12/6/2017

1

GENÉTICA MICROBIANA

SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL

Instituto Federal de Alagoas - Campus Piranhas

ENGENHARIA AGRONÔMICA

Piranhas

2017

Célula Procariótica

12/6/2017

2

ESTRUTURA E FUNÇÃO DO

MATERIAL GENÉTICO

Conceitos

• Genética: é a ciência da hereditariedade; ela inclui o

estudo do que são os genes.

• Como eles?

• transportam informação,

• são replicados e passados para as gerações seguintes de células

ou transmitidos entre organismos,

• a expressão de sua informação dentro de um organismo determina

as características particulares de um organismo.

12/6/2017

3

Conceitos • GENOMA:

• informação genética em uma célula

• Cromossomos + plasmídeos

• CROMOSSOMOS

• estruturas contendo DNA que transportam fisicamente a

informação hereditária;

• Compostos por genes.

• GENES

• são segmentos de DNA (exceto em alguns RNAs

virus) que codificam produtos funcionais.

• DNA: dentro de uma célula existe como

longos filamentos de nucleotídeos,

retorcidos em pares, para formar uma

hélice dupla.

• Cada filamento possui:

• uma fileira alternando açúcar e

grupo fosfato (seu esqueleto de

açúcar-fosfato)

• uma base nitrogenada aderida a

cada açúcar no esqueleto.

As duas fitas são mantidas juntas por

ligações de hidrogênio entre suas

bases nitrogenadas.

• Os pares de bases sempre ocorrem de

modo especifico: a adenina sempre

pareia com a timina, e a citosina sempre

pareia com a guanina.

12/6/2017

4

Genótipo x fenótipo

é sua composição genética, a informação

que codifica todas as características particulares do organismo.

representa as propriedades potenciais, mas não

as propriedades em si

Genótipo refere-se às propriedades reais, expressas, como a capacidade do organismo de realizar uma reação química em particular.

É a manifestação do genótipo.

fenótipo

DNA e cromossomo

• único cromossomo circular consistindo de uma única

molécula circular de DNA

• O cromossomo e recurvado e dobrado e está aderido a

• membrana plasmática em um ou vários pontos.

• DNA é torcido ou superenovelado (espiralado)

12/6/2017

5

Replicação do DNA

• Na replicação do DNA, uma molécula de DNA de fita dupla “parental” é convertida em duas moléculas “filhas” idênticas.

• A estrutura complementar das sequencias de bases nitrogenadas na molécula de DNA é a chave para a compreensão da replicação do DNA.

• Como as bases ao longo das duas fitas do DNA de hélice dupla são complementares, uma fita pode agir como molde para a produção da outra.

Etapas de replicação

• 1. Topoisomerase ou girase : inicia relaxamento do

superenovelamento

• 2. Helicase: as duas fitas de DNA parental são

desenroladas Adição/pareamento dos nucleotídeos

livres presentes no citoplasma da célula • TIMINA – ADENINA

• GUANINA – COTOSINA

• 3. DNA-polimerase: após o pareamento esta enzima

vai unindo as fitas (parental e nova fita)

• forquilha de replicação: ponto no qual a replicacao

ocorre

• Replicação semiconservativa.

12/6/2017

6

12/6/2017

7

A replicação do DNA requer a presença de muitas proteínas

celulares que dirigem uma determinada sequencia de eventos.

Capacidade de correção (proofreading)

• DNA – polimerase: A medida que cada base nova e adicionada, a enzima avalia se a estrutura do pareamento formada esta correta. Caso contrario, a enzima remove a base inapropriada e a substitui pela correta.

12/6/2017

8

RNA E SÍNTESE PROTÉICA

Transcrição

Informação genética é copiada no DNA, ou

transcrita, em uma

sequência de bases de RNA.

Tradução

Informação codificada

No RNA para sintetizar proteínas

específicas

12/6/2017

9

Transcrição

• Três tipos de RNA nas células bacterianas:

RNA mensageiro:

transporta a informação codificada para produzir proteínas especificas do

DNA aos ribossomos

RNA ribossômico:

forma uma parte integral dos ribossomos

RNA de transferência:

envolvido na síntese proteica

12/6/2017

10

Quem participa da transcrição?

TRANSCRIÇÃO

RNA-polimerase

Região Promotora

Região de terminação

RNAm

12/6/2017

11

A linguagem do mRNA esta em forma de códons,

grupos de três nucleotídeos, como AUG,

GGC ou AAA.

A sequência de codons em uma molécula de mRNA

determina a sequencia de aminoácidos que estarão na proteína a ser sintetizada.

Cada codon “codifica” um aminoácido específico.

NONSENSE

SENSE

A iniciação AUG codifica a formilmetionina em vez da metionina encontrada em

outras partes da proteína. A metionina iniciadora com frequência e removida

posteriormente; assim, nem todas as proteínas começam com metionina.

