ED BIO MOL

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Questão 1 ▬ Segundo François Jacob, biólogo francês agraciado com o Nobel de Medicina de 1965, a Biologia Molecular é uma ciência que tem como mãe a genética e, como pai, a bioquímica. Discuta esta afirmação.
Biologia Molecular é a área do conhecimento intimamente ligada à genética e à bioquímica que estuda os genes e suas atividades ao nível molecular, particularmente a estrutura e a expressão dos genes, incluindo o controle da expressão gênica e da síntese de proteínas.
Questão 2 ▬ Os DNAs de vários seres vivos são extremamente grandes, porém toda a informação genética está contida praticamente dentro do núcleo celular. Como isso é possível?
O DNA possui um alto grau de organização estrutural. Ele está muito bem empacotado formando hélices em espirais. Essas espirais por sua vez espiralizam-se em torno do seu próprio eixo formando uma estrutura condensada, ocupando o menor espaço. Isto constitui o superespiralamento do DNA, fator responsável pelas estruturas secundária, terciária e quaternária da molécula.
Questão 3 ▬ O que são as topoisomerases? Qual e como elas desempenham seu papel na molécula de DNA?
Estas enzimas aumentam ou diminuem o grau de subenrolamento do DNA em função do número de ligações que elas afetam. São enzimas desempenham um papel importante em processos de replicação e no empacotamento do DNA. Há duas classes de topoisomerases: topoisomerase I e topoisomerase II (DNA-girase ). As do tipo I agem na quebra transitória de uma das duas fitas do DNA, rodando uma das extremidades sobre a fita não quebrada e reunindo as extremidades quebradas. Geralmente relaxam o DNA, removendo espiras negativas. As do tipo II, DNA girases, quebram ambas as fitas do DNA e podem introduzir superespiras negativas.
Correção no slide: Na aula de replicação do DNA, a tabela de enzimas está incorreta: DNA girase é uma toposiomerase II.
Questão 4 ▬ O que são os nucleossomos e como é sua organização na cromatina?
Nucleossomos são complexos moleculares de histonas e DNA em forma de "colar de contas". São as unidades de organização sobre as quais o empacotamento de alta ordem da cromatina é construído. Cada nucleossomo contém oito moléculas de histonas, duas cópias de cada uma das H2A, H2B, H3 e H4. O espaçamento das contas de nucleossomos ao longo do DNA define uma unidade de repetição tipicamente de cerca de 200 pares de bases, das quais 146 estão fortemente ligadas em volta do núcleo histônico e o restante funciona como um elo entre os nucleossomos. A histona H1 não faz parte do núcleo do nucleossomo, mas está geralmente associada ao DNA elo.
Questão 5 ▬ O que são as histonas?
As histonas são proteínas associadas ao DNA que empacotam e ordenam o mesmo em unidades estruturais denominadas nucleossomos. São proteínas básicas encontradas em todas as células eucarióticas com peso molecular entre 11.000 e 21.000. São divididas em cinco classes: H1, H2A, H2B, H3 e H4.
Questão 6 ▬ Como o RNAt reconhece o códon?
O RNA de transferência (RNA transportador) reconhece um códon pelo pareamento das 3 bases do seu anticódon com a sequência de três bases do códon do RNA mensageiro. Os dois RNA são pareados antiparalelamente, de modo que a primeira base do códon é pareada com a terceira base do anticódon.
Questão 7 ▬ A síntese de proteínas pode ser dividida em 5 etapas. Quais são estas etapas? Explique cada uma.
Modernamente, divide-se a síntese de proteínas em 5 etapas:
Etapa 1 ativação dos aminoácidos  Durante esta etapa que se realiza no citosol, cada um dos 20 aminoácidos é covalentemente ligado a um tRNA específico, pela sua enzima específica, aminoacil-tRNA sintetase.
Etapa 2: Inicialização  O mRNA contendo o código para o polipeptídeo a ser sintetizado liga- se à menor das duas subunidades ribossômicas. Isto é seguido pela ligação do aminoacil-tRNA de iniciação e da subunidade ribossômica maior para formar um complexo de iniciação.
Etapa 3: Alongamento  A cadeia polipeptídica é alongada por ligações covalentes de unidades de aminoácidos sucessivos, cada um transportado ao ribossomo e corretamente posicionado pelo seu tRNA.
Etapa 4: Terminação e liberação  O término da cadeia polipeptídica é sinalizado por um códon de terminação no mRNA. A cadeia polipeptídica é então liberada do ribossomo.
Etapa 5: Enrolamento e processamento  Para alcançar sua forma biologicamente ativa o peptídeo (ou proteína) deve se enrolar na sua conformação tridimensional. Antes ou depois disso, pode sofrer processamento enzimático para remover um ou mais aminoácidos, para adicionar grupos a certos aminoácidos ou para ligar grupos prostéticos.
Questão 8 ▬ É sabido que as aminoacil-tRNA sintetases ligam os aminoácidos corretos aos seus tRNAs sendo que a reação geral é: Aminoácido+tRNA+ATP aminoacil-tRNA+AMP+Ppi Esta reação de ativação ocorrem em duas etapas.
