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Biologia Anabolismo nuclear e síntese proteica Curiosidade Na célula procarionte, a transcrição e tradução ocorrem no citoplasma, uma vez que tal célula não possui núcleo. Teoria Antes de começarmos a aprender sobre síntese de proteínas, vamos relembrar algumas informações e conceitos importantes relacionados aos ácidos nucleicos. O DNA e o RNA são polímeros formados por monômeros denominados nucleotídeos. Os nucleotídeos são formados por: ● Bases nitrogenadas: podem ser timina (T), guanina (G), adenina (A), citosina (C) e uracila (U). A uracila está presente somente no RNA – substituindo a timina, que é exclusiva do DNA; ● Pentose: no RNA é a ribose, e no DNA é a desoxirribose; ● Radical fosfato: o único componente que não muda (𝑃𝑂4 3−). O pareamento das bases nitrogenadas na molécula de DNA se dá entre adenina e timina e entre citosina e guanina. Já no RNA, como há substituição de timina por uracila, o pareamento é entre adenina e uracila e entre citosina e guanina. Citosina e guanina são unidas por três ligações de hidrogênio, enquanto adenina e timina apenas por duas – sendo, então, mais fácil romper a ligação entre elas. As bases também são classificadas de acordo com a quantidade de anéis carbônicos, podendo ser púricas (adenina e guanina) ou pirimídicas (timina, uracila e citosina). O anabolismo celular e a síntese de proteínas ocorrem em todas as células nucleadas existentes em nosso organismo. Esses processos têm as seguintes etapas: Biologia Autoduplicação ou replicação É o processo pelo qual, a partir de uma molécula de DNA, é formada outra molécula de DNA. As principais enzimas que atuam nesse processo são a DNA-girase, DNA-helicase e DNA-polimerase. A autoduplicação é semiconservativa, pois na duplicação uma fita de DNA-mãe é conservada. Ilustração por Rebeca Khouri. No processo de autoduplicação, a DNA-girase (topoisomerase) faz com que o DNA fique em linha reta para atuação da DNA-helicase, que quebra as ligações de hidrogênio entre as duas fitas, abrindo o DNA. Assim, a DNA-polimerase atua na formação de outra fita de DNA. O sentido da replicação é 5’ → 3’, por conta do posicionamento das ligações dos carbonos da pentose (como vimos na aula sobre ácidos nucleicos). Em uma das fitas, a autoduplicação é direta e ocorre de maneira contínua – chamada de fita contínua, ou fita líder. Como as fitas são antiparalelas, o sentido 5’ → 3’ delas está em direções opostas. Por conta disso, a outra fita é replicada com ajuda de fragmentos, os chamados Fragmentos de Okazaki. Nessa fita – chamada de fita descontínua, fita tardia ou fita atrasada –, a DNA polimerase se liga ao primer formado pela DNA- primase e faz a síntese de DNA em pequenos pedaços, que são ligados entre si posteriormente pela DNA- ligase. Esquema da autoduplicação, com a fita líder sendo construída de maneira contínua no sentido 5’ → 3’ e a fita atrasada sendo construída em partes a partir dos Fragmentos de Okazaki. A forquilha de replicação é a separação entre as fitas de DNA, feita pela DNA-helicase. Fonte: Planeta Biologia. Disponível em: https://planetabiologia.com/replicacao-do-dna/. Acessado em 18/09/2021. https://planetabiologia.com/replicacao-do-dna/ Biologia Transcrição Processo no qual uma fita de DNA serve como molde para a produção de um RNA. A enzima RNA-polimerase faz a leitura do DNA e, por meio do pareamento de bases nitrogenadas, define a sequência que integra a fita única de RNAm que será formada. Ocorre no núcleo das células eucariontes e no citoplasma das células procariontes. Ilustração de um fragmento de DNA que tem duas fitas, uma em