Estudo dirigido biomol

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Roteiro de estudo – Biologia Molecular (Aula 1)
1 Descreva os experimentos que ajudaram colocar um fim na disputa entre as teorias da abiogênese e biogênese, a favor desta última. Para ajudar, fale de Redi, Spallanzani e Pasteur. 
· Abiogênese
A teoria da abiogênese ou teoria da geração espontânea explica a origem da vida a partir da matéria bruta, ou seja, de uma matéria sem vida. Um dos exemplos clássicos dessa teoria é a crença de que camisas sujas poderiam dar origem a ratos. Outro exemplo é o lodo dos rios, que poderia dar origem à alguns anfíbios e répteis.
Apesar de parecer absurda, essa teoria era aceita até meados do século XIX e representava o pensamento em uma época que poucos recursos tecnológicos existiam. Até esse momento não se tinha conhecimento de células, gametas e, muito menos, de mecanismos evolutivos e genéticos. Assim sendo, toda teoria era criada apenas a partir de observações dos acontecimentos do dia a dia.
· Biogênese
A teoria da biogênese, contrapõe a ideia de que a matéria bruta poderia originar um novo ser. Segundo a biogênese, todos os seres vivos são originados de outros seres vivos preexistentes, ou seja, um rato não pode nascer a não ser de outro rato. Espécies de anfíbios e répteis só podem nascer de espécies preexistentes desses animais.
Essa ideia hoje é bem entendida por todos, entretanto, para refutar a teoria da abiogênese, diversos pesquisadores dedicaram anos de estudo para a compreensão dessa questão. Os estudos mais marcantes realizados para explicar a biogênese foram feitos por Francesco Redi e Pasteur.
· Redi
Em 1668, Francesco Redi foi primeiro a questionar a teoria da abiogênese. Para isso, realizou um experimento com pedaços de carnes cruas dentro de frascos fechados e abertos. Após alguns dias, surgiram larvas apenas nos frascos abertos. Redi concluiu que as moscas colocaram ovos nos frascos abertos. Como nos frascos fechados não surgiram larvas, ficou demonstrado que seres vivos não surgiam de modo espontâneo.
O experimento de Redi provou que organismos vivos só podem surgir a partir de uma outra forma de vida preexistente, porém em 1745, John Needham voltou a reforçar a teoria da abiogênese. Ele realizou um experimento onde aqueceu, em tubos de ensaio, caldos nutritivos com alimentos. Os tubos de ensaio foram fechados para impedir a entrada de ar e de formas de vida, sendo novamente aquecidos, com os dias, surgiram microrganismos dentro dos tubos.
Needham concluiu que esses seres surgiram por geração espontânea, porque ao aquecer os tubos foram eliminadas todas as formas vivas. Ele concluiu que existia uma "força vital" que era a responsável pelo surgimento dos microrganismos. Assim, a teoria da abiogênese voltou a ganhar força.
· Spallanzani
Em 1770, Lazzaro Spallanzani questionou o experimento de Needham. Ele realizou o mesmo experimento de Needham, porém, colocou o caldo nutritivo em balões hermeticamente fechados e os submeteu à fervura. Depois de alguns dias, observou que não existiam microrganismos. 
Spallanzani concluiu que Needham não havia fervido os seus caldos nutritivos por tempo suficiente e os microrganismos não foram totalmente eliminados, Needham respondeu dizendo que Spallanzani havia fervido o caldo nutritivo por muito tempo e destruiu a "força vital". Nesses questionamentos entre experimentos, Needham saiu com vantagem e a abiogênese continuou fortalecida.
· Pasteur.
Em 1862, Louis Pasteur realizou um experimento de derrubou definitivamente a abiogênese. Ele realizou experimentos com caldos nutritivos em balões do tipo pescoço de cisne. Ao ferver o líquido e quebrar o pescoço do balão, surgiam microrganismos. Enquanto o pescoço não era quebrado, os microrganismos não apareciam.
