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2.E: A célula procariótica: bactérias (exercícios) - Biologia

2.E: A célula procariótica: bactérias (exercícios) - Biologia


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Estes são exercícios de casa para acompanhar o mapa de texto "Microbiologia" de Kaiser. Microbiologia é o estudo de microrganismos, que são definidos como qualquer organismo microscópico que compreende uma única célula (unicelular), agrupamentos de células ou nenhuma célula (acelular). Isso inclui eucariotos, como fungos e protistas, e procariotos. Vírus e príons, embora não sejam estritamente classificados como organismos vivos, também são estudados.

Declarações fundamentais para este objeto de aprendizagem:

  1. O controle físico inclui métodos de controle como temperatura alta ou baixa, dessecação, pressão osmótica, radiação e filtração.
  2. O controle químico refere-se ao uso de desinfetantes, antissépticos, antibióticos e produtos químicos antimicrobianos quimioterápicos.
  3. A esterilização é o processo de destruição de todos os organismos vivos e vírus.
  4. A desinfecção é a eliminação de microorganismos, mas não necessariamente endosporos, de objetos ou superfícies inanimados.
  5. A descontaminação é o tratamento de um objeto ou superfície inanimada para torná-lo seguro para o manuseio.
  6. Um desinfetante é um agente usado para desinfetar objetos inanimados, mas geralmente muito tóxico para uso em tecidos humanos.
  7. Um anti-séptico é um agente que mata ou inibe o crescimento de micróbios, mas é seguro para uso em tecido humano.
  8. Um desinfetante é um agente que reduz o número de micróbios a um nível seguro.
  9. Um antibiótico é um produto metabólico produzido por um microrganismo que inibe ou mata outros microrganismos.
  10. Produtos químicos sintéticos que podem ser usados ​​terapeuticamente.
  11. Um agente de ação cidal mata os microorganismos.
  12. Um agente de ação estática inibe o crescimento de microrganismos.
  13. Toxicidade seletiva significa que o produto químico usado deve inibir ou matar o patógeno pretendido sem causar danos graves ao hospedeiro.
  14. Um agente de amplo espectro é geralmente eficaz contra uma variedade de bactérias Gram-positivas e Gram-negativas.
  15. Um agente de espectro estreito geralmente funciona contra apenas Gram-positivos, Gram-negativos ou apenas algumas bactérias.

2.1: Tamanhos, formas e arranjos de bactérias

Estude o material nesta seção e então escrever as respostas a essas questões. Não basta clicar nas respostas e escrevê-las. Isso não testará sua compreensão deste tutorial.

  1. Combine as seguintes descrições com o melhor responder.

    _____ Divisão em um avião; cocos dispostos em pares (ans)

    _____ Divisão em um avião; cocos dispostos em correntes (ans)

    _____ Divisão em dois planos; cocos dispostos em um quadrado de quatro (ans)

    _____ Divisão em um avião; as hastes se separam completamente após a divisão. (ans)

    _____ Divisão em um avião; hastes dispostas em correntes. (ans)

    _____ Uma bactéria em forma de vírgula. (ans)

    _____ Uma espiral fina e flexível. (ans)

    _____ Uma espiral espessa e rígida. (ans)

    1. bacilo
    2. estreptobacilos
    3. espiroqueta
    4. espirilo
    5. vibrio
    6. estreptococo
    7. estafilococo
    8. diplococo
    9. tétrade
    10. sarcina
  2. Uma coloração de Gram de secreção de um abcesso mostra cocos em cachos irregulares semelhantes a uvas. Qual é o gênero mais provável desta bactéria? (ans)
  3. Indique o diâmetro de uma bactéria em forma de cocos de tamanho médio. (ans)
  4. Múltipla escolha (ans)

2.2: Anatomia celular para as bactérias do domínio: uma visão geral


2.E: A célula procariótica: bactérias (exercícios) - Biologia

Ao final desta seção, você será capaz de fazer o seguinte:

  • Cite exemplos de organismos procarióticos e eucarióticos
  • Comparar e contrastar células procarióticas e eucarióticas
  • Descreva os tamanhos relativos de diferentes células
  • Explique por que as células devem ser pequenas

As células se enquadram em uma de duas grandes categorias: procarióticas e eucarióticas. Classificamos apenas os organismos predominantemente unicelulares Bacteria e Archaea como procariontes (pro = “antes” -kary- = “núcleo”). Células animais, plantas, fungos e protistas são todos eucariotos (eu- = “verdadeiro”).

Componentes de células procarióticas

Todas as células compartilham quatro componentes comuns: 1) uma membrana plasmática, uma cobertura externa que separa o interior da célula de seu ambiente circundante 2) citoplasma, que consiste em um citosol gelatinoso dentro da célula no qual existem outros componentes celulares 3) DNA, o material genético da célula e 4) ribossomos, que sintetizam proteínas. No entanto, os procariotos diferem das células eucarióticas de várias maneiras.

Um procarioto é um organismo simples, principalmente unicelular (unicelular) que não possui um núcleo ou qualquer outra organela ligada à membrana. Em breve veremos que isso é significativamente diferente nos eucariotos. O DNA procariótico está na parte central da célula: o nucleóide ((Figura)).

Figura 1. Esta figura mostra a estrutura generalizada de uma célula procariótica. Todos os procariotos têm DNA cromossômico localizado em um nucleóide, ribossomos, membrana celular e parede celular. As outras estruturas mostradas estão presentes em algumas, mas não em todas as bactérias.

