APS 1 - DNA e Replicação

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DE PATOS DE MINAS- UNIPAM
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA (APS)
CURSO: Fisioterapia
DISCIPLINA: Genética
Orientações:
· As Atividades Práticas Supervisionadas deverão ser postadas (fotografadas ou escaneadas) dentro do prazo estabelecido pelo portal.
· Atividades copiadas de colegas ou sites (plágio) serão desconsideradas.
· Não será permitida entrega fora do prazo.
· Ao final da atividade informe as referências bibliográficas consultadas.
1. Quais são os elementos estruturais dos nucleotídeos?
 Os nucleotídeos são as unidades básicas dos ácidos nucleicos (DNA e RNA) e são formados por três componentes básicos: uma açúcar pentose, uma base nitrogenada e uma ligação fosfato.
2. Dê três exemplos do papel dos nucleotídeos no metabolismo celular.
– Eles participam das reações de transferência de energia metabólica. O ATP é um nucleotídeo envolvido em reações de transferência de energia nas reações do metabolismo celular;
– Atuam como segundo mensageiro na resposta hormonal, sendo elos químicos essenciais na resposta das células aos hormônios e outros estímulos extracelulares. Exemplo disso são os nucleotídeos AMP cíclico e o GMP;
 – E são componentes estruturais de cofatores enzimáticos e intermediários metabólicos. Exemplo disso são as coenzimas NAD (nucleotídeo Adenina Dinucleotideo) e FAD (Flavina Adenina Dinucleotídeo), que participam de reações de transferência de elétrons do metabolismo celular.
3. Como é a estrutura do DNA?
 O DNA é formado por uma fita dupla em forma de espiral (dupla hélice), composta por nucleotídeos, os dois filamentos enrolam-se um sobre o outro e unem-se através de pontes de hidrogênio, que se formam entre as 4 bases nitrogenadas dos nucleotídeos. 
4. Diferencie estrutural e funcionalmente o DNA e o RNA.
 Estruturalmente, apesar de ambos serem constituídos por subunidades de nucleotídeos ligados por ligações fosfato, o DNA apresenta desoxirribose como açúcar, suas bases nitrogenadas presentes são citosina, guanina, adenina e timina e é formado por um fita dupla, enquanto RNA apresenta ribose como açúcar e citosina, guanina, adenina e uracila como bases nitrogenadas, e é formado por fita simples.
 Quanto as funções, ao DNA compete transmitir informações genéticas, codificar proteínas e sintetizar o RNA, este exerce suas funções de acordo com sua classificação: RNA ribossômico atua na formação dos ribossomos, o RNA mensageiro transmiti a mensagem genética para os ribossomos e o RNA transportador direciona os aminoácidos no interior das células para o local de síntese de proteínas.
5. Se o total de bases nitrogenadas de uma sequência de DNA de fita dupla é igual a 240, e nela existirem 30% de adenina, qual será o número de moléculas de guanina?
 Será 48, pois se há 30% de adenina haverá também 30% de timina, e o restante da porcentagem será dividido igualmente entre citosina e guanina, determinando assim que a quantidade de guanina será 20% de 240, ou seja, 48.
6. Dê a sequência complementar para a fita a seguir: 
· ACGTATAGATCTATCTCTCTGGTACCTAGGTTAC
· TGCATATCTAGATAGAGAGACCATGGATCCAATG
7. Descreva um experimento que comprove ser o DNA o responsável pelas informações dos indivíduos.
Experimento de Griffith: experimento realizado por Frederick Griffith na tentativa de criar uma vacina contra a pneumonia. Nele utilizou-se duas cepas relacionadas de bactéria, conhecidas como R e S, as bactérias R são avirulentas, portanto não causam doenças quando injetadas em ratos, diferente das bactérias S que eram virulentas e causavam pneumonia e levavam a óbito os ratos que a recebiam, durante o experimento Griffith tentou injetou em alguns ratos bactérias S mortas pelo calor, que, sem surpresas, não causaram doença nos ratos, no entanto obteve-se um resultado inesperado, quando bactérias R inofensivas, combinadas com bactérias S mortas por calor foram injetadas em um rato, que contraiu pneumonia e morreu, e além disso após sua morte foram encontradas em seu sangue bactérias S vivas. Griffith concluiu então que as bactérias da cepa R tinham adquirido o que ele chamou de "princípio transformante" da bactéria S morta por calor, permitindo que elas se "transformassem" em bactérias S, tornando-se virulentas. 
