Biologia e Geologia Módulo 4 Modelo da dupla hélice, replicação do DNA e síntese de proteínas

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1 FICHA (IN)FORMATIVA Nº 1 Biologia e Geologia Módulo 4 Modelo da dupla hélice, replicação do DNA e síntese de proteínas Ácidos nucleicos Os ácidos nucleicos armazenam e transmitem a informação hereditária. Há dois tipos de ácidos nucleicos: o ácido desoxirribonucleico DNA e o ácido ribonucleico RNA. Os ácidos nucleicos são polímeros de nucleótidos. Cada nucleótido é composto por três elementos: uma base azotada, uma pentose e um grupo fosfato. Nos ácidos nucleicos, os nucleótidos ligam-se por ligações covalentes que se estabelecem entre o grupo fosfato de um nucleótido e a pentose do nucleótido seguinte (ligações fosfodiéster). Docente: Ana Cristina Andrade Página 1 de 10

2 A tabela seguinte resume as principais diferenças entre o DNA e o RNA. DNA - Estrutura em cadeia dupla. - A pentose é uma desoxirribose. - As bases azotadas são adenina, guanina, citosina e timina. - Localiza-se no núcleo e, em pequenas quantidades, nas mitocôndrias e nos cloroplastos. RNA - Estrutura em cadeia simples. - A pentose é uma ribose. - As bases azotadas são adenina, guanina, citosina e uracilo. - Localiza-se, principalmente, no hialoplasma. Modelo da dupla hélice O DNA é constituído por duas cadeias polinucleotídicas, complementares, enroladas em espiral em torno de um eixo imaginário, formando uma dupla hélice. As pentoses (desoxirriboses) e os grupos fosfato estão orientados para o exterior das cadeias e as bases azotadas emparelham no interior da hélice, onde se ligam por pontes de hidrogénio. A adenina emparelha com a timina e a guanina emparelha com a citosina. As duas cadeias da dupla hélice de DNA são antiparalelas, isto é, orientam-se em direcções opostas. À extremidade 3 de uma cadeia corresponde a extremidade 5 da outra cadeia. Replicação semi-conservativa A molécula de DNA possui a capacidade de se autoreproduzir, isto é, de copiar a sua própria informação, num processo designado replicação. A informação contida nas moléculas de DNA pode, assim, ser transmitida de geração em geração. A hipótese mais aceite para a replicação do DNA é a hipótese da replicação semi-conservativa. Segundo esta, as duas cadeias da dupla hélice de DNA, na presença de enzimas específicas, as DNA polimerases, separam-se, por ruptura das pontes de hidrogénio (que se estabelecem entre pares de bases complementares). Cada cadeia serve de molde à formação de uma cadeia complementar a partir de nucleótidos livres na célula. As cadeias complementares desenvolvem-se em direcção antiparalela em relação à cadeia que serve de molde, no sentido 5 3. Findo o processo de replicação, formam-se duas moléculas de DNA, idênticas entre si e idênticas à molécula original. Docente: Ana Cristina Andrade Página 2 de 10

3 A replicação é semiconservativa pelo facto de permanecer, em cada uma das moléculas formadas, uma das cadeias de polinucleótidos da molécula inicial. Síntese de proteínas O DNA contido no núcleo das células de um determinado organismo constitui o suporte químico da informação genética, mas são as proteínas que determinam a estrutura e a actividade metabólica das células e que, em última análise, são responsáveis pelas características manifestadas por esse organismo. O DNA, para além de dirigir a sua própria replicação, dirige também a síntese de proteínas através do fluxo de informação representado no esquema seguinte: DNA mrna PROTEÍNA Repicação semiconservativa Transcrição Tradução A síntese de proteínas ocorre nos ribossomas, organelos não membranas formados por RNA ribossomal (rrna) e proteínas, que se encontram no citoplasma, livres ou associados às cisternas do retículo endoplasmático rugoso. Cada ribossoma é composto por duas subunidades uma subunidade maior e uma subunidade menor. Visão global da expressão génica: O DNA arquiva a informação O RNA é a cópia da informação A informação é usada para fabricar proteínas A sequência de nucleótidos do DNA que contém informação, sob a forma de um código, o código genético, determina a ordenação dos aminoácidos nas proteínas. O código genético é um código de correspondência entre os quatro nucleótidos que entram na composição dos ácidos nucleicos e os vinte aminoácidos que entram na composição das proteínas. A mais pequena unidade de mensagem genética é um tripleto formado por três nucleótidos consecutivos. Docente: Ana Cristina Andrade Página 3 de 10