A maioria dos procariotos tem uma parede celular de peptidoglicano e muitos têm uma cápsula de polissacarídeo ((Figura)). A parede celular atua como uma camada extra de proteção, ajuda a célula a manter sua forma e evita a desidratação. A cápsula permite que a célula se fixe às superfícies de seu ambiente. Alguns procariontes possuem flagelos, pili ou fímbrias. Flagelos são usados ​​para locomoção. Pili trocam material genético durante a conjugação, processo pelo qual uma bactéria transfere material genético para outra por meio do contato direto. As bactérias usam fímbrias para se anexar a uma célula hospedeira.

Conexão de Carreira

Microbiologista

A ação mais eficaz que qualquer pessoa pode realizar para prevenir a propagação de doenças contagiosas é lavar as mãos. Porque? Porque micróbios (organismos tão minúsculos que só podem ser vistos com microscópios) são onipresentes. Eles vivem de maçanetas, dinheiro, suas mãos e muitas outras superfícies. Se alguém espirrar em sua mão e tocar uma maçaneta, e depois você tocar na mesma maçaneta, os micróbios do muco do espirrador agora estão em suas mãos. Se você tocar a boca, nariz ou olhos com as mãos, esses micróbios podem entrar em seu corpo e fazer você adoecer.

No entanto, nem todos os micróbios (também chamados de microrganismos) causam doenças, a maioria é realmente benéfica. Você tem micróbios em seu intestino que produzem vitamina K. Outros microrganismos são usados ​​para fermentar cerveja e vinho.

Microbiologistas são cientistas que estudam micróbios. Microbiologistas podem seguir várias carreiras. Eles não apenas trabalham na indústria de alimentos, mas também são empregados nas áreas veterinária e médica. Eles podem trabalhar no setor farmacêutico, desempenhando papéis importantes em pesquisa e desenvolvimento, identificando novas fontes de antibióticos que podem tratar infecções bacterianas.

Microbiologistas ambientais podem procurar novas maneiras de usar micróbios especialmente selecionados ou geneticamente modificados para remover poluentes do solo ou das águas subterrâneas, bem como elementos perigosos de locais contaminados. Chamamos o uso desses micróbios de tecnologias de biorremediação. Microbiologistas também podem trabalhar na área de bioinformática, fornecendo conhecimento especializado e visão para projetar, desenvolver e especificidade de modelos de computador de, por exemplo, epidemias bacterianas.

Tamanho da célula

Com 0,1 a 5,0 μm de diâmetro, as células procarióticas são significativamente menores do que as células eucarióticas, que têm diâmetros que variam de 10 a 100 μm ((Figura)). O tamanho pequeno dos procariotos permite que os íons e moléculas orgânicas que entram neles se difundam rapidamente para outras partes da célula. Da mesma forma, quaisquer resíduos produzidos dentro de uma célula procariótica podem se difundir rapidamente. Este não é o caso das células eucarióticas, que desenvolveram diferentes adaptações estruturais para aumentar o transporte intracelular.

Figura 2. Esta figura mostra os tamanhos relativos dos micróbios em uma escala logarítmica (lembre-se de que cada unidade de aumento em uma escala logarítmica representa um aumento de 10 vezes na quantidade medida).

O tamanho pequeno, em geral, é necessário para todas as células, sejam procarióticas ou eucarióticas. Vamos examinar por que isso acontece. Primeiro, vamos considerar a área e o volume de uma célula típica. Nem todas as células têm forma esférica, mas a maioria tende a se aproximar de uma esfera. Você deve se lembrar do curso de geometria do colégio que a fórmula para a área da superfície de uma esfera é 4πr 2, enquanto a fórmula para seu volume é 4πr 3/3. Assim, à medida que o raio de uma célula aumenta, sua área de superfície aumenta com o quadrado de seu raio, mas seu volume aumenta com o cubo de seu raio (muito mais rapidamente). Portanto, à medida que uma célula aumenta de tamanho, sua proporção entre a área de superfície e o volume diminui. Este mesmo princípio se aplicaria se a célula tivesse a forma de um cubo ((Figura)). Se a célula crescer muito, a membrana plasmática não terá área de superfície suficiente para suportar a taxa de difusão necessária para o volume aumentado. Em outras palavras, conforme uma célula cresce, ela se torna menos eficiente. Uma maneira de se tornar mais eficiente é dividir. Outra forma é desenvolver organelas que realizam tarefas específicas. Essas adaptações levam ao desenvolvimento de células mais sofisticadas, que chamamos de células eucarióticas.

Art Connection

Figura 3. Observe que, à medida que uma célula aumenta de tamanho, sua proporção entre área de superfície e volume diminui. Quando há área de superfície insuficiente para suportar o volume crescente de uma célula, uma célula se divide ou morre. A célula da esquerda tem um volume de 1 mm3 e uma área de superfície de 6 mm2, com uma relação área / volume de 6 para 1, enquanto a célula da direita tem um volume de 8 mm3 e uma área de superfície de 24 mm2, com uma proporção de área de superfície para volume de 3 para 1.

As células procarióticas são muito menores do que as células eucarióticas. Que vantagens o tamanho de célula pequeno pode conferir a uma célula? Que vantagens o tamanho de célula grande pode ter?

Resumo da Seção

Os procariotos são organismos unicelulares dos domínios Bacteria e Archaea. Todos os procariotos têm membranas plasmáticas, citoplasma, ribossomos e DNA que não são ligados à membrana. A maioria tem paredes celulares de peptidoglicano e muitos têm cápsulas de polissacarídeo. As células procarióticas variam em diâmetro de 0,1 a 5,0 μm.

