Estudo dirigido de DNA e RNA de Biologia Molecular Respondido

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Parte I - DNA 
1. Descreva com detalhes a estrutura física do DNA.
A molécula de ácido desoxirribonucléico (DNA) é constituída por duas cadeias ou fitas de nucleotídeos que se mantêm unidas em dupla hélice por pontes de hidrogênio entre as bases dos nucleotídeos. Esses, por sua vez, são compostos por um grupo fosfato, uma molécula de açúcar de cinco carbonos (uma desoxirribose que possui um átomo de hidrogênio no carbono 2’, diferentemente da ribose, componente do RNA, que apresenta uma hidroxila nessa posição) e bases nitrogenadas que podem ser adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T).
2. Como a estrutura do DNA está relacionada com a capacidade dessa molécula de manter a informação genética de organismo estável?
A estabilidade da molécula de DNA é favorecida por uma série de fatores. As pontes de hidrogênio, mesmo sendo fracas, são importantes neste fato, por existirem muitos pares de base, e consequentemente, muitas interações deste tipo. A disposição planar dos anéis aromáticos também é importante na estabilidade da molécula, por permitir o “empilhamento” das bases. 
A evolução encarregou-se de “retirar” as uracilas do DNA, uma vez que estas assemelham-se à citosinas quanto a estrutura (uma pode ser convertida na outra enzimaticamente). Se o DNA tivesse U, estas poderiam ser convertidas em C, caracterizando mutações.
 
3. A seqüência de nucleotídeos de uma fita de uma dupla hélice de DNA é 5’
GGATTTGTCCACCG3’. Qual a seqüência da fita complem
entar? E da fita de RNA? 
A fita complementar do DNA é: 3’-CCTAAACAGGTGGC-5’
A fita de RNA correspondente a essa fita de DNA é: 5’-GGAUUUGAGGUGGC-3’
4. No DNA de uma célula procariótica, 15% dos nucleotídeos são adenina. Quais as porcentagens dos outros nucleotídeos? Explique porque? 
5. Enzimas de reparo do DNA preferencialmente reparam bases pareadas incorretamente na fita recémsintetizada, usando a fita de DNA velha como molde. 
Se os mau pareamentos fossem reparados sem considerar qual fita servisse como molde, em que isso afetaria na taxa de erros de replicação? Explique sua resposta? 
Sim. Levando-se em consideração que a fita produzida a partir da fita molde inicial, irá ser utilizada para a replicação de uma nova molécula de DNA, se o erro não for reparado a partir da fita molde da “primeira replicação, essa segunda fita irá passar para as futuras fitas o mesmo erro, ocorrendo, consequentemente, mutação na informação genética.
6. Uma mutação na célula inativou um gene que codifica uma das proteínas envolvidas na replicação. Na ausência dessa proteína a célula tenta replicar o seu DNA pela última vez. Que produtos de DNA seriam gerados em cada caso se as seguintes proteínas estivessem faltando? 
a. DNApolimerase 
Seria impossível a adição de nucleotídeos à cadeia a ser formada.
b. DNAligase 
Não seria possível o anelamento dos fragmentos da replicação descontínua que ocorre na fita inferior.
c. Grampo deslizante para a DNApolimerase
Sem esta, a DNA polimerase não poderia deslizar no decorrer de cada cadeia e adicionar os nucleotídeos correspondentes. 
d. Nuclease que remove os RNAs iniciadores
Não seria possível a retirada dos primers iniciadores da replicação.
e. DNAhelicase 
Não seria possível a abertura da forquilha, impossibilitando todo o processo de replicação. 
f. Primase 
Não seria possível o pareamento dos primers iniciais da replicação.
7. Como você poderia explicar o fato de apenas a troca de uma base no gene da β-globina ter como consequência a anemia falciforme?
A expressão genética, o fenótipo, se dá não só através de fatores externos, mas também de fatores genéticos, ou seja, da informação genética a ser traduzida em proteínas, por exemplo. Logo, a troca de uma base pode mudar completamente o tipo de proteína a ser traduzida através do tRNA pelas trincas, originando um outro tipo de proteína, neste caso, na β globina, falcisando a forma da hemácia.