Pasteur provou que a fervura não destruía nenhuma "força ativa", bastava quebrar o pescoço do balão que os microrganismos surgiam. Assim, a biogênese foi aceita como a teoria para explicar o surgimento dos seres vivos.
2) O que é a Teoria Celular? Quais são os seus pilares? 
As células são consideradas unidades morfológicas e funcionais de todas as formas de vida;
Os pilares básicos para a construção da teoria celular são :
· Todos os organismos vivos são formados por uma ou mais células;
· Todas as células originam-se de outra célula preexistente, por consequência apresentam uma determinada capacidade de divisão (meiose ou mitose)
3) A célula é constituída por macromoléculas. Quais são elas? Descreva a estrutura principal de cada uma. 
· Proteínas:
As proteínas são macromoléculas formadas por uma sucessão de moléculas menores conhecidas como aminoácidos.
Todo aminoácido possui um átomo de carbono, ao qual estão ligados uma carboxila, uma amina e um hidrogênio. A quarta ligação é a porção variável, representada por R, e pode ser ocupada por um hidrogênio, por um metil ou por outro radical.
· Carboidratos:
Os carboidratos, genericamente chamados de glicídios ou açúcares, são as macromoléculas que estão presentes em maior quantidade em nosso planeta e destacam-se como a principal fonte de energia do nosso organismo.
Estrutura química dos carboidratos
Podemos definir os carboidratos como poliidroxialdeídos ou poliidroxicetonas ou substâncias que liberam esses compostos no processo de hidrólise. Os carboidratos são constituídos por moléculas de carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O) e, por isso, também são chamados de hidratos de carbono. Vale destacar, no entanto, que alguns carboidratos apresentam outros átomos constituindo suas moléculas. A fórmula geral dos carboidratos é (CH2O) n.
Classes de carboidratos:
Os carboidratos podem ser classificados em três classes principais: monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.
· Monossacarídeos: são as unidades mais simples de carboidratos e são constituídos por apenas uma unidade de poliidroxialdeídos ou cetonas. Podem ser classificados, de acordo com o número de átomos de carbono que possuem, em: triose (3 carbonos), tetrose (4 carbonos), pentose (5 carbonos), hexose (6 carbonos), heptose (7 carbonos) e octose (8 carbonos). Os dois monossacarídeos mais abundantes na natureza são a glicose e a frutose;
· Oligossacarídeos: São monossacarídeos unidos por ligações glicosídicas e destacam-se por serem cadeias curtas. Como exemplo de oligossacarídeos, podemos citar a sacarose e a lactose. Esses dois carboidratos podem ser denominados também de dissacarídeos, pois são compostos por dois monossacarídeos;
· Polissacarídeos: São monossacarídeos também unidos por ligação glicosídica, mas, diferentemente dos oligossacarídeos, apresentam milhares de monossacarídeos unidos. Considera-se polissacarídeo um carboidrato com mais de 20 unidades. Como exemplo de polissacarídeo, podemos citar a celulose, o amido e o glicogênio.
· Lipídios
Os lipídios são substâncias que se caracterizam pela sua baixa solubilidade em água e alta solubilidade em solventes orgânicos, como o álcool e o éter. A sua grande maioria deriva ou possui, na sua estrutura, a presença de ácidos graxos.
Os lipídios são compostos por carbono, hidrogênio e oxigênio. Mas podem conter nitrogênio, fósforo e enxofre.
· Ácidos nucleicos:
Os ácidos nucleicos são macromoléculas de natureza química, formadas por nucleotídeos, grupamento fosfórico (fosfato), glicídio (monossacarídeo / pentoses) e uma base nitrogenada, compondo o material genético contido nas células de todos os seres vivos.
Presentes no núcleo dos eucariotos e dispersos no hialoplasma dos procariotos, os ácidos nucleicos podem ser de dois tipos: ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA), ambos relacionados ao mecanismo de controle metabólico celular (funcionamento da célula) e transmissão hereditária das características.
4) Quais são os componentes de um átomo? Quais são os principais átomos encontrados na matéria viva? 
