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PRINCÍPIOS DE GENÉTICA MICROBIANA. INTRODUÇÃO Estudo das semelhanças e diferenças entre os seres vivos: hereditariedade variabilidade.

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1 PRINCÍPIOS DE GENÉTICA MICROBIANA

2 INTRODUÇÃO Estudo das semelhanças e diferenças entre os seres vivos: hereditariedade variabilidade

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4 INTRODUÇÃO Descoberta da estrutura do DNA (dupla fita em helix – Watson & Crick 1953 ou 1957?) Transferência da hereditariedade Necessidade de fidelização do processo Etapas do processo: Replicação Transcrição Tradução

5 A = T C G DNA: Ø 2 nm (1/1,000,000,000 = )

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8 INTRODUÇÃO Descoberta dupla fita (em helix) do DNA Transferência da hereditariedade (alelos e genes) Dominância: homozigose e heterozigose Epistasia: expressão de um gene afeta a expressão do outro Pleiotropia: um gene responsável por mais de uma característica Importância da fidelização do processo Etapas do processo: Replicação Transcrição Tradução

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12 GENOMA BACTERIANO Normalmente circular Eventualmente linear Algumas espécies com porções extras, não cromossomais, denominadas de plasmídeos, com transferência horizontal Conjugativos Não conjugativos

13 TAMANHO, FORMA E NUMERO DE CROMOSSOMOS BACTERIANOS

14 GENOMA BACTERIANO Tumor inducing Agrobacterium tumefasciens (1 cromossomo circular, 1 linear e 2 plasmídeos)

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16 GENOMA BACTERIANO Organismo tamanho (pares de base) # de genes Média da densidade de bases/gene # cromossomos Homo sapiens (humano) 3.2 bilhões~25,0001 gene/100,000 bases46 Mus musculus (rato) 2.6 bilhões~25,0001 gene/100,000 bases40 Drosophila melanogaster (inseto) 137 milhões13,0001 gene/9,000 bases8 Arabidopsis thaliana (planta) 100 milhões25,0001 gene/4000 bases10 Saccharomyces cerevisiae (levedura) 12.1 milhões60001 gene/2000 bases32 Escherichia coli (bacteria) 4.6 milhões32001 gene/1400 bases1 H. influenzae (bacteria) 1.8 milhões17001 gene/1000 bases1

17 GENOMA BACTERIANO Escherichia coli K-12 Operon his (biossíntese de Histidina) Operon trp (biossíntese de triptofano) Operon lac (biossíntese de lactose) Origem de replicação 4288 proteínas codificadas 385 de função desconhecida pb

18 Eucariotos: superenovelamento estabilizado pelas histonas

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20 Em Archaea tanto histonas quanto DNA girase

21 Superenovelamento positivo ou negativo DNA girase

22 Pol III adiciona 1000 nucleotídeos/s com um erro de /geração E. coli – quanto tempo para replicação completa ( ca. 4,6 milhões de pb)?

23 VARIABILIDADE EM MICRORGANISMOS Associada a duas propriedades: Genótipo: potencial total herdado Procariotos: cromossomo + qualquer DNA presente (p. ex. plasmídeos, por ex. resistência a antibióticos, produção de enzimas e proteínas ou aumentar a patogenicidade de uma variedade) Eucariotos: cromossomo + DNA organelas Fenótipo: porção expressa do genótipo ex. Azomonas spp. meio com sacarose: colônias mucosas meio sem sacarose: colônias secas

24 VARIABILIDADE EM PROCARIOTOS

25 VARIAÇÕES GENOTÍPICAS Ocorre graças a dois mecanismos: Mutações Recombinação genética

26 Mutações Mudanças hereditárias na sequência de nucleotídeos de um gene (1/10,000,000) a ( 1/100,000,000,000) por par de nucleotídeo Gene típico possui pb, haveria a erros por geração, ou 0,0001 a 0, Algumas mutações são mais frequentes que outras VARIAÇÕES GENOTÍPICAS Frequência de mutação:

27 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) Mutações de supressão (corrigem mutações) VARIAÇÕES GENOTÍPICAS

