Genética Bacteriana Julliane Dutra Medeiros 1
A célula bacteriana 2
Relembrando conceitos... Genoma informação genética de uma célula (cromossomo e plasmídeos) Estruturas contendo DNA que transportam fisicamente a informação hereditária, contém os genes Segmentos de DNA que codificam produtos funcionais 3
Cromossomo bacteriano Molécula de DNA dupla fita circular (maioria); Disperso no citoplasma (nucleoide); 1 cromossomo (maioria); Haploides um único conjunto de genes; Todas as informações essenciais para a sobrevivência da célula; 88% regiões codificadoras; 1% genes codificadores de rrna e trna; ~10% regiões regulatórias (promotor, operador, origem em termino da replicação); Genes organizados na forma de operon. 4
Cromossomo bacteriano Operons: Agrupamento de genes estruturais localizados em sequência no cromossomo bacteriano que são regulados em conjunto. A região reguladora é composta por um promotor e operador. Promotores são sequências de nucleotídeos que controlam a expressão (taxa de transcrição) de um gene. Operadores são sequências de nucleotídeos que sinalizam para parar ou prosseguir a transcrição. 5
Cromossomo bacteriano E. coli K12 4.6 Mb O DNA da E. coli, tem cerca de 4,6 milhões de pares de bases e possui cerca de 1 mm de comprimento mil vezes maior que toda a célula. O cromossomo ocupa apenas cerca de 10% do volume celular. DNA é superenovelado! 6
Fluxo da informação genética 7
Replicação DNA 8
Replicação DNA 10
Replicação DNA Replicação do DNA é bidirecional. 11
Replicação DNA 12
Expressão Como a informação no DNA e utilizada para produzir as proteínas que controlam as atividades celulares? No processo de transcrição, a informação genética é copiada no DNA, em uma sequência de bases de RNA. A célula usa, então, a informação codificada neste RNA para sintetizar proteínas especificas pelo processo de tradução. 13
Transcrição 14
Tradução Decodificação da linguagem de ácido nucleico e conversão para a linguagem das proteínas. O mrna está organizado em forma de códons. Grupos de três nucleotídeos, como AUG, GGC ou AAA. A sequência de códons em uma molécula de mrna determina a sequência de aminoácidos que estarão na proteína a ser sintetizada. Cada códon codifica um aminoácido especifico. Código genético é degenerado. 15
Tradução 16
Tradução 17
Tradução 18
Tradução 19
Tradução A transcrição e tradução ocorrem simultaneamente. 20
Plasmídeos bacterianos Elemento genético além do cromossomo; Moléculas de DNA dupla fita; Circulares; Menores que os cromossomos; Replicam independentemente do cromossomo; Podem estar presentes em muitas cópias em uma única célula; Bactérias Gram positivas e Gram negativas; Carregam informação genética não essencial a célula, mas podem conferir uma vantagem adaptativa. 21
Plasmídeos bacterianos Carreiam genes que exercem influência no fenótipo da célula. Plasmídeo de resistência ameaça a terapia antimicrobiana 22
DNA móvel: elementos transponíveis Segmentos distintos de DNA que movem-se como unidade; no interior de outra molécula de DNA. Sempre inseridos em cromossomos, plasmídeos ou genoma viral. São replicados quando a molécula de DNA do hospedeiro é replicada. Podem afetar a expressão de outros genes. Sequências de inserção (IS) e transposons. 27
DNA móvel: elementos transponíveis Sequências de inserção (IS): Elementos simples, com aproximadamente 1000pb; Repetições invertidas (10-50pb); Único gene: transposase (tnp). Contém apenas o necessário para sua transposição. 28
DNA móvel: elementos transponíveis Transposons: Estruturas maiores e mais complexas; Mesmos componentes essenciais: Repetições invertidas e transposase (tnp). A transposase reconhece as repetições invertidas e desloca o segmento de DNA flanqueado por ela, para um outro sítio. Codificam genes de resistência a drogas, síntese de toxinas e enzimas degradativas. 29
DNA móvel: elementos transponíveis Transposição: Pode afetar a expressão de genes. 30