cor azul e a outra em rosa. No meio desse fragmento de DNA ocorre uma abertura das fitas, que se separam. A enzima RNA polimerase se liga à fita rosa e passa a sintetizar o RNA. Ilustração por Rebeca Khouri Existem três tipos de RNA que podem ser formados no processo de transcrição: 1. RNAm (mensageiro): é o que se traduz em proteínas no ribossomo, pois contém os códons que se pareiam aos anticódons levados pelo RNAt, juntamente com a sequência de aminoácidos na proteína em formação; 2. RNAr (ribossomal): é o que se junta a determinadas proteínas e forma o ribossomo para a síntese de proteínas; 3. RNAt (transportador): é o que transporta os anticódons a se parear com os códons do RNAm. Além disso, transporta os aminoácidos, que são utilizados na síntese de proteínas, para o ribossomo. Ilustração por Rebeca Khouri Biologia Splicing Processo no qual há a remoção de íntrons de um RNA, permanecendo somente os éxons, para a tradução em proteínas. Os seres procariontes não realizam esse processo. Ilustração de um fragmento de DNA, com partes em cor preta e partes em cor azul. Esse DNA forma um pré-RNA, com partes em cor preta (que são os éxons) e partes em cor azul, que são os íntrons. No momento da transcrição, os íntrons são retirados da fita de RNA e ficam somente os éxons. Após isso ocorre a tradução desse RNAm e a produção de proteína. Ilustração por Rebeca Khouri Splicing alternativo Processo que cria muitas proteínas diferentes, ao variar a composição do RNA maduro de acordo com os éxons do RNA. Ilustração por Rebeca Khouri Biologia Tradução Processo pelo qual o RNA é traduzido em proteínas. Para isso, é necessário que haja um ribossomo, para realizar a tradução, vários RNAt (transportador), que transportam aminoácidos ao ribossomo, e o RNAm (mensageiro), que traz a mensagem do núcleo (sequência de códons), determinando a proteína que será formada. Ocorre no citoplasma das células. Imagem que representa a tradução na formação de proteínas. Fonte: Cola da Web. Disponível em: https://www.coladaweb.com/biologia/genetica/duplicacao-do-dna-transcricao- e-traducao. Acessado em 18/09/2021. Cada códon possui três bases nitrogenadas, e são reconhecidos por um anticódon correspondente. A síntese proteica sempre começa com um códon de iniciação (start), que codifica o aminoácido metionina (AUG). Já os códons de parada (stop) da tradução podem ser UAA, UAG e UGA, que não codificam aminoácidos. UUU fenilanina UCU serina UAU tirosina UGU cisteína UUC UCC UAC UGC UUA leucina UCA UAA stop UGA stop UUG UCG UAG UGG tripotofano CUU leucina CCU prolina CAU histidina CGU arginina CUC CCC CAC CGC CUA CCA CAA glutamina CGA CUG CCG CAG CGG AUU isoleucina ACU treonina AAU aspargina AGU serina AUC ACC AAC AGC AUA ACA AAA lisina AGA arginina AUG metionina ACG AAG AGG GUU valina GCU alanina GUA ácido aspártico GGU glicina GUC GCC GAC GGC GUA GCA GAA ácido glutâmico GGA GUG GCG GAG GGG *códon start *códon stop Lista de códons e seus aminoácidos correspondentes https://www.coladaweb.com/biologia/genetica/duplicacao-do-dna-transcricao-e-traducao https://www.coladaweb.com/biologia/genetica/duplicacao-do-dna-transcricao-e-traducao Biologia Código genético degenerado No processo de tradução de proteínas, existem alguns aminoácidos formados que podem ser gerados por mais de um tipo de códon, conforme mostrado na imagem a seguir. Nesse caso, não há como determinar qual sequência está relacionada ao aminoácido fenilalanina ou cisteína; ou seja, a partir do aminoácido gerado, não há possibilidade de determinar a sequência genética que o formou. Biologia Exercícios de fixação 1. A replicação é um processo: a) Semiconservativo; b) Semiadaptativo; c) Reversível; d) Adaptativo. 