ELEMENTOS CELULARES ENVOLVIDOS NA GENÉTICA BACTERIANA

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1 GENÉTICA BACTERIANA INTRODUÇÃO O DNA existe como uma hélice de fita dupla, mantidas pelo pareamento de bases nitrogenadas específicas (AT; CG). - A seqüência de bases codifica a informação genética; - A estrutura complementar do DNA permite a duplicação precisa do DNA durante a divisão celular. Gene é um segmento de DNA que codifica um produto funcional a proteína. A seqüência de um gene é transcrita para produzir uma molécula específica de RNA, o RNAm. A informação do RNAm, então, é traduzida em uma seqüência específica de aminoácidos que formam uma proteína. Genótipo: informação genética do organismo; A célula bacteriana é a menor entidade viva auto-sustentável governada por informações genéticas. O Mycoplasma é a bactéria com menor genoma. Tamanho do genoma: vírus < bactéria < célula eucariótica Fluxo da informação genética ELEMENTOS CELULARES ENVOLVIDOS NA GENÉTICA BACTERIANA Bactérias: possuem só um cromossomo não possuem: membrana nuclear, aparelho mitótico, histonas e íntrons. Nucleóide ou cromossomo bacteriano: DNA. Contem todas informações necessárias para a sobrevivência da célula e é capaz de autoduplicação. Seus genes podem ser transferidos associados a plasmídios, transposons e bacteriófagos. O cromossomo bacteriano é enrolado, espiralado e compactado. DNA extra-cromossomal o Plasmídios Moléculas extracromossomais circulares de DNA encontradas em muitas espécies bacterianas. Podem ser removidos das células sob condições de

2 estresse; Conferem vantagens seletivas; A replicação pode ocorrer durante a replicação bacteriana ou na conjugação; Tipos de plasmídios: - Plasmídio de tipo sexual: são importantes para a transferência de plasmídios a uma célula receptora. São capazes de se integrar no cromossomo. - Plasmídios R: conferem resistência a antibióticos. Possuem o determinante de resistência e o fator de transferência de resistência RTF. Ex. Staphylococcus aureus. - Plasmídios Col ou bacteriocinogênicos: plasmídios capazes de produzir inibidores de crescimento de outras bactérias. Ex. Escherichia coli e Pseudomonas. - Plasmídios virulentos: favorecem a infecção em mamíferos. - Plasmídios de degradação: codificam enzimas degradativas. Ex. Pseudomonas; o Transposons - Segmentos de DNA móveis dentro do cromossomo; - Codificam caracteres não essenciais, não autoduplicam; - Transferem-se ligados a plasmídios e cromossomos podendo carrear genes próprios e cromossômicos; - Contém informação para a própria transposição; - Podem causar mutações; - Contém genes de resistência a antimicrobianos - Transposases: enzimas que permitem a transposição o Integrons - Segmentos de DNA fita dupla; - Capturam genes de resistência a drogas do citoplasma; Pili ou fimbria sexual: apêndice relacionado com a troca de material genético durante a conjugação bacteriana.

3 Mesossomo: parecem estar ligados ao material nuclear da célula, estando envolvidos na replicação de DNA e na divisão celular. Ribossomos: compostos de RNAr (60%) e proteínas (40%). Cerca de 80% dos ribossomos estão na forma de polirribossomos. ORGANIZAÇÃO E REGULAÇÃO DO GENOMA BACTERIANO A regulação da síntese protéica no nível genético é eficiente em termos energéticos, pois as proteínas são sintetizadas somente quando necessário. As enzimas constitutivas produzem em uma velocidade fixa. Ex. enzimas da glicólise. Para esses mecanismos reguladores genéticos, o controle é dirigido à síntese de RNAm. Repressão - Controla a síntese de uma ou mais enzimas; - Quando as células são expostas a um produto final específico, a síntese das enzimas relacionadas aquele produto diminui. Indução - Na presença de certas substâncias químicas, as células sintetizam mais enzimas; Ex. lactose presente E. coli produz -galactosidase degrada lactose; Operon: - Grupo de genes estruturais regulados coordenadamente com funções metabólicas relacionadas e os sítios promotor e operador que controlam sua transcrição;

