GENOMA BACTERIANO Flashcards
O QUE É UM GENÓTIPO, UM GENOMA E O GENE?
Genótipo: conjunto de toda a informação codificada no DNA de uma célula (que se irá expressão como fenótipo).
Genoma: conjunto de todos os genes presentes numa célula.
• O genoma bacteriano é 3x mais reduzido que o genoma eucariota.
Gene: segmento de DNA que determina a síntese de um polipéptido, tRNA ou rRNA.
COMO SE DÁ A COMPACTAÇÃO DO DNA EM PROCARIOTAS?
O DNA bacteriano encontra-se compactado. Alterna entre um estado de relaxamento ou superenrolamento (estabilizado por proteínas).
Supercoiling:
• Topoisomerases: introdução/remoção de superenrolamentos.
• Topoisomerases tipo I: quebra numa cadeia de DNA.
• Topoisomerases tipo II: quebra nas duas cadeias de DNA.
Nas células bacterianas, o RNA pode sofrer transcrição e tradução de forma praticamente simultânea, o que aumenta exponencialmente a rapidez de síntese proteica.
QUIAS OS MECANISMOS DE REPLICAÇÃO DO DNA EM PROCARIOTAS?
Replicação bidirecional:
• A replicação inicia-se num ponto específico – origem.
• A síntese ocorre no garfo de replicação, local onde a hélice de DNA é desenrolada e separada.
o Ocorre o desenrolamento da cadeia através da helicase e separação das cadeias.
• As cadeias individuais são replicadas.
• O desenrolamento do DNA é mantido por DNA girase.
• As cadeias separadas são mantidas sob a forma de cadeias simples através da ligação de proteínas – SSBs (single-stranded DNA binding proteins).
• O desenrolamento rápido da cadeia de DNA pode conduzir a tensões que são aliviadas por topoisomerases – DNA girase.
• A DNA polimerase sintetiza uma nova cópia de DNA enquanto se move na direção 5’-3’.
• A cadeia restante, que tem de ser sintetizada na direção 3’-5’ é sintetizada de forma descontínua (fragmentos de okazaki) a partir de primers de RNA.
• DNA polimerase III sintetiza DNA em direção ao primer de RNA.
• Ao chegar ao primer, a DNA polimerase III é substituída pela DNA polimerase I.
• DNA polimerase I continua a sintetizar DNA e remove RNA.
• Os fragmentos são depois unidos (DNA ligase) para formarem uma cópia completa da cadeia.
REPLISSOMA (todas as enzimas que fazem parte deste processo)
- as dna polimerases
-helicase
- proteina tau (mantam a esteutura)
-dna girase
-ssb
Replicação Rolling-Circ:
• Extensão da cadeia até à célula vizinha. Replicada na célula vizinha.
• Ocorre durante a conjugação (significa troca ou transferência de material genético entre duas células).
• Uma das cadeias originais é cortada e estendida.
• À medida que o terminal 3’ é aumentado em tamanho, o ponto de crescimento enrola-se à volta do template circular.
• A extremidade 5’ é deslocada e forma uma cauda que é
convertida em cadeia dupla (já na célula recetora).
COMO SE DÁ A TRANSCRIÇÃO EM PROCARIOTAS?
Transcrição:
• Ocorre na direção 5’-3’ e inicia-se na região promotora (sequencia de pares de bases reconhecida pela RNA polimerase).
• A RNA polimerase liga-se ao promotor e desenrola um curto fragmento de DNA.
• A transcrição inicia-se 6-7 pares de bases após a extremidade 3’ do promotor.
Fatores sigma:
• Proteínas responsáveis pelo reconhecimento da região promotora pela RNA
polimerase.
Terminação da transcrição:
• Formação de uma estrutura secundária de RNA em forma de
gancho com uma cauda de uracilos.
COMO SE DÁ A TRADUÇÃO EM PROCARIOTAS?
