estudo dirigido biotecnologia

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Curso: Biomedicina
Unidade: Nova Iguaçu
Disciplina: Biotecnologia – SDE4115
Profª: Yasmine Rangel
Estudo dirigido
Qual a estrutura básica de um nucleotídeo encontrado em uma molécula de DNA? 
Pessoal, vocês devem descrever a composição, baseada naqueles três ítens que conversamos em sala: açúcar, base nitrogenada e fostato. Nesse caso, como particularizei o DNA, só há uma pentose possível (desoxiribose), e quatro bases nitrogenas possíveis (A, T, C e G). É importante vocês conhecerem o nome das bases, e não apenas representá-las pelas letras, ok ?
Como um nucleotídeo encontrado em uma molécula de RNA difere de um nucleotídeo pertencente à uma molécula de DNA?
Aqui vocês já ganharam a confiança na questão anterior, e podem especificar as diferenças. Para o RNA, só há uma pentose possível (ribose), e quatro bases nitrogenas possíveis (A, U, C e G). Gente, lembrem que o RNA não tem T. No lugar, encontramos a base U. Mais uma vez, se vocês estivessem me respondendo por extenso, coloquem o nome da base, e não apenas a letra, ok?
Qual a diferença entre nucleotídeo e nucleosídeo?
Essa questão é muito simples. Nucleotídeos são nucleosídeos acrescidos de fosfato. Logo, o nucleosídeo é composto apenas de açúcar e de base nitrogenada.
Em um genoma de uma espécie de planta foi verificado que o conteúdo da base nitrogenada citosina é de 32%. Sendo assim, responda:
Qual a porcentagem esperada da base nitrogenada timina? 
Vamos lá. Alguns de vocês tiveram dificuldades com essa questão. Estamos falando de uma planta, cujo genoma é DNA, dupla fita. Isso significa que se vocês conhecem a sequência nucleotídica de apenas uma fita desse genoma, vocês são capazes de me falar a sequência complementar encontrada na outra fita, por causa do pareamento específico de bases que vocês já conhecem. Dessa forma, portanto, devemos esperar aquela proporção de bases nitrogenas complementares ; ou seja, A = T e C = G. Sendo assim, esperamos encontrar proporções semelhantes de A com T e de C com G.
Logo: C = 32%; 
mas como C só se liga com G, então G = 32%, também.
Com isso, C + G = 32% + 32% = 64%
Isso significa que as bases remanescentes A e T juntas devem representar a porcentagem que falta do genoma (ou seja, a diferença que falta para completar 100%).
Então: A + T = 100% - 64% = 36%
Mas como A só se liga com T, então cada uma dessas bases terá 36%/2= 18% cada uma.
Qual a porcentagem de bases nitrogenadas purínicas e pirimidínicas?
Aqui o mais difícil é lembrar quem é purina e quem é pirimidina. As bases púricas são A e G, enquanto as pirimidínicas são C, T e U. Sendo assim :
Purina = A + G = 18% + 32% = 50%
Pirimidina = T + C = 18% + 32% = 50%
O material genético de um vírus contém a seguinte composição de bases nitrogenadas: 10% de adenina, 24% de timina, 30% de guanina e 36% de citosina. Sobre esse vírus, responda:
Qual é o ácido nucléico que constitui seu material genético? 
Essa questão aqui também gerou dúvidas. Pessoal, vamos nos manter focados nas informações do enunciado. Esse vírus tem a base nitrogenada timina, e não tem uracila. Logo, o genoma é de DNA, não é RNA.
A fita desse ácido nucléico é bifilamentar ou unifilamentar?
Daí como vocês se enrolaram na primeira pergunta, aqui dificultou mais ainda. Muitos de vocês imediatamente pensaram que a resposta fosse bifilamentar por ser um genoma DNA. Mas essa resposta está ERRADA. Para vocês descobrirem se é um genoma de uma fita ou de duas fitas, basta olhar a proporção de bases nitrogenadas. Se elas não obedecem a regra do pareamento de bases, não é possível que seja fita dupla. Observem a porcentagem do genoma que eu coloquei para vocês. As proporções de A e T e de C e G são muito diferentes. Só pode ser unifilamentar.
