Curs 5 Genetica Bacteriana 1

51
GENETI GENETI BACTERIAN BACTERIAN Ă Ă I I Dr. Carmen Costache Dr. Carmen Costache

Transcript of Curs 5 Genetica Bacteriana 1

  • GENETIC BACTERIAN IDr. Carmen Costache

  • Planul capitolului

    Ereditatea = Metabolismul ADN-ului bacterianVariabilitatea Mutaia Transfer de material genetic Rolul materialulul genetic extracromozomial

  • Planul cursuluiEREDITATEA - Metabolismul ADN-uluiIntroducere - Dogma centralaStructura ADN Codul geneticGenotipFenotipMaterialul genetic la bacteriiCromozomialExtracromozomial (Plasmide, Bacteriofagi)Replicarea ADNRepararea leziunilor ADNTranscriereTraducereGene Operoni

  • INTRODUCERE

    Toate organismsmele au materialul genetic reprezentat de ADN si ARN (Avery,1944, pneumococ)folosesc aceleasi nucleotidepurine: Adenina (A), Guanina (G); pirimidinice: Citozina (C), Timina (T) Uracil (U)

  • Genetica= Ereditate + variabilitateEreditatea Conservarea i transmiterea fidel a caracterelor unei specii la descendeniStabilitatea f (ADN ) ~ metabolismul ADN replicarea semiconservativ repararea leziunilor ADN, restricie i modificaretranscriereatraducerea informaiei genetice n proteine. Genotipul = totalitatea informaiei geneticeExprimarea fenotipic: informaie genetice-ADN => ARN => proteine

  • reproducere asexuala:Fiziune binara

  • Dogma centrala ADN-ul este depozitarul informatiei genetice transcrisa in ARN si apoi in proteine la nivelul ribozomilor (Avery 1944, pneumococ)Exceptie: retrovirusurile - Reverse Transcriptaza: ARN => ADN

  • Variabilitatea

    Modificare caractere fenotipice microorganismdeosebesc descendenii de parental descendenii ntre ei. St la baza evoluiei Se produce prin modificri n genotip, la nivel molecular. Verticale: MutatieTransferului orizontal al ADN-ului: transformare, transpozitie, transductie, conjugare

  • STRUCTURA ADN i modelul replicrii semiconservative (Watson &Crick 1953)Chimic = acid nucleicschelet zahr - fosfat, 2 catene polinucleotidice => dublu-helix5 -> 3 3-> 5baze azotate purinice adenin, guanin pirimidinice (timin, citozin )legturi de H, pe baza complementariti: (A=T; C=G). Perechile de baze succesive => dublu helix ARN Zahar: ribozaUracil
  • STRUCTURA ADN

  • ADN Functional (unitati de informatie genetica)codon (ex. CCA) => gene => loci => GenomUman: perechi de baze 3.3 x 109 ~ 21.000 geneBacterii ~ perechi de baze: mil-5 mil 1000-5000 gene

  • STRUCTURA ADN - Codul geneticOrdinea bazelor azotate n molecula de ADN Codon secven de 3 baze azotate-nucleotide (ex.CCA), specific un anumit amino acid. 4 nucleotide, (4 3) = 64 codoni, 61 specific aminoacizi 3 = codoni stop TAA, TAG DegeneratEx. Prolina (Pro) CCA, CCC, CCG, CCT

  • Exprimare fenotipica a informatiei genetice:

    ADN => ARN => AA - proteine

  • Genotip => FenotipGenotip = informatia codificata stocata in ADN , mostenita, transmisa descendentilorinstructiuni Limbaj codificat = codul geneticcopiat diviziune celularacontrol Formare de macromolecule proteice, Reglarea metabolismului.Fenotip = manifestarea fizica a acestei informatii

  • STRUCTURA ADNMolecula de ADNcontinu din punct de vedere chimic. Segmentat- funcional = gen. structurale reglatoare secvene semnal.Cromozomial - nucleoidExtra-cromozomialPlasmideBacteriofagi (fagi)Transpozoni

    Repliconi: Nucleoid, plasmide, fagi

  • A. Plasmide Portiuni mici de ADN dublu catenare, circulare Repliconi (independent de cz)2 - 30 genePlasmide conjugante F factor pilul de sexR factor - multiple drug resistance (MDR plasmid); Hfr integrate in cz = recombinare frecventa => prin conjugare => raspandire

  • The above is from http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_103/notes/may_30.html.

  • structura bacteriofagiStructure of phage T4

  • B. Bacteriofagi1. Xl74 primul secventializat 2. litic => bacterioliza Fara incorporarea ADN-ului exogen3. lizogenic => profag - persistentaTrigger => bacterioliza

  • REPLICAREA ADN

    diviziunea etape: iniiere, alungire, terminare. despiralizarea moleculei superhelicoidale de ADN, realizat de ADN giraza (topoizomeraza 2).punct de origine - zona ori, 1-2 furci de replicare. direcia 5' - 3'.ter, 180, fa de punctul ori.