Átomo
Prótons, nêutrons e elétrons são elementos constituintes de um átomo. No núcleo dos átomos, encontram-se os prótons e nêutrons. Ao redor do núcleo chamado de eletrosfera, estão os elétrons (circundando de acordo com a classificaçãode Linus Pauling).
Principais átomos encontrados na matéria viva:
Elementos químicos mais frequentes na célula (90%):
Carbono (C); Hidrogênio (H); Oxigênio (O); Nitrogênio (N).
Elementos químicos menos frequentes na célula (10%):
Sódio (Na); Magnésio (Mg); Fósforo (P); Enxofre (S); Cloro (Cl); Potássio (K) e Cálcio (Ca).
5) Quais são as características do átomo de carbono? 
O carbono é um não metal da família 4A, segundo período, com seis prótons, seis elétrons e três isótopos naturais de massa 12, 13 e 14. É um elemento tetravalente e com raio atômico pequeno; tem afinidade com muitos elementos, possibilitando a formação de múltiplas moléculas.
Sendo tetravalente, pode realizar quatro ligações, com quatro outros átomos, ou ligações duplas e triplas, até que se complete a valência. Essas ligações podem ser tipo sigma ou pi.
6) Qual é o monômero que compõe os ácidos nucleicos? 
Os monômeros são conhecidos como nucleotídeos, que é formado por três moléculas, as quais variam entre o DNA e o RNA: Base nitrogenada: Bases purinas adenina (A) e guanina (G) e as bases pirimidinas citosina (C), uracila (U) e timina (T). Grupo fosfato (HPO4): Grupo químico derivado do ácido fosfórico-única porção que não varia no nucleotídeo.
7) Qual é a diferença entre a ribose e a desoxirribose?
O RNA contém o açúcar ribose e o DNA contém o açúcar desoxirribose.
Diferença importante entre as moléculas de DNA e a de RNA diz respeito às bases nitrogenadas: no DNA, as bases são citosina, guanina, adenina e timina; no RNA, no lugar da timina, encontra-se a uracila. A importância e o funcionamento dos ácidos nucléicos.
8) Por que devemos usar a designação “linha”, como em C 1’, C 2’, C 3’...., para nos referirmos ao C (carbonos) do açúcar dos nucleotídeos? 
A LINHA serve para distinguir os carbonos dos açúcares em relação aos outros da Base e identificar em qual carbono estão ligadas as bases nitrogenadas e fosfatos.
9) Quais elementos estruturais nos permitem diferenciar as bases pirimidínicas uracila, timina e citosina? Quais elementos estruturais nos permitem diferenciar as bases purínicas guanina e adenina? 
10) Qual é a diferença entre um nucleosídeo e um nucleotídeo? 
Os Nucleosídeos é constituído por uma base nitrogenada (citosina, adenina, guanina, timina ou uracila) e por uma pentose (ribose ou desoxirribose) sem a presença do grupo fosfato.
Os nucleotídeos são moléculas presentes nas células formadas por bases nitrogenadas, fosfato e pentose.
11) O que cada sigla representa? Nomeie os nucleotídeos. a) dAMP b) ADP c) dGMP d) GMP e) dCMP f) CMP g) dTMP h) UMP i) dNTP j) ATP k) AMPc ?
· dAMP: desoxiadenosina 5’ monofosfato 
· ADP: adenosina di-fosfato 
· dGMP: desoxiguanosina 5’ monofofato
· GMP: guanosia monofosfato 
· dCMP: desoxicitidina 5’ monofosfato
· CMP: monofofato de citidina
· dTMP: desoxitimidina 5’ monofosfato
· UMP: Uridina monofosfato
· dNTP: trifosfato de desoxirribonucleotídeo
· ATP: adenosina trifosfato
· AMPc: 3´5´-adenosina-monofosfato-cíclico
12) Por que podemos usar apenas um nome para designar os nucleotídeos que apresentam as bases timina e uracila? 
13) Quais são as bases formadas pela desaminação da adenina e guanina? O que é desaminação? 
Desaminação é a remoção de um grupo amino. 