2. Na célula eucarionte, a transcrição ocorre: a) No citoplasma; b) Na membrana; c) No hialoplasma; d) No núcleo. 3. A tradução ocorre em que parte da célula? a) Núcleo. b) Citoplasma. c) Membrana. d) Carioteca. 4. Observe a seguintesequência de aminoácidos: AUG-CUG-UCG-CAG-AGA-UAA. Essa fita traduz quantos aminoácidos? a) 4 b) 5 c) 6 d) 7 5. Utilizando a tabela disponível na Teoria do material, qual sequência de aminoácidos corresponde à seguinte sequência de RNAm: UUC-AUG-CAA-AGA-UGA-GUG? a) Tirosina – valina – arginina – cisteína – valina. b) Metionina – glutamina – arginina – valina. c) Metionina – glutamina – arginina. d) Fenilalanina – metionina – glutamina – arginina. Biologia Exercícios de vestibulares 1. (Enem, 2009) A figura seguinte representa um modelo de transmissão da informação genética nos sistemas biológicos. No fim do processo, que inclui a replicação, a transcrição e a tradução, há três formas proteicas diferentes denominadas a, b e c. Depreende-se do modelo que a) a única molécula que participa da produção de proteínas é o DNA. b) o fluxo de informação genética, nos sistemas biológicos, é unidirecional. c) as fontes de informação ativas durante o processo de transcrição são as proteínas. d) é possível obter diferentes variantes proteicas a partir de um mesmo produto de transcrição. e) a molécula de DNA possui forma circular e as demais moléculas possuem forma de fita simples linearizadas. 2. (UFRN, 2006) Uma proteína X codificada pelo gene Xp é sintetizada nos ribossomos, a partir de um RNAm. Para que a síntese aconteça, é necessário que ocorram, no núcleo e no citoplasma, respectivamente, as etapas de: a) Iniciação e transcrição. b) Iniciação e terminação. c) Tradução e terminação. d) Transcrição e tradução. e) Tradução e splicing Biologia 3. (Enem, 2011) Nos dias de hoje, podemos dizer que praticamente todos os seres humanos já ouviram em algum momento falar sobre o DNA e seu papel na hereditariedade da maioria dos organismos. Porém, foi apenas em 1952, um ano antes da descrição do modelo do DNA em dupla hélice por Watson e Crick, que foi confirmado sem sombra de dúvidas que o DNA é material genético. No artigo em que Watson e Crick descreveram a molécula de DNA, eles sugeriram um modelo de como essa molécula deveria se replicar. Em 1958, Meselson e Stahl realizaram experimentos utilizando isótopos pesados de nitrogênio que foram incorporados às bases nitrogenadas para avaliar como se daria a replicação da molécula. A partir dos resultados, confirmaram o modelo sugerido por Watson e Crick, que tinha como premissa básica o rompimento das pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas. GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2002. Considerando a estrutura da molécula de DNA e a posição das pontes de hidrogênio na mesma, os experimentos realizados por Meselson e Stahl a respeito da replicação dessa molécula levaram à conclusão de que a) a replicação do DNA é conservativa, isto é, a fita dupla filha é recém-sintetizada e o filamento parental é conservado. b) a replicação de DNA é dispersiva, isto é, as fitas filhas contêm DNA recém-sintetizado e parentais em cada uma das fitas. c) a replicação é semiconservativa, isto é, as fitas filhas consistem de uma fita parental e uma recém- sintetizada. d) a replicação do DNA é conservativa, isto é, as fitas filhas consistem de moléculas de DNA parental. e) a replicação é semiconservativa, isto é, as fitas filhas consistem de uma fita molde e uma fita codificadora. Biologia 4. (Enem, 1998) João ficou intrigado com a grande quantidade