ESTRUTURA E FUNÇÃO DOS ÁCIDOS NUCLEICOS

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1 Lista de exercícios ESTRUTURA E FUNÇÃO DOS ÁCIDOS NUCLEICOS 1) Que propriedades do DNA e da DNA polimerase sugerem que as duas fitas não podem ser replicadas pelo crescimento no mesmo sentido? Resposta: As duas fitas que compõem a molécula de DNA são antiparalelas, ou seja, têm polaridade invertida: 5 3 em uma fita e 3 5 na outra. Como a DNA polimerase só adiciona nucleotídeos no sentido 5 3, porque precisa da extremidade 3 -OH livre para que ocorra a ligação fosfodiéster, a fita utilizada como molde só pode ser lida da extremidade 3 para a extremidade 5, e a síntese das duas fitas ocorre em sentidos opostos. Desta forma, uma das fitas é sintetizada continuamente, sendo denominada fita líder, enquanto a outra se faz em pequenos fragmentos, sendo chamada de fita tardia. Estes fragmentos são denominados de fragmentos de Okasaki. 2) Diferencie a replicação do DNA de procariotos e eucariotos quanto a: a. Origem de replicação. Resposta: Procariotos têm somente uma origem de replicação, enquanto eucariotos têm várias. b. DNAs polimerases envolvidas no processo. Resposta: Procariotos Eucariotos DNA polimerase Função DNA polimerase Função I Principal enzima de reparo do DNA (alfa) Replicação da fita contínua II Reparo do DNA (delta) Replicação da fita descontínua III Principal enzima de replicação do DNA (épsilon) Reparo do DNA (beta) Reparo do DNA (gama) Replicação e reparo do mtdna 2) Quais são as principais enzimas envolvidas na replicação do DNA em eucariotos? Cite e explique suas funções. Resposta: Helicases Enzima Topoisomerases Iniciases ou primases DNA polimerase (alfa) DNA polimerase (delta) DNA polimerases (épsilon) e (beta) DNA polimerase (gama) DNA ligase Função Desenovelam a dupla hélice e separam as duas fitas do DNA (reconhecem a origem de replicação, quebram as pontes de hidrogênio entre as bases complementares e separam as duas fitas do DNA, formando-se uma bolha de replicação que é constituída por duas forquilhas de replicação). Reduzem a tensão da molécula de DNA, criada pelo superenovelamento provocado pela abertura da dupla hélice pela helicase, por introduzirem uma quebra temporária em uma das fitas (Topoisomerase 1) ou em ambas as fitas do DNA (Topoisomerase 2), promoverem a rotação de uma fita em torno da outra, e religarem as fitas temporariamente quebradas. Sintetizam os iniciadores (primers), que consistem em uma pequena sequência de bases de RNA que fornecem uma extremidade 3 -OH livre para as DNA polimerases iniciarem a adição de nucleotídeos durante a replicação do DNA. Replicação da fita contínua. Replicação da fita descontínua. Reparo do DNA. Replicação e reparo do DNA mitocondrial (mtdna). Sela os corte da fita descontínua, após remoção dos iniciadores e substituição dos iniciadores (primers) por nucleotídeos de DNA pela DNA polimerase (delta). 3) Três diferentes RNA polimerases sintetizam RNA em eucariotos. Quais são os produtos de cada uma delas e suas respectivas funções? 1 10

2 Resposta: RNA polimerase Produto Função RNA-polimerase I pré-rrna O rrna é componente estrutural dos ribossomos, os quais servem de sítio para a tradução da sequencia de mrna em uma sequência específica de aminoácidos ou cadeia polipeptídica. mrna: codificam cadeias polipeptídicas (veículo pelo qual RNA-polimerase II a informação genética é transferida do DNA aos ribossomos mrna e alguns pequenos para a síntese de cadeias polipeptídicas). RNA nucleares pequenos RNAs nucleares: participam do splicing de RNA-polimerase III trna, rrna 5S e vários outros RNAs estáveis relativamente pequenos mrnas. trna: moléculas adaptadoras que traduzem a informação presente no mrna em uma sequencia específica de aminoácidos. rrna 5S: é um componente da subunidade maior dos ribossomos de procariotos (50S) e eucariotos (60S). Outros pequenos RNAs: fornecem uma extremidade 3 -OH livre para a DNA polimerase iniciar a adição de nucleotídeos durante a replicação do DNA (RNA iniciador ou primer), ou estão envolvidos nos processamento do mrna ou rrna. 4) Quais são os tipos de modificações pós-transcricionais que ocorrem nos mrnas de eucariotos? Explique resumidamente cada um deles. Resposta: 1- adição de uma estrutura chamada cap 5 para selar a extremidade 5 : consiste na adição de um nucleotídeo extra na terminação 5, na adição de um grupo metil à base do nucleotídeo recém-adicionado e na adição de um grupo OH no açúcar de um ou mais nucleotídeos. 