À medida que uma célula aumenta de tamanho, sua proporção entre área de superfície e volume diminui. Se a célula crescer muito, a membrana plasmática não terá área de superfície suficiente para suportar a taxa de difusão necessária para o volume aumentado.

Art Connections

(Figura) As células procarióticas são muito menores do que as células eucarióticas. Que vantagens o tamanho de célula pequeno pode conferir a uma célula? Que vantagens o tamanho de célula grande pode ter?

(Figura) As substâncias podem se difundir mais rapidamente por meio de pequenas células. As células pequenas não precisam de organelas e, portanto, não precisam gastar energia para transportar substâncias através das membranas das organelas. As células grandes têm organelas que podem separar os processos celulares, permitindo-lhes construir moléculas mais complexas.

Perguntas de revisão

Os procariotos dependem de ________ para obter alguns materiais e se livrar dos resíduos.

As bactérias sem fímbrias têm menos probabilidade de ________.

  1. aderir às superfícies das células
  2. nadar através de fluidos corporais
  3. sintetizar proteínas
  4. retém a capacidade de dividir

Qual dos seguintes organismos é procarionte?

Resposta livre

Os antibióticos são medicamentos usados ​​para combater infecções bacterianas. Esses medicamentos matam as células procarióticas sem prejudicar as células humanas. Que parte ou partes da célula bacteriana você acha que os antibióticos têm como alvo? Porque?

A parede celular seria alvo de antibióticos, bem como a capacidade de replicação da bactéria. Isso inibiria a capacidade de reprodução da bactéria e comprometeria seus mecanismos de defesa.

Explique por que nem todos os micróbios são prejudiciais.

Alguns micróbios são benéficos. Por exemplo, E. coli as bactérias povoam o intestino humano e ajudam a quebrar as fibras da dieta. Alguns alimentos, como o iogurte, são formados por bactérias.


54 Divisão Celular Procariótica

Ao final desta seção, você será capaz de fazer o seguinte:

  • Descreva o processo de fissão binária em procariotos
  • Explique como as proteínas FtsZ e tubulina são exemplos de homologia

Os procariotos, como as bactérias, produzem células-filhas por fissão binária. Para organismos unicelulares, a divisão celular é o único método para produzir novos indivíduos. Em células procarióticas e eucarióticas, o resultado da reprodução celular é um par de células-filhas que são geneticamente idênticas à célula-mãe. Em organismos unicelulares, as células-filhas são indivíduos.

Para alcançar o resultado de descendência clonada, certas etapas são essenciais. O DNA genômico deve ser replicado e então alocado nas células-filhas, o conteúdo citoplasmático também deve ser dividido para dar a ambas as novas células a maquinaria celular para sustentar a vida. Como vimos com as células bacterianas, o genoma consiste em um único cromossomo de DNA circular, portanto, o processo de divisão celular é simplificado. A cariocinese é desnecessária porque não há núcleo verdadeiro e, portanto, não há necessidade de direcionar uma cópia dos vários cromossomos para cada célula filha. Este tipo de divisão celular é denominado fissão binária (procariótica).

Fissão Binária

Devido à relativa simplicidade dos procariotos, o processo de divisão celular é menos complicado e muito mais rápido do que a divisão celular em eucariotos. Como uma revisão das informações gerais sobre a divisão celular que discutimos no início deste capítulo, lembre-se de que o único cromossomo circular do DNA da bactéria ocupa um local específico, a região nucleóide, dentro da célula ((Figura)). Embora o DNA do nucleóide esteja associado a proteínas que auxiliam no empacotamento da molécula em um tamanho compacto, não existem proteínas histonas e, portanto, não há nucleossomos em procariotos. As proteínas de empacotamento de bactérias estão, entretanto, relacionadas às proteínas coesina e condensina envolvidas na compactação cromossômica de eucariotos.

O cromossomo bacteriano está ligado à membrana plasmática em torno do ponto médio da célula. O ponto de partida da replicação, a origem, está próximo ao sítio de ligação do cromossomo à membrana plasmática ((Figura)). A replicação do DNA é bidirecional, afastando-se da origem em ambas as fitas do loop simultaneamente. À medida que as novas fitas duplas são formadas, cada ponto de origem se afasta da fixação da parede celular em direção às extremidades opostas da célula. À medida que a célula se alonga, a membrana crescente auxilia no transporte dos cromossomos. Depois que os cromossomos limparam o ponto médio da célula alongada, a separação citoplasmática começa. A formação de um anel composto de unidades repetidas de uma proteína chamada FtsZ (abreviação de “filamenting mutante sensível à temperatura Z”) direciona a partição entre os nucleoides. A formação do anel FtsZ desencadeia o acúmulo de outras proteínas que trabalham juntas para recrutar novos materiais de membrana e parede celular para o local. Um septo é formado entre os nucleoides filhos, estendendo-se gradualmente da periferia em direção ao centro da célula. Quando as novas paredes celulares estão no lugar, as células-filhas se separam.


