Genética BacterianaJulliane Dutra Medeiros

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A célula bacteriana

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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

Relembrando conceitos...

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• 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 terminoda replicação);

• Genes organizados na forma de operon.

Cromossomo bacteriano

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• 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.

Cromossomo bacteriano

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E. coli K12 4.6 Mb

Cromossomo bacteriano

O DNA da E. coli, tem cerca de 4,6 milhões de pares debases e possui cerca de 1 mm de comprimento – milvezes maior que toda a célula.O cromossomo ocupa apenas cerca de 10% do volumecelular.DNA é superenovelado!

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Fluxo da informação genética

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Replicação DNA

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Replicação DNA

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Replicação DNA

Replicação do DNA é bidirecional.

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Replicação DNA

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• 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.

Expressão

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Transcrição

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Tradução

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• Decodificação da “linguagem” de ácidonucleico 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.

Tradução

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Tradução

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Tradução

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Tradução

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Tradução

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A transcrição e tradução ocorremsimultaneamente.

• 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.

Plasmídeos bacterianos

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• Carreiam genes que exercem influênciano fenótipo da célula.

• Plasmídeo de resistência – ameaça aterapia antimicrobiana

Plasmídeos bacterianos

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DNA móvel: elementos transponíveis

• Segmentos distintos de DNA que movem-se como unidade; nointerior 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.

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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.

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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.

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DNA móvel: elementos transponíveis

• Transposição:

• Pode afetar a expressão de genes.

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Integrons

• São sistemas que conseguem capturar eutilizer elementos genéticos móveis (cassetesgênicos).

• Os cassetes geralmente estão associados comresistência a antimicrobianos.

• Fator de disseminação de resistência.

• Estrutura:

• Gene codificador de integrase (intI). Proteína dafamília das recombinases.

• Sítio de recombinação (attI).

• Promotor constitutive (Pc).

• Para o cassete gênico ser integrado tem que possuirattC.

Mutação: alteração na sequência debases do DNA sem aquisição de genes deoutro microrganismo.

Recombinação genética: alteração nogenótipo que ocorre pela aquisição dematerial genético de outromicrorganismo.

Processo verticalOcorre durante

replicação cromossomo

Processo horizontal

Ocorre durante transformação, transdução e conjugação

Variabilidade Genética

• 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.

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Mutações

• Substituição:

• Tipos:

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Mutações

• Inserções e deleções :

• Alteração na matriz de leitura

• Inserção e deleção múltiplos de 3 não afetam a matriz.

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Mutações

C UG A C G A C G AU U

Arginine

Serine

Isoleucine

Asparagine

Arg

Ser

Iso

Asp

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Deleção

C G A C G A C G AU U

Arginine

Arginine

Serine

-----

Arg

Arg

Ser

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• A) Sentido trocado; B) Sem sentido; C) Silenciosa.

Mutação no início da sequência do mRNA a proteína será muito

encurtada e não funcional

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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.

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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.

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Causa das mutações

• 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

Conjugação

Transdução

Incorporação de DNA livre, geralmente decorrente

de lise celular

Transferência de DNA de uma

bactéria para outra que envolve o

contato entre as duas células

Transferência de material

genético mediada por bacteriófago

Recombinação Genética

• 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

Conjugação

O plasmídeo pode não ser transferido totalmente.

Células Hfr (high-frequency), o fator F é integrado ao cromossomo bacteriano.

• 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 diferenteespécies.

• As células que captam DNA são denominadas células competentes.

Transformação

Transformação

• Processo de transferência de material genético através de bacteriófagos.

Transdução

Requer:

• Fago degrade o cromossomo bacteriano;

• Embalagem não específica de DNA;

• Genes bacterianos se recombinem.