéria. Então, nesse caso, uma bactéria que morreu disponibiliza seu material genético para outra bactéria, que o recebe e incorpora ele no material genético dela, gerando essa variabilidade.
2. CONJUGAÇÃO
É o compartilhamento de plasmídeos, através do contato íntimo entre das células bacterianas vivas.
3. TRANSDUÇÃO
Envolve a participação de vírus que infectam bactérias, bacteriófagos. 
TRANSFORMAÇÃO
É o processo no qual DNA livre, fruto de uma bactéria morta (lisada)é incorporado em uma célula receptora. Os requerimentos para a transformação são:
· A Bactéria tem de ser TRANSFORMÁVEL, ou seja, ela tem que ter a capacidade de assimilar aquele material extra e incorporá-lo dentro do cromossoma de forma que seu material genético não seja deleto durante o processo. 
· Células em estado de COMPETÊNCIA, ou seja, a bactéria precisa ter a capacidade de fazer com que esse DNA exógeno entre na sua célula, o que não é possível para todas as bactérias. 
· Presença de DNA livre no meio. 
A segunda parte desse processo é inserir o material genético extra dentro do cromossomo da célula bacteriana para que realmente aconteça essa recombinação. Então, nesse processo, mesmo o DNA contendo informações do tipo A e B, é possível que somente as informações B sejam inseridas no cromossoma da célula de forma satisfatória, enquanto as informações A são degradadas por uma DNAse.
Ex.: na imagem acima, a bactéria teve uma recombinação apenas do seu B com o B do DNA exógeno, ocorrendo ainda sim uma variação pelo mecanismo de transformação.
Obs.: o processo de variabilidade só vai acontecer quando parte desse gene passar a fazer parte do material genético da bactéria.
Então a transformação é a capacidade de pegar um DNA exógeno, transportá-lo para dentro da célula bacteriana e posteriormente conseguir introduzir o mesmo dentro do cromossoma para que assim possa ter a recombinação.
TRANSDUÇÃO
É u, processo de transferência de DNA de uma célula para outra por meio da ação de um vírus, que é chamado de fago ou bacteriófago, ou seja, é um vírus que tem a capacidade de infectar bactérias.
Os bacteriófagos atuam se ligando a superfície da bactéria e introduzindo seu material genético, dessa forma o DNA do fago altera o maquinário da célula bacterina, fazendo com que seu cromossoma trabalhe para o vírus. 
Na imagem podemos ver a transferência de DNA de uma célula para outra por meio de uma ação de um vírus que é o bacteriófago ou fago. Esse vírus infecta bactérias, e coloca então o material genético dele em contato com o citoplasma da célula bacteriana. Dentro da célula do hospedeiro, os vírus utilizam todo o maquinário metabólico que a célula apresenta para produzir componentes virais. Tem-se então a formação de vários novos capsídeos até o final do processo, onde vai ocorrer a compactação do material genético e, posteriormente, a produção de proteínas que vão formar a estrutura da partícula viral, nesse caso, a estrutura do bacteriófago. A etapa final desse processo de formação de novas partículas virais é chamada de empacotamento, que pode gerar um fago normal, com estrutura e DNA viral, ou uma partícula transdutora, que parece um fago, mas carreia informação genética de uma bactéria. 
Essa partícula “defeituosa” que vai permitir a combinação e a variabilidade de genética para bactérias, pois quando este “fogo” for infectar outras bactérias, o processo vai acontecer normalmente, porem agora o DNA introduzido é bacteriano, com isso não ocorre alterações no maquinário da célula bacteriana (para produzir células virais), e sim uma recombinação do material genético da bactéria hospedeira, fazendo com que ocorra uma variação no segmento de DNA diferenciado nessa célula bacteriana.
Obs.: é uma falha no momento de compactação que gera o bacteriófago defeituoso que vai carrear um DNA de origem bacteriana e não viral quando for infectar outra célula.
CONJUGAÇÃO
É o mecanismo mais recorrente e que acontece de forma mais natural entre as populações bacterianas, sendo um processo de transferência de DNA que requer o contato entre as duas células. Os requerimentos para conjugação:
· Requer contato entre as células.
· Envolve uma célula doadora que possui o plasmídeo conjugativo (fator de fertilidade) e uma célula receptora.
· Em E. coli, a célula doadora é denominada F + célula receptora F –
É um mecanismo que precisa de duas células bacterianas atuando. Se a bactéria possui o plasmídeo F, ela é chamada de célula F+, é ela que vai doar informação para célula que não possui, chamada F-, a qual recebe a informação.
Na imagem temos um esquema de uma célula doadora que presenta um cromossoma bacteriano e um plasmídeo, que é uma fita dupla de tecido conjuntivo, sendo chamado célula F. Ele é auto regulável e um replicon, ou seja, ele mesmo possui as informações necessárias para a sua transcrição e tradução (replicação).