O momento preciso e a formação do fuso mitótico são críticos para o sucesso da divisão das células eucarióticas. As células procarióticas, por outro lado, não sofrem cariocinese e, portanto, não precisam de um fuso mitótico. No entanto, a proteína FtsZ que desempenha um papel vital na citocinese procariótica é estrutural e funcionalmente muito semelhante à tubulina, o bloco de construção dos microtúbulos que constituem as fibras do fuso mitótico que são necessárias para a divisão nuclear eucariótica. As proteínas FtsZ podem formar filamentos, anéis e outras estruturas tridimensionais que se assemelham à forma como a tubulina forma microtúbulos, centríolos e vários componentes do citoesqueleto. Além disso, tanto o FtsZ quanto a tubulina empregam a mesma fonte de energia, GTP (trifosfato de guanosina), para montar e desmontar rapidamente estruturas complexas.

FtsZ e tubulina são considerados estruturas homólogas derivadas de origens evolutivas comuns. Neste exemplo, FtsZ é a proteína ancestral da tubulina (uma proteína derivada evolutivamente). Embora ambas as proteínas sejam encontradas em organismos existentes, a função da tubulina evoluiu e se diversificou enormemente desde a evolução de sua origem procariótica FtsZ. Uma pesquisa dos componentes da montagem mitótica encontrados nos eucariotos unicelulares atuais revela etapas intermediárias cruciais para os complexos genomas encerrados por membrana de eucariotos multicelulares ((Figura)).

Aparelho de divisão celular entre vários organismos
Estrutura do material genético Divisão de material nuclear Separação de células-filhas
Procariontes Não há núcleo. O cromossomo único e circular existe em uma região do citoplasma chamada nucleóide. Ocorre por fissão binária. À medida que o cromossomo é replicado, as duas cópias se movem para extremidades opostas da célula por um mecanismo desconhecido. As proteínas FtsZ se reúnem em um anel que divide a célula em duas.
Alguns protistas Cromossomos lineares existem no núcleo. Os cromossomos se ligam ao envelope nuclear, que permanece intacto. O fuso mitótico passa pelo envelope e alonga a célula. Não existem centríolos. Os microfilamentos formam um sulco de clivagem que divide a célula em duas.
Outros protistas Cromossomos lineares enrolados em histonas existem no núcleo. Um fuso mitótico se forma a partir dos centríolos e passa pela membrana nuclear, que permanece intacta. Os cromossomos se ligam ao fuso mitótico, que separa os cromossomos e alonga a célula. Os microfilamentos formam um sulco de clivagem que divide a célula em duas.
Células animais Cromossomos lineares existem no núcleo. Um fuso mitótico se forma a partir dos centrossomas. O envelope nuclear se dissolve. Os cromossomos se ligam ao fuso mitótico, que separa os cromossomos e alonga a célula. Os microfilamentos formam um sulco de clivagem que divide a célula em duas.

Resumo da Seção

Na divisão de células procarióticas e eucarióticas, o DNA genômico é replicado e, em seguida, cada cópia é alocada em uma célula filha. Além disso, o conteúdo citoplasmático é dividido uniformemente e distribuído para as novas células. No entanto, existem muitas diferenças entre a divisão celular procariótica e eucariótica. As bactérias têm um único cromossomo de DNA circular, mas nenhum núcleo. Portanto, a mitose (cariocinese) não é necessária na divisão celular bacteriana. A citocinese bacteriana é dirigida por um anel composto por uma proteína chamada FtsZ. O crescimento interno da membrana e do material da parede celular da periferia das células resulta na formação de um septo que eventualmente constrói as paredes celulares separadas das células filhas.


2.E: A célula procariótica: bactérias (exercícios) - Biologia

Ao final desta seção, você será capaz de fazer o seguinte:

  • Liste as diferentes etapas da transcrição procariótica
  • Discuta o papel dos promotores na transcrição procariótica
  • Descreva como e quando a transcrição é encerrada

Os procariontes, que incluem Bactérias e Archaea, são principalmente organismos unicelulares que, por definição, não possuem núcleos ligados à membrana e outras organelas. Um cromossomo bacteriano é um círculo fechado que, ao contrário dos cromossomos eucarióticos, não é organizado em torno de proteínas histonas. A região central da célula na qual reside o DNA procariótico é chamada de região nucleóide. Além disso, os procariotos geralmente têm plasmídeos abundantes, que são moléculas de DNA circulares mais curtas que podem conter apenas um ou alguns genes. Os plasmídeos podem ser transferidos independentemente do cromossomo bacteriano durante a divisão celular e frequentemente carregam características como aquelas envolvidas com a resistência aos antibióticos.

A transcrição em procariotos (e em eucariotos) requer que a dupla hélice de DNA se desenrole parcialmente na região de síntese de mRNA. A região de desenrolamento é chamada de bolha de transcrição. A transcrição sempre procede da mesma fita de DNA para cada gene, que é chamada de fita modelo. O produto de mRNA é complementar à fita modelo e é quase idêntico à outra fita de DNA, chamada fita não-modelo ou fita codificadora. A única diferença de nucleotídeos é que no mRNA, todos os nucleotídeos T são substituídos por nucleotídeos U ((Figura)). Em uma dupla hélice de RNA, A pode ligar U por meio de duas ligações de hidrogênio, assim como no emparelhamento A – T em uma dupla hélice de DNA.

Figura 1. O RNA mensageiro é uma cópia da informação que codifica a proteína na fita codificadora do DNA, com a substituição de U no RNA por T na sequência codificadora. No entanto, novas bases de nucleotídeos de RNA emparelham-se com os nucleotídeos da fita molde. O RNA é sintetizado em sua direção 5 & # 8242-3 & # 8242, usando a enzima RNA polimerase. Conforme o modelo é lido, o DNA se desenrola à frente da polimerase e, em seguida, retrocede atrás dela.