Descreva as forças atuantes na dupla hélice de DNA, especificando quais as ligações são estabelecidas entre os nucleotídeos na mesma fita de DNA, assim como entre as fitas complementares de DNA.
Vamos lá. Eu coloquei de um tudo na questão para ajudar na revisão. Os nucleotídeos em uma mesma fita de DNA estão unidos por ligações fosfodiéster (entre o grupo hidroxila do carbono C3´de um nucleotídeo e o grupo fosfato do C5´ do nucleotídeo adjacente). Agora, entre as fitas complementares, observamos as pontes de hidrogênio (especificamente entre as bases nitrogenadas A/T e C/G). Agora pensando na manutenção da dupla-hélice, existem as interações hidrofóbicas entre as bases nitrogenadas (minimizando o contato com a água) e a repulsão eletrostática entre os grupamentos fosfato.
Por que uma molécula de RNA é menos estável que uma molécula de DNA?
Além de se apresentar na forma de fita simples, o radical hidroxila presente no C2´ da pentose (ribose) na molécula de RNA, em substituição ao hidrogênio no C2´ da pentose (desoxirribose) no caso da molécula de DNA, torna a primeira molécula suscetível à hidrólise.
Com base nas sequências de nucleotídeos de duas fitas-molde oriundas de moléculas de DNA distintas apresentadas abaixo, responda às perguntas:
DNA1 (3´)HO-GAA CAT TCC CTG AAG-P(5’) DNA2 5´-ACA TGA TCT GTA TGA-3’
DNA1 c (5´)P-CTT GTA AGG GAC TTC-OH(3´) DNA2 c 3´-TGT ACT AGA CAT ACT-5´
Qual a sequência de DNA das fitas complementares de ambas as fitas, na orientação 5´( 3’. 
Observem a pegadinha aqui. Não basta representar a sequência complementar, porque eu pedi para vocês me apresentarem as sequências de 5´( 3’. Isso implica que vocês precisam saber à qual extremidade a hidroxila e o fosfato correspondem, ok ? Para quem ficar com dúvida, reparem que para a molécula de DNA1, eu coloquei entre parênteses e, em vermelho, qual a polaridade verificada em cada radical, para ajudar vocês a fixarem. Na linha abaixo, eu coloquei a sequência complementar de ambas as moléculas. Mas ainda não é a resposta final ! Por quê ? Porque quando eu escrevo as bases complementares (DNA1c e DNA2c), apenas a molécula de DNA1c está escrita de 5´( 3’. A molécula de DNA2c eu preciso « ler » no sentido correto. Dessa forma, portanto, para respeitar o enunciado, ela seria DNA2c 5´- TCA TAC AGA TCA TGT-3´ (basta ler de trás para frente).
Compare ambas as moléculas de DNA. Para qual delas você necessitaria de uma maior temperatura para induzir a desnaturação? Justifique.
Para responder essa pergunta, bastaria vocês contarem em qual molécula nós verificamos mais pontes de hidrogênio a serem rompidas e, portanto, seria necessária uma temperatura maior para induzir a desnaturação. Então, vamos lá :
DNA1 GAA CAT TCC CTG AAG DNA2 ACA TGA TCT GTA TGA
DNA1 c CTT GTA AGG GAC TTC DNA2 c TGT ACT AGA CAT ACT
 
Percebam que na molécula de DNA1, teríamos mais exemplares de pareamento C/G que na molécula de DNA2 (7 x 5). Dessa forma, para a molécula DNA1, seria necessário, então, uma maior temperatura.
Qual a diferença entre eucromatina e heterocromatina?
É importante saber que essa classificação refere-se à compactação da cromatina. A eucromatina corresponde às regiões nas quais a cromatina se encontra desespiralizada, expondo os genes para a transcrição; enquanto a heterocromatina corresponde às regiões densamente empacotadas, as quais podem ser constitutivas ou facultativas, onde praticamente não há atividade gênica. 
Qual a diferença entre éxons e íntrons?
Por fim, é necessário lembrar que nos genes, podemos encontrar duas regiões : os íntrons, correspondendo às regiões não codificantes do genoma ; e, os éxons, correspondentes às regiões codificantes.