Três bases estão sujeitas a desaminação: Guanina, Citosina e Adenina, mas a reação é mais comum de acontecer em Citosinas que resultam em Uracilas.
A desaminação da adenina e guanina produz bases não encontradas geralmente em nucleotídeos que são a Hipoxantina e Xantina respectivamenter. Outra reação induzida pela hidrólise é a quebra da ligação entre a pentose e o nucleotídeo levando a um sítio abásico, ou seja, sem uma base nitrogenada na cadeia do DNA.
14) Como é formado um polímero de nucleotídeos (descreva como os nucleotídeos se associam uns com os outros)? 
As cadeias ou fitassão formadas pelos nucleotídeos que se ligam por uma ligação fosfodiéster. Mais especificamente, o carbono 5 da pentose se liga ao grupo fosfato desse mesmo nucleotídeo e o carbono 3 se liga ao grupo fosfato do nucleotídeo seguinte. 
Para que os nucleotídeos fiquem pareados, é necessário que essas duas cadeias sejam ligadas. As cadeias se ligam na parte interna da molécula por pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas de cada uma delas.
15) Por que dizemos que as extremidades a molécula de DNA apresentam polaridades (veja que não estamos nos referindo as cargas) em relação as suas extremidades?
DNA é sintetizada na direção 5´ para 3´. No entanto, considerando o sentido da replicação e a natureza antiparalela do DNA, percebemos que a fita utilizada como molde só pode ser lida da extremidade 3´ para 5. Como a abertura da dupla fita é gradual a partir da forquilha de replicação e o sentido de replicação deve ser obrigatoriamente na direção 5´ para 3´, a síntese das duas fitas ocorre de forma descontínua, ou seja, em sentidos opostos. Sendo assim, uma fita é sintetizada continuamente, sendo denominada de fita líder, enquanto que a outra (fita tardia) é sintetizada a partir de pequenos fragmentos denominados de fragmentos de Okasaki.
ESTUDO DIRIGIDO – AULA 2
1. Como as ligações covalentes e ligações de hidrogênio influenciam na formação da molécula de DNA? Indique onde cada uma delas é encontrada na estrutura da dupla hélice. 
Ligação fosfodiester (ligação Covalente-forte – compartilhamento de elétrons) é uma ligação ao qual um nucleotídeo liga a outro nucleotídeo por meio de dois dos átomos de oxigénio de um grupo fosfato e grupos hidroxilo de duas moléculas diferentes. Nesse tipo de ligação, o grupo fosfato atua como uma “ponte” de ligação estável entre as duas moléculas através de seus átomos de oxigênio.
A ligação de hidrogênio é formada por duas fitas antiparalelas uma com sentido 5’- 3” e outra 3’- 5’. as bases se mantem unidas por ligações de hidrogênios (interações eletroestáticas – mediadas por carga são ligações fracas) que se pareiam por complementariedade de bases.
2. Além das ligações de hidrogênio quais são as outras forças envolvidas na manutenção (estabilização) da dupla fita? Descreva também as forças que contribuem para a desestabilizar a dupla hélice. 
Interações hidrofóbicas, os anéis das bases têm estrutura apolar-hidrofóbicas, essas interações permite a aproximação entre as mesmas (força é chamada e empilhamento). 
Em pH fisiológico o fosfato(P) está ionizado “ficando negativo” essa carga negativa (P) das duas fitas detém a repelir e isso não favoreceria a conformação da dupla fita, porém nas celular existem cátions que interagem com os P evitando a repulsão.
3. A conformação tridimensional do DNA não é única. Quais são as principais características das moléculas de A, B e Z DNA? 
B - DNA: ocorre em ambiente aquoso é muito comum nas cel’s são necessários 10 pares de bases para completar uma volta na hélice, além disso, a dupla hélice é mais longa e mais fina.
A - DNA é mais compacto, é encontrado em ambiente com ausência de água. Não é muito encontrado nas cel’s, porém é encontrado em estudos in-vitro. Usa-se Solvente orgânico para desidratar o DNA afim de obter o formato A-DNA.