28 2 a base UCAG 1 a base U UUU (Phe/F) Fenilalanina UUC (Phe/F) Fenilalanina UUA (Leu/L) Leucina UUG (Leu/L) LeucinaFenilalanina Leucina UCU (Ser/S) Serina UCC (Ser/S) Serina UCA (Ser/S) Serina UCG (Ser/S) SerinaSerina UAU (Tyr/Y) Tirosina UAC (Tyr/Y) Tirosina UAA "Ocre" (Stop) UAG "Âmbar" (Stop)Tirosina UGU (Cys/C) Cisteína UGC (Cys/C) Cisteína UGA "Opala" (Stop) UGG (Trp/W) TriptofanoCisteína Triptofano C CUU (Leu/L) Leucina CUC (Leu/L) Leucina CUA (Leu/L) Leucina CUG (Leu/L) LeucinaLeucina CCU (Pro/P) Prolina CCC (Pro/P) Prolina CCA (Pro/P) Prolina CCG (Pro/P) ProlinaProlina CAU (His/H) Histidina CAC (His/H) Histidina CAA (Gln/Q) Glutamina CAG (Gln/Q) GlutaminaHistidina Glutamina CGU (Arg/R) Arginina CGC (Arg/R) Arginina CGA (Arg/R) Arginina CGG (Arg/R) ArgininaArginina A AUU (Ile/I) Isoleucina AUC (Ile/I) Isoleucina AUA (Ile/I) Isoleucina AUG (Met/M) Metionina, StartIsoleucina Metionina ACU (Thr/T)Treonina ACC (Thr/T)Treonina ACA (Thr/T)Treonina ACG (Thr/T)TreoninaTreonina AAU (Asn/N) Asparagina AAC (Asn/N) Asparagina AAA (Lys/K) Lisina AAG (Lys/K) LisinaAsparagina Lisina AGU (Ser/S) Serina AGC (Ser/S) Serina AGA (Arg/R) Arginina AGG (Arg/R) ArgininaSerina Arginina G GUU (Val/V) Valina GUC (Val/V) Valina GUA (Val/V) Valina GUG (Val/V) ValinaValina GCU (Ala/A) Alanina GCC (Ala/A) Alanina GCA (Ala/A) Alanina GCG (Ala/A) AlaninaAlanina GAU (Asp/D) Ácido aspártico GAC (Asp/D) Ácido aspártico GAA (Glu/E) Ácido glutâmico GAG (Glu/E) Ácido glutâmicoÁcido aspártico Ácido glutâmico GGU (Gly/G) Glicina GGC (Gly/G) Glicina GGA (Gly/G) Glicina GGG (Gly/G) GlicinaGlicina

29 ALI VAI RUI COM LIA XXX VARIAÇÕES GENOTÍPICAS Substituição ALI VAI RUI COM BIA XXX Remoção ALI AIR UIC OML IAX XX Inserção ALT IVA IRU ICO MLI AXX

30 Substituição de uma base (pontual)

31 COMO DETECTAR MUTAÇÕES Serratia marcescens: vermelho normal, cinza mutantes

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33 AGENTES MUTAGÊNICOS Agentes químicos: análogos de base Radiações: raios-X, luz ultra-violeta Transposons

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35 AGENTES MUTAGÊNICOS Agentes químicos: análogos de base Radiações: raios-X, luz ultra-violeta Transposons

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37 Agentes químicos: análogos de bases Radiações: raios-X, luz ultra-violeta Transposons AGENTES MUTAGÊNICOS

38 Mutagênese por elementos transponíveis * transposase * repetições invertidas * baixa frequência: a por geração (1/10,000,000) Tn 10 – tetraciclina Tn 5 – kanamicina

39 RECOMBINAÇÃO GENÉTICA Formação de um novo genótipo Trocas de material genético entre dois cromossomos homólogos (crossing over) eucariotos: MEIOSE procariotos: TRANSFERÊNCIA/RECOMBINAÇÃO

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41 RECOMBINAÇÃO GENÉTICA Transformação Avery, MacLeod & McCarthy (1944) Conjugação Ledeberg & Tatum (1946) Transdução Zinder & Ledeberg (1952)

42 Recombinação genética Transformação

43 Recombinação genética Experimento de Griffith (1928)

44 Ex. Haemophilus influenza

45 RECOMBINAÇÃO GENÉTICA Conjugação Ledeberg & Tatum (1946) Natureza: contato entre células plasmídeo ou cromossomo Pili

46 F+F+ F-F- F+F+ F-F- Conjugação

47 RECOMBINAÇÃO GENÉTICA Transdução Lederberg & Zinder (1952): Salmonella typhimurium Natureza: vírus como vetor (bacteriófagos ou fagos) generalizada ou especializada

48 RECOMBINAÇÃO GENÉTICA

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