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

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 Uracil (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): 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 C A G 1a base UUU (Phe/F) Fenilalanina UUC (Phe/F) Fenilalanina 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 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 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 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 anticódon Aminoácidos Proteínas

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 Análogos de base 5-bromouracil Substitui T, mas pareia Troca de AT por GC com G 2-aminopurina Substitui A, mas pareia Troca de AT por GC com C Químicos que reagem com o DNA Ácido nitroso (HNO2) Desamina A e C Troca de AT por GC Troca de GC por AT Hidroxilamina (NH2OH) Reage com C Troca de GC por AT Agentes alquilantes Monofuncional (ex. sulfonato de Metilação de G, que passa Troca de GC por AT etil metano) a parear com T Bifuncionais (ex. gás mostarda, Ligação cruzada das fitas de Mutação pontual e nitrosoguanidina) DNA, a região é cortada deleção pela DNA polimerase Corantes intercaladores Acridinas, brometo de etídio Inserem-se entre nucleotídeos Microinserções e microdeleções Radiação Ultravioleta Formação de dímeros de Reparos podem levar pirimidina erros ou deleções Radiação ionizante (ex. raios X) Formação de radicais livres que quebram o DNA

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, MacLeod & McCarthy (1944) Conjugação 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