Descreva estas etapas e o porquê da reação geral ser irreversível:
Na primeira etapa um intermediário ligado à enzima, aminoacil-adenilato (aminoacil-AMP), é formado pela reação do ATP e o aminoácido no sítio ativo. Nesta reação, o grupo carboxila do aminoácido está ligado numa ligação anídrica com o grupo 5`-fosfato do AMP, com deslocamento do pirofosfato. Na segunda etapa, o grupo aminoacila é trasferido do aminoacil-AMP ligado à enzima para o seu tRNA específico correspondente.
Questão 9 ▬ A terceira etapa da síntese de proteínas é o alongamento, adição passo-a-passo de aminoácidos à cadeia polipeptídica. Este alongamento ocorre em três etapas. Explique-as.
Na primeira etapa o próximo aminoacil-tRNA é ligado a um complexo do EF-Tu contendo uma molécula de GTP ligado. O complexo resultante aminoacil-tRNA-EF-TuGTP é então ligado ao sítio A do complexo de iniciação 70S. O GTP é hidrolisado, um complexo EF- TuGDP é liberado do ribossomo 70S, e um complexo EF-TuGTP é regenerado.
Na segunda etapa, uma nova ligação peptídica é formada entre os aminoácidos ligados por seus tRNAs aos sítios A e P no ribossomo.Isto ocorre pela transferência do grupo
formilmetionil do seu grupo tRNA de iniciação ao grupo amino do segundo aminoácido agora no sítio A. O grupo -amino do aminoácido no síto A age como um nucleofílico, deslocando o tRNA do sítio P para formar a ligação peptídica. Esta reação produz um dipeptidil-tRNA no síto A e o agora tRNAf Met "descarregado" permanece ligado ao sítio P.
Na terceira etapa do ciclo de alongamento, chamada de traslocação, o ribossomo move-se à distância de um códon na direção da extremidade 3'-mRNA. Pelo fato de o dipeptidil-tRNA estar ainda ligado ao segundo códon do mRNA, o movimento do ribossomo desloca o dipeptidil-tRNA doo sítio A para o P, e o tRNa decilado do sítio P inicial de volta ao citosol.
O terceiro códon do mRNA está agora no sítio A e o segundo no P.
Questão 10 ▬ Algumas proteínas recém sintetizadas não atingem sua conformação final biologicamente ativa até que tenham sido alteradas por um ou mais processos de reações, chamados de modificações pós-traducionais. Cite e explique cada um destes processos.
Após a síntese, as proteínas podem sofrer diversas modificações pós- traducionais:
Modificações nos grupos amino e carboxilaterminais: frequentemente, resíduos aminoterminal e carboxilaterminal adicionais podem ser removidos enzimaticamente e, desta forma, não aparecerem nas proteínas funcionais finais.
Perda da sequência sinalizadora: os 15 a 30 resíduos na extremidade aminoterminal de algumas proteínas (sequências sinalizadoras) são removidas no final por peptidases específicas.
Modificações de aminoácidos terminais: os grupos hidroxila de certos resíduos de Ser, Thr e Tyr de algumas proteínas são enzimaticamente fosforilados pelo ATP; os grupos fosfatos adicionam cargas negativas a estes polipeptídeos.O significado funcional destas modificações varia de uma proteína para outra.
Ligação das cadeias laterais de carboidratos: as cadeias laterais das glicoproteínas são covalentemente ligadas durante ou após a síntese da cadeia polipeptídica.
Adição de grupos isoprenil (esteroide):várias proteínas eucarióticas são isopreniladas; uma ligação tioéster é formada entre o grupo isoprenil (derivado da via de biossíntese do colesterol) e um resíduo de Cys da proteína.
Adição de grupos prostéticos: muitas proteínas procarióticas e eucarióticas requerem para a sua atividade grupos prostéticos covalentemente ligados; estes são ligados à cadeia polipeptídica depois que ela deixa o ribossomo.
Processamento proteolítico: muitas proteínas - como a insulina - são inicialmente sintetizadas como proteínas precursoras maiores inativas, as quais são proteoliticamente processadas para produzir as suas formas ativas finais.
Formação das ligações cruzadas dissulfeto: as proteínas a serem exportadas das células eucarióticas são frequentemente ligadas covalentemente pela formação de pontes cruzadas intra ou intercadeias entre resíduos de Cys, as quais ajudam a proteger a conformação ativa da molécula.
Questão 11 ▬ Quais os fatores que atuam durante a replicação garantindo alta fidelidade na cópia da molécula de DNA?
Diversos fatores são usados na replicação do DNA: 1. Pareamento de bases conforme o modelo de Watson-Crick. 2. estabilização hidrofóbica dos pares de bases emparelhadas. 3. Hidrólise enzimática do Pi formado pela DNA polimerase, garantindo que a reação se aproxime do final a cada etapa. 4. Revisão de exonuclease 3' da DNA polimerase III.
Questão 12 ▬ Explique as diferenças de síntese da nova fita de DNA durante a cópia das fitas 5'  3' e 3'  5'.
