Exercício de Genética Básica (Medicina Veterinária)

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Exercício de Genética Básica
Disciplina: Melhoramento Genético
Aluna: Letícia Moura Alcântara
1. Defina cromossomos, DNA, RNA, cromatina, éxons e íntrons.
Cromossomos: São moléculas de DNA linear juntamente com proteínas que enovelam e empacotam a fina fita de DNA em uma estrutura mais compacta.
DNA: Consiste em duas longas cadeias polipeptídicas compostas por quatro tipos de subunidades nucleotídicas. É responsável pelo armazenamento da informação genética dos seres vivos.
RNA: É uma molécula composta por uma cadeia de nucleotídeos, formada a partir de uma fita molde de DNA. É diretamente responsável pela síntese de proteínas, pois funciona como uma mediadora no processo de tradução.
Cromatina: Um complexo encontrado dentro do núcleo celular que engloba o DNA e proteínas, sendo as principais chamadas de histonas.
Éxons: Sequências codificantes de DNA.
Íntrons: Sequências não codificantes de DNA.
2. Descreva os tipos de RNAs e suas funções.
RNAs mensageiros (mRNAs): Responsáveis por codificar as proteínas, pois a cópia dos genes contidos no DNA acontece através do mRNA.
RNAs ribossômicos (rRNAs): Formam a estrutura básica do ribossomo e catalisam a síntese proteica. 
RNAs transportadores (tRNAs): Atuam como adaptadores entre o mRNA e os aminoácidos, sendo essenciais para síntese proteica.
Pequenos RNAs nucleares (snRNAs): Atuam em uma série de processos nucleares, como no splicing, retirando os íntrons do pré-mRNA para formar o mRNA maduro.
Pequenos RNAs nucleolares (snoRNAs): Ajudam a processar e modificar quimicamente os rRNAs.
Micro-RNAs (miRNAs): Regulam a expressão gênica pelo bloqueio da tradução de mRNAs específicos e provocam a sua degradação.
Pequenos RNAs de interferência (siRNAs): Desligam a expressão de genes pela degradação direta de mRNAs selecionados e pelo estabelecimento de estruturas de cromatina compacta.
3. Através de desenho esquematize a estrutura de cada tipo de RNA após processamento.
4. Como se denomina o processo da síntese de RNAs em eucariotos?
Transcrição.
5. Descreva em detalhes os passos da transcrição.
A RNA-polimerase II é a enzima responsável pelo processo de transcrição e para que ele ocorra, são necessários fatores gerais de transcrição, os quais vão auxiliar a RNA-polimerase II a se posicionar corretamente sobre o promotor (região onde se inicia a transcrição). A proteína TBP (TATA-binding protein ou proteína ligadora de TATA) vai reconhecer o TATA-box, o qual faz parte da região promotora, e vai se ligar a ele; a TBP também vai se ligar ao fator de transcrição TFIID e vai recrutar outros fatores de transcrição, como o TFIIF, assim como a RNA-polimerase II. O TFIIF liga-se à RNA-polimerase II e ao TFIIB, e alinha a polimerase no promotor. TFIIE vai recrutar o TFIIH, o qual tem a função de helicase que irá abrir a dupla-hélice do DNA. TFIIH desenrola o DNA na região do promotor e fosforila a RNA-polimerase II, ativando-a. Após a síntese de um polinucleotídeo, TFIIE e TFIIH se dissociam do complexo e há a entrada de fatores de elongação, os quais vão auxiliar na velocidade de inclusão dos nucleotídeos na sequência de RNA. Então o RNA irá se alongar até encontrar os chamados fatores de término, que irão sinalizar o momento de parada do processo de elongação. Após essa parada, a RNA-polimerase II é desfosforilada e torna-se inativa, ficando disponível para um novo processo de transcrição. 
Esse RNA mensageiro transcrito é chamado de pré-RNA mensageiro (pré-mRNA), pois ainda precisa passar por três processos para que ele possa ser utilizado na síntese de proteínas, são eles: a adição de um cap na posição 5’, poliadenilação na extremidade 3’ e o processo de splicing. 