8. Quais as enzimas envolvidas na replicação do DNA? Comente sobre cada uma delas. 
DNA polimerase: 
As células possuem uma variedade de DNA polimerases, porém, somente algumas participam no processo de replicação, sendo, então, denominadas, replicases. A DNA polimerase só é capaz de adicionar um novo monômero se houver uma hidroxila livre 3’ livre. Esta apresenta atividade exonuclásica 5’-3’ e atividade exonucleásica 3’-5’, além da atividade polimerase 5’-3’. PCNA é um antígeno do núcleo celular em proliferação é uma molécula que coordena a replicação, ligado à DNA polimerase.
Helicase:
Atua rompendo as pontes de hidrogênio através da hidrolise de ATP como energia.
Topoisomerase (girasse):
Possibilita a replicação, distorcendo a dupla fita e diminuindo a tensão.
Primase:
Introduz segmentos de RNA (primers) de onde a DNA polimerase iniciará a adição de nucleotídeos.
Ligase:
Responsável pela ligação dos fragmentos de Okazaki.
Telomerase:
É uma enzima com uma característica única: possui no seu interior uma fita de RNA, que serve de molde para a extensão dos telômeros. De certo modo essa enzima faz uma "transcrição reversa" pois a partir do molde de RNA constrói um novo segmento de DNA na extremidade do cromossomo.
9. Por que as bases nitrogenadas dos ácidos nucléicos pareiam especificamente (AG; CT; AU)? 
Porque possuem pontes de ligações correspondentes ou complementares, o que favorece a interação de uma base com a outra.
10. Explique a natureza assimétrica da forquilha de replicação? 
Devido ao posicionamento invertido das fitas de DNA, fazendo com que haja uma polimerização descontínua.
11. Explique com detalhes como ocorre a replicação das duas fitas do DNA? 
O DNA começa a ser sintetizado pela extensão de extremidade 3’ do iniciador. Essa é uma característica universal do DNA e do RNA. A fita molde irá orientar qual dos quatro nucleosídeos trifosfatados será adicionado. As duas fitas possuem uma orientação antiparalela, abertas pela enzima helicase, o que significa que a fita molde para a síntese de DNA tem orientação oposta à fita de DNA que está sendo sintetizada.
A síntese do DNA é catalisada pela enzima DNA-polimerase, que irá adicionar a sequência de nucleotídeos correspondente a fita molde. Ela utiliza um único sítio ativo para catalisar a síntese do DNA. O pareamento correto das bases é necessário para que a DNA-polimerase catalise a adição do nucleotídeo. Ambas as fitas do DNA são sintetizadas juntas na forquilha de replicação, com orientação antiparalela.
Durante o processo de replicação, as pontes de hidrogênio são catalizadas e os nucleosídeos livres unem-se a elas, pela enzima topoisomerase, respeitando sempre a regra do emparelhamento: Adenina-Timina, Citosina-Guanina. À medida que se encaixam nas cadeias do DNA, vão formando duas novas cadeias, obedecendo a regra da replicação semi-conservativa. A fita inferior será sintetizada a partir de fragmentos de Okazaki, de forma “descontínua”, usando de primers iniciadores de sequência, adicionado pela enzima primase e depois anelados pela enzima ligase. Os fragmentos de primers iniciadores, tanto da primeira fita como da segunda, serão retirados por uma enzima exonuclease. Assim a replicação é efetivada, originando duas fitas novas, iguais as anteriores. 
12. Quais das seguintes afirmações são corretas? Explique suas respostas. 
a. Uma fita de DNA tem polaridade porque as bases contêm grupos amino 
hidrofílicos. Sim, amino hidrofóbico.
b. A forquilha de replicação é assimétrica porque contém duas moléculas de DNA polimerase que são estruturalmente distintas. 
Sim, DNA polimerase I replicação de forma contínua. DNA polimerase III replicação descontínua.
c. Os pares de base G-C são mais estáveis do que os pares A-T. 
Sim, porque apresentam três pontes de hidrogênio ao invés de duas.
d. Os fragmentos de Okazaki são removidos por uma RNAnuclease. 
Não, estes não são removidos, mas sim os primers iniciadores.
e. A taxa de erro de replicação do DNA é reduzida por causa do mecanismode verificação da DNApolimerase e das enzimas de reparo do DNA. 
Sim.
f. Na ausência de reparo do DNA os genes são instáveis. 
Sim, pois não terão a mesma sequência da fita molde, ou seja, sem erros.
g. Nenhuma das bases aberrantes formadas por desaminação ocorre naturalmente no DNA. 
Sim, um exemplo são os dímeros de timina
h. O câncer resulta de mutações não corrigidas nas células somáticas.