O que são plasmídeos? Como eles se replicam? Qual sua importância para as bactérias?
Pessoal, vocês devem falar que são moléculas de DNA dupla fita circular, completamente independentes do cromossomo, encontradas nas bactérias. Devem lembrar que eles são dotados da capacidade de se multiplicar independentemente do DNA celular, pois possuem uma origem dereplicação, a qual co-orienta a replicação e a transcrição. A importância se deve ao fato de corresponderem à unidades genéticas acessórias, as quais transportam um ou mais genes que são responsáveis por codificar características adaptativas vantajosas às bactérias, conferindo resistência e virulência, por exemplo.
O que significa dizer que o genoma dos procariotos é policistrônico?
Gente, isso aqui é importante! Significa que existe uma única região promotora, capaz de inicializar a produção de uma única molécula de RNAm, de vários genes, em um mesmo processo de transcrição, o que resultará na tradução de diferentes tipos de proteínas.
Defina óperon, e descreva sua composição.
Essa questão também é bacana, e vamos voltar a esse tópico quando estudarmos a regulação gênica em procariotos. Corresponde a um conjunto de genes estruturais contíguos encontrados nos procariotos, funcionando como uma unidade genética, que são controlados por sequências regulatórias comuns, e que codificam funções relacionadas. Ex.: os genes envolvidos em uma mesma via metabólica, os quais ocupam posições adjacentes no cromossomo e são co-transcritos, estando agrupados em unidades transcricionais. Lembram que estudamos o modelo da lactose?
O que podemos entender por replicação semiconservativa? E por replicação bidirecional?
Trata-se de uma característica do processo de replicação do DNA, onde o processo de síntese de duas moléculas-filhas de DNA conserva, em cada molécula, uma fita de DNA original da molécula-mãe, a qual é utilizada como molde, e dirige por complementariedade, a sequência de bases nitrogenadas da fita nascente. Trata-se, portanto, da produção de uma molécula híbrida. A replicação bidirecional corresponde também a uma característica do processo de replicação do DNA, onde a partir da origem de replicação, ocorre a formação de duas forquilhas de replicação, uma para cada lado/direção, indicando que a síntese acontece em ambas as fitas de DNA ao mesmo tempo.
Sobre a DNA polimerase, explique qual o sentido de polimerização que ela catalisa, e qual o pré-requisito para o início da sua atividade.
Essa aqui é pra ganhar confiança!!! Nós trabalhamos exaustivamente essa questão. A DNA polimerase catalisa a polimerização da síntese da nova fita de DNA sempre de 5´-> 3´, respeitando a especificidade do pareamento de bases com a fita molde, de acordo com o modelo de Watson & Crick. Ela é dependente de um iniciador (primer), já que não é capaz de adicionar um novo nucleotídeo se não houver uma hidroxila livre. Dessa forma, ela incorpora nucleotídeos a partir de nucleotídeos já existentes na molécula de DNA, utilizando a hidroxila livre na posição 3’. Gente, essa questão é importante para a vida de vocês!
O que são os fragmentos de Okasaki e qual sua importância para a replicação do DNA?
Olha que bacana essa questão, complementando a de cima. São fragmentos de 1000-2000 pares de bases, que se originam na fita descontínua (tardia), os quais são ligados posteriormente para formar a fita tardia completa. Isso acontece porque a dupla hélice de DNA possui uma estrutura antiparalela, dificultando o mecanismo de replicação, uma vez que, a partir da forquilha de replicação, o processo de síntese ocorre bidirecionalmente e simultaneamente em ambas as fitas. Além disso, devemos nos lembrar que a DNA polimerase só realiza a adição de um novo nucleotídeo na orientação 5´-> 3´ de forma complementar à fita molde, o que faz com que uma das fitas parentais seja sintetizada de forma contínua (fita líder) enquanto a outra de forma descontínua (fita tardia).
Considerando um modelo de replicação em E. coli, descreva um parágrafo onde você possa descrever o papel das proteínas SSBs, e das enzimas topoisomerase, primase e ligase.