O par de nucleotídeos na dupla hélice do DNA que corresponde ao local a partir do qual o primeiro 5 & # 8242 mRNA nucleotídeo é transcrito é chamado de local +1, ou local de iniciação. Os nucleotídeos que precedem o local de iniciação são indicados com um “-” e são designados nucleotídeos a montante. Por outro lado, os nucleotídeos seguindo o local de iniciação são denotados com numeração “+” e são chamados nucleotídeos a jusante.

Iniciação da Transcrição em Procariontes

Os procariotos não têm núcleos fechados por membrana. Portanto, os processos de transcrição, tradução e degradação do mRNA podem ocorrer simultaneamente. O nível intracelular de uma proteína bacteriana pode ser rapidamente amplificado por vários eventos de transcrição e tradução que ocorrem simultaneamente no mesmo molde de DNA. Os genomas procarióticos são muito compactos e os transcritos procarióticos geralmente cobrem mais de um gene ou cistron (uma sequência de codificação para uma única proteína). Os mRNAs policistrônicos são então traduzidos para produzir mais de um tipo de proteína.

Nossa discussão aqui exemplificará a transcrição, descrevendo este processo em Escherichia coli, uma espécie eubacteriana bem estudada. Embora existam algumas diferenças entre a transcrição em E. coli e transcrição em archaea, uma compreensão de E. coli a transcrição pode ser aplicada a virtualmente todas as espécies bacterianas.

RNA polimerase procariótica

Os procariontes usam a mesma RNA polimerase para transcrever todos os seus genes. No E. coli, a polimerase é composta por cinco subunidades polipeptídicas, duas das quais são idênticas. Quatro dessas subunidades, denotadas α, α, β, e β& # 8216, compreendem a enzima do núcleo da polimerase. Essas subunidades se agrupam toda vez que um gene é transcrito e se desmontam quando a transcrição é concluída. Cada subunidade tem uma função única, as duas α-subunidades são necessárias para montar a polimerase no DNA do β-subunidade se liga ao trifosfato de ribonucleosídeo que se tornará parte da molécula de mRNA nascente e o β& # 8216 subunidade liga a fita modelo de DNA. A quinta subunidade, σ, está envolvido apenas na iniciação da transcrição. Ele confere especificidade transcricional de modo que a polimerase começa a sintetizar mRNA a partir de um local de iniciação apropriado. Sem σ, a enzima central seria transcrita a partir de locais aleatórios e produziria moléculas de mRNA que especificariam o jargão protéico. A polimerase composta por todas as cinco subunidades é chamada de holoenzima.

Promotores procarióticos

Um promotor é uma sequência de DNA na qual a maquinaria de transcrição, incluindo a RNA polimerase, se liga e inicia a transcrição. Na maioria dos casos, os promotores existem a montante dos genes que regulam. A sequência específica de um promotor é muito importante porque determina se o gene correspondente é transcrito o tempo todo, algumas vezes ou raramente. Embora os promotores variem entre os genomas procarióticos, alguns elementos são conservados evolutivamente em muitas espécies. Nas regiões -10 e -35 a montante do local de iniciação, existem duas sequências de consenso do promotor, ou regiões que são semelhantes em todos os promotores e em várias espécies bacterianas ((Figura)). A sequência -10, denominada região -10, possui a sequência consenso TATAAT. A sequência -35 possui a sequência consenso TTGACA. Essas sequências de consenso são reconhecidas e vinculadas por σ. Uma vez que essa interação é feita, as subunidades da enzima central ligam-se ao local. A região -10 rica em A – T facilita o desenrolamento do molde de DNA, e várias ligações fosfodiéster são feitas. A fase de iniciação da transcrição termina com a produção de transcritos abortivos, que são polímeros de aproximadamente 10 nucleotídeos que são produzidos e liberados.

Figura 2. A subunidade σ da RNA polimerase procariótica reconhece as sequências de consenso encontradas na região do promotor a montante do local de início da transcrição. A subunidade σ dissocia-se da polimerase após o início da transcrição.

Link para aprendizagem

Veja esta animação MolecularMovies para ver a primeira parte da transcrição e a repetição da sequência de base da caixa TATA.

Alongamento e terminação em procariontes

A fase de alongamento da transcrição começa com a liberação do σ subunidade da polimerase. A dissociação de σ permite que a enzima central prossiga ao longo do molde de DNA, sintetizando mRNA na direção 5 & # 8242 a 3 & # 8242 a uma taxa de aproximadamente 40 nucleotídeos por segundo. À medida que o alongamento prossegue, o DNA é continuamente desenrolado à frente da enzima central e rebobinado atrás dela. O emparelhamento de bases entre DNA e RNA não é estável o suficiente para manter a estabilidade dos componentes da síntese de mRNA. Em vez disso, a RNA polimerase atua como um ligante estável entre o molde de DNA e as fitas nascentes de RNA para garantir que o alongamento não seja interrompido prematuramente.

Sinais de terminação procariótica

Uma vez que um gene é transcrito, a polimerase procariótica precisa ser instruída a se dissociar do molde de DNA e liberar o mRNA recém-formado. Dependendo do gene que está sendo transcrito, existem dois tipos de sinais de terminação. Um é baseado em proteínas e o outro é baseado em RNA. A terminação dependente de Rho é controlada pela proteína rho, que segue atrás da polimerase na crescente cadeia de mRNA. Perto do final do gene, a polimerase encontra uma sequência de nucleotídeos G no molde de DNA e ele para. Como resultado, a proteína rho colide com a polimerase. A interação com rho libera o mRNA da bolha de transcrição.