2- poliadenilação na extremidade 3 : consiste na adição de uma série de nucleotídeos de ácido adenílico (ácido poliadenílico ou poli(a) na extremidade 3, conferindo estabilidade ao RNA, e com isto, aumentando o tempo pelo qual o mrna permanece intacto e disponível para a tradução antes da degradação. 3- splicing: processo em que são removidos os íntrons do RNA mensageiro, tornando-o maduro (gera um mrna menor contendo uma sequência codificadora intacta). 4- edição do mrna: inserções, deleções, alteração de bases. Durante o processamento, determinados transcritos primários podem receber a inserção, deleção ou modificação de nucleotídeos em sua sequência (gerando, por exemplo, um códon de parada precoce). Tal processo é denominado edição do RNAm. A regulação pós-transcricional realizada via edição de RNAm permite que um mesmo gene codifique proteínas diferentes em função do tecido onde se expressa. A regulação do processo, portanto, dependerá da presença ou ausência das enzimas responsáveis pela edição daquele transcrito em cada tecido. OBS: Tanto o cap quanto o poli-a têm a função de proteger o mrna da ação de exonucleases. Um encurtamento do poli-a, leva a remoção do cap e rápida degradação da molécula o mrna. A cauda poli A mantém a integridade da região 3 (com um nível normal de adenilação) e auxilia na exportação do mrna para o citoplasma. 5) Em que consiste o terminal 5' cap do mrna e qual o seu papel? Qual a característica do terminal 3' encontrado na maioria dos mrnas de eucariotos e como eles são formados? Resposta: O terminal 5' cap consiste na adição de um nucleotídeo extra na terminação 5, na adição de um grupo metil à base do nucleotídeo recém-adicionado e na adição de um grupo OH no açúcar de um ou mais nucleotídeos. Proteínas reconhecem o cap 5 e se ligam; um ribossomo liga-se a proteína e se move ao longo do RNA até que o start codon é atingido e a transcrição se inicia. A presença do cap 5 também aumenta a estabilidade do mrna e influencia a remoção dos íntrons. O RNA maduro contém entre 50 a 250 adeninas no terminal 3 ; esta estrutura é chamada cauda poli(a). Estes nucleotídeos não são codificados no DNA, mas são adicionados após a transcrição em um processo chamado poliadenilação, que consiste na adição de uma série de nucleotídeos de ácido adenílico (ácido poliadenílico ou poli(a)) na extremidade 3. 6) Uma globina de 146 aminoácidos sofreu uma mutação no códon correspondente ao sexto aminoácido da cadeia. A análise do DNA indicou uma mudança de (5')TTC(3') para (5')TAC(3') na fita molde. Pergunta-se: a. A mutação provocou a troca de um aminoácido por outro? Em caso afirmativo, qual é este aminoácido? Resposta: Sim. Veja abaixo: TTC: códon AAG aminoácido lisina (Lys) TAC: códon AUG aminoácido metionina (Met) 2 10

3 b. Quais as implicações para a estrutura da proteína? Resposta: A molécula de proteína apresenta dobramentos e enrolamentos determinados por atrações químicas entre os aminoácidos, o que confere às proteínas formas tridimensionais que corresponderão às estruturas secundárias e terciárias. Desta forma, a estrutura da proteína depende da sua sequência de aminoácidos, que é determinada geneticamente. Assim, mutações como esta que promovem a substituição de um aminoácido hidrofílico básico (lisina) por outro hidrofóbico (metionina) podem provocar alterações na estrutura tridimensional da proteína e, consequentemente, na sua função. c. Qual seria o resultado se a mesma troca ocorresse na base do lado (5') do DNA? Resposta: Se a mutação ocorresse na base do lado 5, alteraria para ATC. O códon correspondente seria UAC, codificando o aminoácido tirosina (Tyr). 