12/6/2017

12

12/6/2017

13

REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO

GÊNICA

12/6/2017

14

Integração e interdependêcia

Maquinário Genética

Maquinário metabólica

Gasto energético

Enzimas

Reações químicas

RETROALIMENTACÃO

12/6/2017

15

Repressão e Indução

Repressão

Mecanismo de inibição de expressão gênica

Diminui a síntese de enzimas

Indução

Mecanismos que ativa a transcrição gênica

Enzimas indutíveis

Modelo de Operon

OP

ER

ON

Região Promotor

Região operador

Genes estruturais

12/6/2017

16

Regulação

• AMPc – sinal de alarme celular

• Alta concentração intracelular = baixa concentração de glicose

• Baixa concentração intracelular = Alta concentração de glicose

• Liga-se ao sítio ativo da proteína ativadora catabólica

(CAP)

• Indução catabólica

• Repressão catabólica

• A expressão genica depende das condições ambientais

• Temperatura

• Disponibilidade de nutrientes

MUTAÇÃO

12/6/2017

17

Mutação

• Alteração no material genético

• Na sequência de bases do DNA

• Causando alterações nos produtos gerados após a tradução.

MUTAÇÃO

LETAL

Benéfica Maléfica

Tipos de Mutações • MUTAÇÃO MISSENSE:

• uma substitução de base que resulta em um códon de outro aminoácido.

• Ex.: uma alteração de A para T em um local especifico, resulta na alteração

do ácido glutâmico para valina na proteína.

• MUTAÇÃO NONSENSE:

• Uma substitução de base que resulta em um códon sem sentido

• MUTAÇÕES DE FASE DE LEITURA

• Em que um ou alguns pares de nucleotídeos são removidos ou inseridos no

DNA;

• Essas mutações podem alterar a “fase de leitura da tradução”, isto e, os

agrupamentos de três nucleotídeos reconhecidos como codons pelo tRNA

durante a tradução. As substituições de base e as mutações de fase de leitura podem ocorrer

espontaneamente devido a erros ocasionais feitos durante a replicação do DNA. Essas

mutações espontâneas aparentemente ocorrem na ausência da intervenção de

agentes causadores de mutações.

12/6/2017

18

Mutações podem resultar:

Mutações

Patogenicidade

Virulência

Resistência

Mutagênicos.

• Os agentes no ambiente, como certos produtos químicos e a radiação, que

produzem mutações direta ou indiretamente.

Químicos

Substâncias químicas

Ácido nitroso

análogo de nucleosídeo

Benzopireno

aflatoxina

Físicos

Radiação

Raio X

Raio Ultra Violeta

12/6/2017

19

Ácido nitroso

Análogo de nucleosídeo

12/6/2017

20

Frequência de mutação

• O que é ?

• é a probabilidade de um gene sofrer mutação quando a célula se

divide.

• A taxa normalmente e apresentada como uma potencia de 10 e,

como as mutações são muito raras, o expoente e sempre um

numero negativo.

• As mutações normalmente ocorrem de modo relativamente aleatório

ao longo de um cromossomo.

• A ocorrência de mutações aleatórias em baixa frequência é em

aspecto essencial da adaptação das espécies ao seu ambiente.

12/6/2017

21

TRANSFERÊNCIA GENÉTICA E

RECOMBINAÇÃO

Recombinação

• Troca de genes entre duas moléculas de DNA, formando novas

combinações de genes.

• Contribuição para variabilidade genética e evolução.

• Mas interessante que a mutação, pois a informação do gene não é

perdida e geralmente novas características são adicionadas a

genoma receptor.

• Transferência genética horizontal: transferência de genes para

espécies diferentes (não-parentais).

• Célula doadora

• Célula receptora (célula recombinante)

• Pode ocorrer de três maneiras:

• Transformação/ Conjugação/ Transdução

12/6/2017

22

Transformação

• Fragmentos de DNA são transferidos de uma bactéria para outra.

• Célula receptora deve ser competente (competência) para incorporar

o DNA da doadora.

• A competência permite modificações na parede celular e membrana

citoplasmática para o transporte do DNA do meio extracelular para o

meio intracelular

12/6/2017

23

Conjugação

• Plasmídeos são transferidos de uma célula para outra.

• Fragmento circular de DNA que se replica de modo independente e

não é essencial para o crescimento celular.

• Há contato direto entre as células

• Gram-positivas: pilius sexual

• Gram-negativas: moléculas aderentes de superfície

12/6/2017

24

Transdução

• DNA da célula doadora é transferido para a célula receptora através de um vírus que infecta bactérias (bacteriófago ou fago).

• Todos os genes de uma bactéria pode ser incorporado na estrutura viral, porém em alguns casos genes específicos da bactéria podem ser incorporados a estrutura viral.

• Esse fenômeno é chamado de Transdução Especializada.

• Corynebacterium diphtheriae

• Streptococcus pyogenes

• E. coli 0:157 H:7

12/6/2017

25

OBRIGADA!