Transferência da informação genética

Transcrição

1 Transferência da informação genética Ana Beatriz Santoro

2 Replicação do DNA Características universais do mecanismo de replicação -Semi-conservativo -Bidirecional -Semi-descontínua

3 Replicação semi-conservativa

4 Replicação bidirecional

5 Replicação semi-descontínua

6 Replicação do DNA bacteriano Estrutura Ɵ

7 Replicação do DNA bacteriano Etapas: Início Elongação Término

8 Estrutura da origem de replicação bacteriana Apenas uma origem de replicação Origem de replicação muito conservada Seqüências consenso de 9 e 13 pb rica em A-T Seqüência GATC: alvo de metilação na adenina

9 Origem de replicação em bactérias Somente origens completamente metiladas podem iniciar a replicação

10 Proteínas presentes na origem de replicação

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12 Replicação do DNA bacteriano Etapas: Início Elongação Término

13 Proteínas presentes na forquilha de replicação

14 A velocidade da forquilha de replicação bacteriana é de pb/min

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16 Atividade da DNA girase

17 Replicação do DNA bacteriano Etapas: Início Elongação Término

18 Seqüências terminadoras Terminação ocorre na região ter do cromossomo de E. coli Região ter rica em G e T Proteína Tus (terminus utilization substance) liga-se à região ter Tus pára a forquilha de replicação através da inibição da atividade de helicase

19 Resolução dos concatâmeros

20 Transferência horizontal de genes Organismo transfere material genético para outra célula que não é sua descendente ( transferência vertical) Importante mecanismo na evolução e variabilidade genética de procariotos Interações genéticas entre bactérias permitem a evolução de seus genomas mais rapidamente que as mutações apenas

21 Descoberta da transferência gênica bacteriana

22 Transferência gênica bacteriana: necessidade de contato

23 Características gerais da transferência gênica em bactérias Unidirecional - Doador receptor Pode ocorrer entre diferentes espécies Transferência parcial do genoma

24 Interações genéticas entre bactérias Tipos: Conjugação Transformação Transdução

25 Conjugação Definição: transferência de DNA de uma célula doadora para uma célula receptora através de contato direto entre elas Mating types em bactérias: Doador: - fator F (fator de fertilidade): plasmídeo circular que se replica de forma independente - Pilus F Receptor: - Ausência do fator F Doador Receptor

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27 Pilus F e exclusão de superfície Filamento extracelular que se extende da superfície da célula doadora; componentes: pilina e uma proteína na ponta que faz contato com a superfície da receptora. O pilus reconhece vários receptores na superfície da célula receptora (LPS, protein) Células F + não conjugam com outra F + devido ao fenômeno de exclusão de superfície TraT proteína da membrana externa bloqueia a formação do par e a proterína TraS bloqueia a transferência do DNA.

28 Estados fisiológicos do fator F Autônomo (F + ) Características do cruzamento F + x F - F - F + e F + permanece F + Não há transferência de genes cromossomais da doadora F+

29 Estados fisiológicos do fator F Integrado (Hfr: high-frequency recombination) Características do cruzamento Hfr x F - F - raramente se transforma Hfr e Hfr permanece Hfr Alta transferência de genes cromossomais da doadora F + Hfr

30 Estados fisiológicos do fator F Autônomo com genes do doador (F ) Características do cruzamento F x F - F - F e F permanece F Alta transferência de genes da doadora presentes em F e baixa transferência de outros genes cromossomais Hfr F

31 Cruzamento F + x F - Formação do par Transferência de DNA - Origem de transferência - Replicação círculo rolante F + F - F + F - F + F + F + F +

32 Cruzamento F+ x F-

33 Cruzamento Hfr x F - Formação par Transferência de DNA - Origem de transferência - Replicação círculo rolante Recombinação homóloga Hfr F - Hfr F - Hfr F - Hfr F -

34 Different Alleles Cruzamento Hfr x F -

35 Cruzamento F x F - Formação do par Transferência de DNA Origem de transferência Replicação círculo rolante F F - F F - F F F F

36 Transformação Definição: conversão de um genótipo para outro pela introdução de trechos de DNA exógeno

37 Fatores que afetam a transformação: - Competência do receptor: habilidade de incorporar o DNA extracelular, varia com o estado fisiológico da bactéria Muitas bactérias são naturalmente competentes, mas só o fazem em uma fase do ciclo de crescimento celular. Ex: Streptococcus, Haemophilus, Neisseria, Bacillus. Outras bactérias podem se tornar competentes por tratamentos específicos, Ex: CaCl 2 / temperatura ; exposição a pulsos de altas voltagens (eletroporação). -Tamanho do DNA Eficiência de transformação é baixa com fragmentos e plasmídeos grandes - Recombinação entre seqüências homólogas no fragmento do DNA e no cromossoma da receptora- recombinação legítima

38 Transformação - Etapas

39 Transformação - Eletroporação

40 Transformação - Eletroporação E. coli + pamp/kan eletroporação Recover at 37 o C E. coli LB Amp+Kan Incubate at 37 o C overnight LB Amp+Kan

41 Transdução Definição: transferência de DNA da célula doadora para a célula receptora por meio de bacteriófagos Bacteriófagos - são vírus bacterianos - se replicam como parasitas bacterianos obrigatórios - partículas extra-celulares metabolicamente inertes - formadas de DNA e RNA (genoma) e proteínas (capsídeo, camada protetora do DNA) - tamanho genoma: kb (dsdna, ssdna, dsrna, circular ou linear )

