Manual de Estudo em Biologia Molecular

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Manual de Estudo Dirigido 
 
 
Profa Msc Cristiane Alves da Fonseca do Espírito Santo 
 
 
Aluno: 
Curso: 
Ano Letivo/Semestre: 
3a. edição 
 
 Manual de Estudo Dirigido em Biologia Molecular- Prof ª Cristiane Alves da Fonseca do Espírito Santo. 
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ORIENTAÇÕES QUANTO ÀS AVALIAÇÕES 
 
1a V.A 
 
A – Atividades (peso: varia entre 1,0 -1,5 ponto): 
 Estudos Dirigidos (exercícios) 
 Participação em Sala de Aula 
B – Trabalho recombinação gênica (1,0) 
C- Prova escrita (peso: varia entre 7,5 - 8,0 pontos) 
 
2a V.A 
 
A – Atividades (peso: 1 a 1,5 pontos): 
 Estudos Dirigidos (exercícios) 
 Participação em Sala de Aula 
B – Prova escrita (peso: 7- 6,0 pontos) 
C – Fluxograma do dogma central da Biologia Molecular (2,0 a 2,5) 
 
*Os valores das avaliações podem mudar de acordo com a turma e o critério do 
professor. 
 
REGIME SEMESTRAL 
 
(Notas de 0,0 A 10,0 - com uma casa decimal sem arredondamento: Ex: 7,7) 
 
Cálculo: 
 
N1x2 + N2x3 = NF (nota final) 
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O discente, além da freqüência (75%), precisa atingir nota final igual ou superior a 6,0 
pontos para aprovação. 
 
AVALIAÇÕES 
1 ª V.A – Data: 2 ª V.A – Data: 
Matéria: Matéria: 
**Prova de Segunda chamada (oral) deverá ser feita na próxima aula após a prova, 
depois da aula. Entrar com requerimento na secretaria. 
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10 (dez) Dicas Para Ser Um Vencedor 
1. Escolha seus amigos. Não ande com pessoas que não vão agregar nada à sua vida 
futura; 
2. Estude. Lembre-se que o século XXI é o século da inteligência. Vencerão somente os 
melhores; 
3. Procure ouvir as experiências dos mais velhos. Às vezes pode ser chato, mas antes de 
descartar bons conselhos, pense neles; 
4. Cuide de sua saúde. Pratique esportes. Beba com moderação, Não fume; 
5. Encha seu tempo. Não fique desocupado. Faça alguma coisa boa – cursos rápidos, 
estágios, integre-se a projetos (são boas opções); 
6. Aprenda inglês e espanhol. Lembre-se que inglês será o idioma universal. Mais da 
metade da população mundial estará falando inglês nos próximos anos. Espanhol é 
importante porque será a Segunda língua mundial; 
7. Aprenda informática. Seja amigável com um computador. O mundo está cada dia mais 
eletrônico. 
8. Divirta-se. Seja uma pessoa alegre. Sorria!!! 
9. Seja “polido” e “educado”. Saiba dizer “com licença”, “por favor”, “obrigado”, “desculpe”. 
Pessoas educadas têm mais sucesso na vida e no trabalho; 
10. Resista à tentação às drogas e maneiras fáceis (e falsas) de ser feliz. Lembre-se que a 
felicidade e o sucesso são construídos no dia-a-dia por atitudes e comportamento. 
Acredite em você! Lembre-se que você é a pessoa mais importante do mundo! Você 
merece o melhor! 
 
*Normas de boa conduta para o semestre: 
1- Horários das aulas: 
a) Matutino: 7:30 -11:00 hs (intervalo de 15 min.) 
b) Vespertino: 13:00 -16:00 hs (sem intervalo) 
 Será feita a chamada no inicio e no fim da aula! Portanto, não se atrase e evite 
sair da sala sem necessidade! 
 
É EXPRESSAMENTE Proibido o uso de celular durante as 
aulas.Guarde-o na mochila e se possível desligue-o!!! 
 