• Algumas bactérias podem aumentar a eficiência da expressão genética através do acoplamento da transcrição e tradução, ou seja enquanto ainda está a ser transcrito pode já estar a ser traduzido na parte já transcrita.
•Iniciação: nesta etapa, o ribossoma junta-se ao RNAm e ao primeiro RNAt para que a tradução possa ter início.
Alongamento: nesta etapa, os aminoácidos são trazidos ao ribossoma pelos RNAt e são ligados entre si para formar uma cadeia.
Terminação: na última etapa, o polipeptídeo final é liberado para que possa cumprir sua função na célula.
• Quando é detetado um codão de terminação – UGA, UAA, UAG – termina o processo de tradução.
Polissomas:
• Vários ribossomas ligados a mRNA podendo sintetizar várias cadeias peptídicas
simultaneamente.
COMO SE DÁ A REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GENÉTICA MICROBIANA?
Dois níveis de regulação na célula:
• Atividade de enzimas pré-existentes.
• Quantidade de enzimas.
O QUE É UM OPERÃO E COMO OCORRE O CONTROLO DA TRANSCRIÇÃO?
Unidade funcional na qual está agrupado um conjunto de genes que codificam funções associadas a uma determinada via metabólica. (região de controlo( promotor e o operador)+ os genes estruturais)
• Os genes de um operão são transcritos numa única molécula de mRNA a partir de um único promotor.
A transcrição de um operão pode estar sob:
• Controlo negativo: a transcrição dos genes está dependente de um repressor. Este controlo pode ser por:
o Repressão: o repressor liga-se ao operador quando existe uma elevada quantidade (a célula não precisa de mais então a produção é inibida)
o Indução: Existe um código no gene que codifica uma enzima (enzima β-galactosidase) que vai quebrar a ligação glicosidica na lactose, sendo esta necessária para o metabolismo da bacteria. Quando a lactose não está presente então o repressor é ligado ao operador, fazendo com que as enzimas não sejam sintetizadas. se a lactose estiver presente então esta liga-se ao repressor modificando-o fazendo com que acontece a transcrição do gene e produzindo a enzima.
• Controlo positivo: a transcrição dos genes está dependente de um ativador/indutor (maltose). O indutor liga-se à região do promotor e assiste a RNA polimerase na transcrição.
NA LACTOSE APENAS EXISTE CONTROLO NEGATIVO OU TAMBÉM POSITIVO ? EXPLIQUE?
Também positivamente. Se existir muita glicose no meio então quer dizer que a quebra da lactose está a ocorrer. Isto faz com que o operão lac não necessite de ler transcrito e sintetizar a enzima. (esta não é necessária para a glucose + não são necessarias mais enzimas para a quebra da lactose).
Quando os níveis de glicose começam a baixar então a célula vai produzir cAMP. Quando a glicose acaba o operão lac é induzido pela proteína CAP (catabolite activador protein)/ CPR e pelo nucleótido de cAMP. Este complexo vai-se ligar no “CAP SITE”, levando assim à transcrição.
O QUE É UM CRESCIMENTO DIAUXICO?
O crescimento diauxico é frequentemente observado quando micróbios são cultivados em um meio contendo MAIS DO QUE UMA FONTE DE CARBONO (por exemplo, glicose e lactose). Os micróbios têm preferência por uma das fontes sendo a 1º a ser utilizada para o crescimento do mesmo. De seguida acontece uma fase de latência, sintetizando determinadas coisas para se adaptar ao meio pois a 1º fonte acaba, sendo utilizada a 2ª fonte de carbono. É então seguida por uma fase de crescimento e por fim quando ambas as fontes acabam os micróbios entram numa fase estacionária acabando por ter como consequência a morte.
QUAIS OS MECANISMOS DE VARIABILIDADE GENÉTICA NAS PROCARIOTAS?
As bactérias e outros microrganismos possuem um conjunto de mecanismos que geram alterações genéticas.
