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12/6/2017
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GENÉTICA MICROBIANA
SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL
Instituto Federal de Alagoas - Campus Piranhas
ENGENHARIA AGRONÔMICA
Piranhas
2017
Célula Procariótica
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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.
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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.
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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)
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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.
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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.
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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
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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
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Quem participa da transcrição?
TRANSCRIÇÃO
RNA-polimerase
Região Promotora
Região de terminação
RNAm
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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.
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REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO
GÊNICA
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Integração e interdependêcia
Maquinário Genética
Maquinário metabólica
Gasto energético
Enzimas
Reações químicas
RETROALIMENTACÃO
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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
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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
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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.
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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
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Ácido nitroso
Análogo de nucleosídeo
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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.
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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
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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
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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
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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
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OBRIGADA!
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