Sim, uma vez que as enzimas DNA polimerase não corrigem as falhas ocorridas no processo, essa mutação se torna recorrente na replicação, tornando-se um erro não mais reparável. 
13. A velocidade de replicação do DNA na forquilha de replicação é de cerca de 100 nucleotídeos por segundo nas células humanas. Qual o número mínimo de origens de replicação que uma célula humana deve ter para que possa replicar uma vez a cada 24 horas? Lembre-se de que uma célula humana contém duas cópias do genoma humano, cada uma constituindo-se de 3 x 109 pares de nucleotídeos. 
4.166,7
14. O que está errado, se é que há algo errado, com a seguinte afirmativa: “Tanto a estabilidade do DNA da célula reprodutiva quanto a da célula somática são essenciais para a sobrevivência da espécie”. Explique sua resposta.
A vida de uma espécie está condicionada a replicação sem falhas da molécula de DNA, uma vez que este não possuir sua integridade no decorrer das gerações ou mesmo em uma célula somática, levará a morte da mesma, ou consequentes doenças decorrente de suas possíveis mutações.
Parte II - RNA 
15. Descreva com detalhes a estrutura física do RNA. 
Ele é formado por uma cadeia de ribonucleotídeos, que, por sua vez, são formados por um grupo fosfato, um açucar (ribose), e uma base nitrogenada. Esses ribonucleotídeos são ligados entre si através de uma ligação fosfodiéster entre o carbono 3' do nucleotídeo de "cima" e o carbono 5' do nucleotídeo de "baixo". As principais diferenças entre o RNA e o DNA são sutis, mas fazem com que o último seja mais estável do que o primeiro. O RNA é formado por uma fita simples, o açúcar de seu esqueleto é a ribose e uma de suas bases pirimídicas (de anel simples) é diferente da do DNA. Ele possui Uracila ao invés de Timina.
16. Quais as enzimas envolvidas na síntese do RNA? Comente sobre cada uma. 
Esse processo ocorre em três etapas principais, a iniciação, o alongamento e o término. As RNA polimerases são enzimas, geralmente formadas por muitas cadeias polipeptídicas, que catalisam toda transcrição do DNA. Em procariotos existe apenas um tipo de RNA polimerase enquanto nos eucariontes existem três. Essas enzimas conseguem catalisar a ligação entre a extremidade 3' OH de um nucleotídeo com a extremidade 5' fosfato do nucleotídeo seguinte, realizando a catálise no sentido de 5' para 3' e utilizando como molde uma das fitas de DNA, os eucariontes possuem três tipos desta enzima que diferem em especificidade de molde, localização e susceptibilidade a inibidores. Todos os três tipos de RNA polimerases acima citados agem do mesmo modo que a RNA polimerase dos procariontes. Elas catalizam o ataque nucleofílico da extremidade 3’ OH da cadeia nascente de RNA ao fósforo a do ribonucleosídeo trifosfato que chega, não necessitam de primer, sintetizam no sentido 5’ ® 3’ segundo as intruções de um filamento molde de DNA e também não possuem atividade nuclease, ou seja, não corrigem erros no RNA nascente.
A RNA tipo II eucariótica possui três características conservadas evolutivamente:
Contém de oito a doze subunidades;
	Possui duas subunidades grandes (RPB1 e RPB2: homólogas a b e b’ da enzima procariótica);
	Compartilha três subunidades (RPB5, 6 e 8) com os outros tipos de RNA polimerase de eucariotos (I e III).
17. Explique com detalhes como ocorre a transcrição? 
A transcrição ocorre a partir do DNA molde e a síntese do RNA é realizada pela RNA
polimerase. O princípio geral da transcrição segue parecido com os de procariotos com diferenças marcantes principalmente na quantidades de tipos diferentes da enzima
RNA-polimerase ((RNAP) que atua no processo, nas modificações que o RNA recém-sintetizado
sofre para se tornar um RNA funcional, tais modificações incluem a adição
do cap e calda poli A e a remoção dos íntrons. Estes processos estão descritos a seguir:
O processo de transcrição em organismo eucarióticos, em termos gerais, pode ser
dividido em 3 partes: iniciação, alongamento e terminação.
Embora a o processo de transcrição em procariotos e eucariotos tenha algumas
semelhante, o processo como um todo apresenta diferenças marcantes.
Em eucariotos, existem pelo menos 5 RNAPs (RNA –polimerases):
·RNAPs nucleares – RNAPI, RNAPII, RNAPIII, são geralmente mais complexas. 
