Princípios da Biologia Molecular Microbiana

Pelczar – Cap. 13, Pg. 332-357Nogueira & Silva Filho – Pg. 36-49

Genética (do grego genno; fazer nascer)

É a ciência da hereditariedade e da variabilidade dos organismos.

Definição

A variabilidade é uma característica necessária dos organismos vivos , tanto quanto sua constância.

Estrutura do DNAEstrutura do DNA

A = TC ≡ G

Nucleotídeos

Estrutura do DNAEstrutura do DNA

Os microrganismos apresentam elevadas velocidades metabólicas.

Em algumas horas várias gerações podem surgir

Ex: E. coli: 3 gerações em 1 hora.

clones

Procariotos - A Célula Duplica o Material Genético Antes da Divisão

Celular

Replicação do DNA em Procariotos

Nogueira & Silva Filho, 2010

Replicação do DNA em Eucariotos

Eucariotos: superenovelamento estabilizado pelas histonas

Em Archaea tanto histonas quanto DNA girase

Transcrição, Tradução e Síntese de Proteínas

Transcrição (DNA RNA)

Uma fita do DNA serve de molde (sense strand)Tem Uracil (U) no lugar de Timina (T)RNA fita simplesTrês tipos de RNA com diferentes funções:

mRNA (RNA mensageiro): especifica a sequência de aa

tRNA (RNA de transferência): usa a informação

contida no mRNA e traduz essa informação em uma

sequência de aa

rRNA (RNA ribossômico): forma os ribossomos responsáveis pela tradução do RNA em proteínas

Transcrição do DNA

Pelczar et al., 2009

2a baseU C A G

1a

base

U

UUU (Phe/F) FenilalaninaUUC (Phe/F) FenilalaninaUUA (Leu/L) LeucinaUUG (Leu/L) Leucina

UCU (Ser/S) SerinaUCC (Ser/S) SerinaUCA (Ser/S) SerinaUCG (Ser/S) Serina

UAU (Tyr/Y) TirosinaUAC (Tyr/Y) TirosinaUAA "Ocre" (Stop)UAG "Âmbar" (Stop)

UGU (Cys/C) CisteínaUGC (Cys/C) CisteínaUGA "Opala" (Stop)UGG (Trp/W) Triptofano

C

CUU (Leu/L) LeucinaCUC (Leu/L) LeucinaCUA (Leu/L) LeucinaCUG (Leu/L) Leucina

CCU (Pro/P) ProlinaCCC (Pro/P) ProlinaCCA (Pro/P) ProlinaCCG (Pro/P) Prolina

CAU (His/H) HistidinaCAC (His/H) HistidinaCAA (Gln/Q) GlutaminaCAG (Gln/Q) Glutamina

CGU (Arg/R) ArgininaCGC (Arg/R) ArgininaCGA (Arg/R) ArgininaCGG (Arg/R) Arginina

A

AUU (Ile/I) IsoleucinaAUC (Ile/I) IsoleucinaAUA (Ile/I) IsoleucinaAUG (Met/M) Metionina, Start

ACU (Thr/T)TreoninaACC (Thr/T)TreoninaACA (Thr/T)TreoninaACG (Thr/T)Treonina

AAU (Asn/N) AsparaginaAAC (Asn/N) AsparaginaAAA (Lys/K) LisinaAAG (Lys/K) Lisina

AGU (Ser/S) SerinaAGC (Ser/S) SerinaAGA (Arg/R) ArgininaAGG (Arg/R) Arginina

G

GUU (Val/V) ValinaGUC (Val/V) ValinaGUA (Val/V) ValinaGUG (Val/V) Valina

GCU (Ala/A) AlaninaGCC (Ala/A) AlaninaGCA (Ala/A) AlaninaGCG (Ala/A) Alanina

GAU (Asp/D) Ácido aspárticoGAC (Asp/D) Ácido aspárticoGAA (Glu/E) Ácido glutâmicoGAG (Glu/E) Ácido glutâmico

GGU (Gly/G) GlicinaGGC (Gly/G) GlicinaGGA (Gly/G) GlicinaGGG (Gly/G) Glicina

Transcrição, Tradução e Síntese de Proteínas

Tradução (DNA Proteínas)

Participação do: mRNA e tRNA

códon anticódon

Aminoácidos Proteínas

A variabilidade está associada a duas propriedades:

Genótipo: potencial total herdado Procariotos: cromossomo + qualquer DNA presente (p. ex. Plasmídeos) Eucariotos: cromossomo + DNA organelas (mitocôndrias e cloroplastos)

Fenótipo: expressão de uma porção do genótipo.

