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Princípios de Genética Microbiana. Estudo das semelhanças e diferenças entre os seres vivos: hereditariedade variabilidade. Introdução. Introdução. Descoberta da estrutura do DNA (dupla fita em helix – Watson & Crick 1953 ou 1957?) Transferência da hereditariedade - PowerPoint PPT Presentation
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PRINCÍPIOS DE GENÉTICA MICROBIANA
INTRODUÇÃO
Estudo das semelhanças e diferenças entre os seres vivos:
hereditariedadevariabilidade
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
A = TC ≡ G
DNA: Ø 2 nm (1/1,000,000,000 = 10-9)
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
GENOMA BACTERIANO
Normalmente circular Eventualmente linear Algumas espécies com porções extras,
não cromossomais, denominadas de plasmídeos, com transferência horizontal
ConjugativosNão conjugativos
TAMANHO, FORMA E NUMERO DE CROMOSSOMOS BACTERIANOS
GENOMA BACTERIANO
Tumor inducing
Agrobacterium tumefasciens (1 cromossomo circular, 1 linear e 2 plasmídeos)
GENOMA BACTERIANO
Organismotamanho
(pares de base)# de genes
Média da densidade de bases/gene
# cromossomos
Homo sapiens(humano)
3.2 bilhões ~25,000 1 gene/100,000 bases 46
Mus musculus (rato)
2.6 bilhões ~25,000 1 gene/100,000 bases 40
Drosophila melanogaster(inseto)
137 milhões 13,000 1 gene/9,000 bases 8
Arabidopsis thaliana(planta)
100 milhões 25,000 1 gene/4000 bases 10
Saccharomyces cerevisiae(levedura)
12.1 milhões 6000 1 gene/2000 bases 32
Escherichia coli(bacteria)
4.6 milhões 3200 1 gene/1400 bases 1
H. influenzae (bacteria)
1.8 milhões 1700 1 gene/1000 bases 1
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 codificadas385 de função desconhecida
4.639.221 pb
Eucariotos: superenovelamento estabilizado pelas histonas
Em Archaea tanto histonas quanto DNA girase
Superenovelamento positivo ou negativo
DNA girase
Pol III adiciona 1000 nucleotídeos/s com um erro de 10-9/geração
E. coli – quanto tempo para replicação completa (ca. 4,6 milhões de pb)?
VARIABILIDADE EM VARIABILIDADE EM MICRORGANISMOSMICRORGANISMOS
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
VARIABILIDADE EM VARIABILIDADE EM PROCARIOTOSPROCARIOTOS
VARIAÇÕES GENOTÍPICASVARIAÇÕES GENOTÍPICAS
Ocorre graças a dois mecanismos:
MutaçõesRecombinação genética
Mutações Mudanças hereditárias na sequência de nucleotídeos de um gene
10-7 (1/10,000,000) a 10-11 ( 1/100,000,000,000) por par de nucleotídeo Gene típico possui 1.000 pb, haveria 10-4 a 10-8 erros por geração, ou 0,0001 a 0,00000001 Algumas mutações são mais frequentes que outras
VARIAÇÕES GENOTÍPICASVARIAÇÕES GENOTÍPICAS
Frequência de mutação:
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 GENOTÍPICASVARIAÇÕES GENOTÍPICAS
2a baseU C A G
1a
base
U
UUU (Phe/F) FenilalaninaUUC (Phe/F) FenilalaninaUUA (Leu/L) LeucinaUUG (Leu/L) Leucina
UCU (Ser/S) SerinaUCC (Ser/S) SerinaUCA (Ser/S) SerinaUCG (Ser/S) Serina