7) Uma fita de um fragmento de DNA isolado de E. coli tem a seguinte sequência: 5'...AGGTTACCTAGTTGC...3'. Suponha que um mrna seja transcrito a partir deste DNA usando a fita complementar como molde. a. Qual será a sequência deste mrna? Resposta: Visto que a fita complementar do DNA que será usada como molde terá a sequência 5...TCCAATGGATCAACG...3, a sequência do mrna será: 5...AGGUUACCUAGUUGC...3. b. Qual é a sequência do polipeptídeo que seria codificado pelo mrna sintetizado? Resposta: arginina (Arg) leucina (Leu) prolina (Pro) serina (Ser) cisteína (Cys) 8) Durante a síntese proteica 5 aminoácidos foram adicionados à uma cadeia polipetídica. Os anticódons dos trnas que entraram sequencialmente no ribossomo foram: 5 CAU3 ; 5 AGG3 ; 5 UAG3 ; 5 UCC3 ; 5 AUU3 a. Qual a sequência do pentapeptídio assim formado? Resposta: códons: GUA UCC AUC AGG UAA aminoácidos: valina (Val) serina (Ser) isoleucina (Ile) arginina (Arg), pois o códon UAA é um códon de parada. b. Qual a sequência da fita codante do DNA que codifica este pentapeptídio? Resposta: CAT AGG TAG TCC ATT c. Qual a sequência do mrna? Resposta: GUA UCC AUC AGG UAA 9) Considere a sequência abaixo como parte de um mrna eucariótico. O primeiro nucleotídeo do primeiro códon a ser traduzido está sublinhado e representa a posição +1 da tradução. Este tripleto determina a fase de leitura AUG CCU CUA GGA AUG AAA GGG UCA UUA CCC CAA UAA CUA AUU UAG...3 Pergunta-se: a. Qual a sequência do peptídeo codificado por esse mrna? Resposta: Met Pro Leu Gly Met Lys Gly Ser Leu Pro Gln, pois o códon UAA é um códon de parada. b. Qual seria a sequência do peptídeo se o nucleotídeo +1 fosse substituído por U? Resposta: Esta mutação promoveria a substituição de Met (metionina) por Leu (leucina). A presença do códon de iniciação (AUG) é extremamente importante, pois fornece o quadro de leitura em que o mrna será traduzido. Em eucariontes, o códon iniciador AUG (correspondente à metionina) mais próximo da extremidade 5' de um mrna é geralmente o sinal de início para a síntese de proteínas. Se o ribossomo não identificar o primeiro AUG na sequência, ele poderá seguir até o segundo ou o terceiro. Isto produz proteínas diferentes a partir de um único transcrito, em geral com o mesmo quadro de leitura, mas sem os primeiros aminoácidos, e provavelmente, sem função biológica. Desta forma, a sequência do peptídeo seria: Met Lys Gly Ser Leu Pro Gln (ficaria sem os primeiros 4 aminoácidos). c. Qual seria a sequência do peptídeo se o nucleotídeo +34 fosse substituído por A? (duplo sublinhado) Resposta: Met Pro Leu Gly Met Lys Gly Ser Leu Pro Gln Lys Leu Ile, pois o 15º códon é um códon de parada (UAG). 3 10

4 d. Qual seria a sequência do polipeptídeo se houvesse a deleção do nucleotídeo da posição +4? (sublinhado tracejado) Resposta: Mudaria todo o quadro de leitura a partir da deleção, havendo a incorporação de apenas 2 aminoácidos, pois o novo terceiro códon (UAG) é um códon de parada. Veja abaixo. Assim, seria produzido um dipeptídeo ao invés de um polipeptídeo, provavelmente sem função biológica AUG CCU C UA G GA A UG A AA G GG U CA U UA C CC C AA U AA C UA A UU UAG...3 Met Leu stop códon (parada) MUTAÇÃO E REPARO DE DNA 1) Descreva brevemente as etapas envolvidas no reparo do DNA de mamíferos, lesado por luz UV, e as enzimas nelas envolvidas. Resposta: 1. Ocorre reconhecimento da lesão por um complexo multienzimático. 2. Helicases percorrem a hélice e desnaturam o DNA (desenovelam a dupla hélice e separam as duas fitas) no local da lesão. 3. Endonucleases fazem uma dupla incisão na cadeia em ambos os lados da lesão e a alguma distância desta. 4. O oligonucleotídeo contendo a lesão (~12 nucleotídeos) é removido e ocorre a síntese de um novo segmento de DNA utilizando a fita não-danificada como molde, por ação da DNA-polimerase. 5. A DNA-ligase realiza a ligação da extremidade 5 da região recém-sintetizada à sequencia original. Ou 1. As proteínas XPB, XPD e XPA estão envolvidas na detecção da lesão, sendo que as duas primeiras percorrem a hélice e a segunda reconhece a lesão. 2. Após encontrar a lesão, o DNA do local do dano é desnaturado (helicase) e as endonucleases XPF e XPG fazem a dupla incisão na cadeia. 3. O oligonucleotídeo contendo a lesão é removido e ocorre ressíntese do DNA utilizando a fita não-danificada como molde. 5. Ligação da extremidade 5 da região recém-sintetizada à sequencia original pela DNA-ligase. 