4 - Sítio Operador permite que a RNA polimerase transcreva ou não a seqüência de genes (controle da transcrição) - Cada operon corresponde a uma via metabólica. - Os operons podem ser induzidos ou reprimidos. - No modelo de operon pra um sistema indutível, um gene regulador codifica a proteína repressora; - Quando o indutor está ausente, o repressor liga-se ao operador e não há síntese de RNAm. - Quando o indutor está presente, liga-se ao repressor, de modo que ele não pode se ligar ao operador, portanto, o RNAm é produzido e a síntese da enzima é induzida. - Em sistemas repressíveis, o repressor requer um co-repressor, de modo a ligar-se ao sítio operador, portanto, o co-repressor controla a síntese da enzima. Ex. Operon-LAC (Operon da Lactose) VARIABILIDADE GENÉTICA EM BACTÉRIAS As bactérias não têm reprodução sexual no mesmo sentido que os eucariontes. Assim, as bactérias não possuem: - Alternância de gerações; - Gametas; - Meiose; As bactérias apresentam dois mecanismos de variabilidade genética, a mutação ou a recombinação, a qual pode se dar por transformação, conjugação ou transdução.

5 Mutação: Alterações na seqüência de nucleotídeos podendo modificar o produto. São irreversíveis. o Ocorre durante a replicação do cromossomo bacteriano; o Podem ser neutras, desvantajosas ou benéficas; o Processo vertical; o Ocorrem ao acaso e, portanto podem aparecer bactérias com resistência a um antibiótico sem ter entrado em contato com este; o As mutações podem ser: Puntiformes: resultado de substituições em pares de bases envolvendo apenas um ou alguns poucos nucleotídeos. Por inserção: adição/ incorporação de uma ou mais bases Por deleção: perda de uma ou mais bases Recombinação: processo de variabilidade genética que envolve material genético exógeno. o Processo horizontal; o Ocorre durante os processos de conjugação, transformação ou transdução. o Transformação: transferência de um pedaço de DNA de uma célula morta para uma célula viva Em 1928, Griffith descobriu um Streptococcus pneumoniae sem cápsula, sendo que as colônias lisas eram aquelas de bactérias encapsuladas e as colônias rugosas eram de bactérias sem cápsula.

6 Etapas da transformação: Libertação do DNA do doador para o meio A célula receptora deve estar competente e pode liberar fator de competência para células próximas; A autolisina expõe a membrana às proteínas de ligação de DNA e endonucleases; Adesão do DNA a uma célula receptora competente Clivagem do DNA pelas endonucleases; Clivagem por exonucleases quebra das pontes de hidrogênio Forma-se complexo eclipse: fita de DNA + proteína protetora Passagem do complexo eclipse pela membrana plasmática; DNA receptor + DNA doador busca de locais de homologia; Fita simples doadora une-se a fita homóloga receptora. A transformação natural ocorre apenas em alguns gêneros de bactérias, como por exemplo, Azobacter, Bacillus, Streptococcus neisseria e Thermus.

7 o Transdução: Incorporação de DNA de outra célula bacteriana tendo como vetor um bacteriófago ou fago. No processo de formação de novas partículas virais, pode ser incorporado algum DNA do cromossomo da célula hospedeira. Quando estes vírus infectam novas células, a célula receptora pode adquirir nova informação genética. - Fago virulento: fago que leva a célula ao ciclo lítico (causa infecções); - Fago transdutor: fago com genoma da célula bacteriana incorporado (não causa infecção, pois só o capsídeo é dele; ele apenas transfere gene de uma célula para outra célula); Etapas da transdução Infecção fágica; Síntese de novos fagos; Lise bacteriana e libertação de novos fagos; Produção e libertação de fagos defectivos; Fagos defectivos injetam o DNA em novas células; Recombinação; A transdução pode ser: - Generalizada: requer a ocorrência de um ciclo lítico, onde eventualmente pode haver o empacotamento de fragmentos de DNA da célula hospedeira, gerando partículas denominadas partículas transdutoras, que correspondem ao capsídeo viral contendo em seu interior DNA bacteriano. A freqüência com que um determinado gene é transferido é baixa uma vez que cada partícula transdutora leva apenas um determinado fragmento de DNA (1 em 103 ou 108 células recebem um determinado gene).