Integrons São sistemas que conseguem capturar e utilizer elementos genéticos móveis (cassetes gênicos). Os cassetes geralmente estão associados com resistência a antimicrobianos. Fator de disseminação de resistência. Estrutura: Gene codificador de integrase (inti). Proteína da família das recombinases. Sítio de recombinação (atti). Promotor constitutive (Pc). Para o cassete gênico ser integrado tem que possuir attc. 31
Variabilidade Genética Mutação: alteração na sequência de bases do DNA sem aquisição de genes de outro microrganismo. Processo vertical Ocorre durante replicação cromossomo Recombinação genética: alteração no genótipo que ocorre pela aquisição de material genético de outro microrganismo. Processo horizontal Ocorre durante transformação, transdução e conjugação
Mutações DNA é estável e a replicação é precisa. Mesmo assim mudanças e erros acontecem. Mutações: Alteração herdada da informação genética. Fonte de variação genética, matéria-prima para evolução. Baixos níveis de erros são toleráveis. 33
Mutações Substituição: Tipos: 34
Mutações Inserções e deleções : Alteração na matriz de leitura Inserção e deleção múltiplos de 3 não afetam a matriz. 35
C Arginine G A U C G A U C G A Serine Arg Ser U Isoleucine Iso Asparagine Asp 36
Deleção Arginine C G A C G A U C G A Arginine Arg Arg U Serine Ser ----- 37
Mutações A) Sentido trocado; B) Sem sentido; C) Silenciosa. Mutação no início da sequência do mrna a proteína será muito encurtada e não funcional 38
Mutações Mutação neutra: Mutação de sentido trocado que não altera a função da proteína. O aa substituído é quimicamente similar ou não afeta o funcionamento da proteína. Ex: AAA AGA (Lisina) (Arginina) Ambos aa básicos Mutação de perda de função: Causa a ausência completa ou parcial do funcionamento normal da proteína. Mutação de ganho de função: Produz uma característica nova. 39
Causa das mutações Mudanças espontâneas: Mudanças naturais na estrutura do DNA. Erros durante a replicação. Mudanças induzidas: Mudanças no DNA causadas por substâncias ambientais ou radiação. Nitrosoguanidina, óxido nitroso, UV. 40
Recombinação Genética Troca de genes entre moléculas de DNA para formar uma nova combinação de genes no cromossomo (plasmídeos). Assim como as mutações, contribui para o aumento da diversidade genética. Fonte de variações para evolução. Recombinação pode ser mais benéfica do que mutações. Menor probabilidade de alterações negativa nos genes. Combinação de genes que permite ao organismo uma característica adaptativa.
Recombinação Genética Transformação Incorporação de DNA livre, geralmente decorrente de lise celular Conjugação Transferência de DNA de uma bactéria para outra que envolve o contato entre as duas células Transdução Transferência de material genético mediada por bacteriófago
Conjugação Transferência genética envolvendo contato célula-célula é chamado de Conjugação. Não envolve transferência recíproca de material genético, é unidirecional. Célula doadora para célula receptora. Depende de um fator de fertilidade (fator F). Presente em células doadoras (F + ) e ausente em células receptoras (F - ).
Conjugação Fator F Plasmídeos conjugativos. Origem de replicação. Genes para conjugação. Pili sexual: finas extensões na membrana celular pela qual ocorre a transferência do material genético.
Conjugação Só ocorre entre célula que possui F e uma que não possui. Células F +, Células Hfr.
Conjugação O plasmídeo pode não ser transferido totalmente. Células Hfr (high-frequency), o fator F é integrado ao cromossomo bacteriano.
Transformação É um processo que requer a captação do DNA do ambiente e a sua incorporação ao cromossomo bacteriano ou plasmídeos. Bactérias mortas se rompem e espalham material genético no ambiente. Importante via de troca genética entre bactérias de diferente espécies. As células que captam DNA são denominadas células competentes.
Transformação
Transdução Processo de transferência de material genético através de bacteriófagos. Requer: Fago degrade o cromossomo bacteriano; Embalagem não específica de DNA; Genes bacterianos se recombinem.