 
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1. INTRODUÇÃO: DNA – VEÍCULO DA HEREDITARIEDADE 
 
 Histórico: 
-1864- Miescher isola DNA pela primeira vez Começou a investigação bioquímica do 
DNA. 
 Três experimentos foram vitais para o estabelecimento do DNA como molécula 
responsável por carregar informação genética: 
-1928- O princípio transformante de Griffith: 
 
* Descrever o experimento e suas conclusões: 
 
 
 
1944- -Avery, McCarthy e Mac Leod Caracterização bioquímica do príncipio 
transformante de Griffith 
 
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* Descrever o experimento e suas conclusões: 
 
 
 
 
1952- Hershey e Chase Prova definitiva de que o DNA carrega informações 
genéticas 
 
* Descrever o experimento e suas conclusões: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Organização Gênica em procarioto e eucarioto 
Procarioto Eucarioto 
 
 
 
 
 
Cromossomos: 
Espécie humana: 46 cromossomos/23pares homólogos (diplóide) células somáticas. 
 23 de origem paterna e 23 de origem materna. 
 Homens: 44 autossomos +2 sexuais (44A + XY) 
 Mulheres: 44 autossomos +2 sexuais (44A + XX) 
Anormalidades: 
 Síndrome de Turner: cariótipo 44A +X 
 Síndrome de Klinefelter: cariótipo 44A +XXY 
 Síndrome de Dowm: cariótipo 45A +XY ou 45A +XX 
 
 Os cromossomos contêm os genes que por sua vez são formados por DNA (ácido 
desoxirribonucleico). 
 Estes genes permitem a transmissão das informações genéticas de geração a 
geração. 
 DNA é a molécula da hereditariedade em todos os organismos procarióticos e 
eucarióticos. 
 Nos vírus, o material genético pode ser DNA ou RNA. 
 
 
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*Atividade complementar para ser entregue na próxima aula (em folha de papel 
almaço e manuscrita): 
1. A produção (%) de mRNA varia de acordo com as fases do ciclo celular. Esquematize: 
a) o dogma central da biologia molecular; 
b) A célula eucariótica com suas organelas e o dogma central; 
c) O ciclo celular, as principais caracteristicas de cada fase, metabolismo celular e a 
ploidia. 
d) o Núcleo interfásico explicando o que ocorre nas regiões de heterocromatina e 
eucromatina em relação ao metabolismo celular e o dogma central. 
Observação: essa poderá ser a questão n.1 da sua 1ª. V.A 
 
INSTRUÇÕES PARA O TRABALHO DE RECOMBINAÇÃO GÊNICA: 
- O objetivo do trabalho é substituir um conteúdo da prova. 
- Deve ter a seguinte estrutura: introdução do assunto abordado, desenvolvimento com 
os três mecanismos de recombinação(recomb. Gênica ou homóloga, recomb. Sítio 
específica, recom. de transposição ou transposon), conclusão, referências bibliográficas 
(no mínimo 3). 
-Rico em figuras (ao menos uma para cada mecanismo), pode ser desenhada ou 
fotocopiadas com legendas feitas pelo próprio aluno (não usar a leganda do livro). As 
figuras não podem estar em anexo! Incluí-las no corpo do texto e numerá-las na legenda. 
- Trabalho individual e manuscrito. 
- Data de entrega: ____________ 
-Valor:_____________________ 
 
 
 
 
 
 
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Ácidos nucléicos 
 
 
 
 
 
 
 
DNA: Transportador da informação genética 
 Hereditariedade 
 Regulador da expressão celular 
 
Até 1940: era tido como substância celular de importância limitada. 
 Material genético: Exp. com pneumococcos e bacteriófagos 
 
Década de 40: “regras de Chargaff” 
 
1. Bases do DNA: varia de espécie para outra (fungo:14 milhões/humano:3 bilhões) 
2. Espécimes de DNA de diferentes tecidos da mesma espécie possuem mesma 
composição de bases. 
3. Composição de bases não se altera com: idade, estado nutricional ou alteração 
ambiental. 
4. Em todos os DNAs: A=T, C=G A+G=C+T 
 
A capacidade de informação do DNA é enorme 
 
10-12 g Cél. Fetal 35.000 proteínas distintas. 
Extensão do DNA de uma única cél. 2 metros (2x1014 m ou 2x1011Km) 
 
GENE: Segmento do material genético que determina ou codifica uma proteína 
 Íntrons x Éxons 
1 aminoácido = 3 nucleotídeos 
 