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS:
• Mutações pontuais que envolvem a substituição de apenas um par de bases.
• Destas alterações pode ou não ocorrer a substituição de um aminoácido por outro, resultando uma proteína não defetiva ou defetiva (mutações conservativas e mutações não conservativas).
• Podem originar 3 situações distintas:
o Mutação silenciosa – origina-se outro codão, mas codifica o mesmo aminoácido.
o Mutação missense – origina-se outro codão, que codifica um aminoácido distinto.
o Mutações nonsense – origina-se outro codão que codifica um codão de
terminação.
Transição: substituição de uma purina por outra ou de uma pirimidina por outra.
Transversão: substituição de um pirimidina por uma purina ou vice-versa.
Análogos de bases:
• São estruturalmente semelhantes às bases azotadas e podem ser incorporados durante a replicação do DNA. (5-bromouracil (análogo da timina)).
MUTAÇÕES INDUZIDAS:
A exposição a agentes mutagénicos faz aumentar em cerca de 1000 vezes a frequência de mutações.
Specific mispairing:
• Quando um agente mutagénico muda a estrutura de uma base e, consequentemente, altera as suas características de emparelhamento.
• Metil-nitroguanidina (agente alquilante) – adiciona grupos metilo à guanina.
Radiações UV:
• Formação de dímeros de timina, o que impede a interação correta com a cadeia emparelhada.
QUAIS OS TIPOS DE MUTAÇÕES E AS SUAS CARACTERISTICAS?
MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS:
• Mutações pontuais que envolvem a substituição de apenas um par de bases.
• Destas alterações pode ou não ocorrer a substituição de um aminoácido por outro, resultando uma proteína não defetiva ou defetiva (mutações conservativas e mutações não conservativas).
• Podem originar 3 situações distintas:
o Mutação silenciosa – origina-se outro codão, mas codifica o mesmo aminoácido.
o Mutação missense – origina-se outro codão, que codifica um aminoácido distinto.
o Mutações nonsense – origina-se outro codão que codifica um codão de
terminação.
Transição: substituição de uma purina por outra ou de uma pirimidina por outra.
Transversão: substituição de um pirimidina por uma purina ou vice-versa.
Análogos de bases:
• São estruturalmente semelhantes às bases azotadas e podem ser incorporados durante a replicação do DNA. (5-bromouracil (análogo da timina)).
MUTAÇÕES INDUZIDAS:
A exposição a agentes mutagénicos faz aumentar em cerca de 1000 vezes a frequência de mutações.
Specific mispairing:
• Quando um agente mutagénico muda a estrutura de uma base e, consequentemente, altera as suas características de emparelhamento.
• Metil-nitroguanidina (agente alquilante) – adiciona grupos metilo à guanina.
Radiações UV:
• Formação de dímeros de timina, o que impede a interação correta com a cadeia emparelhada.
QUAIS OS MECANISMOS DE VARIABILIDADE GENÉTICA EM BACTÉRIAS?
As bactérias e outros microrganismos possuem um conjunto de mecanismos que geram alterações genéticas, gerando variabilidade genética. Entre os diferentes mecanismos temos MUTAÇÕES, REARRANJOS E TRANSFERÊNCIA DE DNA.
COMO SE PODE DAR OS REARRANJOS DE DNA?
• Podem ocorrer rearranjos de DNA intramoleculares e daí resultarem algumas
vantagens para os organismos.
• Variabilidade antigénica de algumas bactérias patogénicas é conferida por mecanismos de translocação e inversão genética e permite ao organismo defender-se contra respostas imunológicas específicas.
Translocação:
• Mudança de local de um gene no genoma.
• Alguns microrganismos possuem a faculdade de deslocar genes de um local onde estão inativos para um local onde são expressos.
Inversão:
• Rotação de 180° sobre si de um determinado segmento de DNA.