    Replicarea ADN cromozomial i plasmidic:bidirecionalsemiconservativcaten parental + caten progen

  • REPARAREA LEZIUNILOR ADNerori de replicare ADN polimerazafuncie de corectare i exonucleazic verific complementaritatea bazelor inserate i ndeprteaz bazele incorect inserate

  • REPARAREA LEZIUNILOR ADNExist sisteme de reparare:constituitive sau inductibile (SOS)prerepliactive, replicative, postreplicativefidele, infidele (ex.SOS)directe ( act. direct pe leziune), indirecte (prin excizie)

  • REPARAREA LEZIUNILOR ADNSistemul S.O.S (save our sequence)codificat de un complex de gene, normal represate. leziuni ADN necorectate => se activeaz. infidel supravieuirea bacteriilor modificate morfologic i funcional

  • Sistemul de modificare si restrictie2 enzime complementare E de moficare => metilarea nucleotidelor Endonucleaze de restrictie: taie materialul nerecunoscutPrezervarea ADN-ului originalFolosite in ingineria geneticaGena insulinei umaneHuman insulin geneGena hormonului de cresterePrepararea antigenelor

  • Sistemul de modificare si restrictieMetilarea Marcarea catenei parentaleGruparile metil adougate dupa replicare Endonucleazele de restrictieTaie ADN-ul in fragmente Actiune site-specifica fiecarei endonucleaze in parteMolecule santinela => distrug ADN (ex. Viral)

    ADN-ul metilat este rezistent la restrictie

  • TRANSCRIEREA INFORMAIEI GENETICE

    gene structurale => mARN tradus => lan polipeptidic aproape concomitent la nivelul ribozomilorEtape:iniierea, alungirea mARN-ului terminarea transcrierii.

  • TRANSCRIEREA INFORMAIEI GENETICEEtape: iniierea, alungirea mARN-ului terminarea transcrierii.Iniierea transcrierii: ARN polimeraza,recunoaterea promoterului: ataeaz, despiralizeaz ADN. Alungirea m ARN-ului:copiat o singur caten a ADN-ului: catena pozitiv sau catena sens

  • TRADUCEREA INFORMAIEI GENETICE= sinteza proteinelor, la nivelul ribozomilor. Etape:Iniierea AlungireaTerminarea

  • TRADUCEREA INFORMAIEI GENETICEoperonul = unitatea de transcriere a informaiei genetice Structura operonuluigene structurale alturate, codific protein - enzime, implicate n aceai cale metabolic. secvene semnal: promoter, operator, activator; Promoterul-dispus naintea genelor structurale secvena semnal de care se prinde ARN polimeraza. gena reglatoare: la distan fa de genele structurale nu face parte din operon, dar codific proteina reglatoare

  • TRADUCEREA INFORMAIEI GENETICEoperoniconstitutivi inductibili: operonii catabolici, pentru enzimele cilor degradative, represibili: operonii anabolici, pentru enzimele cilor anaboliceReglai prin mecanisme de control pozitiv i negativ. Biosinteza protein - enzimelor la bacterii este reglat prin: inducie, represie.

  • Operon model Francois Jacob and Jacques Monod Structure of a typical operon. Image from Purves et al., Life: The Science of Biology, 4th Edition, by Sinauer Associates (www.sinauer.com) and WH Freeman (www.whfreeman.com)

  • Operonul lactozeiGene structurale-Galactozidaza ( Gal => Glu + Lac-Galactozid permeaza (transport activ Lac)-Galactozid transacetilaza

  • Operonul lactozeiGena reglatoare => proteina reglatoareAllostericaLocus activ recunoaste secvente semnalInteractioneaza cu ADNLocus efector - leaga efectori (zaharuri, aa)modificare allostericaModificarea afinitatii pentru operatorSe prinde pe ADNSe desprinde de pe ADN codifica proteina represoare

  • Operonul lactozei (catabolic, inductibil).Gene exprimate doar in prezenta lactozei (inductor)

    Represor: legat de operator ( regiune adiacenta genelor structurale)Nu se realizeaza transcrierea - control negativ

    Inductor = Lac: se leaga de repressor => il tine ocupatAre loc transcrierea inductie prin control negativ (inductibil)

  • Operonul lactozei

  • Operonul lactozeiControl pozitiv prin proteina CAPDependenta de cAMPfenomenul de diauxie MonodGlu represie catabolica operon Lachttp://www.youtube.com/watch?v=T9Wszg7FhxE

  • Operoni Biosintetici (represibili)Operonul TriptofanuluiGene structurale: 5 => 3 enzimeSecvente semnalpromoteroperatorGena reglatoare => represorControl NegativAtenuare

  • Operonul TriptofanuluiControl negativNu Trp => represorul nu represeaza operatorul => operatorul transcrie genele structurale => se sintetizeaza TrpTrp in mediu = co-repressor Trp legat de represor => modificare conformatieSe leaga de operatorImpiedica functionarea ARN polimerazei => stop sinteza

  • Operonul TriptofanuluiControl prin atenuare = atenuarea transcrierii in functie de cantitatea de Trp din mediu

    **********