Ács. Nucléicos:- Ác. Desoxirribonucléico (DNA) 
- Ác. Ribonucléico (RNA) 
 
As informações necessárias para proteínas ou RNA são encontradas nas 
seqüências nucleotídicas do DNA. 
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Replicação DNA RNA Proteínas 
 
 
 
 
ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLÉICOS 
 
- Unidades constituintes: 
A molécula de DNA é constituída por uma sequência de nucleotídeos: 
nucleotídeo 
 que por sua vez é formado por três diferentes tipos de moléculas: 
 
Um açúcar (pentose), um grupo fosfato - - e uma base nitrogenada. 
 
 açúcar que compõe o DNA é a pentose desoxirribose. No RNA a pentose é a 
ribose. 
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 As bases nitrogenadas são derivadas de compostos heterocíclicos que são as 
purinas ou pirimidinas. 
 
 No DNA existem quatro tipos de bases: Adenina, Timina, Citosina e Guanina. 
 No RNA também existem quatro bases porém no lugar da Timina existe a 
Uracila. 
 
 
Ligações entre as moléculas: 
 
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*A ligação entre a base nitrogenada e a pentose: 
-Esta ligação é feita covalentemente através de uma ligação N-glicosídica com a 
hidroxila ligada ao carbono-1’ da pentose. 
 
* A ligação entre o grupo fosfato e a pentose: 
Esta ligação é feita através de uma ligação fosfodiéster com a hidroxila ligada ao 
carbono-5’ da pentose. 
 
 
 
 
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Ligações entre os nucleotídeos 
 
 Os nucleotídeos estão ligados covalentemente por ligações fosfodiéster formando entre 
si “pontes” de fosfato. 
 O grupo hidroxila do carbono-3’ da pentose do primeiro nucleotídeo se liga ao grupo 
fosfato ligado ao carbono-5’ da pentose do segundo nucleotídeo através de uma ligação 
fosfodiéster. 
 
Devido a esta formação a cadeia de DNA fica com uma direção determinada, isto é, em 
uma extremidade temos livre o grupamento fosfato do carbono-5’ da primeira pentose e 
na outra temos livre a hidroxila do carbono-3’ da última pentose. 
Isto determina que o crescimento do DNA se faça na direção de 5' para 3'. 
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Estrutura tridimensional do DNA 
 
*James Watson e Francis Crick postularam um modelo tridimensional para a estrutura do 
DNA baseando-se em estudos de difração de raio-X. 
O DNA consiste de duas cadeias helicoidais de DNA, enroladas ao longo de um mesmo 
eixo, formando uma dupla hélice de sentido rotacional à direita. 
 
-As duas fitas de DNA estão em direção opostas, isto significa que são anti-paralelas. O 
termo anti-paralelas deve-se ao fato de que uma das fitas tem a direção exata da sua 
síntese (5' 3') enquanto que a outra está invertida (3' 5'). 
 Esta conformação em fitas anti-paralelas levará à necessidade de mecanismos 
especiais para a replicação do DNA. 
 Com base na estrutura de dupla hélice do DNA e nas características de 
hidrofobicidade das moléculas, a estrutura do DNA fica da seguinte forma: 
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* O grupo fosfato e o açúcar (parte hidrofílica) - estão localizados na parte externa da 
molécula. 
* As bases nitrogenadas (parte hidrofóbica) - estão localizadas na parte interna da 
molécula. 
*A relação espacial entre as duas fitas cria um sulco principal e um sulco 
secundário. 
 
*O pareamento das bases de cada fita se dá de maneira padronizada, sempre uma purina com 
uma pirimidina, especificamente: adenina com timina e citosina com guanina. 
*A proximidade destas bases possibilita a formação de ligações de hidrogênio, sendo que 
adenina forma duas pontes de hidrogênio com a timina e a citosina forma três pontes com a 
guanina. 
Os grupamentos responsáveis pela formação das ligações de hidrogênio são o ceto (C=O) e o 
amino (-NH2). 
 