Essa aqui é fácil, gente!!! Resumidamente, as proteínas SSBs se ligam às moléculas de DNA fita simples, após a abertura pela helicase, impedindo que a dupla fita seja novamente formada. As topoisomerases atuam à frente da forquilha de replicação, que tende a ficar mais compactada ao longo do processo, interferindo na tensão estrutural da molécula e no número de ligações, ou seja, no grau de subenrolamento do DNA. Elas catalisam quebras nas moléculas de DNA, usando ligações covalentes para segurar aquelas que foram quebradas. A primase corresponde a uma RNA polimerase especial que sintetiza pequenos iniciadores de RNA (11-12 bases) durante o processo de replicação para que a DNA polimerase possa atuar. Na fita líder, a primase atua uma única vez. Na fita tardia, a primase atua em cada um dos fragmentos de Okasaki que serão sintetizados. Por fim, a ligase catalisa a ligação dos fragmentos de Okasaki adjacentes sintentizados na fita tardia. O grupamento 3´hidroxila de um fragmento é ligado ao grupamento fosfato do outro fragmento.
De que forma o mecanismo de transcrição se diferencia do mecanismo de replicação do DNA?
Aqui é para vocês refletirem mesmo. Podemos começar pensando que a replicação de DNA ocorre em ambas as fitas, enquanto a transcrição do DNA em RNA ocorre apenas na fita considerada molde (3´ ( 5´). Além disso, os nucleotídeos incorporados em ambos os processos de polimerização são distintos. Na replicação, os nucleotídeos possuem a desoxirribose como açúcar, enquanto na transcrição, os açucares são do tipo ribose. Na replicação, as bases nitrogenadas são A, C, T e G, enquanto na transcrição seria A, C, U e G. Lembrem-se que é importante conhecer as bases pelos nomes. Além disso, a transcrição dispensa a necessidade de um iniciador, ao contrário da replicação, que precisa de um primer com uma extremidade 3´ OH disponível. Por fim, a replicação de DNA não é um processo instável quanto à transcrição, do ponto de vista em que as moléculas de RNA produzidas podem sofrer processamento posterior (eucariotos) e tem durabilidade na célula (até a tradução). Mas esse último tópico nós aprofundaremos no final do curso, quando estudarmos os mecanismos de regulação da expressão gênica. E, de todo modo, não podemos esquecer também que alguns RNAs são dotados de atividade catalítica, contrariando o dogma da biologia, lembram?
Como ocorre o início da transcrição? Comente a respeito das características da enzima e da sinalização necessária para deflagrar o processo.
Gente, para essa questão, é importante vocês lembrarem da importância do promotor. A transcrição só se inicia após a ligação da enzima RNA polimerase a sequências específicas de nucleotídeos, presentes em locais do DNA chamados promotores, ou regiões promotoras. Trata-se de uma região do DNA localizada acima do início da transcrição (representada pelo nucleotídeo +1) que apresenta sequências específicas de nucleotídeos às quais se ligam proteínas envolvidas na transcrição, chamados fatores de transcrição. As regiões promotoras possuem sequências consenso curtas, conservadas entre os organismos, separadas por um espaçador (15-20 pares de bases), importante para o acoplamento da RNA pol. 
Descreva o processamento sofrido pelo RNAm em eucariotos.
Como o RNAm em eucariotos precisa ser transportado do núcleo, onde ocorre a transcrição, para o citoplasma, ele precisa passar por um processamento, no qual a molécula sofre transformações que a protegem da degradação por nucleases, promovem sua estabilidade, a endereçam para o local de síntese protéica e permitem a ligação de fatores de transcrição. Esse processamento ocorre em três etapas, com a adição de CAP (guanosina metilada) na extremidade 5`, adição de poli A na extremidade 3’, e splicing, onde os éxons são reunidos no RNAm maduro, após a deleção dos íntrons.
O que significa dizer que o código genético é degenerado? E qual a importância do quadro de leitura?
