Princípios da Genética Microbiana
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Princípios de Genética Microbiana Definição Genética (do grego genno; fazer nascer) É a ciência da hereditariedade e da variabilidade dos organismos. A variabilidade é uma característica necessária dos organismos vivos , tanto quanto sua constância. Estrutura do DNA Nucleotídeos A=T C≡G Estrutura do DNA Procariotos - A Célula Duplica o Material Genético Antes da Divisão Celular Os microrganismos apresentam elevadas velocidades metabólicas. Em algumas horas várias gerações podem surgir Ex: E. coli: 3 gerações em 1 hora. clones 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 Uracila (U) no lugar de Timina (T) RNA fita simples Três tipos de RNA com diferentes funções: mRNA (RNA mensageiro): especifica a sequência de aa tRNA (RNA de transferência ou transportador): 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 base U 1a base C A G UUU (Phe/F) Fenilalanina UUC (Phe/F) Fenilalanina U UUA (Leu/L) Leucina UUG (Leu/L) Leucina UCU (Ser/S) Serina UCC (Ser/S) Serina UCA (Ser/S) Serina UCG (Ser/S) Serina UAU (Tyr/Y) Tirosina UAC (Tyr/Y) Tirosina UAA "Ocre" (Stop) UAG "Âmbar" (Stop) UGU (Cys/C) Cisteína UGC (Cys/C) Cisteína UGA "Opala" (Stop) UGG (Trp/W) Triptofano CUU (Leu/L) Leucina CUC (Leu/L) Leucina C CUA (Leu/L) Leucina CUG (Leu/L) Leucina CCU (Pro/P) Prolina CCC (Pro/P) Prolina CCA (Pro/P) Prolina CCG (Pro/P) Prolina CAU (His/H) Histidina CAC (His/H) Histidina CAA (Gln/Q) Glutamina CAG (Gln/Q) Glutamina CGU (Arg/R) Arginina CGC (Arg/R) Arginina CGA (Arg/R) Arginina CGG (Arg/R) Arginina AUU (Ile/I) Isoleucina AUC (Ile/I) Isoleucina A AUA (Ile/I) Isoleucina AUG (Met/M) Metionina, Start ACU (Thr/T)Treonina ACC (Thr/T)Treonina ACA (Thr/T)Treonina ACG (Thr/T)Treonina AAU (Asn/N) Asparagina AAC (Asn/N) Asparagina AAA (Lys/K) Lisina AAG (Lys/K) Lisina AGU (Ser/S) Serina AGC (Ser/S) Serina AGA (Arg/R) Arginina AGG (Arg/R) Arginina GUU (Val/V) Valina GUC (Val/V) Valina G GUA (Val/V) Valina GUG (Val/V) Valina GCU (Ala/A) Alanina GCC (Ala/A) Alanina GCA (Ala/A) Alanina GCG (Ala/A) Alanina GAU (Asp/D) Ácido aspártico GAC (Asp/D) Ácido aspártico GAA (Glu/E) Ácido glutâmico GAG (Glu/E) Ácido glutâmico GGU (Gly/G) Glicina GGC (Gly/G) Glicina GGA (Gly/G) Glicina GGG (Gly/G) Glicina Transcrição, Tradução e Síntese de Proteínas Tradução (DNA Proteínas) Participação do: mRNA e tRNA códon Aminoácidos Proteínas anticódon Variabilidade em Microrganismos 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 fenótipo Ex. Azomonas spp. meio com sacarose: colônias mucosas e grandes meio sem sacarose: colônias secas e pequenas VARIAÇÕES GENOTÍPICAS Ocorre 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. VARIAÇÕES GENOTÍPICAS Mutações Mudanças hereditárias na sequência de nucleotídeos de um gene Diferentes 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) Substituição de uma Base (pontual) COMO DETECTAR MUTAÇÕES? Mutantes resistentes crescendo dentro de uma zona de inibição AGENTES MUTAGÊNICOS Agentes químicos: análogos de base Radiações: raios-X, luz ultra-violeta Transposons AGENTES MUTAGÊNICOS Agentes químicos: análogos de base Radiações: raios-X, luz ultra-violeta Transposons Agentes mutagênicos e seu modo de ação Agente Ação Resultado Substitui T, mas pareia com G Substitui A, mas pareia com C Troca de AT por GC Químicos que reagem com o DNA Ácido nitroso (HNO2) Desamina A e C Hidroxilamina (NH2OH) Reage com C Troca de AT por GC Troca de GC por AT Troca de GC por AT Análogos de base 5-bromouracil 2-aminopurina Agentes alquilantes Monofuncional (ex. sulfonato de etil metano) Bifuncionais (ex. gás mostarda, nitrosoguanidina) Corantes intercaladores Acridinas, brometo de etídio Radiação Ultravioleta Radiação ionizante (ex. raios X) Troca de AT por GC Metilação de G, que passa a parear com T Ligação cruzada das fitas de DNA, a região é cortada pela DNA polimerase Troca de GC por AT Inserem-se entre nucleotídeos Microinserções e microdeleções Formação de dímeros de pirimidina Formação de radicais livres que quebram o DNA Reparos podem levar erros ou deleções Mutação pontual e deleção AGENTES MUTAGÊNICOS Agentes químicos: análogos de bases Radiações: raios-X, luz ultra-violeta Transposons Mutagênese por elementos transponíveis * transposase * repetições invertidas * baixa frequência: 10-5 a 10-7 por geração (1/10,000,000) RECOMBINAÇÃO GENÉTICA Formação de um novo genótipo Trocas de material genético entre dois cromossomos homólogos (crossing over) eucariotos: MEIOSE procariotos:RECOMBINAÇÃO RECOMBINAÇÃO GENÉTICA Transformação Avery, Conjugação MacLeod & McCarthy (1944) Ledeberg & Tatum (1946) Transdução Zinder & Ledeberg (1952) Recombinação Genética Transformação Recombinação Genética Conjugação Natureza: - Contato entre células - Plasmídeo ou cromossomo Nogueira & Silva Filho, 2010 Recombinação Genética Transdução Natureza: - Vírus como vetor (bacteriófagos ou fagos) - Generalizada e Especializada Resistência a antibióticos