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*A dupla hélice é mantida unida por duas forças: 
 Por ligações de hidrogênio formadas pelas bases complementares, 
 Por interações hidrofóbicas, que forçam as bases a se "esconderem" dentro da dupla 
hélice. 
Estrutura tridimensional do DNA: 
Estudos recentes mostram que existem três formas de DNA : 
 com a hélice girando para a direita: A-DNA e B-DNA 
 Forma que gira para a esquerda : Z-DNA. 
O DNA pode adotar várias estruturas secundárias diferentes. Estas estruturas dependem 
da seqüência de bases do DNA e das condições sob as quais elas são colocadas. 
 B-DNA: Tem a dupla hélice mais longa e mais fina. Para completar uma volta na hélice 
são necessários 10 pares de bases. 
-Em solução, geralmente o DNA assume a conformação B. 
 
 
 A-DNA: Tem a forma mais curta e mais grossa. Para completar uma volta na hélice são 
necessários 11 pares de bases. 
-Quando há pouca água disponível para interagir com a dupla hélice, o DNA assume a 
conformação A-DNA. 
 
 
 
 Z-DNA: Esta conformação é mais alongada e mais fina do que o B-DNA. 
-Para completar uma volta na hélice são necessários 12 pares de bases. 
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-O DNA, em solução com altas concentrações de cátions, assume a conformação Z-DNA. 
 
 
Comparando.... 
 
- Metilação do DNA 
Em procariotos, adenina metilada é mais comum que citosina metilada. Em eucariotos, 
quase todos os resíduos de citosina são metilados. 
 
Quando as citosinas são metiladas, o equilíbrio das três formas de DNA (A-DNA, B-DNA e 
Z-DNA) se desloca em favor do Z-DNA, influenciando na função gênica. 
*OBSERVAÇÕES IMPORTANTES PARA SEREM RESPONDIDAS: 
 
1- Quais são os grupamentos nas bases responsáveis pela formação das ligações de 
hidrogênio? 
 
 
 
2- Quais são as forças que agem em conjunto para a estabilização da dupla hélice? 
 
 
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 Classes de RNAs encontradas nas células: 
 
RNA mensageiro (RNAm): transfere a informação genética do DNA aos ribossomos, 
sítio da síntese de proteínas. Representa 1 a 5% do RNA total. 
 
RNA transportador (RNAt): carrega os resíduos de aminoácidos até os ribossomos 
para a síntese de proteínas (10 a 15%) 
 
 RNA ribossomal (RNAr): componentes estruturais dos ribossomos, grandes 
complexos que realizam a síntese protéica (75%). 
 
 Ribozimas: RNA com atividade catalítica. 
 
 RNA (ácido ribonucleico) é o ácido nucleico formado a partir de um modelo de DNA. 
 
 DNA não é molde direto da síntese de proteínas. Os moldes para síntese de proteínas 
são moléculas de RNA. 
 
 
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“Supercoil" – compactação do DNAO DNA celular é extremamente compactado com alto grau de organização estrutural. 
 A supertorção do DNA (estresse topológico) é um processo regulado com precisão. Cada 
célula tem enzimas cuja função é desenrolar e/ou relaxar o DNA. 
As enzimas que aumentam ou diminuem o grau de subenrolamento do DNA são as 
topoisomerases, e a propriedade que elas modificam no DNA é o número de ligação (Lk). 
O estado superenrolado é menos estável que o estado relaxado. Para desfazer o "supercoil" é 
necessário uma quebra em uma das cadeias de DNA. 
Em Procariotos, o superenrolamento é feito por um grupo de enzimas denominadas 
"topoisomerases II", enquanto que o relaxamento é feito pela "topoisomerase I". 
Ambas topoisomerases catalizam a quebra e a religação de ligações fosfodiéster do DNA. 
 
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PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS DO DNA: 
 
Soluções de DNA, em pH = 7,0 e temperatura ambiente, são altamente viscosas; 
A altas temperaturas ou pH extremos o DNA sofre desnaturação, isto porque ocorre 
ruptura das ligações de hidrogênio entre os pares de bases. Esta desnaturação faz com que 
diminua a viscosidade da solução de DNA; 
Durante a desnaturação nenhuma ligação covalente é desfeita, ficando portanto as duas fitas 
de DNA separadas; 
Quando o pH e a temperatura voltam ao normal, as duas fitas de DNA espontâneamente se 
enrolam formando novamente o DNA dupla fita. Este processo envolve duas etapas: 
* A primeira é mais lenta pois envolve o encontro casual das fitas complementares de DNA, 
formando um curto segmento de dupla hélice. 
* A segunda etapa é mais rápida e envolve a formação das ligações de hidrogênio entre as 
bases complementares reconstruindo a conformação tridimensional. 
 