18. Por que o transcrito primário de eucariotos é maior que o mRNA? 
Por que o transcrito primário possui tanto íntrons como éxons, pois o primeiro ainda será removido para dar origem ao mRNA.
19. Descreva com detalhes o mecanismo do Splicing.
O splicing consiste na retirada dos íntrons de um RNA precursor, de forma a produzir um mRNA maduro funcional.
Essa excisão dos íntrons do mRNA é um evento muito importante e requer uma extrema precisão das enzimas envolvidas no processo. A falta ou o acréscimo de um único nucleotídeo em um exon pode levar a uma alteração da fase de leitura e a produção de uma proteína completamente diferente da original.
A análise das seqüências de milhares de uniões íntro-exon de eucariotos permitiu a definição de consensos apresentados dentro dessa região de corte. 
Esses dados mostraram que a grande maioria dos íntrons começa com uma seqüência GU e termina com AG. A seqüência de consenso no ponto de corte 5’ dos vertebrados é AGGUAAGU e na extremidade 3’ dos RNAs de mamíferos, o consenso é um trecho contendo 10 pirimidinas (C ou U), seguidas por uma base qualquer, um C e uma seqüência final AG. Além disso, os íntrons possuem ainda, um importante ponto interno, chamado de ponto de ramificação, situado entre 20 e 50 nucleotídeos antes do ponto de corte 3’ e que não é muito conservado nos mamíferos.
O restante do íntron é extremamente variável e não tem muita importância no processo de splicing, o que foi provado com a produção de íntrons quiméricos através de experimentos biomoleculares.
20. Como ocorre a tradução? Descreva com detalhes, falando do papel do tRNA e do rRNA. 
A tradução é um processo no qual haverá a leitura da mensagem contida na molécula de RNAm pelos ribosomo, decodificando a linguagem de ácido nucleico para a linguagem de proteína.
Cada tRNA em solução liga-se a um determinado aminoácido, formando-se uma molécula chamada aminoacil-RNAt, que conterá, na extremidade correspondente ao anticódon, um trio de códon do RNAm.
21. As seguintes seqüências de nucleotídeos na fita de DNA foram usadas como um molde para sintetizar um mRNA que fosse então traduzido em proteína: 5’-TTAACGGCTTTTTC-3’. Qual o aminoácido do terminal amino do peptídeo resultante. Considere que o mRNA é traduzido sem a necessidade do códon de iniciação. 
Fenilalanina
22. Explique por que dizemos ser o código genético redundante ou degenerado. 
Isso ocorre pelo fato de que um mesmo aminoácido pode ser codificado por diferentes códons. A glicina, por exemplo, é codificada pelas trincas GGU, GGC, GGA e GGG. Essa característica faz com que o código genético seja considerado degenerado ou redundante.
23. Qual a função das enzimas aminoaciltRNAsintetase? Como elas participam da síntese protéica? 
Responsáveis por catalisar a ligação de um aminoácido com sua molécula correspondente de tRNA
24. Quais das seguintes afirmações estão corretas? 
Explique suas respostas. 
a. Um único ribossomo pode traduzir somente um tipo de proteína.
Falso. A síntese é dependente da especificidade do tRNA. 
b. Todos os mRNA se dobram em estruturas tridimensionais que são requeridas para suas traduções. 
Verdadeiro.
c. As maiores e as menores subunidades dos ribossomos sempre permanecem juntas e nunca trocamde parceiro. 
Verdadeiro
d. Uma vez que as duas fitas de DNA são complementares, o mRNA de um dado gene pode ser sintetizado usando qualquer uma das duas fitas como molde. 
Falso. Pois as fitas não são iguais, mas semiconservativas
e. Um mRNA pode conter a seqüência ATTGACCCCGGTCAA.
Não. Pois o RNA não possui timina.
f. A quantidade de uma proteína na célula em um estado estável depende de sua velocidade de síntese, sua atividade catalítica e sua velocidade de degradação. 
Sim.
25. A proteína sorriso é uma proteína hipotética que faz com que as pessoas sorriam mais frequentemente e é inativada em pessoas cronicamente infelizes. Foi descoberto que o mRNA isolado de pessoas infelizes
na mesma família não possuía um fragmento interno de 173 nucleotídeos presente no mRNA sorriso isolado de um grupo controle de pessoas que normalmente são felizes. As seqüências de genes sorriso das famílias felizes e infelizes foram isoladas e comparadas. Elas diferiram por apenas uma alteração de um nucleotídeo e nenhum nucleotídeo foi deletado ou inserido. E mais, a alteração foi encontrada em um íntron. O que você pode dizer sobre as bases moleculares da infelicidade dessa família? Faça um esquema que explique claramente sua resposta. 