42 Morfologia dos Fagos Bacteriófago T2 Phage M13 Bacteriófago Fago filamentoso

43 Infecção por fagos Etapas: 1. Adsorção do fago à célula bacteriana 2. Ligação irreversível 3. Contração da cápsula 4. Injeção do material genético

44 Especificidade da infecção Cada espécie de bactéria própria de fagos é susceptível a uma série Cada fago só infecta um conjunto específico de hospedeiras Ex: fago A só infecta uma cepa de E. coli; fago B, pode infectar muitas cepas diferentes de E. coli. Susceptibilidade depende de receptores específicos na superfície da célula hospedeira- em geral carboidratos - LPS nas Gram - - Ácido teicóico nas Gram + - Alguns fagos se ligam ao pilus sexual (F). Fagos macho-específicos, ex: M13

45 Tipos de fagos Líticos ou virulentos- são fagos que se multiplicam na bactéria e causam a lise da célula no final do ciclo. Ex: Fagos T2, T4,T1-T7 de E. coli Fagos lisogênicos ou temperados- são fagos que se multiplicam via ciclo lítico e/ou entram em estado quiescente na célula através do qual o DNA do fago pode se integrar ao cromossoma da bactéria hospedeira, como profago. Ex: Fago Lambda ( ) de E. coli.

46 Ciclo lítico

47 Number of Infectious Particles Ciclo de multiplicação de um fago lítico -Eclipse- partículas do fago não são encontradas no sobrenadante da cultura ou intracelularmente após inoculação da cultura com os fagos. Expressão de genes da fase inicial e tardia e do material genético - Acúmulo intracelular - Lise bacteriana e liberação dos fagos Eclipse Total Phage Acumulação intracelular Time after Infection Extracellular Phage Lise

48 Fagos lisogênicos Se multiplicam via ciclo lítico e/ou entram em estado quiescente na célula. Em estado quiescente, material genético do fago está integrado (forma aleatória ou não) ao cromossoma da bactéria. O DNA do fago no estado reprimido é denominado profago A maioria dos genes do fago não é transcrita e está sob repressão.

49 Fagos lisogênicos O DNA integrado no cromossoma é replicado hospedeiro e é passado para as células flihas. junto ao do A célula bacteriana que carreia um DNA integrado é denominada uma bactéria lisogênica, imune a infecção pelo mesmo fago! Conversão lisogênica- alguns fagos temperados além dos genes para o ciclo lítico e lisogênico, possuem genes cuja expressão dão à bactéria hospedeira novas características, Ex: genes virais para produção de toxinas por diversos patógenos bacterianos

50 Ciclo lisogênico

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52 Transdução Definição: transferência de DNA da célula doadora para a célula receptora por meio de bacteriófagos Tipos -Generalizada: qualquer gene do doador bacteriano pode ser transferido para a receptora -Especializada: apenas certos genes do doador são transferidos à célula receptora

53 Transdução Generalizada Infecção da bactéria doadora Replicação do fago e degradação do DNA da hospedeira Montagem e liberação das partículas do fago Infecção da célula receptora Recombinação homóloga Vetor: bacteriófagos líticos- o DNA do doador em pedaços menores é empacotado em seus capsídeos

54 Transdução Generalizada

55 Transdução Especializada Excisão do profago Replicação do DNA, montagem das partículas e liberação dos fagos Infecção da célula receptora Lisogenização da receptora Vetor: bacteriófagos temperados- diferentes fagos transferem diferentes genes

56 Integração do fago ao genoma bacteriano gal bio gal bio gal bio

57 Transdução Especializada gal bio gal gal bio bio gal bio bio

58 Lesões e mutações O genótipo de uma bactéria pode ser modificado por mutações que são alterações hereditárias no material genético. Lesões no DNA- qualquer alteração na estrutura do DNA; pode incidir sobre o grupamento fosfato, desoxirribose ou base nitrogenada. Não são hereditárias (não se perpetuam entre as células filhas); podem ser corrigidas por mecanismos de reparo específico ou acabam por levar a célula à morte ou a dar origem a mutações. Mutações- alterações no conteúdo informacional do DNA (bases nitrogenadas); modificações na seqüência ou número de bases. São hereditárias.

59 Origens das mutações Mutações podem ocorrer: - Espontaneamente - Induzidas por tratamento com material químico, físico ou biológico

60 Mutações espontâneas Substituição de base única - Missense - Nonsense - Mutação silenciosa Inserção e deleção

61 Substituição de base única Transição: - Purina-purina (A ou G) - Pirimidina-pirimidina (C ou T) Transversão: - Purina-pirimidina - Pirimidina-purina

62 Substituição de base única

63 Substituição de base única Mutação silenciosa - Alteração no códon não altera o AA Diferentes códons codificam um mesmo AA

64 Mutação Missense - Alteração de um códon altera o AA - Efeito variavel Substituição de base única

65 Substituição de base única Mutação Nonsense - Formação de códon de parada (TAA, TAG, ou TGA) Proteína truncada

66 Inserção e deleção Adição ou remoção de n o variável de PB N o de PB não múltiplo de 3 é adicionado ou removido: Mutação Frameshift Mudança da matriz de leitura

67 Inserção e deleção

68 Causas de mutação espontânea Erros de replicação do DNA Dano ao DNA (tautomerização, deaminação, oxidação e alquilação) Seqüências altamente repetitivas

69 Causas de mutação espontânea Agentes químicos (Ex: agrotóxicos, conservantes) Agentes físicos (Ex: luz UV, raios X) Agentes biológicos (Ex: elementos de transposição)