11: Mecanismos da Genética Microbiana
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Em 1954, o cientista francês e futuro ganhador do Nobel Jacques Monod (1910—1976) disse a famosa frase: “O que é verdade na E. coli é verdade no elefante”, sugerindo que a bioquímica da vida foi mantida ao longo da evolução e é compartilhada em todas as formas de vida conhecidas. Desde a famosa declaração de Monod, aprendemos muito sobre os mecanismos de regulação, expressão e replicação de genes em células vivas. Todas as células usam DNA para armazenamento de informações, compartilham o mesmo código genético e usam mecanismos semelhantes para replicá-lo e expressá-lo. Embora muitos aspectos da genética sejam compartilhados universalmente, existem variações entre os sistemas genéticos contemporâneos. Agora sabemos que dentro do tema geral compartilhado do mecanismo genético, existem diferenças significativas entre os três domínios da vida: Eukarya, Archaea e Bactérias. Além disso, vírus, parasitas celulares, mas não células vivas, mostram uma variação dramática em seu material genético e nos processos de replicação e expressão gênica. Algumas dessas diferenças nos permitiram projetar ferramentas clínicas, como antibióticos e medicamentos antivirais, que inibem especificamente a reprodução de patógenos, mas são inofensivas para seus hospedeiros.
- 11.1: O que são genes?
- Um gene é composto de DNA que é “lido” ou transcrito para produzir uma molécula de RNA durante o processo de transcrição. Um dos principais tipos de molécula de RNA, chamado RNA mensageiro (mRNA), fornece as informações para o ribossomo catalisar a síntese de proteínas em um processo chamado tradução. Os processos de transcrição e tradução são coletivamente chamados de expressão gênica.
- 11.2: Replicação do DNA
- O processo de replicação do DNA é semiconservador, o que resulta em duas moléculas de DNA, cada uma com uma fita parental de DNA e uma fita recém-sintetizada. Nas bactérias, o início da replicação ocorre na origem da replicação, onde o DNA superenrolado é desenrolado pela DNA girase, feito de fita simples pela helicase e ligado por proteína de ligação de fita simples para manter seu estado de fita simples.
- 11.3: Transcrição de RNA
- Durante o processo de transcrição, a informação codificada na sequência de DNA de um ou mais genes é transcrita em uma fita de RNA, também chamada de transcrição de RNA. A molécula de RNA de fita simples resultante, composta por ribonucleotídeos contendo as bases adenina, citosina, guanina e uracilo, atua como uma cópia molecular móvel da sequência original de DNA. A transcrição em procariontes e eucariotos requer que a dupla hélice do DNA se desenrole parcialmente na região da síntese de RNA.
- 11.4: Síntese de Proteínas (Tradução)
- A síntese de proteínas consome mais energia de uma célula do que qualquer outro processo metabólico. Por sua vez, as proteínas representam mais massa do que qualquer outra macromolécula de organismos vivos. Eles realizam praticamente todas as funções de uma célula, servindo como elementos funcionais (por exemplo, enzimas) e estruturais. O processo de tradução, ou síntese de proteínas, a segunda parte da expressão gênica, envolve a decodificação por um ribossomo de uma mensagem de mRNA em um produto polipeptídico.
- 11.5: Mutações
- Uma mutação é uma mudança hereditária na sequência de DNA de um organismo. O organismo resultante, chamado de mutante, pode ter uma mudança reconhecível no fenótipo em comparação com o tipo selvagem, que é o fenótipo mais comumente observado na natureza. Uma alteração na sequência de DNA é conferida ao mRNA por meio da transcrição e pode levar a uma sequência alterada de aminoácidos em uma proteína na tradução.
- 11.6: Como os procariontes assexuados alcançam a diversidade genética
- Como os organismos cujo modo reprodutivo dominante é o assexual criam diversidade genética? Em procariontes, a transferência horizontal de genes (HGT), a introdução de material genético de um organismo para outro na mesma geração, é uma forma importante de introduzir a diversidade genética. O HGT permite que até mesmo espécies distantes compartilhem genes, influenciando seus fenótipos.
- 11.7: Regulação gênica - Teoria dos Operons
- O DNA genômico contém genes estruturais, que codificam produtos que servem como estruturas celulares ou enzimas, e genes regulatórios, que codificam produtos que regulam a expressão gênica. A expressão de um gene é um processo altamente regulado. Enquanto a regulação da expressão gênica em organismos multicelulares permite a diferenciação celular, em organismos unicelulares, como procariontes, ela garante que os recursos de uma célula não sejam desperdiçados produzindo proteínas de que a célula não precisa naquele momento.
Miniatura: DNA Double Helix. (Domínio público; Apers0n).