 Que possivelmente a enzima responsável pela retirada de introns está inibida em certa hora da reação.
26. Usando o código genético identifique quais das seqüências de nucleotídeos poderiam codificar para a seqüência arginina glicina aspartato: 
5’AGAGGAGAU3’; 5’ACACCCACU3’; 5’GGGAAAUUU3’; 5’UGGGGUGAC3’ 
5’AGAGGAGAU3’
27. Uma mutação no DNA gera um códon de terminação UGA no meio do mRNA que codifica para uma proteína. Uma segunda mutação leva a uma única alteração de nucleotídeo no tRNA que permite a tradução correta, isto é, a segunda mutação suprime o defeito causado pela primeira. O tRNA alterado traduz UGA como triptofano. Qual alteração de nucleotídeo provavelmente ocorreu na molécula de tRNA mutante? Quais as conseqüências que a presença desse tRNA mutante teria para a tradução dos genes normais na célula? 
 A troca de uma Guanina por uma Adenina. Pode determinar traduções erradas, originando proteínas diferentes das que deveriam ser.
28. Diferencie transformação, transdução e conjugação. 
Transformação
A transformação bacteriana ocorre pela absorção de fragmentos de DNA presentes no ambiente, originados de outras bactérias mortas e decompostas. Essa molécula ou fragmento será incorporado ao DNA da bactéria através da permuta de bases entre o DNA original e o fragmento absorvido. Caso haja compatibilidade nesta troca, o fragmento passa a fazer parte do material genético da bactéria sendo duplicado e passado durante a reprodução binária.
O processo de transformação foi utilizado em bactérias E. coli, para produção de insulina. Para isso, pedaços de DNA humano, com a sequência que determinava a produção de insulina, foram introduzidos em bactérias que passaram a sintetizar esse hormônio. Atualmente, grande parte da insulina comercializada provém da ação dessas bactérias transgênicas.
Transdução
É quando uma bactéria tem pedaços de seu material genético transportado para outra bactéria, através da ação de vírus bacteriófagos. Para que isso aconteça há necessidade de que, no momento em que novos bacteriófagos são formados, pedaços do DNA bacteriano sejam incorporados ao material genético viral. Com a liberação dos bacteriófagos e o ataque a outra bactéria, os genes bacterianos presentes poderão ser transferidos para o DNA da bactéria agora infectada.
Isso pode acontecer desde que a ação do material genético infectante proveniente do vírus não promova a destruição da bactéria. Assim, haverá incorporação de fragmentos do material genético. E, ocorrendo sua reprodução assexuada, haverá a formação de uma nova linhagem, modificada.
Conjugação
A conjugação é o tipo de reprodução recombinante mais conhecido. Neste evento, existe a formação de uma ponte ou pelo que conectará duas bactérias. A bactéria que doar seu material genético não sofrerá modificação, mas a receptora sairá desta conjugação modificada. Durante a ligação é transferido, da bactéria doadora, um pedaço de DNA chamado de plasmídio F (de fertilidade) que se recombina com o material genético da bactéria receptora, ocorrendo modificações.
Essa forma de recombinação é a que leva ao surgimento de linhagens de bactérias resistentes à ação de vários tipos de antibióticos, caracterizando a infecção hospitalar.
29. Defina plasmídeo, transpossons e seqüência de inserção. 
Transposons (Tn) 
Transposons são elementos genéticos transponíveis que carregam um ou mais genes além daqueles que são essenciais para a transposição.
PLASMÍDEOS
Plasmídios são elementos genéticos extracromossômicos capazes de replicação autonoma. Um epissoma é um plasmídeo que pode se integrar no cromossomo bacteriano.
Sequências de Inserção (IS)
Sequências de inserção são elementos genéticos transponíveis que não carregam nenhum gene conhecido, exceto aqueles que são necessários para a transposição.
30. Suponha que você tenha inoculado três frascos de caldo de sais mínimos com E. coli. O frasco A contém glicose. O frasco B contém glicose e lactose. O frasco C lactose. Após algumas horas de incubação você testa
 os frascos para a presença de β galactosidase. Que frasco(s) você prevê que terá esta enzima? Explique sua resposta com base no operon da lactose.
No tubo contendo glicose e lactose.