P02 Genética Molecular

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Questões referentes à matéria da segunda prova 2015.02
Explique por qual razão os genes necessitam de sistemas de regulação da transcrição? 
R.: Para adaptar-se a diversas condições ambientais e evitar o desperdício de energia.
O que significa regulação gênica?
R.: Mecanismos desenvolvidos para controlar a “escolha” de quais proteínas são feitas em diferentes momentos, sob diferentes condições ambientais.
Qual é a diferença entre regulação positiva e negativa?
R.: Nos mecanismos de controle positivo, o produto do gene regulador é necessário para ligar a expressão de um ou mais genes estruturais (genes que especificam as sequências de aminoácidos de enzimas ou proteínas estruturais), enquanto nos mecanismos de controle negativo, o produto do gene regulador é necessário para desligar a expressão de genes estruturais.
No operon da lactose de E. coli, qual a função de cada um dos seguintes genes ou sítios: (a) regulador, (b) operador, (c) promotor, (d) gene estrutural Z e (e) gene estrutural Y?
R.: a) O gene regulador lac codifica um repressor que tem 360 aminoácidos de tamanho.
b) Operador lac, impede que a RNA-polimerase catalise a transcrição dos três genes estruturais.
c) Promotor, sítio de ligação para a RNA-polimerase.
d) Gene estrutural lac Y, codifica a enzima β-galactosídeo-permease.
e) Gene estrutural Z, codifica a enzima β-galactosidase.
Qual seria o resultado da inativação por mutação dos seguintes genes ou sítios no operon da lactose de E. coli: (a) regulador, (b) operador, (c) promotor e gene estrutural Z?
R.: (a) e (b), mutações no gene I e no operador geralmente resultam na síntese constitutiva dos produtos do gene lac.
Descreva a composição e a organização do operon lac em E.coli. Utilize esquema para demonstrar.
R.: Comparação e organização do operon Lac.
Operon -> grupo de genes que são transcritos ao mesmo tempo. (são encontrados somente em procariotos)
	- Enzimas que degradam a lactose - genes estruturais
● β_galactosidase (gene Z): enzima que catalisa a hidrólise da lactose em glicose e galactose.
● β_galactosídeo permeasse (geneY): permite que a lactose do meio extra-celular seja transportada para o interior da célula bacteriana.
● β_galactosídeo transacetilase (gene a): transfere grupos acetil para beta-galactosídeos.
 	- Região promotora, sítio de ligação para RNA polimerase.
 - Operador, impede que a RNA-polimerase catalise a transcrição dos três genes estruturais.
Se a E. coli é cultivada na presença de glicose e lactose, qual o açúcar a ser utilizado preferencialmente? Justifique.
R.: A bactéria prefere usar a glicose pois a lactose precisa ser hidrolisada primeiro. A célula capta mais energia da degradação da glicose do que de outros açúcares.
Descreva a sequência de eventos que ocorre com o operon lac em E. coli quando a lactose é adicionada ao meio de cultivo como única fonte de açúcar.
R.: Uma pequena quantidade de alolactose é formada. A alolactose liga-se ao repressor. A mudança conformacional faz com que a proteína repressora se desligue do sítio operador. A RNA-polimerase pode ligar-se ao sítio promotor. Ocorre transcrição.
Descreva a sequência de eventos que ocorre com o operon lac em E. coli quando tanto a glicose quanto a lactose estão presentes.
R.: Quando a glicose e a lactose estão presentes a RNA-polimerase pode ligar-se ao sítio promotor mas a ligação é instável pois a presença de glicose resulta em diminuição na concentração intracelular de cAMP. Na presença de baixa concentração de cAMP, CAP não pode ligar-se ao promotor do óperon lac. Por sua vez, a RNA-polimerase não pode ligar-se eficientemente ao promotor lac na ausência de CAP/cAMP ligado. Logo, na presença de glicose, a transcrição do óperon lac nunca excede 2% da taxa induzida observada na ausência de glicose. Não ocorre transcrição.
Por que algumas mutações dentro do operon lac são chamadas de mutações constitutivas?
R.: 
Considere o monoplóide mutante I+P+O+Z-Y+A+ que recebeu lactose no meio de cultivo sem glicose. O que pode acontecer com as bactérias que apresentam este genótipo? Responda pensando na função de cada gene.
R.: Como essas bactérias possuem um alelo Z​ ֿ mutante, a enzima β-galactosidase não será produzida ou estará defeituosa, não ocorrerá a hidrólise da lactose em glicose e galactose.
Considere o seguinte diploide parcial: I+P+O+Z+Y+A+ / I+P+OCZ+Y-A+ que recebeu lactose no meio de cultivo que já continha glicose. Explique o que ocorre com o operon lac e, consequentemente, com o metabolismo da lactose nesta bactéria?
R.: A mutação Oaͨ é constituída em cis, logo, irá afetar apenas os genes estruturais situados no mesmo cromossomo que ele. Como possui lactose no meio então todas as enzimas produzidas pelos genes estruturais serão expressos com glicose e lactose no meio, a ligação da RNA-polimerase com o sítio promotor ficará instável pois a presença de glicose resulta na diminuição da contração intracelular de cAMP, logo CAP não pode se ligar ao promotor óperon lac, e a transcrição do óperon lac não será ativada.