2) Qual a diferença entre os mecanismos de reparo por excisão de base e por excisão de nucleotídeos? Resposta: No mecanismo de reparo por excisão de base, a glicosilase reconhece a base trocada e retira quebrando a ligação glicosídica entre a base e a ribose. Gera-se um sítio abásico, que é substrato para a AP-endonuclease. A DNA polimerase I e a DNA ligase finalizam o reparo. Já no mecanismo de reparo por excisão de nucleotídeos, ocorre reconhecimento da lesão por um complexo multienzimático, retirada de nucleotídeos em bloco a partir da incisão da fita anormal em ambos os lados e a alguma distância da lesão, seguida pela síntese de um novo segmento de DNA utilizando a fita não-danificada como molde, por ação da DNA-polimerase. A DNA ligase finaliza o reparo. 3) No momento da replicação de um gene, houve um pareamento de bases errado. Como o sistema de reparo de pareamentos errôneos (mismatch repair) reconhece a fita a ser reparada? Explique o mecanismo de reparo. Resposta: O pareamento errado provoca uma distorção estrutural na molécula de DNA. O sistema mismatch repair reconhece a fita nova devido a esta não estar metilada. Ocorre uma excisão na fita nova e uma exonuclease degrada parte desta fita, logo em seguida uma DNA polimerase reconstitui a parte da fita que foi degradada fazendo o pareamento correto. INTEGRAÇÃO DE CONHECIMENTOS 1) O mofamento de grãos durante a estocagem causa perdas nutricionais e de valor de mercado, além de promover riscos à saúde humana e de animais domésticos, devido à liberação de toxinas. Entre as toxinas, maior atenção tem sido dado às aflatoxinas produzidas por fungos dos gêneros Aspergillus e Penicillium, devido a sua alta capacidade de causar câncer de fígado. As aflotoxinas podem causar câncer do fígado, pois, mesmo em pequena quantidade são capazes de provocar uma mutação no gene p-53, transformando G em T na trinca 249. Sabe-se que o gene p53 - com pares de bases, está localizado no braço curto do cromossomo 17 e codifica uma nucleoproteína de mesmo nome constituída por 393 aminoácidos, e que regula as divisões celulares, controlando a entrada da célula na fase S por bloquear a fase de transcrição G1 S do ciclo celular. Normalmente o p53 evita a reprodução numa célula 4 10 CÓDONS CGG UAC UUC GCG UCC GGG UAG UAA UAC UCA GCC AAG CGC AGG CCC AMINOÁCIDO arginina tirosina fenilalanina alanina serina glicina stop stop tirosina Serina Alanina Lisina Arginina Arginina Prolina

5 danificada ou alvo de mutação. E vai além: promove o suicídio da célula, um processo chamado apoptose. Às vezes, no entanto, sem que se saiba porque, o p53 é alvo de mutação ou é neutralizado e as células danificadas continuam a proliferar no interior do organismo, criando-se os tumores. Baseando-se nas informações acima, na tabela ao lado e em conhecimentos correlatos, responda. a. A mutação referida no texto obrigatoriamente vai levar ao descontrole da divisão celular devido à substituição de aminoácido na proteína p53? Justifique. Resposta: Não. Se a mutação ocorrer na 3ª base da trinca 249 (que ficará AGT), o códon correspondente será UCA, também do aminoácido serina. b. Quanto ao tipo de substituição de base, classifique a mutação de ponto envolvida na trinca 249 (trecho grifado no texto). Justifique. Resposta: Transversão, pois ocorre por substituição de uma purina (G) por uma pirimidina (T). c. Que tipo de mecanismo estaria envolvido no reparo da mutação especificada no trecho grifado? Cite e explique para justificar sua resposta. Resposta: A substituição G T na trinca 249 irá provocar um pareamento errado, uma vez a base complementar presente na outra fita do DNA é a citosina. Os pareamentos errados são instáveis e provocam dobras na molécula (alteração espacial). Assim, são percebidos e corrigidos pelo sistema de reparo de pareamentos errôneos (mismatch repair), que reconhece a fita nova devido esta não estar metilada. Ocorre uma excisão na fita nova e uma exonuclease degrada parte desta fita, logo em seguida uma DNA polimerase reconstitui a parte da fita que foi degradada fazendo o pareamento correto. d. Qual a sequencia correta dos aminoácidos inseridos na nucleoproteína p53 a partir do códon 245 até o 251? Resposta: CGG UAC UUC GCG UCC GGG UAC Arginina tirosina fenilalanina alanina serina glicina tirosina e. Quantas ligações peptídicas serão necessárias na formação da nucleoproteína p53? Justifique. Resposta: 392 ligações peptídicas, pois a proteína p53 possui 393 aminoácidos e cada ligação peptídica liga dois aminoácidos. f. Determine o percentual da região codificadora do RNA mensageiro maduro em relação ao gene p53. Demonstre seus cálculos e justifique. Resposta: 50,04%, pois como a proteína p53 tem 393 aminácidos, serão necessários 394 códons, pois cada códon codifica um aminoácido e é necessário um códon de parada para finalizar o processo. Veja os cálculos a seguir. 