Essa também é fácil, gente! Significa dizer que alguns aminoácidos podem ser especificados por mais de um códon. Isso porque para o total de 20 aminoácidos distintos, possuímos 64 opções de códons (4 x 4 x 4). Lembrem-se que os códons contém 3 letras, correspondendo às bases nitrogenadas e, para cada dasopções de letras, podemos ter 4 bases nitrogenadas (A, C, G, U). Entenderam a matemática? Existem mais códons que aminoácidos. Portanto, a relação deles não é 1:1. Isso é muito importante em termos evolutivos, porque significa que mutações pontuais no genoma, de substituição de bases, talvez não acarretem mudança alguma na sequência polipeptídica codificada.
Como ocorre a interação entre os diferentes tipos de RNA durante a síntese proteica.
Essa questão é para ajudá-los na revisão da síntese protéica. Eu acabei esquecendo de especificar se seria em procariotos ou eucariotos. Então, vamos considerar os eucariotos, organismos nos quais o RNAm, após ser transcrito e processado, migra para o citoplasma. Bem, as duas subunidades ribossomais permanecem separadas, juntando-se à molécula de RNAm, apenas para dar início à síntese de uma proteína. A subunidade menor combina os tRNAs aos códons do RNAm, enquanto a subunidade maior catalisa a formação das ligações peptídicas. Além do sítio de ligação ao RNAm, os ribossomos têm sítios onde o aminoaciltRNA se liga trazendo o aminoácido a ser incorporado à cadeia. Durante a etapa de alongamento da tradução, os ribossomos se movem ao longo do RNAm, um códon por vez, e os tRNAs ancorados aos diferentes aminoácidos, são trazidos e seus aminoácidos incorporados às cadeias polipetídicas nascentes, em função do pareamento dos seus respectivos anticódos com os códons do RNAm. Ao final do processo, as duas subunidades do ribossomo se separam e ficam livres para iniciar uma nova síntese proteica.
Qual a sinalização necessária para o início da tradução em procariotos e eucariotos?
Sabemos que a sinalização para o início da tradução do RNAm ocorre a partir do códon de iniciação AUG, que codifica o aminoácido metionina em eucariotos e a N-formil-metionina em procariotos. Mas, para a tradução acontecer, é necessário que os ribossomos se liguem ao RNAm. E, para isso, um pouco antes desse códon de iniciação, existem sequências conservadas com complementariedade pelos ribossomos, que seriam a sequência Shine Delgarno em procariotos e os sítios de reconhecimento do ribossomos em eucariotos, as quais permitem a ancoragem dos mesmos e deslizamento até encontrarem o códon de iniciação. A partir daí forma-se o complexo de iniciação da tradução. 
Considere a sequência de DNA abaixo, representando um gene hipotético:
 +1
5´-ACAGTAGTATACTCTCCGGTACGCTGA-3’
A sequência de DNA representada corresponde à fita molde/non sense ou à não-molde/sense (codificante)?
Corresponde à fita não molde/codificante.
Qual o segundo códon transcrito, referente a essa sequência?
Essa é uma questão de dupla pegadinha! Como a fita acima não corresponde à fita molde, vocês precisam primeiro desenhá-la, na direção 3’ ( 5’. Então vamos lá:
DNA dupla fita 
 +1
5´-ACA GTA GTA TAC TCT CCG GTA CGC TGA-3’
3’-TGT CAT CAT ATG AGA GGC CAT GCG ACT-5’
RNAm 5’-ACA GUA GUA UAC UCU CCG GUA CGC UGA-3`
Agora vocês podem contar qual seria o segundo códon. Entretanto, segue a segunda pegadinha. A posição +1 marca a primeira base a ser transcrita, a partir do promotor. Sendo assim, o segundo códon seria UCU.
Qual os aminoácidos que compõem a cadeia polipeptídica desse gene?
Só agora nós podemos dizer qual a ordem dos aminoácidos referentes a esse gene.
Como eu não dei mais nenhuma informação para vocês, a respeito de íntrons, por exemplo, vamos supor que o RNAm escrito a partir da posição +1 já corresponde ao RNA maduro, após processamento (no caso dos eucariotos).
RNAm 5’- UAC UCU CCG GUA CGC UGA-3`
Polipeptídeo tirosina – serina – prolina – valina – arginina – stop códon (não codifica aminoácido)
 H2N-tirosina – serina – prolina – valina – arginina-COOH