A cópia no sentido 5'-3' é direta pela DNA polimerase III. O do sentido 3'-5' precisa ser lido em partes, em fragmentos de Okasaki, alinhado de forma que possa ser lido pela enzima no sentido 5'-3'. Essas sequências curtas exigem um primer para cada uma, que depois é removido pela DNA polimerase I. Depois, eles são unidos pela DNA ligase.
Questão 13 ▬ Durante o processo de replicação, uma série de enzimas são acionadas além da própria DNA polimerase. Explique a função de enzimas como DNA ligase, helicases e proteínas que se ligam a DNA simples fita no processo de cópia da molécula do DNA.
As ações são específicas para cada enzima:
Helicase: abre a hélice, corta pontes de hidrogênio, separa os filamentos e promove avanço da forquilha de replicação;
DNA-girase (ou Topoisomerase I): Desfaz as regiões de superdobramentos da dupla hélice; evita a superelicoização (regiões muito torcidas da dupla hélice) ao cortar e religar DNA logo à frente da forquilha;
Primase: Adiciona temporariamente pequeno trecho de nucleotídios de RNA (“primer” de RNA) para iniciar a replicação realizada pela DNA polimerase III;
DNA-polimerase I: Remove o primer de RNA (necessário apenas no início da replicação) e adiciona os DNA-nucleotídios substitutos;
DNA-polimerase III: Alonga o filamento de DNA (após a formação do primer de RNA) ao adicionar nucleotídios à extremidade 3’;
DNA-ligase: Une os nucleotídios à fita de DNA estabelecendo a estrutura da molécula.
Questão 14 ▬ DNA polimerases apresentam a capacidade de corrigir a adição de um nucleotídeo errado durante o processo de replicação. RNA polimerases aparentemente não apresentam a mesma capacidade. Apresente uma razão para que esta diferença exista, uma vez que erros na sequência do DNA ou RNA levarão a síntese de uma proteína modificada.
Um erro de base em DNA provocaria um cromossoma mutado na célula e também nas suas descendentes. Um erro no RNA levaria a cópias defeituosas de uma proteína, entretanto, como os mRNA se degradam rápido, a maioria das cópias dessa proteína continuaria sendo normal, além do que a progênie dessa célula também.
Questão 15 ▬ Você acha possível obter uma molécula de DNA dupla fita a partir de uma molécula de RNA? Explique.
Essa reação é possível e é catalisada pela transcriptase reversa.
Questão 16 ▬ Escreva todas as possíveis sequências para mRNA que podem codificar para o tripeptídeo simples Leu-Met-Tyr . Sua resposta dará uma ideia do número de possibilidades de mRNA que codifica para um polipeptídeo .
São diversas possibilidades: UUAAUGUAU, UUGAUGUAU, CUUAUGUAU, CUCAUGUAU, CUAAUGUAU, CUGAUGUAU, UUAAUGUAC, UUGAUGUAC, CUUAUGUAC, CUCAUGUAC, CUAAUGUAC, CUGAUGUAC.
Questão 17 ▬ Transcrito de um gene monocistrônico, uma dada sequência de bases em um mRNA irá codificar uma e somente uma sequência de aminoácidos em um polipeptídeos, desde que a sequência de leitura seja especificada. Para uma sequência de aminoácidos de uma proteína, você seria capaz de determinar com precisão uma única sequência de bases de um mRNA? Apresente razões para a sua resposta.
Pelo fato de que praticamente todos os aminoácidos possuírem mais do que um códon, qualquer polipeptídeo pode ser codificado por um grande número de diferentes sequências de bases, se todos os códigos para cada aminoácido forem empregados nas diferentes combinações. Este fato ocorre devido à degeneração do código genético.
Questão 18 ▬ Na anemia falciforme, a hemoglobina apresenta uma modificação na sequência de aminoácidos aonde o resíduo de Glutamato na posição 6 é substituído por Valina. Verifique os códons que codificam para Val e Glu e analise a (s) mudança (s) que aconteceu (ram) no DNA para que ocorresse a troca de aminoácidos na sequência primária da hemoglobina .
Os dois códons de DNA para Glu são (5')TTC e (5')CTC. Os quatro códons para Val são (5')TAC, (5')CAC, (5')AAC e (5')GAC.
Uma única alteração na TTC em TAC ou de CTC para CAC poderia explicar a substituição. As outras trocas de bases são menos prováveis.
Questão 19 ▬ Explique o processo de splicing do RNAm em eucariotos.
O gene transcreve o Pré-RNAm (transcrito de RNA ou RNA heterogêneo nuclear) que recebe o capuz (cap) que contém 7-metil-guanosina trifosfato na extremidade 5’. Na etapa seguinte, ocorre a adição da cauda poli-A na extremidade 3’. E finalmente, o complexo enzimático formado principalmente por ribozimas executa a remoção dos íntrons para a formação do RNAm maduro que geralmente só apresenta éxons.
Questão 20 ▬ Diferencie gene monocistrônico e policistrônico.
O gene monocistrônico orienta a síntese de RNAm capaz de ser traduzido em somente uma proteínas, enquanto o gene policistrônico orienta a síntese de RNAm que origina diversas proteínas sob o controle da sequência de Shine-Dalgarno.