A região 5’ sofre ação da enzima fosfohidrolase, a qual retira um grupamento fosfato; depois a guanilil transferase vai adicionar uma guanina que irá se ligar na extremidade 5’; em seguida, uma metiltransferase irá adicionar uma metionina, inicialmente, na molécula de guanina e depois nos nucleotídeos internos. A adição desse cap na região 5’ tem como funções proteger o RNA da degradação e ajudar a célula a distinguir os mRNAS dos outros tipos de RNAs presentes na célula. O segundo processo de modificação do RNA mensageiro é a poliadenilação. Depois que o mRNA é transcrito, ele vai transcrever uma determinada sequência, chamada de sequência sinal da poliadenilação, que vai ser reconhecida por uma endonuclease, a qual irá cortar a extremidade 3’ em uma distância próxima a essa sequência sinal, dando origem a um extremidade de tamanho reduzido. Em seguida, a enzima poliadenilato polimerase vai adicionar várias adeninas na extremidade 3’ através da quebra de moléculas de ATP, as quais fornecem a energia necessária para que esse processo ocorra. A poliadenilação também tem a função de ajudar a célula a distinguir o mRNA dos outros tipos de RNAs. Por fim, o splicing ocorre pela retirada dos íntrons, que são sequências de nucleotídeos que não codificam nenhum aminoácido. Os íntrons iniciam com uma sequência 5’-GU e terminam com uma sequência 3’-AG, e essas sequências irão auxiliar na identificação desses íntrons. O complexo que realiza o splicing é chamado de spliceossomo e ele atua da seguinte forma: o pequeno RNA nuclear chamado de U1, vai se ligar na extremidade 5’-GU do íntron e outro snRNA chamado de U2 vai se ligar na extremidade 3’-AG; posteriormente, o U1 vai quebrar a ligação da extremidade 5’ com um éxon, fazendo com que essa extremidade se dobre e se adere a adenina da extremidade 3’, ação que também é favorecida por outros pequenos RNAs (U4, U5, U6), os quais vão favorecer a formação do spliceossomo; em seguida, o U5 vai quebrar a ligação entre a porção 3’ e o outro éxon, retirando o íntron e ligando os dois éxons.
Os mRNAs adequadamente processados são transportados através de complexos do poro nuclear, canais aquosos da membrana nuclear, os quais conectam diretamente o nucleoplasma e o citosol. Para que ocorra a exportação do mRNA, um receptor de transporte nuclear específico deve ser ligado ao mRNA, uma vez que ela tenha sido corretamente processada e poliadenilada. Após ter ajudado a mover uma molécula de RNA através do complexo do poro nuclear, o receptor de transporte se dissocia do mRNA, penetra novamente no núcleo, e é utilizado para exportar uma nova molécula de mRNA.
6. Descreva em detalhes o processo de tradução. 
Para que se possa dar início ao processo de tradução, são precisos algumas estruturas: ribossomos, RNA mensageiro, RNA transportador e fatores de iniciação. Cada ribossomo possui uma subunidade maior (40S) e uma subunidade menor (50S), além de sítios de ligação, chamados de sítios E, P e A. O sítio é responsável por desfazer a ligação entre o mRNA e o tRNA; o sítio é o local onde o mRNA e o tRNA estão ligados a proteína e o sítio A é o local onde os tRNAs chegarão com seus respectivos aminoácidos. O tRNA é responsável por conectar o mRNA no anticódon e o aminoácido na extremidade 3’.