A tradução desse plasmídeo gera a codificação de uma estrutura chamada pílus sexual, que é formado a partir da proteína pilina, e tem como função ligar a célula doadora com a célula receptora (F-). Com essa ligação há a retração do pílus, aproximando as duas células, para que ocorra a fusão de suas membranas, para que, então, comece o processo de transferência desse plasmídeo. A bactéria F+ disponibiliza uma fita de sua plasmídeo para a bactéria F-, fazendo com que no final haja 2 bactérias contendo esse plasmídeo (F+), ou seja, que contém a capacidade de se conjugar. 
Obs.: o plasmídeo é uma fita dupla que como é um replicon, ao ceder uma de suas fitas, se auto replica, começando o processo de geração de uma nova fita.
Ao final do processo temos duas células F+, ou seja, duas células que possuem o plasmídeo de fertilidade, que está relacionado com a capacidade de produzir a estrutura pilus sexual e assim iniciar o processo de transferência de material genético pelo método chamado conjugação.
O impacto de ter duas células com a capacidade de conjugar, está relacionado a possibilidade de trocar informações genéticas, principalmente relacionadas a plasmídeos de resistência e disseminar a informação entre as diferentes populações. É o processo que ocorre com maior frequência em relação a variação genética.
TESTES GENOTÍPICOS
Toda informação genética é expressa de alguma forma, sendo transcrita, traduzida e no final do processo ocorre a expressão desse gene, formação de uma proteína ou de uma enzima.
No laboratório temos dois testes em que as informações podem ser avaliadas:
1st. Testes genotípicos: quando é avaliado, diretamente, o DNA da bactéria.
2nd. Testes fenotípicos: quando é avaliado o produto da expressão desse gene, ou seja, a capacidade que a bactéria tem de demonstrar de forma laboratorial os componentes que ela possui.
Ex.: meios seletivos que contem a lactose, onde podemos observar, a partir da alteração da coloração, se as bactérias que estão nesse meio conseguem ou não fazer a fermentação, sendo essas provas fenotípicas.
Obs.: são as provas fenotípicas que permitem a identificação de bactérias, microrganismos e fungos dentro de laboratórios, por meio da junção de informações sobre o metabolismo, genética e estrutura. 
Ex.: quando fazemos a coloração de GRAM que observamos estruturas alongadas de forma bacilar, coradas em vermelhos, que são ditas GRAM negativos; a bactéria só consegue apresentar essa forma bacilar se ela tiver informação genética para produzir essa forma. Tudo que vemos no laboratório é baseado na informação genética que ela apresenta.
INFORMAÇÃO GENÉTICA EM BACTÉRIAS
Nos ajuda a identificar estruturas e características das bactérias, essas informações podem ser observadas nos laboratórios, por meio de testes fenotípicos. 
DIAGNÓSTICO MOLECULAR
Existem muitas bactérias que não são cultiváveis, isso porque elas são muito exigentes nutricionalmente ou porque ainda não conhecemos os seus fatores de crescimento, que são componentes importantes que as bactérias não produzem, mas que são necessárias para que elas continuem viáveis. Por conta disso, esse tipo de bactéria, quando retiradas do paciente, não é possível levá-las para o laboratório para analisar suas informações genéticas. Existem também bactérias pouco cultiváveis, pois demoram muito para crescer. 
O diagnóstico molecular é a pesquisa direto do DNA da bactérias, sendo utilizado nesses casos, pois é uma excelente ferramenta para analisar as informações genéticas delas.
· Desenvolvimento de técnicas com elevada sensibilidade e rapidez nos resultados.
O diagnóstico molecular, ou seja, procurar direto a informaçãodaquele agente, permite uma maior rapidez de identificação e consequentemente diagnostico daquele agente causador de doenças.
· Algumas células tem a capacidade de produzir endósporos, que são células que ficam em latência quando o ambiente não apresenta condições favoráveis para a sua viabilidade. Quando essas condições ambientais melhoram ela é ativada novamente. Essa é a Capacidade de Esporulação.
· No processo de conjugação quando a bactéria passa o plasmídeo conjugativo, dando a capacidade da célula receptora ser também doadora, além do plasmídeo conjugativo ela também compartilha outros plasmídeos, como plasmídeos de resistência, de virulência, isso vai permitir que ela adquira informações muito importantes e pertinentes para a sua viabilidade. Dentro disso, elas podem receber plasmídeos que envolvem resistência antimicrobiana, ou seja, resistência a diferentes classes de antimicrobianos permitindo que as bactérias permaneçam viáveis na presença destas opções terapêuticas. Essa é a resistência a antibacterianos.