Fig.1-Mecanismo de ação das Quinolonas

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1 BIOLOGIA e GEOLOGIA 11º ANO DE ESCOLARIDADE CURSO CIENTÍFICO- HUMANÍSTICO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIAS DURAÇÃO DA PROVA: 90 MIN. Página 1 de 8 Páginas Outubro 2013 GRUPO I As Topoisomerases são um grupo de enzimas essenciais encontradas em todas as células vivas. São responsáveis pela alteração da estrutura do DNA catalisando a passagem das cadeias de DNA e das DNA girases umas pelas outras. Desempenham também papéis primordiais na manutenção da estrutura do cromossoma, condensação/descondensação e segregação. Dois exemplos de topoisomerases são as enzimas DNA girase e a topoisomerase IV. A DNA girase é uma enzima constituída por 2 subunidades A e 2 subunidades B, codificada pelos genes gyra e gyrb e a presença de ambas as subunidades é necessária para que a enzima possa trabalhar. A topoisomerase IV é formada por duas subunidades C e duas subunidades E, codificadas pelos genes parc e pare, e tal como na DNA girase, necessita de todas as subunidades para trabalhar. A importância destas enzimas é realçada pelo facto de elas serem os principais alvos celulares de muitos antibióticos e de muitas drogas usadas no tratamento do cancro. As topoisomerases quebram e religam as cadeias de DNA através do estabelecimento de uma ligação covalente entre a enzima e o DNA no local onde a cadeia foi partida. Este complexo topoisomerase - DNA, frequentemente referido como complexo de clivagem é normalmente um intermediário catalítico fugaz. A cadeia de DNA é em situações normais partida no complexo de clivagem sendo a integridade do DNA mantida pela topoisomerase. Acontece que certos inibidores das topoisomerases convertem estas enzimas em venenos celulares tornando o complexo de clivagem numa estrutura estável. Devido a este modo de ação, estes inibidores das topoisomerases são frequentemente designados por venenos de topoisomerases, como por exemplo as quinolonas, um dos principais grupos de antibióticos usados na terapêutica de infecções causadas por Enterobacteriaceae. Nos nossos dias temos assistido a uma crescente resistência das bactérias às quinolonas, essa resistência está associada a mutações que ocorrem nos genes que codificam as enzimas alvo, quer mutações que conferem diminuição do acesso das quinolonas às enzimas alvo (tabela I). Fig.1-Mecanismo de ação das Quinolonas CÓDÃO Aminoácido codificado nas estirpes selvagens Aminoácido(s) cidificado(s) nas estirpes mutantes 51 Ala Val 67 Ala Ser 81 Gly Cis, Asp 82 Asp Gly 83 Ser Leu, Trp, Ala, Val 84 Ala Pro, Val 87 Asp Asn, Gly, Val, Tir, His 106 Gln Arg, His Tabela I - Mutações em GyrA associadas a resistência a quinolonas ESFRoV BioGeo 11º ano Pág. 1 de 8

2 Tabela II - Tabela do código genético Na resposta a cada um dos itens de 1. a 6., seleciona a única opção que permite obter uma afirmação correta. 1. Quando as topoisomerases são inibidas são diretamente comprometidas: (6 pontos) A a transcrição e a tradução B a replicação do DNA e a transcrição C a replicação do DNA e a tradução D o processamento e a tradução 2. Imagina que tens 3 tubos de ensaio contendo soluções idênticas de DNA humano purificado. Expões o DNA do tubo1 a um agente que quebra as ligações entre o açúcar e o fosfato. Expões o DNA do tubo 2 a um agente que quebra as ligações que ligam as bases azotadas aos açúcares. O DNA do tubo 3 é exposto a um agente que quebra as pontes de hidrogénio. No final da experiência os tubos 1, 2 e 3 deveriam conter respetivamente: (6 pontos) A nucleótidos; pares de bases azotadas sem açúcar e fosfato + cadeias de fostato e açúcar sem bases; cadeias simples de DNA B pares de bases azotadas sem açúcar e fosfato + cadeias de fostato e açúcar sem bases; cadeias simples de DNA; nucleótidos C nucleótidos; cadeias simples de DNA; pares de bases azotadas sem açúcar e fosfato + cadeias de fostato e açúcar sem bases D cadeias simples de DNA; nucleótidos; pares de bases azotadas sem açúcar e fosfato + cadeias de fostato e açúcar sem bases 3. Atendendo à tabela I podemos concluir que uma sequência de nucleotídeos entre o códão 81 e o códão 84 nas estirpes selvagens pode ser: (6 pontos) A 5 UGU GGU CUU CCU 3 B 5 CCC CUG UCG GCA 3 C 5 GGU GAU AGU GCU 3 D 5 GGG GAC AGC CGU 3 ESFRoV BioGeo 11º ano Pág. 2 de 8