 
 
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Mas a final o que é o Tm (Tmelt)? 
 
 
 
 
 
 
A compactação do DNA requer uma forma especial de superespiralamento: 
 
-Envolve espiras sobre espiras... 
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CROMATINA E ESTRUTURA NUCLEÓIDE 
 
- Cromossomos: corpos densamente corados vistos nos núcleos das células eucariontes em 
divisão celular. 
 
- Cromatina: consiste de fibras que contêm proteína (histonas) e DNA em massas 
aproximadamente iguais, mais uma pequena quantidade de RNA. 
 
O DNA, na cromatina, está fortemente associado a proteínas chamadas de histonas, que 
empacotam e ordenam o DNA em unidades estruturais chamadas de nucleossomos. 
 
 
 
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Formação da Fibra de cromatina: 
 
 
O DNA bacteriano também é altamente organizado: 
 
-Estrutura de Nucleóide; 
- Estrutura tipo andaime que organiza o cromossomo circular em uma série de domínios de 
alças. 
- Proteínas histonas são abundantes especialmente a HU (19KDa). 
- Cromossomo bacteriano é extremamente dinâmico – ciclo de divisão de 15 minutos, 
portanto não forma estrutura estável como em eucariotos. 
 
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Responda: 
 
O que são plasmídeos e pra que servem? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Eucariontes: 
 
 
 
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*Compactação do cromossomo eucariótico: 
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LEITURA OBRIGATÓRIA: 
 
 
 
 
 
 Este livro deve ser lido pelo estudante para que possa ser discutido em sala de aula na 
forma de um tribunal. 
 Parte da sala deverá acusar/condenar Watson e Crick e a outra irá defende-los. 
 Terá mais êxito a equipe que conseguir argumentar melhor, baseado nos fatos que o livro 
traz. Pode-se utilizar outras fontes para complementar. 
 Esta atividade vale nota e todos devem participar. Na ausência do aluno por qualquer 
motivo, essa nota é perdida e não tem como ser substituída. 
 
 
 
Exercícios de fixação : Ácidos nucléicos 
 
1-Desenhe a estrutura de um nucleotídeo, coloque as ligações existentes na molécula e explique 
como eles se juntam para formar um polinucleotídeo. 
2- Por que Hershey e Chase escolheram P32 e S35 para usar em seu experimento? Eles 
poderiam ter optado por isótopos radioativos de carbono (C) e oxigênio (O)? Por que? 
3- Quais as diferenças de composição e estrutura entre RNA e DNA. Como se distingue entre a 
uracila e a timina, e entre a ribose e a desoxirribose? 
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4-Escreva a sequência de bases da fita complementar do DNA dupla fita que apresenta uma fita 
com a sequência: 
(5') ATGCCGTATGCATTGCATTC (3') 
Exprima, em porcentagem, a composição de bases do DNA de fita dupla. 
5-Uma molécula de ácido nucleico tem a seguinte composição de bases: C = 24,1%; G = 18,5%; 
T= 24,6% e A = 32,8%. O que se pode afirmar sobre a natureza desta molécula? DNA OU RNA? 
Unifilamentar ou bifilamentar? 
6- Explique por que os ácidos nucleicos são desnaturados quando submetidos a alta temperatura 
o pHs extremos. Como estas moléculas podem ser renaturadas? 
7-Defina Temperatura de fusão (Tm) e efeito hipercrômico. 
 
Use a figura abaixo para responder ás questões 8 e 9. 
 
8) A, B e C representam conformações em diferentes temperaturas. Qual delas representa a temperatura 
mais alta? Justifique. 
 
9) Que parte, D ou E, tem o maior conteúdo de guanina e citosina? Justifique. 
 
10) Se uma proteína tem 350 aminoácidos, o mRNA que codifica a produção de tal proteína deverá ter pelo 
menos quantos nucleotídeos? 
 