8 Especializada: O exemplo mais bem conhecido e primeiramente descoberto foi a transferência de genes que codificam produtos envolvidos na degradação de galactose pelo fago de E. coli. A etapa inicial no processo corresponde à infecção e lisogenização do fago, que ocorre em sítios específicos do genoma. Neste caso, a integração do fago ocorre adjacente ao conjunto de genes envolvidos na utilização de galactose. Pela ação de algum indutor (ex: UV) há a separação do fago do genoma (integração reversa), que normalmente ocorre perfeitamente. Entretanto, em alguns casos, essa separação é defeituosa, promovendo a remoção de genes bacterianos e deixando parte do genoma viral na célula. Essas partículas podem ser de dois tipos: aquelas que carregam genes gal e outras que carregam genes bio. Aquelas partículas levando genes gal são denominadas dgal (defectivas, contendo o gene gal), porque são incapazes de formar partículas virais maduras. Quando estas partículas infectam novas células, juntamente com fagos normais, pode haver a transferência de genes gal, a partir da infecção e lisogenização dos dois fagos. o Conjugação: Processo de transferência de DNA de uma bactéria para outra, envolvendo o contato entre duas células.

9 A conjugação é mediada por um plasmídio, (fragmento circular de DNA, com capacidade para a auto-replicação), designado fator F. Nas bactérias Gram negativas, o plasmídio transporta genes que codificam a síntese de pili sexuais, isto é, projeções da célula doadora que entram em contacto com a receptora. Quando a célula porta um plasmídio de natureza F é denominada F+, doadora, enquanto células desprovidas de tais plasmídios são denominadas F-, receptoras. A conjugação requer o contato direto entre células geralmente de tipos sexuais opostos (F+/ F-). As células F+ são as doadoras e transmitem o plasmídio F às células receptoras, F-. A capacidade conjugativa está associada à presença de genes localizados em um operon denominado tra que conferem características envolvidas na conjugação como a síntese do pilus F, responsável pelo reconhecimento e contato entre as células e a transferência do DNA plasmidial. Uma das cadeias de DNA do plasmídio é transferida da célula F+ para a célula F-. Na célula doadora, F+, o plasmídio é replicado durante a transferência de uma das cadeias de DNA, no receptor a cadeia complementar é também depois sintetizada. Após a transferência a célula receptora passa a ser do tipo F+. Em algumas células que transportam o fator F, este se integra no cromossomo bacteriano, convertendo a célula F+ numa célula do tipo Hfr (Alta freqüência de recombinação). Quando a conjugação ocorre entre uma célula Hfr e uma célula F-, o cromossomo da célula Hfr (com o seu próprio Fator F integrado), replica-se e inicia-se a transferência de uma das cadeias do cromossomo para a célula receptora. Contudo não ocorre a transferência completa do cromossomo, já que os pili são frágeis e ocorre a sua quebra. É transferida apenas uma parte do cromossomo bacteriano, pelo que a célula receptora permanece F-. Quando integrados, esses plasmídios podem mobilizar a transferência de genes cromossomais também. A conjugação pode ser de dois tipos: entre células F+ e F-, resultando em duas células F+ e entre células Hfr e F-, resultando em uma célula Hfr e outra F-. Nos dois processos, acredita-se que o mecanismo provável de transferência do DNA seja pelo circulo rolante, onde apenas uma das fitas é transferida, sendo a fita complementar sintetizada pela célula receptora.

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