3 4. De acordo com os dados da tabela I podemos concluir que as mutações ocorridas nos genes representados eram... (6 pontos) A silenciosas B sem sentido C com perda de sentido D com alteração da grelha de leitura. 5. Muitas outras mutações podem ter ocorrido sem no entanto alterar o aminoácido codificado dado que o código genético é... (6 pontos) A universal B não é ambíguo C ambíguo D redundante. 6. Se expusermos uma cultura de células humanas a 3 H-timidina (composto semelhante à timina) durante a fase S, será previsível encontrar na metafase imediatamente seguinte 3 H-timidina em... (6 pontos) A uma das cadeias de DNA de apenas um dos seus cromatídios B uma das cadeias de DNA de ambos os cromatídios C duas das cadeias de DNA de apenas um dos cromatídios D duas das cadeias de DNA de ambos os cromatídios. 7. Ordena as letras de A a E, de modo a reconstituir a sequência cronológica dos acontecimentos numa situação em que as quinolonas se encontram no meio. (10 pontos) A. as quinolonas ligam-se às DNA girases B. quebra das ligações do DNA no local de clivagem C. formação do complexo DNA girase - DNA D. fragmentos de DNA incapazes de se religar são espalhados pela célula E. o complexo quinolonas DNA girases impede o DNA de se religar 8. Estabelece a correspondência entre cada um dos elementos da coluna I (funções) e os elementos da coluna II (intervenientes na função). (10 pontos) Coluna I Coluna II (a) Contém a sequência nucleotídica resultante da transcrição do gene gyra. (1) ATP (b) Transporta os monómeros constituintes das proteínas (2) DNA para o ribossoma. (3) RNA ribossómico (c) Catalisa a adição de nucleótidos, segundo a sequência (4) RNA de transferência determinada pelo gene gyra. (5) RNA mensageiro (d) Garante a preservação da informação genética (6) RNA polimerase necessária à síntese das topoisomerases. (7) Anti-codão (e) Fornece energia química para a ligação de um (8) Aminoácido aminoácido ao seu transportador. 9. A síntese de uma proteína é um processo complexo, preciso e extremamente rápido que envolve várias estruturas, como, por exemplo, a enzima RNA-polimerase. Explica por que razão a alteração do ph de uma célula pode levar à inibição da síntese proteica. (10 pontos) 10. Explica por que motivo os venenos de topoisomerases podem ser utilizados como antibióticos. (15pontos) ESFRoV BioGeo 11º ano Pág. 3 de 8