11) Uma enzima presente no fígado de rato possui uma cadeia polipeptídica de 192 resíduos de 
aminoácidos. Ela é codificada por um gene contendo 1.440 pares de bases. Explique a relação entre o 
número de resíduos de aminoácidos nesta enzima e o número de pares de nucleotídeos no seu gene. 
 
12) Nas amostras de DNA isoladas de duas espécies não identificadas de bactéria a adenina perfez 32% e 
17% do total das bases, respectivamente. Quais proporções relativas de adenina, guanina, timina e 
citosina você esperaria encontrar nas duas amostras de DNA? Uma dessas bactérias foi isolada de uma 
fonte quente (64 C). Qual DNA veio desta bactéria termofílica? Qual foi a base para sua resposta? 
 
13) Usar a figura para responder ás questões abaixo: 
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Em A representa um: ________________e em B um: ___________________________ 
Que letra representa o DNA? ____________________ 
Classe de histonas H1: ___________ 
Octâmero de histonas:_______________ 
 
 
14) O ADN é um polímero constituído por vários nucleotídeos e as proteínas são polímeros 
constituídos por vários aminoácidos. Um gene é constituído por um número N de nucleotídeos 
que codifica uma proteína constituída por P aminoácidos. Por que sempre encontramos N > 
P? 
 
15) Como o DNA bacteriano é organizado/compactado? As histonas estão presentes? 
 
16- Quais as classes de RNAs encontrados nas células e quais as suas funções? 
 
17- Se uma proteína possui 100 aminoácidos, quantos códons, que especificam esses 
aminoácidos, devem estar presentes no seu mRNA?18- Observe o esquema dos diferentes níveis de organização do material genético. 
 
 
a) nomes que correspondem às indicações I e VI: 
 
I- 
 
II- 
 
III- 
 
IV- 
 
V- 
 
VI- 
 
b) o número que corresponde ao nível mais básico de organização da cromatina: ______________ 
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c) o nome das sequências que são transcritas a partir de II e que não codificam peptídeos:________ 
________________________ 
d) a partir de III necessita do grupo de enzimas do tipo: ___________________________________ 
 
e) Principal característica das bases nitrogenadas_______________________________________ 
 
f) histonas que formam os nucleossomos:_____________________________________________ 
 
g) histona que organiza os nucleossomos na fibra 30nm:___________________________________ 
 
h) Grupamentos responsáveis pelo pareamento das hélices em I: _____________________________ 
i) O DNA tem caráter:________________________________________________________________ 
j) Para o pareamento das hélices as fitas devem ser:_______________________________________ 
 
 
19- Uma célula pode controlar as proteínas controlando quando e como um determinado _____ é 
transcrito, controlando como o transcrito de _______ é submetido a splicing ou é processado, 
selecionando quais _______ completos ou maduros são exportados do núcleo para o citoplasma 
e determinando onde no citoplasma eles ficam localizados, selecionando quais mRNAs no 
citoplasma são traduzidos pelos _________, desestabilizando seletivamente certas moléculas de 
mRNA no ________, ou ativando, inativando , degradando ou compartimentalizando 
seletivamente moléculas de ___________ após sua produção. 
 
 Assinale a alternativa que completa corretamente o texto. (0,5) 
 
a) gene - RNA - mRNA - citoplasma - proteínas específicas - ribossomos. 
b) RNA - mRNA - ribossomos - gene - citoplasma - proteínas específicas. 
c) gene - RNA - mRNA - ribossomos - citoplasma - proteínas específicas. 
d) mRNA - gene- RNA – ribossomos - citoplasma - proteínas específicas. 
e) gene - RNA - ribossomos - citoplasma - proteínas específicas - mRNA. 
 
 
20- Esquematize a estrutura do nucleossomo. Qual a característica bioquímica principal 
das histonas e qual o seu papel na organização da cromatina? 
 
 
 
 
 
 
 
Observações: 
 
Essa atividade deve ser entregue na semana seguinte após término do conteúdo 
deste assunto! Não serão aceitas atividades atrasadas! Caso irá faltar a aula, 
envie por um colega ou entregue com antecedência!