de notícias envolvendo DNA: clonagem da ovelha Dolly, terapia gênica, testes de paternidade, engenharia genética, etc. Para conseguir entender as notícias, estudou a estrutura da molécula de DNA e seu funcionamento e analisou os dados do quadro a seguir. Em I está representado o trecho de uma molécula de DNA. Observando o quadro, pode-se concluir que a) a molécula de DNA é formada por duas cadeias caracterizadas por sequências de bases nitrogenadas. b) na molécula de DNA, podem existir diferentes tipos de complementação de bases nitrogenadas. c) a quantidade de A presente em uma das cadeias é exatamente igual à quantidade de A da cadeia complementar. d) no processo de mitose, cada molécula de DNA dá origem a 4 moléculas de DNA exatamente iguais. e) no processo II temos a representação da autoduplicação, formando duas fitas de DNA. 5. (Enem 2021) A sequência de nucleotídeos do RNA mensageiro presentes em um gene de um fungo, constituída de sete códons, está escrita a seguir. 1 2 3 4 5 6 7 AUG UUU GUU CAA UGU AGU UAG Pesquisadores submeteram a sequência a mutações independentes. Sabe-se que os códons UAG e UAA são terminais, ou seja, indicam a interrupção da tradução. Qual mutação produzirá a menor proteína? a) Deleção de G no códon 3. b) Substituição de C por U no códon 4. c) Substituição de G por C no códon 6. d) Substituição de A por G no códon 7. e) Deleção dos dois primeiros nucleotídeos no códon 5. Biologia 6. (Enem, 2008) Durante muito tempo, os cientistas acreditaram que variações anatômicas entre os animais fossem consequência de diferenças significativas entre seus genomas. Porém, os projetos de sequenciamento de genoma revelaram o contrário. Hoje, sabe-se que 99% do genoma de um camundongo é igual ao do homem, apesar das notáveis diferenças entre eles. Sabe-se também que os genes ocupam apenas cerca de 1,5% do DNA e que menos de 10% dos genes codificam proteínas que atuam na construção e na definição das formas do corpo. O restante, possivelmente, constitui DNA não-codificante. Como explicar, então, as diferenças fenotípicas entre as diversas espécies animais? A resposta pode estar na região não-codificante do DNA. S. B. Carroll et al. O jogo da evolução. In: Scientific American Brasil, jun./2008 (com adaptações). A região não-codificante do DNA pode ser responsável pelas diferenças marcantes no fenótipo porque contém a) as sequências de DNA que codificam proteínas responsáveis pela definição das formas do corpo. b) uma enzima que sintetiza proteínas a partir da sequência de aminoácidos que formam o gene. c) centenas de aminoácidos que compõem a maioria de nossas proteínas. d) informações que, apesar de não serem traduzidas em sequências de proteínas, interferem no fenótipo. e) os genes associados à formação de estruturas similares às de outras espécies. 7. (Fuvest, 2011) Uma mutação, responsável por uma doença sanguínea, foi identificada numa família. Abaixo estão representadas sequências de bases nitrogenadas, normal e mutante; nelas estão destacados o sítio de início da tradução e a base alterada. O ácido nucleico representado acima e o número de aminoácidos codificados pela sequência de bases, entre o sítio de início da tradução e a mutação, estão corretamente indicados em: a) DNA; 8. b) DNA; 24. c) DNA; 12. d) RNA; 8. e) RNA; 24. Biologia 8. (Unesp, 2004) Erros podem ocorrer, embora em baixa frequência, durante os processos de replicação, transcrição e tradução do DNA. Entretanto, as consequências desses erros podem ser mais graves, por serem herdáveis, quando ocorrem: a) na transcrição, apenas b) na replicação, apenas c) na replicação e na transcrição, apenas