Nas células procarióticas deve ocorrer a “decisão” sobre a escolha de quais genes serão induzidos, em qual momento e em qual quantidade. Nas células eucarióticas existe mais um momento de decisão. Comente sobre este quarto momento.
R.: 
Cite dois níveis de regulação gênica existentes em células eucarióticas e que não são encontrados em células procarióticas.
R.: 
Explique a importância da acetilação do DNA em células eucarióticas para a expressão gênica.
R.: Cromatina ativa (acetilação do DNA). Os genes são encontrados em um estado “ativo” apenas nas células onde são expressos.
	A acetilação (diminui a compactação da cromatina) das caudas enfraquece sua interação com o DNA e pode permitir que alguns fatores de transcrição se liguem ao DNA.
Quanto às substituições de bases na molécula de DNA, diferencie as transições das transversões.
R.: Mutações que resultam de mudanças taitoméricas nas bases do DNA envolvem a substituição de uma putina em um filamento do DNA por outra purina e a substituição de uma pirimidina no filamento complementar por outra pirimidina. Tais substituições e pares de bases são chamadas transições.
	Substituição de pares de bases envolvidas na substituição de uma purina por uma pirimidina e vice-versa são chamadas transversões.
Quais são as consequências das mutações do tipo inserções e deleções? Estas podem ser mais graves que as substituições? Explique.
R.: 
Mutações em células somáticas e em células germinativas podem ocorrer, mas cada uma apresenta um tipo de conseqüência diferente. Explique.
R.: Se uma mutação ocorre em uma célula somátiva, o fenótipo mutante resultante se manifestará apenas nos descendentes desta célula. A mutação não será transmitida pelos gametas para a prole.
	Mutações germinativas podem ocorrer em qualquer estágio no ciclo reprodutivo do organismo. Se a mutação surge em um gameta, apenas um único membro da prole provavelmente terá o gene mutante. Se a mutação ocorre em uma célula primordial da linhagem germinativa do testículo ou ovário, vários gametas podem receber o gene mutante, acentuando seu potencial de perpetuação.
Explique as variações tautoméricas na molécula de DNA.
R.: As estruturas das bases no DNA não são estáticas. Os átomos de hidrogênio podem mover-se de uma posição em purina ou pirimidina para outra posição. As formas ceto mais estáveis de timina e guanina e as formas amino de adenina e citosina podem raramente sofrer mudanças tautométricas para as formas menos estáveis enol e imino, respectivamente.
Por que as mutações reversas são mais difíceis de ocorrer?
R.: Quando uma segunda mutação restaura o fenótipo original perdido por causa de uma mutação anterior, o processo é chamado de mutação reversa. A reversão pode ocorrer de dois modos diferentes: (1) mutação reversa, uma segunda no mesmo ponto no gene da mutação original, restaurando a sequência nucleotídicatipo selvagem ou (2) pela ocorrência de uma mutação supressora, uma segunda mutação em um local diferente no genoma, que compensa os efeitos da primeira mutação. A mutação reversa restaura a sequência original tipo selvagem de nucleotídeos do gene, enquanto a mutação supressora não.
Por que a maioria das mutações é deletéria e recessiva?
R.: Considerando que a natureza permanece estável por longo tempo, os organismos que conhecemos em seus ambientes naturais podem ser considerados como estando bem adaptados ao seu meio. Deste modo, a maioria das mutações que ocorrem na descendência, que é devida inteiramente ao acaso, não é essencial ou então é deletéria para a espécie dependendo do genoma em que ocorre. Alelos não essenciais ou deletérios são introduzidos nas populações de espécies através de mutação ou de introgressão (entrada de organismos externos dentro da população). A reprodução sexuada confere uma vantagem em retardar o acúmulo destas mutações e reordenar constantemente os genes deletérios. Entretanto, os genes deletérios ou não essenciais só sofrem ação da seleção natural quando estão em homozigose, mas não em heterozigose, a menos que esta condição confira um valor pouco adaptativo à espécie.
Mutações recessivas não podem ser eliminadas rapidamente, pois a seleção natural só pode eliminar a descendência doente, não os outros que embora carreguem a doenças a transmitam, não são eles mesmos afetados. Além disso, as mesmas mutações tendem a se repetir. Por causa disso e da dificuldade de se eliminar mutações recessiva.
Comente sobre os efeitos das radiações ionozantes e não ionozantes em nosso material genético.
R.: As radiações ionizantes são de alta energia e são úteis para diagnóstico médico por que penetram nos tecidos vivos a distâncias substanciais.
	As radiações não-ionizantes como a radiação ultravioleta não possui energia suficiente para induzir ionizações. Entretanto, ela é prontamente absorvida por muitas moléculas orgânicas tais como purinas e pirimidinas no DNA. Os raios UV penetram apenas levemente nos tecidos.
Como os dímeros de timina podem ser corrigidos em uma molécula de DNA bacteriano?
R.: Quando o DNA é exposto a luz ultravioleta, dímeros de timina são produzidos por ligações cruzadas covalentes entre timinas adjacentes. A DNA fotoliase reconhece os dímeros de timina no DNA e se liga a eles, usando a energia da luz para cortar as ligações cruzadas covalentes.