UAU (Tyr/Y) TirosinaUAC (Tyr/Y) TirosinaUAA "Ocre" (Stop)UAG "Âmbar" (Stop)
UGU (Cys/C) CisteínaUGC (Cys/C) CisteínaUGA "Opala" (Stop)UGG (Trp/W) Triptofano
C
CUU (Leu/L) LeucinaCUC (Leu/L) LeucinaCUA (Leu/L) LeucinaCUG (Leu/L) Leucina
CCU (Pro/P) ProlinaCCC (Pro/P) ProlinaCCA (Pro/P) ProlinaCCG (Pro/P) Prolina
CAU (His/H) HistidinaCAC (His/H) HistidinaCAA (Gln/Q) GlutaminaCAG (Gln/Q) Glutamina
CGU (Arg/R) ArgininaCGC (Arg/R) ArgininaCGA (Arg/R) ArgininaCGG (Arg/R) Arginina
A
AUU (Ile/I) IsoleucinaAUC (Ile/I) IsoleucinaAUA (Ile/I) IsoleucinaAUG (Met/M) Metionina, Start
ACU (Thr/T)TreoninaACC (Thr/T)TreoninaACA (Thr/T)TreoninaACG (Thr/T)Treonina
AAU (Asn/N) AsparaginaAAC (Asn/N) AsparaginaAAA (Lys/K) LisinaAAG (Lys/K) Lisina
AGU (Ser/S) SerinaAGC (Ser/S) SerinaAGA (Arg/R) ArgininaAGG (Arg/R) Arginina
G
GUU (Val/V) ValinaGUC (Val/V) ValinaGUA (Val/V) ValinaGUG (Val/V) Valina
GCU (Ala/A) AlaninaGCC (Ala/A) AlaninaGCA (Ala/A) AlaninaGCG (Ala/A) Alanina
GAU (Asp/D) Ácido aspárticoGAC (Asp/D) Ácido aspárticoGAA (Glu/E) Ácido glutâmicoGAG (Glu/E) Ácido glutâmico
GGU (Gly/G) GlicinaGGC (Gly/G) GlicinaGGA (Gly/G) GlicinaGGG (Gly/G) Glicina
ALI VAI RUI COM LIA XXX
VARIAÇÕES GENOTÍPICASVARIAÇÕES GENOTÍPICAS
SubstituiçãoALI VAI RUI COM
BIA XXX
RemoçãoALI AIR UIC OML IAX XX InserçãoALT IVA IRU ICO MLI AXX
Substituição de uma base (pontual)
COMO DETECTAR MUTAÇÕESCOMO DETECTAR MUTAÇÕES
Serratia marcescens: vermelho normal, cinza mutantes
AGENTES MUTAGÊNICOSAGENTES MUTAGÊNICOS
Agentes químicos: análogos de base
Radiações: raios-X, luz ultra-violeta
Transposons
AGENTES MUTAGÊNICOSAGENTES MUTAGÊNICOS
Agentes químicos: análogos de base
Radiações: raios-X, luz ultra-violeta
Transposons
Agentes químicos: análogos de bases
Radiações: raios-X, luz ultra-violeta
Transposons
AGENTES MUTAGÊNICOSAGENTES MUTAGÊNICOS
Mutagênese por elementos Mutagênese por elementos transponíveistransponíveis
* transposase* repetições invertidas* baixa frequência: 10-5 a 10-7 por geração (1/10,000,000)
Tn 10 – tetraciclinaTn 5 – kanamicina
RECOMBINAÇÃO GENÉTICARECOMBINAÇÃO GENÉTICA
Formação de um novo genótipo
Trocas de material genético entre dois cromossomos homólogos (crossing over) eucariotos: MEIOSE procariotos:
TRANSFERÊNCIA/RECOMBINAÇÃO
RECOMBINAÇÃO GENÉTICARECOMBINAÇÃO GENÉTICA
Transformação Avery, MacLeod & McCarthy (1944)
Conjugação Ledeberg & Tatum (1946)
Transdução Zinder & Ledeberg (1952)
Recombinação genéticaRecombinação genética
TransformaçãoTransformação
Recombinação genéticaRecombinação genética
Experimento de Griffith (1928)
Ex. Ex. Haemophilus influenzaHaemophilus influenza
RECOMBINAÇÃO GENÉTICARECOMBINAÇÃO GENÉTICA
Conjugação Ledeberg & Tatum (1946)
Natureza: contato entre células plasmídeo ou cromossomo
Pili
F+
F-
F+
F-
ConjugaçãoConjugação
RECOMBINAÇÃO GENÉTICARECOMBINAÇÃO GENÉTICA
Transdução Lederberg & Zinder (1952): Salmonella
typhimurium
Natureza: vírus como vetor (bacteriófagos ou fagos) generalizada ou especializada
RECOMBINAÇÃO GENÉTICARECOMBINAÇÃO GENÉTICA