d) na transcrição e na tradução, apenas e) em qualquer um dos três processos 9. (FMP, 2018) Considere que a base nitrogenada púrica do terceiro códon do RNAm descrito abaixo tenha sido substituída por uma guanina: RNAm = AUG UCU AUC GGG UUG O quadro a seguir mostra alguns códons do RNA mensageiro e os aminoácidos codificados por cada um deles. Códon do RNAm Aminoácido AGG Arginina AGC Serina AUC Isoleucina AUG Metionina GUC Valina GGC Glicina O novo aminoácido codificado a partir dessa alteração é a) arginina b) metionina c) valina d) serinae) glicina 10. (FATEC, 2003) Alguns antibióticos, como a eritromicina e o cloranfenicol, são utilizados no tratamento de doenças infecciosas, pois têm a capacidade de bloquear a síntese de proteínas nas bactérias, sem interferir nas células afetadas ou contaminadas. Com base nessas informações, é correto concluir que esses antibióticos atuam nas bactérias: a) Provocando a plasmólise das células. b) Impedindo a transcrição do DNA nuclear. c) Impedindo a transcrição ou a tradução no hialoplasma. d) Como agentes mutagênicos do DNA mitocondrial. e) Impedindo que os ribossomos aderidos ao retículo endoplasmático atuem na montagem das proteínas. Biologia Gabaritos Exercícios de fixação 1. A A replicação é semiconservativa, pois uma fita de DNA-molde é conservada na duplicação. 2. D A transcrição ocorre no núcleo das células eucariontes. 3. B A tradução ocorre no citoplasma celular. 4. B Há cinco aminoácidos no total. AUG – metionina, CUG – leucina, UCG – serina, CAG – glutamina, AGA – arginina. O último códon, UAA, é do tipo stop, então não traduz aminoácidos. 5. B A tradução do RNAm começa no códon AUG, que traduz em metionina. O códon seguinte, CAA, traduz em glutamina. Depois, o códon AGA traduz em arginina. O códon UGA é stop, e interrompe a tradução. Exercícios de vestibulares 1. D A partir do mesmo RNAm transcrito, é possível obter várias proteínas traduzidas, devido ao splicing alternativo. 2. D A transcrição ocorre no núcleo, a tradução ocorre no citosol. 3. C O experimento de Meselson-Stahl comprova a semiconservação da duplicação do DNA, demonstrando que, quando o DNA se duplica, as fitas da molécula original agem como molde para uma nova fita-filha. 4. A Em I, observam-se duas sequências de bases, sendo elas complementares. O DNA é uma fita dupla. 5. B A substituição proposta da base citosina (C) por uracila (U) promove a formação precoce de um códon de parada (STOP), interrompendo precocemente a síntese proteica, gerando uma proteína com 3 aminoácidos ao invés de 6. Biologia 6. D O DNA não codificante tem informações que não são transcritas nem traduzidas; então, não são expressas nos fenótipos (características físicas) dos organismos. 7. D A presença de uracila na fita confirma que se trata de uma fita de RNA; e, a cada trinca de bases, considera-se um aminoácido. Logo, entre o sítio de início (AUG) e a mutação indicada, há oito aminoácidos a serem codificados. 8. B Erros na replicação do DNA são mantidos, ao contrário de erros na transcrição e na tradução, visto que há degradação do RNAm e da proteína formados. Quando ocorre um erro na replicação, o DNA com erro forma novas fitas de DNA, que carregam o erro ao se replicar novamente. 9. C Da sequência, a base púrica do 3º códon é a adenina (A): 1º códon: AUG; 2º códon: UCU; 3º códon: AUC; 4º códon: GGG; 5º códon: UUG. Essa base será substituída por uma guanina (G); logo, sua sequência ficará GUC, que equivale ao aminoácido valina. 10. C Os antibióticos, como a eritromicina e o cloranfenicol, bloqueando a síntese de proteínas nas bactérias, inibem a transcrição ou a tradução ribossômica.