A terminação independente de Rho é controlada por sequências específicas na fita modelo de DNA. À medida que a polimerase se aproxima do final do gene que está sendo transcrito, ela encontra uma região rica em nucleotídeos C – G. O mRNA se dobra sobre si mesmo, e os nucleotídeos C – G complementares se ligam. O resultado é um grampo de cabelo estável que faz com que a polimerase pare assim que começa a transcrever uma região rica em nucleotídeos A – T. A região U – A complementar do transcrito do mRNA forma apenas uma interação fraca com o DNA molde. Isso, juntamente com a polimerase paralisada, induz instabilidade suficiente para a enzima do núcleo se separar e liberar o novo transcrito de mRNA.

Após a rescisão, o processo de transcrição está completo. No momento em que ocorre a terminação, o transcrito procariótico já teria sido usado para iniciar a síntese de numerosas cópias da proteína codificada porque esses processos podem ocorrer simultaneamente. A unificação da transcrição, tradução e mesmo degradação do mRNA é possível porque todos esses processos ocorrem na mesma direção 5 & # 8242 a 3 & # 8242 e porque não há compartimentação membranosa na célula procariótica ((Figura)). Em contraste, a presença de um núcleo em células eucarióticas impede a transcrição e tradução simultâneas.

Figura 3. Múltiplas polimerases podem transcrever um único gene bacteriano enquanto numerosos ribossomos traduzem simultaneamente os transcritos de mRNA em polipeptídeos. Dessa forma, uma proteína específica pode atingir rapidamente uma alta concentração na célula bacteriana.

Link para aprendizagem

Visite esta animação do BioStudio para ver o processo de transcrição procariótica.

Resumo da Seção

Em procariotos, a síntese de mRNA é iniciada em uma sequência promotora no molde de DNA compreendendo duas sequências de consenso que recrutam a RNA polimerase. A polimerase procariótica consiste em uma enzima central de quatro subunidades de proteína e um σ proteína que auxilia apenas na iniciação. O alongamento sintetiza mRNA na direção 5 & # 8242 a 3 & # 8242 a uma taxa de 40 nucleotídeos por segundo. A terminação libera o mRNA e ocorre por interação da proteína rho ou pela formação de um grampo de mRNA.

Perguntas de revisão

Qual subunidade do E. coli a polimerase confere especificidade à transcrição?


Mecanismo de transcrição em procariontes | Genética

Neste artigo, discutiremos sobre: ​​- 1. Significado da transcrição em procariontes 2. Mecanismo de transcrição em procariontes 3. Transcrição reversa 4. Transcrição Procariótica vs. Eucariótica 5. Detecção.

Significado da transcrição em procariontes:

A transcrição é o processo pelo qual uma sequência de DNA é enzimaticamente copiada por uma RNA polimerase para produzir um RNA complementar. A síntese de RNA a partir de uma única fita de uma molécula de DNA na presença da enzima RNA polimerase é chamada de transcrição.

Em outras palavras, é o processo de formação de uma molécula de RNA mensageiro a partir de uma molécula de DNA. Muito do trabalho pioneiro de transcrição foi realizado em procariontes, principalmente na bactéria E. coli. Esses estudos estabeleceram a base para o trabalho que mais tarde foi realizado nos eucariotos mais complexos.

A síntese de RNA por RNA polimerase foi estabelecida in vitro por vários laboratórios em 1965, entretanto, o RNA sintetizado por essas enzimas tinha propriedades que sugeriam a existência de um fator adicional necessário para terminar a transcrição corretamente.

Em 1972, Walter Fiers se tornou a primeira pessoa a realmente provar a existência da enzima de terminação. Em 2006, Roger D. Kornberg ganhou o Prêmio Nobel de Química & # 8220 para seus estudos da base molecular da transcrição eucariótica. & # 8221

Os principais pontos relacionados à transcrição estão listados abaixo:

O RNA é sintetizado a partir de um molde de DNA. O RNA é processado em RNA mensageiro [mRNA], que é então usado para a síntese de uma proteína. O RNA assim sintetizado é chamado de RNA mensageiro (mRNA), porque carrega uma mensagem genética do DNA para a maquinaria de síntese de proteínas da célula.

A principal diferença entre a sequência de RNA e DNA é a presença de U, ou uracila no RNA, em vez de T, ou timina do DNA.

O RNA é sintetizado a partir de um único molde [fita] de uma molécula de DNA. O trecho de DNA que é transcrito em uma molécula de RNA é chamado de unidade de transcrição. Uma unidade de transcrição codifica a sequência que é traduzida em proteína. Ele também dirige e regula a síntese de proteínas.

A fita de DNA que é usada na síntese de RNA é chamada de fita modelo porque fornece o modelo para ordenar a sequência de nucleotídeos em um transcrito de RNA. A fita de DNA que não participa da síntese de DNA é chamada de fita codificadora, porque sua sequência de nucleotídeos é a mesma do transcrito de RNA recém-criado.

A enzima que realiza a transcrição é chamada de RNA polimerase e consiste em quatro tipos de polipeptídeos, designados α, β, β & # 8217 e σ, que se unem em um complexo denominado holoenzima.

4. Informações genéticas copiadas:

Nesse processo, a informação genética codificada no DNA é copiada em uma molécula de RNA. A informação genética é transcrita ou copiada, do DNA para o RNA.

A expressão de um gene consiste em duas etapas principais, a saber, transcrição e tradução. Assim, a transcrição é a primeira etapa no processo de regulação gênica ou síntese de proteínas.