4 GRUPO II O taxol é uma substância utilizada no tratamento de doentes oncológicos, isolada a partir da casca do teixo, uma árvore da família Taxaceae, outrora abundante na região da serra da Estrela. Para se obter 1Kg de taxol são necessárias em média 3000 árvores. Além disso, o tratamento de um único paciente requer o corte de seis árvores com 100 anos. Atualmente a maior parte do taxol fornecido é preparado através da semissíntese desenvolvida por Robert Holton e colaboradores em 1994 (Florida State University, EUA.) O taxol é utilizado no tratamento de cancro da mama, do pulmão, do ovário, da garganta, do cérebro e outros. Uma das características mais comuns das células cancerígenas é o seu ritmo rápido de divisão celular. Para que este ritmo acelerado de divisão possa ocorrer, o citoesqueleto da célula está em constante reestruturação, o que implica uma certa flexibilidade. O taxol atua no ciclo celular, impedindo a mitose, devido à ligação permanente a uma subunidade da tubulina, proteína que faz parte dos microtúbulos do fuso acromático. Esta ligação leva à formação de um composto estável que fixa os microtúbulos no lugar, retirando-lhes flexibilidade e, assim, entre outros efeitos, pode impedir a separação dos cromatídeos durante a divisão celular. A ação do taxol também induz à morte programada (apoptose) das células tumorais através da sua ligação com uma proteína inibidora da apoptose. Fig. 2- Efeito do taxol no ciclo celular (simplificado). Na resposta a cada um dos itens de 1. a 6., seleciona a única opção que permite obter uma afirmação correta. 1. O taxol pode impedir o ciclo celular atuando, na fase mitótica, essencialmente (6 pontos) A durante a prófase. B no final da anáfase. C em metáfase. D durante a telófase. 2. Considerando uma célula submetida à ação do taxol, será de esperar que (6 pontos) A o ponto de controlo em G2 provoque a paragem do ciclo celular. B a célula não passe o ponto de controlo G1. C a fase S não ocorra. D as alterações resultantes possam ser detectadas no ponto de controlo M. ESFRoV BioGeo 11º ano Pág. 4 de 8

5 3. Células tumorais humanas submetidas ao taxol, no momento de bloqueio do ciclo, apresentam (6 pontos) A 23 pares de cromossomas e 23 cromatídeos. B 46 cromossomas e 46 moléculas de DNA. C 23 pares de cromossomas e 46 pares de cromatídeos. D 23 pares de cromossomas e 92 pares de cromatídeos. 4. Se o ciclo celular prosseguir, mesmo na presença de taxol, as células-filhas (6 pontos) A poderão morrer, devido a estar inibido o mecanismo bioquímico que evita a apoptose. B poderão morrer, devido à inibição da apoptose. C deverão manter-se em G0 até que os mecanismos de reparação restabeleçam o número de cromossomas. D deverão apresentar uma guarnição cromossómica duplicada. 5. Num ciclo celular normal, durante a fase S, a estrutura dos cromossomas sofre alterações (6 pontos) A devido ao aumento da síntese proteica. B devido ao aumento de condensação da cromatina. C passando a ser constituídos por dois cromatídeos resultantes da transcrição do DNA. D passando a ser constituídos por dois cromatídeos resultantes da replicação semiconservativa do DNA. 6. A divisão do citoplasma da célula que permite a individualização das células-filhas denomina-se (6 pontos) A citocinese e ocorre nos animais por estrangulamento do citoplasma. B telófase e ocorre nas plantas a partir de vesículas golgianas alinhadas na zona equatorial. C interfase e ocorre nas plantas por estrangulamento do citoplasma. D fase mitótica e ocorre nos animais a partir de vesículas golgianas alinhadas na zona equatorial. 7. Ordena as letras de A a E, de modo a estabelecer a sequência cronológica de acontecimentos que ocorrem durante o ciclo celular a partir de uma célula em G0. (10 pontos) A. A cromatina sofre compactação e enrolamento, tornando os cromossomas mais curtos e densos, e os centríolos começam a movimentar-se no sentido dos polos da célula, com início da formação do fuso acromático. B. Os cromossomas, unidos ao fuso acromático, deslocam-se em direção ao centro da célula, para a placa equatorial. C. O nucléolo desaparece, a membrana nuclear desintegra-se e os cromossomas ligam-se ao fuso acromático. D. A célula aumenta de volume, com síntese de biomoléculas (maioritariamente proteínas) e a formação de novos organitos celulares. E. Ocorre ruptura do centrómero, os cromatídeos de cada cromossoma separam-se e os cromossomas ficam apenas com um cromatídeo. ESFRoV BioGeo 11º ano Pág. 5 de 8