4 São características do código genético: - Universalidade: O código genético constitui uma linguagem comum a praticamente todas as células, das mais simples às mais complexas. - Redundância: vários codões podem significar o mesmo aminoácido (são sinónimos), pelo que se diz que o código genético é degenerado. - Ausência de ambiguidade: o mesmo codão não codifica mais de que um aminoácido. A passagem da linguagem do DNA para a linguagem das proteínas envolve duas etapas: a transcrição e a tradução. A transcrição é a síntese de mrna a partir do DNA. Os dois ácidos nucleicos usam a mesma linguagem e a informação é transcrita de uma molécula para a outra. Uma cadeia de DNA serve de molde para a síntese de uma molécula de RNA mensageiro (mrna), que é uma cópia das instruções do DNA para a síntese de proteínas. Um complexo enzimático, do qual se salienta a RNA polimerase, fixa-se sobre uma sequência do DNA e desliza ao longo dela, provocando a sua abertura e iniciando a transcrição e a síntese do mrna a partir de nucleótidos livres. A molécula de mrna atravessa o invólucro nuclear e transporta a mensagem genética do DNA para o citoplasma, onde ocorre a síntese proteica. Cada tripleto do mrna, complementar dos tripletos do DNA, designa-se codão e pode codificar uma determinado aminoácido ou ordenar o início ou o fim da síntese. Os produtos primários da transcrição podem sofrer, ainda no núcleo, transformações. Formam-se, inicialmente, o RNA pré-mensageiro e depois, por remoção dos intrões (sequências não codificantes) e união dos exões (sequências codificantes), forma-se o RNA mensageiro funcional que migra do núcleo para o citoplasma. A este processo chama-se splicing ou processamento ou maturação. A tradução é todo o processo pelo qual a sequência de nucleótidos do mrna é utilizada para ordenar e juntar os aminoácidos de uma proteína. Quando a molécula de mrna chega ao citoplasma, a mensagem genética nela contida é traduzida, pelos ribossomas, numa estrutura primária de um polipéptido. As moléculas de trna, após reconhecerem os codões do mrna, seleccionam e transportam os aminoácidos apropriados. Funcionam assim como intérpretes entre a linguagem do RNA e a linguagem das proteínas. Segue-se uma breve descrição deste processo: Em determinada região da molécula de trna existe uma sequência de três nucleótidos, complementar de um codão do mrna, a que se chama anticodão. Um trna com determinado anticodão apenas se liga a um determinado aminoácido. O trna reconhece um codão do mrna e adiciona o aminoácido à cadeia polipeptídica em crescimento. O codão Docente: Ana Cristina Andrade Página 4 de 10

5 iniciador é AUG e especifica o aminoácido metionina (Met). A subunidade pequena do ribossoma liga-se ao mrna e ao trna e a subunidade maior forma as ligações peptídicas. O processo de tradução ocorre em três fases: iniciação, alongamento e finalização. Chama-se gene a uma unidade de hereditariedade que contém a informação para a sequência de aminoácidos de uma proteína ou de um polipéptido. O conjunto de genes de um organismo ou de uma espécie constitui o seu genoma. A ordem dos aminoácidos de uma proteína determina a sua função. A manutenção desta ordem durante a síntese proteica é crítica. Qualquer processo que produza uma alteração na sequência de nucleótidos do DNA ou do RNA produzirá uma alteração na sequência de aminoácidos da proteína que codificam, afectando a sua estrutura e/ou a sua função. Ocorre, então, uma mutação génica. São exemplos de mutações génicas: o albinismo (anomalia na pigmentação, pela ausência de melanina), a hemofilia (deficiente coagulação do sangue) e a anemia falciforme (formação de hemoglobina anormal, que confere às hemácias formas irregulares tipo foice, o que dificulta o transporte de gases respiratórios). DNA fingerprint O DNA pode ser isolado a partir de uma grande variedade de produtos biológicos. O material mais utilizado é o sangue. O DNA é retirado dos glóbulos brancos, porque os glóbulos vermelhos humanos não possuem núcleo. Em casos de violação, o esperma do violador pode ser também uma fonte de DNA, bem como a saliva deixada em cigarros, comida ou copos abandonados no local do crime, que podem ser recolhidos para obter DNA. No caso da saliva, o DNA provém das células do epitélio bucal. Também os cabelos, particularmente os folículos (raíz do cabelo), podem fornecer DNA. Este ácido nucleico está também presente nos ossos, nos dentes, na cera dos ouvidos, nas fezes e no muco nasal. Verifica-se que, numa grande parte dos cenários de um crime, é possível encontrar material biológico que pode ser utilizado para recolher DNA, que será sequenciado no sentido de encontrar o dador, isto é, o criminoso. É comum afirmar-se que a sequência nucleotídica da molécula de DNA é exclusiva de cada indivíduo, excepto no caso dos gémeos verdadeiros. Contudo, em Ciência Forense (ciência ligada à investigação criminal) não é possível analisar a totalidade do DNA presente numa amostra. As regiões correspondentes a genes essenciais variam muito pouco de indivíduo para indivíduo. Mas existem outras regiões, espalhadas entre esses genes, sem qualquer função Docente: Ana Cristina Andrade Página 5 de 10