3 nucleotídeos 1 aminoácido x 393 aminoácidos x = nucleotídeos RNA mensageiro nucleotídeos + 3 (códon de parada) = nucleotídeos Gene (fita molde) = nucleotídeos 100% nucleotídeos x x = 50,04% 2) Pesquisadores norte-americanos descobriram que as diferentes formas das pessoas perceberem a dor podem ter origem genética. A variação de apenas um gene pode explicar porque algumas pessoas suportam mais dor do que outras. Segundo uma equipe da Universidade de Michingan, a sensação de dor está ligada ao gene COMT que produz a enzima transferase catecol-o-metil (COMT), que ajuda a regular quantos analgésicos naturais - as chamadas endorfinas - um organismo produz. O gene COMT pode ser encontrado em duas formas, de acordo com o aminoácido presente. Na transcrição do códon 158, a troca de um único aminoácido, valina metionina pode determinar decréscimo da atividade da enzima COMT, ou seja, o gene da COMT que contém o aminoácido metionina, ou met, é menos ativo do que aquele que contém o aminoácido valina, ou val. Esta pequena variação tem um grande efeito na atividade do COMT, dizem os pesquisadores. Cada indivíduo tem duas cópias desse gene, uma herdada de cada um dos pais. Pessoas com a forma mais lenta do gene - que tem duas cópias com metionina - produzem enzimas três a quatro vezes menos efetivas que outras, como as que contêm apenas cópias com valina ou ambos os aminoácidos. O estudo mostrou que as pessoas em que as duas cópias 5 10

6 traziam metionina sofriam mais com a dor do que aquelas com duas cópias trazendo valina. Os voluntários com uma cópia de cada tipo apresentaram uma tolerância à dor intermediária. ( com adaptações) Abaixo são dadas as sequencias parentais (recebidas de cada um dos pais) responsáveis pela transcrição do códon 158 do gene COMT de quatro indivíduos. Indivíduo 1 CAA (sequência materna) CAG (sequência paterna) Indivíduo 2 TAC (sequência materna) TAC (sequência paterna) Indivíduo 3 CAC (sequência materna) CAT (sequência paterna) Indivíduo 4 CAT (sequência materna) TAC (sequência paterna) Sabendo-se com os códons da metionina e da valina são, respectivamente, AUG e GUU, GUC, GUA, GUG, que a enzima transferase catecol-o-metil (COMT) possui 271 aminoácidos e que o gene COMT dos quatro indivíduos possui 1,5 Kb (1.500 pb), responda. a. Qual (is) indivíduo(s) possui(em): - Maior sensibilidade à dor: Indivíduo 2 - Sensibilidade intermediária à dor: Indivíduo 4 - Menor sensibilidade à dor: Indivíduos 1 e 3 b. Justifique sua resposta. Resposta: Ambas as sequencias dos indivíduos 1 e 3 darão origem aos códons sinônimos da valina; ambas do indivíduo 2, ao códon da metionina e as do indivíduo 4 darão origem aos códons da valina (sequencia materna) e metionina (sequencia paterna). Como o texto menciona, as pessoas possuem duas cópias de metionina sofreram mais com a dor do que aquelas com duas cópias trazendo valina. Os voluntários com uma cópia de cada tipo apresentaram uma tolerância à dor intermediária. 3) O gene supressor de tumor p-53 é um dos principais alvos de mutação durante o processo de carcinogênese. Está localizado no braço curto do cromossomo 17 e codifica a nucleoproteína p-53 que é responsável pela regulação da transcrição nuclear, funcionando como um policial molecular. Se a célula for exposta a agentes mutagênicos externos a p-53 acumula-se no núcleo freando o ciclo celular em G1, dando tempo para que a célula repare seu DNA. Caso a célula não o repare, a p-53 dispara a morte celular por apoptose. Na versão mutagênica desse gene, a célula que sofre lesão em seu material genético não tem sua divisão celular interrompida e deste modo, o dano celular se transmite às células filhas. A mutação de p-53 não causa a transformação maligna sozinha, porém predispõe a célula a outras mutações que a levarão a uma transformação maligna. Baseando-se no texto e em conhecimentos correlatos, responda ao que se pede. a. Sabendo que a p-53 é uma proteína constituída por 393 aminoácidos, quantos nucleotídeos serão necessários apenas para a codificação desses aminoácidos? Justifique. Resposta: nucleotídeos 3 nucleotídeos 1 aminoácido x 393 aminoácidos x = nucleotídeos b. Quantos códons serão necessários para a síntese dos 393 aminoácidos?justifique. Resposta: 394 códons, pois um códon codifica um aminoácido e é necessário um códon de parada para finalizar o processo. c. Que evento indispensável para que ocorra a divisão celular será bloqueado com a informação dada no trecho grifado no texto? Resposta: A replicação do DNA (fase S da interfase). 