As extremidades 5’ e 3’ do mRNA possuem modificações, capeamento e cauda poliadenilada, respectivamente, que vão ser reconhecidas e ligadas uma na outra por sequências ribossomais chamadas de fatores de iniciação; esses fatores de iniciação também vão posicionar o códon de iniciação - AUG - no sítio P ribossomal. Esse códon de iniciação vai ser reconhecido por uma molécula de tRNA iniciador, o qual sempre carrega o aminoácido metionina. O tRNA iniciador é especialmente reconhecido pelos fatores de iniciação, pois tem uma sequência nucleotídica distinta do tRNA que normalmente carrega a metionina. Nos eucariotos, o complexo tRNA iniciador-metionina é inicialmente depositado sobre a subunidade ribossômica menor, juntamente com proteínas adicionais denominadas fatores de iniciação eucarióticos (eIFs). De todos os aminoacil-tRNAs na célula, apenas o tRNA iniciador carregado com metionina é capaz de estabelecer uma ligação de alta afinidade com a subunidade menor do ribossomo sem que o ribossomo completo esteja presente, e ao contrário dos outros tRNAs, ele se liga diretamente ao sítio P. A seguir,a subunidade menor do ribossomo se liga à extremidade 5‘ de uma molécula de mRNA, que é reconhecida em virtude de seu cap 5’ que se ligou previamente a dois fatores de iniciação, eIF4E e eIF4G. A subunidade ribossômica menor então, move-se para frente (de 5’ para 3’) ao longo do mRNA, à procura do primeiro AUG. Nesse ponto, os fatores de iniciação dissociam-se, permitindo que a subunidade ribossômica maior se associe ao complexo e complete o ribossomo. O tRNA iniciador permanece no sítio P, deixando o sítio A disponível. um tRNA carregando o próximo aminoácido da cadeia liga-se ao sítio A ribossômico, formando pares de bases com o códon do mRNA lá posicionado. Dessa forma, o sítio P e o sítio A contêm tRNAs adjacentes ligados. Posteriormente, a extremidade carboxila da cadeia polipeptídica é liberada do tRNA no sítio P (pelo rompimento da ligação de alta energia entre o tRNA e seu aminoácido) e é ligada ao grupo amino livre do aminoácido ligado ao tRNA no sítio A, formando uma nova ligação peptídica. Essa reação central da síntese de proteínas é catalisada por uma peptidiltransferase contida na subunidade ribossômica maior. Em seguida, a subunidade maior se move em relação ao mRNA que está ligado à subunidade menor, o que interfere nas hastes aceptoras dos dois tRNAs que se encontram nos sítios E e P da subunidade maior. Por fim, uma nova série de alterações conformacionais move a subunidade menor e o mRNA a ela ligado exatamente três nucleotídeos, ejetando o tRNA ligado ao sítio E e reinicializando o ribossomo para que ele esteja pronto. Esse processo se repete com a chegada de um novo aminoacil-tRNA, e assim por diante.
O final da mensagem codificadora de uma proteína é sinalizado pela presença de um de três códons de terminação (UAA, UAG ou UGA). Eles não são reconhecidos
por um tRNA e não determinam um aminoácido; em vez disso, sinalizam para o ribossomo o final da tradução. As proteínas conhecidas como fatores de liberação ligam--se a qualquer ribossomo que possua um códon de terminação posicionado no sítio A, e esta ligação força a peptidiltransferase no ribossomo a catalisar a adição de uma molécula de água em vez de um aminoácido no peptidil-tRNA. Essa reação
libera a extremidade carboxila da cadeia polipeptídica em crescimento de sua conexão a uma molécula de tRNA. Tendo em vista que normalmente apenas essa conexão mantém o polipeptídeo em crescimento unido ao ribossomo, a cadeia de proteína finalizada é imediatamente liberada no citoplasma. O ribossomo então libera sua molécula de mRNA e dissocia suas subunidades maior e menor. Então, essas subunidades podem se associar sobre a mesma ou sobre outra molécula de mRNA para começar um novo ciclo de síntese proteica. 
7. Descreva os tipos de estrutura proteica.
Estrutura primária: Sequência linear de aminoácidos unidos por ligações peptídicas.
Estrutura secundária: Trechos da cadeia polipeptídica que formam alfa-hélices e folhas beta-pregueadas.
Estrutura terciária: Conformação tridimensional completa da cadeia polipeptídica através de interações entre aminoácidos mais distantes. 
Estrutura quaternária: Arranjo entre cadeias polipeptídicas que constituem uma proteína ativa. 
8. Descreva os tipos de ligações químicas na dupla-hélice de DNA. 
Os nucleotídeos de cada fita de DNA são unidos por ligações químicas fortes (covalentes); os nucleotídeos complementares nas fitas opostas são mantidos juntos de forma mais fraca, através de ligações de hidrogênio.