6 conhecida (regiões não codificantes); estas apresentam uma grande variação entre diferentes indivíduos. Nestas regiões surgem sequências de DNA peculiares, que se repetem várias vezes. São estas regiões as escolhidas para se fazer a sequênciação nas análises forenses. Um dos testes mais avançados para comparar sequências de DNA tem uma enorme capacidade de discriminação. A probabilidade de dois indivíduos terem as sequências analisadas iguais é de 1 em 100 milhões. Bom estudo! Ana Cristina Andrade Docente: Ana Cristina Andrade Página 6 de 10

7 EXERCÍCIOS I 1. Redija uma frase utilizando cada um dos seguintes grupos de termos 1.1. DNA, dupla hélice, nucleótidos, complementares Código genético, sequência de aminoácidos, sequência de nucleótidos, sistema de correspondência. 2. A figura 1 é relativa à biossíntese de proteínas. Figura Faça a legenda dos números da figura Identifique cada um dos processos a que as três letras (A, B e C) da figura se referem. 3. Verificou-se que a base azotada guanina representava 20% das bases azotadas de DNA num determinado organismo. Refira qual é, nesse organismo, a percentagem de Adenina, Citosina e Timina. 4. No citoplasma o mrna é descodificado segundo um sistema de correspondência que é o código genético. Analise a fase da síntese proteica esquematizada na figura 2. Chave: A aminoácido B codão C ligação peptídica D ribossoma E mrna F trna Figura 2 Docente: Ana Cristina Andrade Página 7 de 10

8 4.1. Identifique a fase esquematizada Estabeleça a correspondência entre cada um dos números relativos às estruturas da figura e uma das letras da chave Escreva os anticodões relativos aos trna representados A formação de proteínas específicas de cada tipo de células é codificado por: A RNA mensageiro B enzimas C ribossomas D RNA de transferência 5. Considere que um par de bases complementares de uma molécula de DNA foi substituído por um outro par diferente. A substituição referida acarretará obrigatoriamente uma alteração na sequência de aminoácidos da proteína codificada pela hélice de DNA em que ocorreu a alteração? Justifique a sua resposta. :: continua na próxima página :: Docente: Ana Cristina Andrade Página 8 de 10

9 EXERCÍCIOS II 1. Observe atentamente a figura 1. Figura Indique onde ocorrem, respectivamente, a transcrição e a tradução Explique em que difere o mrna acabado de transcrever do mrna funcional Utilizando os dados da figura 1, mencione quatro intervenientes na síntese de proteínas que actuam ao nível do citoplasma. 2. A figura 2 representa, esquematicamente, os processos básicos da expressão genética. Figura Identifique as moléculas A, B e C. Docente: Ana Cristina Andrade Página 9 de 10

10 2.2. Refira três características que permitem distinguir as moléculas A e B Identifique os processos 1 e Localize nas células eucarióticas a ocorrência dos processos 1 e Como se designam as sequências de três elementos da molécula B representadas na figura? 2.6. Explique de que forma essas sequências determinam a estrutura primária da molécula C. 3. Considere um fragmento de uma cadeia de DNA com a seguinte sequência de nucleótidos: 3 -TACGATAAGCTTGAAATA Escreva a sequência da bases do RNA mensageiro a que o fragmento representado serve de molde Escreva a sequência de aminoácidos codificada por essa cadeia de mrna. Para tal consulte uma tabela do código genético Com base na sequência ilustrada, apresente uma prova de que o código genético é redundante O codão CUA é traduzido no mesmo aminoácido em praticamente todos os organismos, desde as bactérias até aos animais e plantas de maior complexidade Como se designa essa característica do código genético? Com base na característica referida na questão anterior, explique o que podemos concluir acerca do aparecimento do código genético na história da evolução da Vida. Bom trabalho! Ana Cristina Andrade Docente: Ana Cristina Andrade Página 10 de 10

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