QUAIS AS CARACTERISTICAS DA TRANSFERENCIA DE DNA E QUAIS OS TIPOS EXISTENTES?
• Nas células bacterianas as trocas genéticas têm lugar entre porções de DNA
(normalmente fora do cromossosma).
• O DNA transferido por ter 3 destinos possíveis:
o Pode ser degradado por enzimas de restrição.
o Pode replicar-se.
o Pode recombinar-se com o cromossoma do hospedeiro.
Transformação:
• Uma célula recetora recebe no seu citoplasma um fragmento de DNA de uma outra bactéria e através de um processo de recombinação dá-se a troca do material genético.
• Captação e introdução dentro da célula de segmentos de DNA
provenientes de outras células.
• É um processo aleatório no ambiente natural.
• Somente as células competentes (capacidade de receber e integrar DNA no seu genoma) são transformadas.
• As células competentes secretam para o meio exterior um fator proteico que, ao fixarse a um recetor parietal específico (na parede celular) vai ativar a expressão de um grupo de 8 a 10 genes cujos produtos estão envolvidos no processo de transformação.
• Proteína parietal recetora de DNA, nuclease, proteína de ligação a DNA de cadeia simples.
Sequência:
1. Fixação de DNA de uma cadeia dupla no recetor parietal.
2. Uma das cadeias é degradada por uma exonuclease.
3. A outra cadeia é transportada por proteínas específicas de competência e move-se através da membrana.
4. O fragmento vai ser alinhado com a região homóloga do genoma e é integrado com a ajuda de RecA.
Transdução:
• Transferência de genes entre bactérias mediada por bacteriófagos.
Transdução generalizada:
• Viriões normais contêm genes fágicos.
No entanto, outros viriões – partículas transdutoras – contêm genes do hospedeiro.
• O DNA proveniente de uma porção qualquer do genoma do hospedeiro é empacotado dentro do virião, em substituição do genoma viral.
• Aqui há combinação de genes fágicos com genes bacterianos.
Transdução restrita:
• A partícula de transdução transporta apenas porções específicas do genoma
bacteriano.
• A partícula de transdução irá injetar genes bacterianos noutra bactéria.
• Aqui, o fago transporta genes de uma bactéria e injeta noutra bactéria.
Transdução especializada:
• O DNA proveniente de uma região específica do cromossoma do hospedeiro é integrado diretamente no genoma do vírus, geralmente, substituindo alguns dos genes virais.
Plasmídeos:
• Moléculas circulares de DNA em cadeia dupla que podem existir independentemente dos cromossomas.
• Tem a sua própria origem de replicação.
• Tem locais para enzimas de restrição.
• As células não necessitam de plasmídeos para viver, mas eles vão-lhes conferir genes com novas resistências como resistência a antibióticos ou antisséticos.
• O número de cópias de um plasmídeo por célula é variável.
• Não são essenciais para a célula bacteriana.
• Conjugativos:
o Se transportarem os genes que codificam as funções necessárias para a
sua transferência, nomeadamente a síntese de pili sexual (gene tra).
• Não conjugativos:
o Podem ser mobilizados pelos plasmídeos conjugativos e desta forma
passam a outras estirpes bacterianas.
o Aqui têm de estar conjugados com plasmídeos conjugativos, para ocorrer a
síntese de pili sexual que irá permitir a sua passagem entre células.
Plasmídeos de acordo com a função que desempenham:
• Plasmídeos de fertilidade (F): que contêm apenas tra-genes. A sua única função é a iniciação da conjugação bacteriana.
• Plasmídeos de resistência (R): que contêm genes que os tornam resistentes a
antibióticos ou venenos.
• Col-plasmídeos: que contêm plasmídeos que codificam substâncias que podem matar outras bactérias.
• Plasmídeos degradativos: que permitem a digestão de substâncias pouco habituais.
• Plasmídeos de virulência: que transformam a bactérias num agente patogénico.