Z-DNA Esta hélice é mais alongada e mais fina do que o B-DNA . Z-DNA, tem distância maior devido a configuração CIS, Presente em ambiente aquoso, formado pela Sequência em de purinas.
4. Como é possível a formação do DNA tripla fita? 
Através do pareamento fora do convencional que são chamados de pares de bases Hoogsteen ou pares de bases Hoogsteenn reversa 
5. Por que posição da base em relação ao açúcar (syn ou anti) na ligação N-glicosídica influencia na conformação da dupla fita? Como isso acontece? 
Influencia a forma que o DNA estará expresso e poderá assumir a forma B OU Z DNA dentro da cél. 
Conformação anti ou trans é quando o H+ do carbono 1 do açúcar está voltado ao aposto do H+ do carbono 8 da base.
Conformação anti ou trans é quando o H+ do carbono 1 do açúcar está voltado ao aposto do H+ do carbono 8 da base.
6. O que é a desnaturação do DNA? Como isso pode ser feito in vitro? E in vivo?desnaturação do DNA - processo através do qual a dupla cadeia se desenrola e separa-se em duas cadeias simples.
aquecer em determinada temperatura (precisa de uma energia próxima aos 90ºC) ajuda a desnaturar e OH- alcalinizar o meio (desnatura próxima de 11 a 11,3 pH), o excesso de OH- favorece desestabilização das ligações de H+ 
No corpo a desnaturação irá ocorre por mediação de enzimas ex: elicase. 
7. Em quais situações ocorre a desnaturação do DNA na célula? 
Desnaturação do DNA, ocorre durante a síntese de proteína e duplicação do DNA
8. Qual é a relação entre absorbância (mensurada a 260 nm) e o aumento da temperatura em relação a desnaturação das fitas do DNA? O que é Tm? 
Através absorbância, as bases retêm comprimentos de luz em um espectro de 260 NM e após a desnaturação de todas as bases através do aquecimento não haverá mais DNA para desnaturar logo atingira e pico ou platô e não mudará, 
Tm- indica a temperatura em que 50% das fitas encontram se desnaturadas
9. Por que a compactação do DNA é importante? Como ela ocorre em procariotos e eucariotos?
ESTUDO DIRIGIDO – AULA 3
1. O que significa dizer que a replicação do DNA é semiconservativa? 
Semiconservativo é que cada uma das suas moléculas recém formadas conserva uma das cadeias da molécula que a originou e forma uma cadeia nova, complementar ao seu molde.
2. Qual é a enzima necessária para síntese do polímero DNA? Descreva a sua estrutura e os seus sítios catalíticos, assim como a função de cada um desses sítios. 
DNA-polimerase sua estrutura é similar a uma mão.
A DNA tem 2 sítios catalíticos
· Sítio P: catalisa polimerização dos nucleotídeos
· Sítio E: exonucleasica (edição caso adicione nucleotídeo errado)
3. A síntese de DNA é dependente de energia para que sejam estabelecidas as ligações fosfodiéster. Qual é a fonte de energia usada pela DNA polimerase? Explique como este evento funciona. 
Para fazer uma nova fita de DNA deve haver nucleotídeos, porém os mesmos devem ser TRIFOSFOTADO, quando a DNA-polimerase quebra 2 moléculas de fosfato gera energia para estabelecer a ligação fosfodiéster (O grupo hidroxila do carbono-3 da pentose do primeiro nucleotídeo se une ao grupo fosfato ligado à hidroxila do carbono-5 da pentose do segundo nucleotídeo através da ligação fosfodiéster). 
4. Quais são as DNA polimerases de procariotos? Descreva as principais e a função particular de cada uma. 
Pol l = Complementação dos fragmentos de Okazaki, reparo do DNA;
Pol lII = Principal polimerase de replicação;
5. Quais são as DNA polimerases de eucariotos? Descreva as principais e a função particular de cada uma. 
Pol a = Inicio da replicação
Pol d = Principal polimerase de replicação;
Pol e = Replicação e Reparo;
6. Quais são os requisitos da DNA polimerase para que esta exerça sua função?
Uma fita de DNA molde;
Primer ou iniciador (é uma sequência inicial para a DNA polimerase iniciar a leitura) em vivos o primer é de RNA;
Adicionam nucleotídeo á extremidade 3’ da cadeia nascente, pois é onde tem a o grupo OH livre;
Nucleotídeos tri-fosfatado. 