9. Explique qual é o significado dos termos replicação conservativa e semiconservativa.
A replicação conservativa é um dos modelos de replicação do DNA propostos pela comunidade científica. Nesse modelo, a replicação resulta em uma molécula formada por duas fitas originais de DNA (idênticas à molécula original de DNA) e outra molécula formada por duas novas fitas (com exatamente a mesma sequência da molécula original). Já a replicação semiconservativa é um modelo que propõe que as duas fitas de DNA se desconectam e cada uma serve de modelo para a síntese de uma fita complementar nova. O resultado são duas moléculas de DNA com uma fita original e uma fita nova.
10. Qual é o significado de primer e por que os primers são necessários para a replicação do DNA?
Primer é o fragmento de RNA iniciador de uma cadeia de DNA. A DNA-polimerase não é capaz de iniciar a produção de uma nova fita usando apenas o molde de DNA, dessa forma, o primer é adicionado ao molde de DNA, disponibilizando uma extremidade 3’ livre para que a DNA-polimerase possa iniciar o processo de replicação. 
11. O que são helicases e topoisomerases?
Helicases são proteínas responsáveis por desenrolar ou separar as duplas-hélices de DNA, em um processo que requer ATP, para que as fitas sejam copiadas no processo de replicação. Já as topoisomerases são proteínas que aliviam a tensão causada pelo enrolamento helicoidal e os problemas de emaranhamento do DNA. 
12. Por que a síntese de DNA é contínua em um filamento e descontínua no filamento oposto?
Porque a dupla-hélice de DNA é antiparalela, uma fita no sentido 5’-3’ e a outra no sentido 3’-5’, no entanto, a DNA-polimerase só consegue sintetizar uma nova fita na direção 5’-3’, então na fita contínua, que possui o sentido 5’-3’, ela irá sintetizar os nucleotídeos normalmente, mas na fita descontínua ela vai precisar sintetizar fragmentos chamados de fragmentos de Okazaki, dessa forma, conforme a forquilha de replicação avança, esses fragmentos são sintetizados na cadeia de direção 5’-3’ e são unidos após sua síntese, formando longas cadeias de DNA.
13. A fase de iniciação começa quando a RNA polimerase reconhece no DNA a região que marca o início da transcrição. Que nome recebe essa região? Justifique sua resposta.
a) Transcritora.
b) Promotora.
c) Iniciadora.
d) Start.
e) Reconhecedora.
Justificativa: Letra B, região promotora. A sequência especial de nucleotídeos que indica o ponto de início para a síntese de RNA é chamada de promotor.
14. Considere as definições da área da Genética que estão citadas abaixo. Quais são corretas? Justifique sua resposta.
I. Alelos são versões de um gene.
II. Genes são as porções do DNA que transcrevem.
III. Transcrição é o processo de síntese proteica.
a) Apenas I e II.
b) Apenas I e III.
c) Apenas II e III.
d) I, II e III.
Justificativa: Letra A. A transcrição é o processo de síntese de RNA e o processo de síntese proteica é chamado de tradução, logo a alternativa III está incorreta.
15. A sequência de bases abaixo corresponde a uma parte do primeiro éxon do gene da cadeia alfa da hemoglobina. O trecho inicial deste gene, ou seja, a sequência de bases da fita sense (não molde) de DNA, correspondente ao primeiro éxon. 
5’ ...ACCCACCATGGTGCTGTCTCCTGCCGACAAGACCAACGTC...3’
a) A partir da extremidade 5’ da fita de DNA apresentada acima, há a indicação (em amarelo) da trinca de bases que corresponde ao ponto inicial onde começa a tradução (códon iniciador da região codificante), resultando assim no primeiro aminoácido da cadeia polipeptídica. Que sequências terão a fita molde de DNA (3 ́→ 5 ́) e a fita de RNA mensageiro (5 ́→ 3 ́), respectivamente?
a. DNA: 3’...TACCACGACAGAGGACGGCTGTTCTGGTTGCAG...5’
b. RNA: 5’...AUGGUGCUGUCUCCUGCCGACAAGACCAACGUC...3’
b) Quais são os primeiros dez aminoácidos da cadeia polipeptídica que será formada a partir da fita de RNA mensageiro (utilize o quadro do código genético seguinte)? (Não esqueça que o primeiro códon traduzido é o iniciador!)
Met - Val - Leu - Ser - Pro - Ala - Asp - Lis - Tre - Asn