Condições ambientais também podem influenciar o fenótipoEx. Azomonas spp.

- meio com sacarose: colônias mucosas e grandes- meio sem sacarose: colônias secas e pequenas

Variabilidade em MicrorganismosVariabilidade em Microrganismos

VARIAÇÕES GENOTÍPICASVARIAÇÕES GENOTÍPICASOcorre graças a dois

mecanismos:1) Mutações Alterações (hereditárias) na sequência de

nucleotídeos de um gene.

- Geralmente resultam em pequenas alterações

genéticas (uma em vários milhões de células)

2) Recombinação genética Elementos genéticos contidos em dois genomas

diferentes são reunidos numa unidade – nova combinação de genes.

- Provoca alterações mais significativas.

MutaçõesMudanças hereditárias na sequência

de nucleotídeos de um geneDiferentes tipos

Substituição de bases (troca de bases)Mutações de remoção (remoção de

bases)Adição ou perda de bases (proteínas não

funcionais)Mutações sem sentido (término da

cadeia de aa)Mutações silenciosas (não acarreta

efeito no fenótipo)

VARIAÇÕES GENOTÍPICASVARIAÇÕES GENOTÍPICAS

Substituição de uma Base (pontual)

COMO DETECTAR MUTAÇÕES?COMO DETECTAR MUTAÇÕES?

Mutantes resistentes crescendo dentro de uma zona de inibição

AGENTES MUTAGÊNICOSAGENTES MUTAGÊNICOS

Agentes químicos: análogos de base

Radiações: raios-X, luz ultra-violeta

Transposons

AGENTES MUTAGÊNICOSAGENTES MUTAGÊNICOS

Agentes químicos: análogos de base

Radiações: raios-X, luz ultra-violeta

Transposons

Agentes mutagênicos e seu modo de ação

Agente Ação Resultado

Análogos de base5-bromouracil Substitui T, mas pareia Troca de AT por GC

com G2-aminopurina Substitui A, mas pareia Troca de AT por GC

com C

Químicos que reagem com o DNAÁcido nitroso (HNO2) Desamina A e C Troca de AT por GC

Troca de GC por ATHidroxilamina (NH2OH) Reage com C Troca de GC por AT

Agentes alquilantesMonofuncional (ex. sulfonato de Metilação de G, que passa Troca de GC por AT etil metano) a parear com TBifuncionais (ex. gás mostarda, Ligação cruzada das fitas de Mutação pontual e nitrosoguanidina) DNA, a região é cortada deleção

pela DNA polimeraseCorantes intercaladoresAcridinas, brometo de etídio Inserem-se entre nucleotídeos Microinserções e

microdeleçõesRadiaçãoUltravioleta Formação de dímeros de Reparos podem levar

pirimidina erros ou deleçõesRadiação ionizante (ex. raios X) Formação de radicais livres que

quebram o DNA

Agentes químicos: análogos de bases

Radiações: raios-X, luz ultra-violeta

Transposons

AGENTES MUTAGÊNICOSAGENTES MUTAGÊNICOS

Mutagênese por elementos Mutagênese por elementos transponíveistransponíveis

* transposase* repetições invertidas* baixa frequência: 10-5 a 10-7 por geração (1/10,000,000)

RECOMBINAÇÃO GENÉTICARECOMBINAÇÃO GENÉTICA

Formação de um novo genótipo

Trocas de material genético entre dois cromossomos homólogos (crossing over) eucariotos: MEIOSE procariotos:RECOMBINAÇÃO

RECOMBINAÇÃO GENÉTICARECOMBINAÇÃO GENÉTICA

TransformaçãoAvery, MacLeod & McCarthy (1944)

ConjugaçãoLedeberg & Tatum (1946)

TransduçãoZinder & Ledeberg (1952)

Recombinação Genética TransformaçãoTransformação

Recombinação Genética ConjugaçãoConjugação

Natureza: - Contato entre células- Plasmídeo ou cromossomo

Nogueira & Silva Filho, 2010

Recombinação Genética TransduçãoTransduçãoNatureza:

- Vírus como vetor (bacteriófagos ou fagos)- Generalizada e Especializada