6 8. Faz corresponder cada uma das descrições da coluna A ao termo da coluna B que identifica a respectiva fase do ciclo celular. (10 pontos) Coluna A (a) Cada cromossoma passa a ser constituído por dois cromatídeos ligados pelo centrómero. (b) Caracteriza-se pela atividade de biossíntese de proteínas e outras biomoléculas e um notório crescimento celular. (c) Clivagem dos centrómeros e cada cromatídeo passa a constituir um cromossoma independente. (d) Os centríolos afastam-se em sentidos opostos e forma-se entre eles o fuso mitótico. (e) Os cromossomas atingem o seu máximo encurtamento. Coluna B (1) Prófase (2) Metáfase (3) Anáfase (4) Telófase (5) Fase S (6) Citocinese (7) Fase G1 (8) Fase G2 9. Indica em que momento do ciclo celular ocorre uma redução da quantidade de DNA por lote de cromossomas. (7 pontos) 10. Tendo em conta as características tumorais e os mecanismos de ação do taxol, explica a sua aplicação no tratamento de doentes com cancro. (15 pontos) Continua na página seguinte ESFRoV BioGeo 11º ano Pág. 6 de 8

7 GRUPO III Lê atentamente o seguinte texto APOMIXIA: UM MÉTODO ALTERNATIVO PARA A PRODUÇÃO DE SEMENTES EM PLANTAS A maioria das plantas superiores reproduz-se sexualmente, em muitas espécies de plantas, porém, a fertilização e a formação de gâmetas podem não estar envolvidas na formação da semente, e esta é formada por um processo denominado apomixia. A apomixia é um método de reprodução em plantas controlado geneticamente. O termo apomixia, no seu sentido mais amplo, significa "longe da mistura", pois apo quer dizer "longe de" e mixia "mistura". o processo apomítico mimetiza muitos dos eventos da reprodução sexual e dá origem a sementes férteis. A apomixia ocorre por exemplo nalgumas algas e nalgumas angiospérmicas (plantas com flor), tendo sido já identificadas entre as angiospérmicas mais do que 300 espécies que se reproduzem através deste processo. Neste tipo de reprodução, o embrião desenvolve-se no ovário a partir de uma célula somática do óvulo, ocorrendo a formação de sementes férteis, sem haver a união dos gâmetas. Durante muitos anos a apomixia foi considerada uma barreira ao melhoramento das espécies. Entretanto, nas últimas duas décadas, este modo de reprodução tem recebido uma grande atenção devido à descoberta de plantas parcialmente apomíticas (apomíticas facultativas) em espécies cultivadas, à descoberta de plantas sexuais em espécies apomíticas e à obtenção de novas informações sobre o controle genético da apomixia. A apomixia e a reprodução sexual podem ocorrer simultaneamente numa mesma planta ou ainda no mesmo óvulo. Uma das principais vantagens da apomixia é possibilitar a imediata fixação de qualquer planta com as características desejáveis, selecionadas no processo de melhoramento, permitindo que a mesma origine plantas idênticas. As mesmas vantagens da apomixia podem ser obtidas, através da propagação vegetativa dessa mesma planta. No entanto, a propagação vegetativa favorece o acumular de doenças bacterianas e virais e além disso a propagação de uma planta, via semente, por apomixia, reduz grandemente o espaço de armazenamento, e os custos de transporte e de plantio, quando comparados com a propagação vegetativa. Na resposta a cada um dos itens de 1. a 3., seleciona a única opção que permite obter uma afirmação correta. 1. A apomixia é um processo de reprodução dado que nela a intervenção de gâmetas. (6 pontos) A... sexuada... ocorre B... sexuada... não ocorre C... assexuada... não ocorre D... assexuada... ocorre 2. Em plantas apomíticas obrigatórias todos os descendentes... (6 pontos) A São geneticamente iguais ao pai B São geneticamente iguais à mãe C São geneticamente parte do pai e parte da mãe D São geneticamente diferentes dos progenitores ESFRoV BioGeo 11º ano Pág. 7 de 8

8 3. Em plantas apomíticas facultativas... (6 pontos) A Apenas se podem obter descendentes clones da mãe B Apenas se podem obter descendentes clones do pai C Podem-se obter descendentes geneticamente diferentes D Não se podem obter clones 4. Indica duas vantagens de usar sementes apomíticas para propagar uma espécie em detrimento da propagação vegetativa. (8 pontos) 5. Explica por que motivo quando confrontadas com um ambiente desfavorável as plantas apomíticas facultativas optem por realizar reprodução sexuada. (15 pontos) ESFRoV BioGeo 11º ano Pág. 8 de 8