6. Direção da Síntese:

Como na replicação do DNA, o RNA é sintetizado na direção 5 & # 8242 - & gt 3 & # 8242. A fita modelo de DNA é lida 3 & # 8242 - & gt 5 & # 8242 pela RNA polimerase e a nova fita de RNA é sintetizada na direção 5 & # 8217— & gt 3 & # 8242. A RNA polimerase se liga à extremidade 3 & # 8242 de um gene (promotor) na fita modelo de DNA e viaja em direção à extremidade 5 & # 8242.

Mecanismo de transcrição em procariontes:

O mecanismo de transcrição consiste em três fases ou estágios principais a saber:

Eles são brevemente discutidos a seguir:

Nas bactérias, a transcrição começa com a ligação da RNA polimerase ao promotor no DNA. The RNA polymerase is a core enzyme consisting of five subunits: 2 α subunits, 1 β subunit, 1 β’ subunit, and 1 σ subunit. At the start of initiation, the core enzyme is associated with a sigma factor (number 70) that aids in finding the appropriate -35 and – 10 base pairs downstream of promoter sequences.

The initiation consists of the following steps:

(i) RNA polymerase (RNAP) binds to one of several specificity factors, to form a holoenzyme. In this form, it can recognize and bind to’ specific promoter regions in the DNA. At this stage, the DNA is double-stranded (“closed”). This holoenzyme/wound-DNA structure is referred to as the closed complex.

(ii) The DNA is unwound and becomes single-stranded (“open”) in the vicinity of the initiation site (defined as + 1). This holoenzyme/unwound-DNA structure is called the open complex.

(iii) The RNA polymerase transcribes the DNA, but produces about 10 abortive (short, non­productive) transcripts which are unable to leave the RNA polymerase because the exit channel is blocked by the cr-factor.

(iv) The a-factor eventually dissociates from the holoenzyme, and elongation proceeds. Most transcripts originate using adenosine-5′-triphosphate (ATP) and, to a lesser extent, guanosine-5′-triphosphate (GTP) (purine nucleoside triphosphates) at the +1 site. Uridine-5′- triphosphate (UTP) and cytidine-5′-triphosphate (CTP) (pyrimidine nucleoside triphosphates) are dis-favoured at the initiation site.

In transcription only one strand of DNA [called template strand or non-coding strand] takes part as a template. As transcription proceeds, RNA polymerase traverses the template strand and uses base pairing complementarity with the DNA template to create an RNA copy.

Although RNA polymerase traverses the template strand from 3′ —> 5′, the coding (non-template) strand is usually used as the reference point, so transcription is said to go from 5′ -> 3′.

This produces an RNA molecule from 5′ 3′, an exact copy of the coding strand (except that thymines are replaced with uracils, and the nucleotides are composed of a ribose (5-carbon) sugar where DNA has deoxyribose (one less oxygen atom) in its sugar-phosphate backbone).

In the prokaryotes, the elongation starts with the “abortive initiation cycle”. During this cycle RNA Polymerase will synthesize mRNA fragments 2-12 nucleotides long. This continues to occur until the σ factor rearranges, which results in the transcription elongation complex (which gives a 35 bp moving footprint). The a factor is released before 80 nucleotides of mRNA are synthesized.

In prokaryotes, two different modes of transcription termination, viz:

(ii) Rho-dependent are well known.

These are briefly discussed as follows:

(i) Rho-independent termination:

It is also known as intrinsic transcription termination. It involves terminator sequences within the RNA that signal the RNA polymerase to stop. The terminator sequence is usually A palindromic sequence that forms a stem-loop hairpin structure that leads to the dissociation of the RNAP from the DNA template.

In the Rho-independent transcription termination, RNA transcription stops when the newly synthesized RNA molecule forms a G-C rich hairpin loop, followed by a run of U’s, which makes it detached the DNA template.

(ii) Rho-dependent termination:

No “Rho-dependent” type of termination, a protein factor called “Rho” [P factor] is used to stop RNA synthesis at specific sites. This protein binds at a Rho utilisation site on the nascent RNA strand and runs along the mRNA towards the RNA polymerase.

When p-factor reaches the RNAP, it causes RNAP to dissociate from the DNA, terminating transcription. In other words, it destabilizes the interaction between the template and the mRNA, thus releasing the newly synthesized mRNA from the elongation complex.

Reverse Transcription in Prokaryotes:

Synthesis of DNA from RNA molecule in the presence of enzyme reverse transcriptase is referred to as reverse transcription. Reverse transcription was first reported by Temin and Baltimore in 1970 for which they were awarded Nobel Prize in 1975.

Reverse transcription is also known as Teminism. Some viruses (such as HIV, the cause of AIDS), have the ability to transcribe RNA into DNA. HIV has an RNA genome that is duplicated into DNA.

The resulting DNA can be merged with the DNA genome of the host cell. The main enzyme responsible for synthesis of DNA from an RNA template is called reverse transcriptase. In the case of HIV, reverse transcriptase is responsible for synthesizing a complementary DNA strand (cDNA) to the viral RNA genome.

An associated enzyme, ribonuclease H, digests the RNA strand, and reverse transcriptase synthesizes a complementary strand of DNA to form a double helix DNA structure. This cDNA is integrated into the host cell’s genome via another enzyme (integrase), causing the host cell to generate viral proteins which reassemble into new viral particles. Subsequently, the host cell undergoes programmed cell death (apoptosis).