8. Descreva o experimento de Hershey-Chase e explique a importância desta descoberta.
 Hershey e Chase estudaram bacteriófagos, ou vírus que atacam bactérias, os fagos que usaram era simples partículas compostas de proteína e DNA, com as estruturas externas feitas de proteína e o núcleo interno de DNA. Hershey e Chase sabiam que os fagos prendiam-se à superfície de uma célula bacteriana hospedeira e injetavam alguma substância (DNA ou proteína) no hospedeiro e essa substância dava "instruções" que faziam a bactéria hospedeira iniciar a produção de muitos e muitos fagos, antes do experimento, Hershey pensou que o material genético se provaria ser proteínas. Para estabelecer se o fago injetava DNA ou proteína preparou-se dois diferentes lotes de fagos cada um produzido na presença de elemento radiativo específico, que era incorporado nas macromoléculas (DNA e proteínas) sintetizadas pelos fagos cada lote de fagos foi usado para infectar uma cultura diferente de bactérias. Após a infecção, cada cultura era turbilhonada em um liquidificador, removendo qualquer fago remanescente e partes de fagos externas às células bacterianas e por fim, centrifugadas a alta velocidade, para separar as bactérias dos resíduos de fagos, Hershey e Chase descobriram então que o S-35 fica fora da célula enquanto que o P-32 era encontrado no interior, indicando que o ADN era o suporte físico do material hereditário. Isso porque ao observar o P-32, constatou-se que a maior parte da radioatividade estava dentro da célula bacteriana, o que indica a presença de material genético do fago no interior da célula. E ao analisar, o S-35, observou-se que a maior parte da radioatividade estava nos fagos fantasmas, o que demostra que a parte proteica não adentra o interior celular bacteriano, com essa análise foi possível constatar que o DNA é o verdadeiro material genético e que as proteínas possuíam auxílio e participação ativa na composição estrutural dos fagos, mas que eram eliminados no momento de injeção do DNA viral na bactéria hospedeira. Os experimentos de Hershey e Chase foram fundamentais para concretizar as evidências uma vez já elucidadas por Avery e seus associados e afirmar o papel central do DNA como verdadeiro material genético e por isso, em 1969, Hershey foi distinguido com o Nobel de Fisiologia ou Medicina. 
9. Descreva as purinas e pirimidinas, associando seus conceitos com as regras de Chargaff.
 As purinas, adenina (A) e guanina (G), são bases nitrogenadas maiores e contém mais de um anel, ao contrário das pirimidinas, citosina (C), uracila (U) e timina (T), que são menores e compostas apenas por um anel, de acordo com as ‘’Regras de Chargaff’’ a quantidade de nucleotídeos Adenina (A) é igual à quantidade de Timina (T), a mesma paridade ocorrendo entre Citosina (C) e Guanina (G) e as quantidades de bases variam entre as espécies, mas não entre indivíduos da mesma espécie.
10- Qual a natureza da replicação do DNA? Descreva um experimento que comprove sua resposta.
O processo de replicação do DNA é semi conservativo, isso se comprovou através do Experimento Meselson-Stahl, nesse experimento foram cultivadas bactérias E. coli em um caldo nutritivo contendo um isótopo "pesado" de nitrogênio, as bactérias assimilaram o nitrogênio e o utilizaram para sintetizar novas moléculas biológicas, incluindo o DNA. Meselson e Stahl sabiam com que frequência as células de E. coli se dividiam, portanto puderam coletar pequenas amostras de cada geração e extrair e purificar seu DNA, eles então mediram a densidade do DNA (e, indiretamente, seu conteúdo de nitrogênio) usando centrifugação por gradiente de densidade. O DNA isolado das células no início do experimento "geração 0," antes da mudança para o meio de14N produziu uma única faixa após a centrifugação. O DNA isoladodepois de uma geração (uma rodada de replicação do DNA) também produziu uma única banda quando centrifugado. No entanto, esta banda foi superior, intermediária, a banda intermediária mostrou a Meselson e Stahl que as moléculas de DNA feitas na primeira rodada de replicação eram híbridas de DNA leve e pesado, esse resultado se encaixa com os modelos dispersivos e semi conservativo, mas não com o modelo conservativo, descartando-o, já que ele teria previsto duas bandas distintas nesta geração. As informações da segunda geração permitiram Meselson e Stahl determinar qual dos modelos restantes (semi conservativo ou dispersivo) era realmente correto, quando o DNA da segunda geração foi centrifugado, produziu duas bandas: uma estava na mesma posição que a banda intermediária da primeira geração, enquanto a segunda era superior. Este resultado revelou a Meselson e Stahl que o DNA estava sendo replicado semi conservativamente, o padrão de duas bandas distintas — uma na posição de uma molécula híbrida e uma na posição de uma molécula leve — é exatamente o que acontece em uma replicação semi conservativa, pois, na replicação dispersiva, todas as moléculas deveriam ter pedaços do velho e do novo DNA, tornando-se impossível conseguir uma molécula "puramente leve". 