4) Os vírus HPV tipo 16 e tipo 18 (grupo II) estão associados ao câncer oral e de colo uterino. O genoma desses vírus pode integrar-se ao genoma humano em áreas próximas a proto-oncogenes, produzindo uma versão mutante desse genes. Além disso, o genoma viral controla a transcrição dos genes virais E6 e E7 que interferem nos mecanismos de controle do ciclo celular. A proteína E6 interage com a proteína p-53, impedindo sua ação supressora de tumor no núcleo celular. Logo, se outra proteína supressora de tumor como a prb, por exemplo não compensar a reduzida atividade da p-53, a transformação celular pode de fato ocorrer. No entanto, a proteína E7 desses vírus tem mostrado não só a capacidade de formar complexo com a prb, desativando-a, mas também de degradar a p-53. A ativação de oncogenes somada à perda ou à anulação dos genes supressores de tumor acabam por levar ao crescimento desordenado e à formação de tumores. ( e com adaptações) Abaixo é apresentado um esquema do proto-oncogene ras e de sua versão mutante, após inserção viral. Proto-oncogene ras TAC TGC CTT ATA TTC GAC CAC CAC CAC CCG CGG CCG CCG...GAG AGC 6 10

7 Oncogene ras TAC TGC CTT ATA TTC GAC CAC CAC CAC CCG CGG CAG CCG...GAG AGC Baseando-se nas informações acima e em conhecimentos correlatos, responda o que se pede. a. Dê a sequencia de aminoácidos do proto-oncogene ras. Resposta: Metionina treonina - ácido glutâmico tirosina lisina leucina valina valina valina glicina alanina glicina glicina leucina - serina. b. Considerando que os genes supressores de tumor foram inativados pelos vírus, caso a mutação na trinca destacada em negrito provoque a substituição da 3ª base por uma citosina no proto-oncogene, o produto do gene ainda poderá levar ao descontrole da divisão celular? Justifique. Resposta: Não, pois a troca do códon não afetou o aminoácido. 5) BRÓCOLIS FICA MAIS AMARGO PARA PORTADOR DE MUTAÇÃO Os pesquisadores Mari Sandell e Paul Breslin, do instituto de pesquisas Monell, na Filadélfia, mostraram em artigo publicado na revista científica Current Biology que basta um gene para a pessoa achar vegetais como o brócolis bem mais amargo do que acha o resto da população. O gene htas2r38 está ligado a um receptor de sabor na língua. Quem possui duas cópias de uma versão sensível a brócolis sente os vegetais dessa família em média 60% mais amargos do que aqueles cujos genes são de outra versão. Quem tem apenas uma cópia da versão sensível do gene teve opinião intermediária sobre o amargor. No artigo, os investigadores relacionaram a percepção individual do gosto amargo dos compostos PTC (feniltiocarbamida) e PROP (propiltiouracil) a variações do gene htas2r38, que codifica o receptor para o gosto conhecido. Duas formas mais frequentes do gene PAV e AVI determinam, respectivamente, a maior sensibilidade ou a insensibilidade a esse tipo de gosto. Formas menos freqüentes denominadas AAI, PVI e AAV respondem pela sensibilidade intermediária. Os três polimorfismos mais comuns observados na proteína receptora ocorrem nos aminoácidos de posição 49 onde uma prolina ou uma alanina é codificada, 262 onde uma alanina ou uma valina é codificada, e 296 onde uma valina ou uma isoleucina é codificada. Esses polimorfismos são determinados pelas formas PAV (prolina-alaninavalina), AVI (alanina-valina-isoleucina), AAI (alanina-alanina-isoleucina), PVI (prolina-valina-isoleucina) e AAV (alanina-alanina-valina). Os testes foram feitos com 35 voluntários que experimentaram 27 vegetais diferentes, dos quais 17 contêm compostos chamados glucosinolatos. Eles estão presentes em brócolis, agrião, rabanete e outros alimentos. Os voluntários tiveram que comer os alimentos crus, pois o cozimento altera o gosto. O glucosinolato pode afetar a função da glândula tireóide, produtora de hormônios que agem em vários