Prokaryotic vs. Eukaryotic Transcription:

The process of transcription is the same in both eukaryotes and prokaryotes in several aspects. However, there are some differences in transcription of these two groups as highlighted below.

1. The process is much more complicated in eukaryotes than prokaryotes.

2. In eukaryotes, transcription and translation take place separately in nucleus and cytoplasm respectively while in prokaryotes both processes take place simultaneously in the cytoplasm.

3. The eukaryotic mRNA contains introns and hence needs modification before taking part in protein synthesis. In prokaryote, the mRNA does not require modification.

4. Eukaryotes have DNA in the nucleus, whereas in prokaryotes DNA is in the cytoplasm.

Detection of Transcription in Prokaryotes:

Transcription can be measured and detected in a variety of ways.

The commonly used methods of detecting transcription are given below:

1. Nuclear Run-on assay, measures the relative abundance of newly formed transcripts.

2. RNAse protection assay and ChlP-Chip of RNAP, detect active transcription sites.

3. RT-PCR, measures the absolute abundance of total or nuclear RNA levels, which may however-differ from transcription rates.

4. DNA microarrays measures the relative abundance of the global total or nuclear RNA levels, which may however differ from transcription rates.


Cell Anatomy

The world around you is full of life. You may mainly notice the plants and animals you see, but there are also fungi and bacteria and other single-celled organisms all around you. Some of these living things are very different from one another, but they are all made of cells.

Animals, plants, and fungi all have eukaryotic cells. Eukaryotic cells have a nucleus that has its own membrane. They also have many other types of cell parts (called organelles - little organs) that do different jobs to keep the cell and body working. Though these cells can all be grouped together, they have many differences, which you can find by exploring them. Bacteria have a different type of cell called a prokaryotic cell. Prokaryotic cells have fewer cell parts, and their DNA material is not in a nucleus.

Learn the similarities and differences in the anatomy of animal, plant, fungal, and bacterial cell types by exploring our Cell Viewer.

To learn more about cells and cell parts, visit Building Blocks of Life for more of the story.


Acknowledgments

This work was supported by Swiss National Science Foundation Grant p2elp2_148961 the Gordon and Betty Moore Foundation GBMF 2550.04 Life Sciences Research Foundation postdoctoral fellowship National Institutes of Health Grants R01-GM057089 and R35-GM119850 US Department of Energy Grant DE-FG02-02ER63445 and Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability Grant NNF10CC1016517. We also acknowledge National Energy Research Scientific Computing Center and XSEDE computer facilities (MCB140152).


Can You Exist Without a Nucleus?

You can't, but they can. What can you do without a nucleus? You can do a whole lot. Most prokaryotes are bacteria and bacteria can do amazing things. Although they are very simple organisms, they are found everywhere on the planet. Some scientists even think that they may be found on other planets (maybe even Mars). Some places you can find bacteria every day are in your intestines, a cup of natural yogurt, or a bakery. Prokaryotes are the simplest of simple organisms. Here's the checklist.

(1) Prokaryotes have no organized nucleus. Like we said, the DNA is clumped in an area but there is no organized nucleus with a membrane.

(2) Prokaryotes do not usually have any organelles. They will probably have ribosomes inside of their cells, but ribosomes are not technically considered organelles. No chloroplasts. No mitochondria. No nucleus. Not much at all.

(3) Prokaryotes are very small. Because they don't have all of the normal cell machinery, they are limited in size. As always in biology, there are exceptions, but generally, prokaryotes are very small (compared to other cells). Mind you, compared to a virus they are big, but next to an amoeba, tiny.

(4) Prokaryotes don't have mitosis or meiosis like other cells. Scientists don't really have a good way of describing how they duplicate, but it's not through normal means. Check out the bacteria tutorial to get an idea.


Chapter 1 Main themes

A. life elsewhere in the universe is likely to be microbial.

B. microbes are known to exist on other planets.

C. all extraterrestrials known are microbial.

A. Decomposition of dead matter and wastes

B. Digestion of complex carbohydrates in animal diets
C. Formation of greenhouse gases, CO2 and methane

A. cells with a true nucleus

B. the last universal common ancestor

C. photosynthetic bacteria

A. Bacteria in the soil secreting an antibiotic to kill competitors

B. Public health officials monitoring diseases in a community

C. Egyptians using moldy bread on wounds

D. A microbiologist using the microscope to view bacteria

C. Treating water and sewage

B. malaria and other protozoan diseases

D. measles and other rash diseases

A. Contain a nucleus to hold DNA

B. Contain ribosomes for protein synthesis

C. Contain membrane-bound organelles

A. Have a cell wall for rigidity

B. Can use flagella for movement

C. Contain mitochondria for energy production

A. Cannot be seen without a microscope

B. Contain genetic material

A. the decomposers in ecosystems

C. always harmful to their host

A. Viruses are smaller than eukaryotic cells, but larger than bacterial or archaeal cells.

B. Viruses are smaller than macromolecules.

C. Viruses are larger than eukaryotic cells.

A. Francesco Redi: tested spontaneous generation with meat exposed to the air or covered with cloth

B. Louis Pasteur: demonstrated that anthrax was caused by a bacterium

C. Joseph Lister: promoted disinfecting hands and air prior to surgery

A. The shape of the glass neck allowed the bacteria into the flask and then into the media, but air could not enter.

B. The glass necks needed to be open to the air, yet constructed so that bacteria would settle in the lowest part of the neck.


Assista o vídeo: Wykład 2 - Budowa i fizjologia komórki (Outubro 2022).