11-Cite as enzimas e proteínas da replicação do DNA e dê as suas funções.
Enzimas:
-Helicase: abre as dupla hélice, separando os dois filamento de DNA;
-DNA girase: impede a superelicoidização;
-DNA polimerase: responsáveis pela síntese do DNA ;
-DNA ligase: une os trechos de DNA adicionados antes e após a remoção dos primers.
-Primase: adiciona o primer, um trecho curto de ácido nucleico complementar ao molde, para o início da replicação;
Proteínas:
-DNAa: ligam-se a segmentos ricos em A=T e dissolvem o DNA, formando regiões de fitas simples;
-SSB: Mantém a separação da fitas e protegem o DNA de nucleases;
- DNA-helicase: move-se para a dupla fita, desenrolando a dupla hélice.
12-O que significa dizer que a replicação do DNA é semi descontínua?
Que na replicação, a molécula de DNA será duplicada, as duas moléculas formadas serão constituídas por uma fita que pertencia à molécula original e uma fita recentemente sintetizada.
13- O que são telômeros? Qual a sua função? 
Para evitar a perda de genes com o desgaste dos cromossomos, as extremidades dos cromossomos eucarióticos têm tampões de DNA especializados chamados de telômeros, eles consistem em centenas ou milhares da mesma curta sequência de DNA, a qual varia entre os organismos, mas é 5'-TTAGGG-3' em humanos e outros mamíferos. 
14-Esquematize o processo de replicação do DNA.
 A replicação desenrola-se em 3 etapas: iniciação, elongação e terminação.
 O mecanismo de replicação, embora comum a todos os organismos, sejam eles eucariotas ou procariotas, apresenta grandes diferenças no processo. 
-Nos procariotas:
a replicação inicia-se num único ponto da cadeia polinucleotídica e prossegue até terminar, porque nestes organismos apenas existe uma molécula de DNA e o seu comprimento é muito menor que o do DNA eucariota. 
-Já nas células eucariotas a replicação do DNA ocorre, em simultâneo, em múltiplos locais específicos da cromatina (origens de replicação, são sequências ricas em A-T), catalisada pelas polimerases do DNA. 
· A molécula de DNA, começa a se desenrolar por ação das enzimas topo isomerases e das helicases, e a desnaturar ao nível das origens de replicação. 
· Para as polimerases do DNA iniciarem a condensação dos nucleótidos percursores (de acordo com a sequência nucleotídica da cadeia simples de DNA molde) é necessária a síntese de um pequeno fragmento de RNA (designado por iniciador, primer) catalisada por uma polimerase do RNA específica, a primase (uma subunidade da polimerase do DNA.
· A polimerização das novas cadeias de DNA ocorre de forma bidirecional, a partir de cada origem de replicação, formando-se a forquilha de replicação que se deslocam em direções opostas. Em cada braço da forquilha de replicação a polimerização ocorre no sentido 5’-P – 3’-OH, na cadeia líder de forma contínua e na cadeia atrasada de forma descontínua, com a formação de fragmentos, os fragmentos de Okazaki, partir de iniciadores de RNA. 
· Posteriormente, os segmentos de iniciadores de RNA são removidos e uma polimerase do DNA sintetiza em seguida DNA que preenche as regiões inicialmente ocupadas pelos iniciadores.
· A continuidade das cadeias recém sintetizadas é assegurada por uma ligase do DNA que catalisa a formação de ligações fosfodiéster entre os vários fragmentos.
 Referências:
· https://cesad.ufs.br/ORBI/public/uploadCatalago/11282816022012Bioquimica_aula_8.pdf
· https://books.google.com.br/books?hl=pt-BR&lr=&id=D3PTDwAAQBAJ&oi=fnd&pg=PT3&dq=estrutura+do+DNA&ots=jRnVTYFsNp&sig=USV0_uGTNXAFnMpOl3teQh4GdEY#v=onepage&q=estrutura%20do%20DNA&f=false
· https://books.google.com.br/books?hl=pt-BR&lr=&id=ZP_LDwAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA29&dq=estrutura+do+dna+rna&ots=rw6CY4bJof&sig=CxsSA8UYePtTU7HwpqfImvCDBo4#v=onepage&q=estrutura%20do%20dna%20rna&f=false
· http://abrapecnet.org.br/atas_enpec/viiienpec/resumos/R0813-1.pdf
· https://rce.casadasciencias.org/rceapp/art/2014/096/
· https://pt.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-replication/a/telomeres-telomerase/
· https://pt.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-replication/a/molecular-mechanism-of-dna-replication
· https://pt.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-discovery-and-structure/a/classic-experiments-dna-as-the-genetic-material/#:~:text=Os%20Experimentos%20de%20Hershey%2DChase,n%C3%BAcleo%20interno%20consistindo%20de%20DNA.