órgãos do corpo. Ele pode impedir a absorção de iodo pela tireóide e provocar: a) sua hipertrofia; b) consequências graves para indivíduos em fase jovem. O mal é típico de regiões distantes do oceano, que é fonte de iodo na forma de sal ou contido em frutos do mar. Para quem vive nessa região de maior risco, ter a forma do gene que acentua o sabor amargo dos vegetais que afeta a tireoide é vantajoso em termos evolutivos. (Folha Imagem, 17/07/2006, com adaptações de Utilize a tabela de aminoácidos ao lado e as sequencias parentais (recebidas de cada um dos pais) abaixo relacionadas e responsáveis pela tradução dos aminoácidos 49, 262 e 296 da proteína receptora para o gosto amargo, para responder os itens seguintes. Aminoácido Prolina Alanina Valina Isoleucina Códons CCU CCC CCA - CCG GCU GCC GCA - GCG GUU GUC GUA - GUG AUU AUC - AUA Sequência responsável pela tradução do aminoácido 49 Indivíduo 1 Indivíduo 2 Indivíduo 3 Indivíduo 4 GGA (sequência CGA (sequência materna) GGT (sequência materna) CGT (sequência materna) materna) GGC (sequência paterna) CGT (sequência paterna) CGC (sequência paterna) CGC (sequência paterna) Sequência responsável pela tradução do aminoácido 262 Indivíduo 1 Indivíduo 2 Indivíduo 3 Indivíduo 4 CGA (sequência CAA (sequência materna) CGT (sequência materna) CGT (sequência materna) materna) CGG (sequência paterna) CAT (sequência paterna) CAC (sequência paterna) CAT (sequência paterna) 7 10

8 Sequência responsável pela tradução do aminoácido 296 Indivíduo 1 Indivíduo 2 Indivíduo 3 Indivíduo 4 CAA (sequência TAA (sequência materna) CAG (sequência materna) TAG (sequência materna) materna) CAG (sequência paterna) TAT (sequência paterna) TAA (sequência paterna) TAT (sequência paterna) a. Quais as sequencias de aminoácidos (recebidos de cada parental) e os genótipos de cada um dos indivíduos? Indivíduos Sequência de aminoácidos Sequência de aminoácidos (materna) (paterna) Genótipos 1 prolina alanina valina prolina alanina valina PAV / PAV 2 alanina valina isoleucina alanina valina isoleucina AVI / AVI 3 prolina alanina valina alanina valina - isoleucina PAV / AVI 4 alanina alanina - isoleucina alanina valina - isoleucina AAI / AVI Indivíduo Trincas DNA (materna) Códons (materna) Trincas DNA paterna Códons (paterna) GGA CGA CAA CCU GCU GUU GGC CGG CAG CCG GCC GUC 2 CGA CAA TAA GCU GUU AUU CGT CAT TAT GCA GUA AUA 3 GGT CGT CAG CCA GCA GUC CGC CAC TAA GCG GUG AUU 4 CGT CGT TAG GCA GCA AUC CGC CAT TAT GCG GUA AUA b. Mediante a análise realizada no item a, responda: b.1. Qual(is) indivíduo(s) terá(ão) maior sensibilidade ao gosto amargo? Indivíduo 1 b.2. Qual(is) indivíduo(s) será(ão) insensível(is) ao gosto amargo? Indivíduo 2 b.3. Qual(is) indivíduo(s) terá(ão) sensibilidade intermediária ao gosto amargo? Indivíduos 3 e 4 c. Sabendo-se que o gene htas2r38 tem 1002 pb (pares de bases) e a proteína receptora do gosto amargo (denominada T2R38) codificada por ele é constituída por 333 aminoácidos, responda: c.1. Quantos códons serão necessários para codificar a proteína T2R38? Justifique sua resposta. Resposta: 334 porque cada códon codifica um aminoácido e é necessário um códon de parada para finalizar a síntese protéica. c.2. Julgue e justifique a frase: Para a síntese do receptor protéico T2R38, 100% do gene htas2r38 foi usado, não ocorrendo a presença de íntrons. (Inclua na sua justificativa os cálculos genômicos necessários). Resposta: Certo: o gene possui bases. Destas, 999 foram usadas para incluir os aminoácidos durante a síntese proteica e 3 bases (códon de parada), foram necessárias para finalizar a síntese. 1 códon 3 bases 1 aminoácidos x = 999 bases x 333 aminoácidos 6) O câncer de pele corresponde a cerca de 25% de todos os tumores malignos humanos registrados no Brasil, estando relacionado a alguns fatores ambientais de risco como exposição a químicos (arsênico), radiação ionizante e principalmente aos raios ultravioletas (UV) do sol. Em relação ao abordado tema, responda: a. Que tipos de lesões no DNA podem ser induzidas pelas radiações ionizantes? Qual delas é a mais grave e por que? (Inclua na sua resposta o mecanismo de reparo possível e qual a sua consequência). Resposta: Deleção de todo o nucleotídeo, levando à quebra de fita simples; quebras de fita simples e de fita dupla; dano em bases