 7. Por que o sentido de adição de nucleotídeos pela DNA polimerase (5’→3’) é considerada uma vantagem evolutiva? Quais benefícios que esta organização permite? O que seria perdido se esta enzima pudesse sintetizar DNA no sentido 3’→5’? 
8. O que são os fragmentos de Okazaki? 
9. Após a separação da dupla fita qual é a enzima responsável pelo início do processo de duplicação? Qual é a classe de enzima que ela é agrupada? 
10. Por que a síntese de DNA é iniciada com um primer de RNA? Qual é a relação do primer com a função da DNA polimerase? Por que o primer é importante? Qual é a vantagem de ser constituído a partir de nucleotídeos de RNA e não de DNA?
 11. Por que a DNA polimerase I é importante para a síntese da fita descontínua? Justifique.
Pois a mesma pode degradação de RNA-premer e sintetizar o DNA através do sítio P
 12. Por que a DNA pol I, em procarioto, e a DNA pol ε e δ, em eucariotos, conseguem sintetizar logos fragmentos de DNA em comparação com as demais polimerases? 
Porque ambas têm capacidade de edição em caso de pareamento de bases incorretos e poderá editar através do sítio E exonuclease 
13. Como age a DNA ligase? Esta enzima é dependente de qual fonte energética?
· DNA Ligase - reestabelece a ligação fosfodiéster entre os nucleotídeos nos locais onde há quebras, usa a energia do ATP
ESTUDO DIRIGIDO – AULA 4
1. Por que existem polimerases que são ditas como principais? Por que elas conseguem se manter associadas ao DNA simples fita por muito tempo? 
2. Qual é o papel da Helicase e SSBP na replicação do DNA? Explique. 
3. A desnaturação da fita do DNA pode ser um problema durante a replicação, pois favorece a formação das super-hélices, gerando tensões elevadas que atrapalham o deslocamento da forquilha de replicação. Como este problema foi resolvido pela célula? Explique. 
4. Como a ciprofloxacina atrapalha a replicação bacteriana? Por que este antibiótico não interfere no funcionamento das nossas células? Existem quimioterápicos, como etoposídeo, utilizados no tratamento de câncer que apresentam mecanismo de ação semelhante a ciprofloxacina. Explique a relação entre as duas drogas e as diferenças entre elas.
 5. Qual é a diferença entre topoisomerases do tipo I e do tipo II? Qual o tipo de ligação que a topoisomerase cliva?
 6. Descreva o replissomo. Sugestão: descreva o replissomo de procariotos, destaque os elementos que estão presentes na fita líder e na fita atrasada e em seguida adicione os elementos complementares, que apesar de não fazerem parte do replissomo, participam do processo de duplicação do DNA. Siga as mesmas etapas para descrever o replissomo de eucariotos. 
7. O que é a origem de replicação? O número de origens de replicação em procariotos e eucariotos não é o mesmo. Qual seria o motivo? 
8. Como os nucleossomos influenciam na replicação do DNA? Qual é a relação entre o tamanho dos fragmentos de Okazaki e a organização estrutural do DNA dos eucariotos.
 
9. O que são os telômeros? Por que eles são encurtados a cada divisão? 
10.A que se refere o Dogma Central da Biologia? 
11.Qual a implicação da formação dos tautômeros na organização da dupla fita do DNA?
 
12.Explique: 
a) Mutação pontual do tipo transição
b) Mutação pontual do tipo transversão 
c) Mutação pontual do tipo sentido errado (missense)
d) Mutação pontual do tipo sem sentido (nonsense) 
e) Mutação pontual do tipo silenciosa
f) Mutação pontual que leva a mudança na fase de leitura (frameshift)