nitrogenadas, levando a quebra ou deleção da base. (Pode também ser aceito: quebras de fita simples e de fita dupla, dano em bases nitrogenadas). Mais grave: quebra de fita dupla, pois o reparo só pode ser feito por recombinação (entre dois genes homólogos ou por junção de extremidades não-homólogas). Em ambos os casos a sequencia original de DNA acaba sendo alterada. b. Que tipo de lesão mais frequente no DNA está relacionada ao trecho grifado? Por que esta lesão é facilmente percebida pelo sistema de reparo? Resposta: Dímero de timina (ou dímero de pirimidina). Porque promove distorções espaciais na molécula de DNA. c. Considerando a lesão do item b, o reparo pode ser feito por dois tipos de mecanismos diferentes, dependendo se ele ocorre depois ou durante a replicação do DNA. Cite os dois tipos de mecanismos e compare-os quanto à correção da lesão? Resposta: Durante a replicação: reparo por recombinação com a fita parental não-danificada da mesma molécula de DNA (sistema de tolerância). 8 10

9 Após a replicação: excisão de nucleotídeos. OBS.: a resposta Fotorreativação não será considerada, uma vez que tal sistema é ausente em mamíferos placentários. O reparo por recombinação não remove a lesão, apenas possibilita a continuidade da replicação. Assim, é necessário que o sistema de reparo conserte posteriormente a lesão por excisão de nucleotídeos. d. Qual dos mecanismos de reparo do item c implicaria em parada do ciclo celular no ponto de checagem? Tal ponto de checagem estaria localizado na transição entre quais fases do ciclo celular? Resposta: O reparo por recombinação com a fita parental não-danificada da mesma molécula de DNA. Por não corrigir a lesão, implicaria em parada do ciclo celular na transição G 2 /M. e. O Xeroderma pigmentosum também está entre os fatores de risco para o câncer de pele. Por quê? Resposta: Porque em indivíduos portadores de xeroderma pigmentosum o reparo por excisão de nucleotídeos é deficiente. Desta forma, não corrige as lesões provocadas pelos raios ultravioleta do sol. Código de letras usadas na representação dos aminoácidos. Adaptado do livro Molecular Biology of the cell, de Albert, B.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M., Roberts, K. and Walter, P. (3rd ed. Ed. Garland, 1996). AMINOÁCIDO CÓDIGO DE LETRAS A Alanina (Ala) C Cisteína (Cys) D Aspartato (Asp) E Ácido glutâmico (Glu) F Fenilalanina (Phe) G Glicina (Gly) H Histidina (His) I Isoleucina (Ile) K Lisina (Lys) L Leucina (Leu) M Metionina (Met) N Asparagina (Asn) P Prolina (Pro) Q Glutamina (Gln) R Arginina (Arg) S Serina (Ser) T Treonina (Thr) W Triptofano (Trp) Y Tirosina (Tyr) V Valina (Val) Quanto à cadeia lateral (estacada em negrito), os aminoácidos podem ser classificados em: 1- Aminoácidos apolares: apresentam grupos químicos de hidrocarbonetos apolares ou hidrocarbonetos modificados, exceto a glicina (que possui um átomo de hidrogênio como cadeia lateral). São hidrofóbicos. Glicina: H-CH(NH 2 )-COOH Alanina: CH 3 -CH(NH 2 )-COOH Leucina: CH 3 (CH 3 )-CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Valina: CH 3 -CH(CH 3 )-CH(NH 2 )-COOH Isoleucina: CH 3 -CH 2 -CH(CH 3 )-CH(NH 2 )-COOH Prolina: -CH 2 -CH 2 -CH 2 - ligando o grupo amino ao carbono alfa Fenilalanina: C 6 H 5 -CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Triptofano: R aromático-ch(nh 2 )-COOH Metionina: CH 3 -S-CH 2 -CH 2 -CH(NH 2 )-COOH 2- Aminoácidos polares neutros: apresentam grupos químicos que tendem a formar ligações de hidrogênio. Serina: OH-CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Treonina: OH-CH(CH 3 )-CH(NH 2 )-COOH Cisteina: SH-CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Tirosina: OH-C 6 H 4 -CH 2 -CH(NH 2 )-COOH 9 10

10 Asparagina: NH 2 -CO-CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Glutamina: NH 2 -CO-CH 2 -CH 2 -CH(NH 2 )-COOH 3- Aminoácidos ácidos: apresentam grupos carboxilato. São hidrofílicos. Ácido aspártico: HCOO-CH2-CH(NH2)-COOH Ácido glutâmico: HCOO-CH 2 -CH 2 -CH(NH 2 )-COOH 4- Aminoácidos básicos: apresentam grupos amino. São hidrofílicos. Arginina: HN=C(NH 2 )-NH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Lisina: NH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Histidina: H-(C 3 H 2 N 2 )-CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Fonte: