Genética molecular e biotecnologia

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1 Biologia mabis Martho professor módulo 22 enética molecular e biotecnologia Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de NJLH FENNY/RBIS SB ovelha Dolly foi o primeiro mamífero clonado a partir de células somáticas. Seu nascimento, em 1996, causou polêmica e abriu espaço para a discussão de vários assuntos relacionados à genética molecular e à biotecnologia. Dolly morreu em 2003, vítima de infecção pulmonar e de uma forma grave de artrite. PÍULs 1 Natureza química dos genes 2 Modo de ação dos genes 3 Engenharia genética 4 plicações do conhecimento genético

2 té onde podem ir os estudos de genética? Uma das áreas da biologia que mais se desenvolveram nas últimas décadas foi a genética molecular. enes humanos ou de animais, corretamente introduzidos em bactérias, podem transformá-las em verdadeiras fábricas de proteínas de interesse médico ou comercial. É cada vez mais comum a solicitação de exames de DN para testes de paternidade: bastam algumas gotas de sangue para dizer se um homem é ou não o pai de uma criança. Historiadores têm analisado o DN de restos mortais humanos encontrados em escavações arqueológicas para descobrir as relações de parentesco e a organização social de antigas civilizações. Ecologistas utilizam técnicas de identificação de DN para estabelecer rotas migratórias de pássaros, baleias e tartarugas. Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de medicina vem adotando técnicas da genética molecular no diagnóstico e na determinação dos riscos de desenvolvimento de certas doenças. indústria farmacêutica começa a pesquisar medicamentos personalizados, adequados à constituição genética de cada pessoa. Essas são apenas algumas das questões suscitadas nos últimos anos pelos avanços da genética, para as quais ainda não há consenso ou decisões de ordem moral, ética ou legal. aperfeiçoamento das técnicas de engenharia genética tem levado a discussões éticas sobre o emprego de novas biotecnologias, entre elas a clonagem e a produção de organismos geneticamente modificados. 2

3 Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de ZEPHYR/SIENE PH LIBRRY Professor: onsulte o Plano de ulas. s orientações pedagógicas e sugestões didáticas facilitarão seu trabalho bjetivos com os alunos. o final deste módulo, você deverá ser capaz de: conhecer a estrutura da molécula de DN e compreender a maneira pela qual essa substância armazena informação genética; explicar, em termos gerais, como os genes determinam as características estruturais e funcionais dos seres vivos por meio do controle da síntese das proteínas; reconhecer a existência de DN codificante e de DN não codificante e compreender a organização descontínua dos genes eucarióticos; compreender como os conhecimentos genéticos podem ser aplicados à biotecnologia e ao diagnóstico e prevenção de doenças hereditárias; conhecer os princípios básicos da manipulação genética e algumas de suas principais aplicações; utilizar conhecimentos de genética molecular para compreender temas polêmicos da atualidade, como a utilização de organismos transgênicos, a clonagem de seres vivos, o aborto terapêutico, a geneterapia etc. 3

4 PÍUL1 Natureza química dos genes 1 Estrutura do DN 4 1 Há pouco mais de 60 anos os cientistas descobriram que os genes informações hereditárias passadas de geração a geração são constituídos pelo ácido desoxirribonucleico, abreviadamente chamado DN (do inglês desoxirribonucleic acid). Desde então, o DN vem sendo amplamente estudado e, atualmente, sua sigla é um dos ícones da ciência moderna. DN é uma molécula relativamente grande e complexa, por isso classificada como macromolécula. unidade básica do DN é o nucleotídio, constituído por três tipos de componente: o glicídio desoxirribose, uma base nitrogenada e um grupamento fosfato. s nucleotídios do DN são chamados de desoxirribonucleotídios pelo fato de apresentarem a desoxirribose em sua constituição. Milhares ou mesmo milhões de nucleotídios unidos em sequência formam cada uma das duas cadeias filamentosas do DN. s duas cadeias encontram-se enroladas uma sobre a outra formando uma estrutura helicoidal que lembra uma escada de corda torcida. Por seu arranjo em dupla cadeia helicoidal, costuma-se dizer que a molécula de DN é uma dupla-hélice. s cadeias de desoxirribonucleotídios de um DN mantêm-se unidas por meio de ligações de hidrogênio (pontes de hidrogênio) que se estabelecem entre suas bases ESQUEM geral da estrutura do DN 1 nm 3,4 nm 0,34 nm nitrogenadas. Essas ligações sempre ocorrem entre pares de bases específicos: a adenina liga-se unicamente à timina, por meio de duas ligações de hidrogênio ( 5 ), e a citosina liga-se unicamente à guanina, por meio de três ligações de hidrogênio ( 6 ). Em razão desse tipo peculiar de associação de bases, as duas cadeias de uma molécula de DN são sempre complementares: um nucleotídio com adenina em uma das cadeias sempre corresponde a um nucleotídio com timina na outra cadeia, e vice-versa. Um nucleotídio com guanina em uma das cadeias sempre corresponde a um nucleotídio com citosina na outra cadeia, e vice-versa. ssim, se a sequência de bases de uma das cadeias de um DN for, por exemplo, a outra cadeia apresentará, na região correspondente, a sequência complementar (figuras 1 a 5). Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de 1998.

5 2 componentes do nucleotídio e das pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas 3 SPL/Latinstock Fosfato P H H 2 Base nitrogenada Ligação de hidrogênio Desoxirribose H P H 2 H2 P P H 2 H2 P P H 2 H2 P Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de Fórmulas estruturais dos nucleotídios constituintes do DN P H H2 H H H H H H P H 2 H H H H H H H 3 H H N N N H H H N H N P H 2 H H H H Fosfato Desoxirribose imina () denina () itosina () H P H 2 H H2 P H H H H H H H H N N N N Figura 3 James Watson (à esquerda) e Francis rick (à direita) ao lado do modelo do DN construído por eles em 1953 e pelo qual ganharam o Prêmio Nobel de Medicina ou Fisiologia em N N H H N N N N H H H H uanina () 5 Figura 5 Modelo tridimensional do DN com os átomos representados por esferas. Latinstock 2 Duplicação semiconservativa do DN Uma característica essencial do DN é sua capacidade de duplicação, isto é, de gerar duas moléculas idênticas, cada uma delas com a mesma sequência de bases nitrogenadas presente na molécula original. processo de duplicação é organizado e complexo, envolvendo dezenas de enzimas celulares, com destaque para a polimerase do DN, que catalisa a união entre os desoxirribonucleotídios que constituem as moléculas duplicadas. Na duplicação do DN, as duas cadeias que constituem a dupla-hélice original separam-se e cada uma delas orienta a produção da cadeia complementar. processo é conhecido como duplicação semiconservativa, pois cada uma das duas moléculas de DN recém-formadas conserva uma das cadeias da molécula-mãe e forma uma cadeia nova, complementar à que lhe serviu de molde. o final do 5

6 processo existirão duas moléculas de DN idênticas, cada uma constituída por uma cadeia proveniente da molécula original e por uma cadeia nova, recém-sintetizada a partir da união de nucleotídios livres presentes na célula (figura 6). 6 Esquema da duplicação semiconservativa do DN. molécula de DN é constituída por duas cadeias polinucleotídicas unidas por pontes de hidrogênio entre suas bases nitrogenadas.. ada cadeia antiga serve de molde para a construção de uma cadeia nova, determinando a ordem em que devem se encaixar os nucleotídios sobre ela. B. primeira etapa no processo de duplicação do DN é o rompimento das pontes de hidrogênio e a separação das duas cadeias. 3 Relação entre DN, cromossomos e genes cromossomo é formado por uma única molécula de DN associada a proteínas. molécula de DN cromossômico pode atingir até 10 cm de comprimento e apresentar mais de 150 milhões de pares de nucleotídios. enes são regiões específicas da molécula de DN que podem abranger desde poucas dezenas de pares de nucleotídios até milhões deles. ada gene determina a produção de uma molécula específica de RN ao transcrever seu código molecular para ela. Muitas das moléculas de RN que a célula produz orientam a síntese de proteínas; nessa síntese, a informação codificada no RN é traduzida na sequência de aminoácidos que caracteriza uma molécula proteica. Hoje se sabe que apenas pequena parte do DN dos seres eucarióticos é constituída por genes, isto é, por sequências que transcrevem moléculas de RN. Nos cromossomos humanos, por exemplo, calcula-se que apenas 3% do DN constituem genes; os 97% restantes são sequências de nucleotídios que não produzem RN e cuja função ainda não é bem conhecida, constituindo o chamado DN não codificante (ou DN-lixo). D. s nucleotídios ordenados sobre a cadeia-molde unem-se entre si formando uma nova cadeia complementar à antiga. o final do processo são produzidas duas moléculas de DN idênticas, cada uma delas constituída por uma cadeia antiga e por uma cadeia nova. Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de VÊ SBI? DN não codificante pode desempenhar funções importantes na estrutura e no funcionamento dos cromossomos. centrômero, por exemplo, é formado por um tipo de DN não codificante fundamental para a distribuição correta dos cromossomos às células-filhas, durante as divisões celulares. lguns cientistas acreditam que parte do DN não codificante pode ter perdido sua função ao longo da evolução, permanecendo no núcleo como lembranças do passado. Descobertas recentes têm mostrado que certas regiões do DN não codificante desempenham papel regulador na atividade de certos genes. 6

7 genoma conjunto de moléculas de DN de um organismo eucariótico pode ser comparado a uma coleção de livros de receitas genéticas: cada livro corresponderia à molécula de DN de um cromossomo e cada receita seria um gene. ada livro genético, representado por um cromossomo, contém relativamente poucas receitas, isto é, poucos genes; a maior parte do texto do livro é constituída por letras que não formam palavras, ou seja, sem informação para a produção de RN ou proteína, constituindo o DN não codificante (figura 7). 7 níveis de organização de um cromossomo e localização de genes em seu DN SPL/Latinstock Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de Filamento cromossômico básico Esqueleto proteico do cromossomo Esquema elaborado com base em: riffiths,. e cols., rão de histona envolto por DN (nucleossomo) DN enes DN não codificante Segmento de DN com informação para RN Figura 7 micrografia mostra cromossomos humanos de uma célula em divisão ao microscópio eletrônico de varredura (aumento * #). esquema representa ampliações sucessivas de desdobramento de um cromossomo, mostrando, progressivamente, o filamento cromossômico básico, a relação entre o DN e as histonas e, finalmente, genes e DN não codificante. Exercícios dos conceitos 1 Qual das alternativas melhor define um gene? a) mesmo que cromossomo. b) Qualquer segmento de molécula de DN. c) conjunto de moléculas de DN de uma espécie. d) Um segmento de molécula de DN que transcreve um RN. 2 material hereditário dos seres vivos é a) a desoxirribose. c) o ácido ribonucleico (RN). b) o ácido desoxirribonucleico (DN). d) a base nitrogenada. 7

8 onsidere as alternativas a seguir para responder às questões de 3 a 5. a) Base nitrogenada b) Desoxirribose c) Nucleotídio d) Uracila 3 Qual é o nome de cada uma das unidades (monômeros) que constituem o polímero conhecido pela sigla DN? Nucleotídio 4 Qual das substâncias apresentadas é capaz de formar pontes de hidrogênio e está presente no DN? Base nitrogenada 5 omo se denomina o glicídio com cinco átomos de carbono (pentose) que entra na composição do DN? Desoxirribose 6 modo pelo qual uma molécula de DN se reproduz é chamado de a) duplicação conservativa. c) reprodução assexuada. b) duplicação semiconservativa. d) reprodução sexuada. 7 polimerase do DN é uma enzima que a) separa as duas cadeias de um DN. b) atua na produção de nucleotídios. c) sintetiza RN a partir de um molde de DN. d) promove a união entre desoxirribonucleotídios. 8 Dizer que as duas cadeias de uma molécula de DN são complementares significa que a) elas têm os mesmos tipos de bases nitrogenadas. b) uma delas é formada apenas pelas bases e, e a outra, por e. c) uma delas é formada apenas pelas bases e, e a outra, por e. d) onde houver uma base em uma delas, haverá uma base na outra, e onde houver uma base em uma cadeia, haverá uma base na outra. Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de Um pesquisador determinou que a sequência de bases de um segmento de molécula de DN é. sequência de bases do segmento correspondente da cadeia complementar a) será. c) será. b) será. d) não pode ser determinada Um cromossomo possui a) inúmeras moléculas de DN intercaladas com moléculas de proteína. b) inúmeras moléculas de DN intercaladas com moléculas de RN. c) inúmeras moléculas de DN intercaladas com complexos de RN e proteínas. d) uma única molécula de DN que o percorre de ponta a ponta.

9 Professor: s resoluções destes exercícios estão disponíveis no Plano de ulas deste módulo. onsulte também o Banco de Questões e incentive os alunos a usar o Simulador de estes. Retomada dos conceitos Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de (Enem-ME) identificação da estrutura do DN foi fundamental para compreender seu papel na continuidade da vida. Na década de 1950, um estudo pioneiro determinou a proporção das bases nitrogenadas que compõem moléculas de DN de várias espécies. Exemplos de materiais analisados Espermatozoide humano Bases nitrogenadas denina uanina itosina imina 30,7% 19,3% 18,8% 31,2% Fígado humano 30,4% 19,5% 19,9% 30,2% Medula óssea de rato Espermatozoide de ouriço-do-mar 28,6% 21,4% 21,5% 28,5% 32,8% 17,7% 18,4% 32,1% Plântulas de trigo 27,9% 21,8% 22,7% 27,6% Bactéria E. coli 26,1% 24,8% 23,9% 25,1% comparação das proporções permitiu concluir que ocorre emparelhamento entre as bases nitrogenadas e que elas formam a) pares de mesmo tipo em todas as espécies, evidenciando a universalidade da estrutura do DN. b) pares diferentes de acordo com a espécie considerada, o que garante a diversidade da vida. c) pares diferentes em diferentes células de uma espécie, como resultado da diferenciação celular. d) pares específicos apenas nos gametas, pois essas células são responsáveis pela perpetuação das espécies. e) pares específicos somente nas bactérias, pois esses organismos são formados por uma única célula. 2 (UFPE) onsiderando que na figura a seguir tem-se uma representação plana de um segmento da molécula de DN, analise as proposições a seguir: I I II II 1. Um nucleotídeo é formado por um grupo fosfato (I), uma molécula do açúcar desoxirribose (II) e uma molécula de base nitrogenada. 2. Um nucleotídio com timina () em uma cadeia pareia com um nucleotídio com adenina () em outra cadeia. II II I I 3. Um nucleotídio com guanina () em uma cadeia pareia com um nucleotídio com citosina () em outra cadeia. 4. Pontes de hidrogênio se estabelecem entre as bases nitrogenadas e e entre as bases nitrogenadas e. Está(ão) correta(s): a) 1 apenas. c) 1, 2 e 3 apenas. e) 1, 2, 3 e 4. b) 2 e 3 apenas. d) 2, 3 e 4 apenas. 3 (UF-E) Leia o texto a seguir. mamífero-símbolo da Idade do elo provavelmente tinha dois tipos de pelagem: castanho- -escuro e loiro. inferência vem diretamente do DN do mamute-lanoso (Mammuthus primigenius), de exemplares mortos há 43 mil anos na Sibéria. É uma das primeiras vezes em que os genes de um bicho extinto dão pistas sobre características suas em vida. Mamutes podem ter tido pelo loiro, sugere análise de DN. Folha de S.Paulo, 7 jul Em relação às características genéticas desse mamífero, é possível afirmar corretamente que: a) seus genes estavam dispostos em cromossomos circulares. b) seu DN era composto por bases nitrogenadas, ribose e fosfato. c) seus genes estavam organizados nos plasmídeos. d) suas moléculas de DN apresentavam estrutura helicoidal. e) seus genes para o tipo de pelagem localizavam-se no DN mitocondrial. 4 (Uespi) Em um experimento, foi observado que, no DN de um determinado organismo, o conteúdo de citosina era de 30%. ssinale na tabela abaixo a alternativa que indica corretamente os percentuais de guanina, adenina e timina. uanina denina imina a) 15% 35% 35% b) 20% 25% 25% c) 30% 20% 20% d) 10% 10% 10% e) 35% 25% 10% 5 (UFSM-RS) Em relação ao pareamento típico de bases na molécula de DN, assinale a alternativa correta. a) 6 ; 5 ; 5 ; 6 ; 5 ; 6 ; 6 b) 6 ; 5 ; 5 ; 6 ; 5 ; 6 ; 6 c) 6 ; 5 ; 5 ; 6 ; 5 ; 6 ; 6 d) 6 ; 5 ; 6 ; 5 ; 6 ; 6 ; 5 e) 5 ; 5 ; 5 ; 5 ; 6 ; 6 ; 5 9

10 PÍUL2 Modo de ação dos genes 1 ranscrição gênica 10 s genes segmentos de DN com informação para a síntese de proteínas transcrevem seu código molecular para moléculas de RN. Nesse processo, denominado transcrição gênica, as duas cadeias do DN do gene separam-se e uma delas serve de molde para a molécula de RN. Nucleotídios de RN livres na célula são agregados a cadeia de DN transcrevente e unem-se para originar o RN. produção de RN a partir de DN é catalisada pela enzima polimerase do RN; essa enzima une-se a uma das extremidades do gene e começa a se- 1 Esquema da transcrição gênica U U. molécula de DN é constituída por duas cadeias polinucleotídicas unidas por suas bases nitrogenadas.. Uma das cadeias do DN serve de molde para a formação do RN, determinando a ordem em que devem se unir os ribonucleotídios. outra cadeia do DN permanece inativa, esperando o final do processo. Figura 1 síntese de RN tendo como molde o DN é chamada de transcrição gênica. B. primeira etapa no processo de síntese de RN é a separação das duas cadeias do DN que constitui o gene. U U D. s ribonucleotídios ordenados sobre a cadeia-molde unem-se formando uma molécula de RN complementar à cadeia do DN. o final do processo, o RN separa-se da cadeia-molde de DN e esta volta a se unir à sua complementar, reconstituindo a dupla- -hélice de DN. parar as cadeias de DN, ao mesmo tempo que vai orientando o emparelhamento de ribonucleotídios livres junto a uma das cadeias. Esse emparelhamento segue a regra: ribonucleotídios com uracila emparelham- -se às adeninas da cadeia de DN (U 5 ); ribonucleotídios com adenina emparelham-se às timinas do DN ( 5 ); ribonucleotídios com citosina emparelham-se às guaninas do DN ( 6 ); ribonucleotídios com guanina emparelham-se às citosinas do DN ( 6 ). À medida que o emparelhamento ocorre, os ribonucleotídios são unidos entre si por ação da polimerase do RN, originando uma molécula de RN. Esta, à medida que é produzida, desprende-se da cadeia- -molde de DN, a qual volta a se unir à cadeia complementar que não transcreveu (figura 1). sequência de bases nitrogenadas da molécula de RN transcrita reflete rigorosamente a sequência de bases da cadeia de DN que serviu de molde. Por exemplo, uma cadeia de DN com sequência de bases produz um RN com sequência de bases UUUU. Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de 1998.

11 s limites de um gene Você pode estar se perguntando onde começa e onde termina um gene na molécula de DN. Essa pergunta intrigou os cientistas durante muito tempo. tualmente, sabe-se que o início do gene é marcado por sequências especiais de pares de bases nitrogenadas conhecidas como regiões promotoras. Essas sequências determinam os locais do DN onde se encaixam as polimerases do RN para dar início à transcrição gênica. pós se encaixar à região promotora de um gene, a polimerase do RN separa a dupla-hélice de DN e utiliza uma das cadeias como molde para a formação de RN. processo segue até que a polimerase do RN encontre uma sequência específica de bases nitrogenadas, a chamada sequência de término de transcrição, que marca o fim do processo (figura 2). 2 Esquema de um gene ene Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de B D Polimerase do RN Região promotora Principais tipos de RN adeia a partir da qual o RN é transcrito adeia de RN em início de síntese adeia de RN sendo sintetizada adeia de RN completa 3 Sequência de término de transcrição Polimerase do RN livre Figura 2 início do gene é marcado pela região promotora, uma sequência de bases à qual se liga a polimerase do RN; o final do gene é marcado por outra sequência de bases, conhecida como sequência de término de transcrição. o atingir essa sequência, a polimerase do RN desprende-se do DN, finalizando a transcrição gênica. estrutura tridimensional de um RNt fabricação das proteínas celulares demanda a participação de três tipos de RN: RN ribossômico, RN transportador e RN mensageiro. Moléculas de RN ribossômico (RNr) participam, junto com certas proteínas, da estrutura dos ribossomos, grânulos citoplasmáticos nos quais ocorre a síntese das proteínas celulares. RN transportador (RNt) é responsável pelo transporte das moléculas de aminoácidos (que constituirão a proteína) aos ribossomos. Moléculas de RNt são relativamente pequenas e têm duas regiões importantes: em uma das extremidades, há um sítio para a ligação do aminoácido transportado; na região mediana há uma trinca de bases, denominada anticódon, que permite ao RNt se emparelhar temporariamente a uma trinca de bases complementares do RN mensageiro (RNm) (figura 3). nticódon Local de ligação do aminoácido adeia de polirribonucleotídios (RN) dobrada sobre si mesma Figura 3 Uma trinca de bases especial, o anticódon, permite que o RNt se encaixe ao códon complementar do RNm durante a síntese da proteína. U 11

12 Nas moléculas de RN mensageiro (RNm) encontra-se a informação sobre a ordem em que devem ser unidos os aminoácidos constituintes da proteína. Essa informação está codificada na sequência de trincas de bases nitrogenadas ao longo do RNm. ada trinca denominada códon define um dos aminoácidos da proteína. sequência de códons do RNm determina a sequência de participação dos RNt, com seus respectivos anticódons e aminoácidos transportados durante a produção da proteína. Por exemplo, onde houver o códon U no RNm entrará apenas o RNt com o anticódon U, que transporta o aminoácido metionina. Portanto, os RNt atuam na síntese das proteínas como adaptadores, encaixando os aminoácidos de acordo com os códons do RNm. ribossomo, por sua vez, serve de suporte para o acoplamento do RNm e dos RNt e atua como catalisador na formação de ligações peptídicas entre os aminoácidos. Nas células eucarióticas, os três tipos de RN são transcritos a partir do DN cromossômico, no interior do núcleo celular. Nos organismos procarióticos, que não apresentam núcleo, a síntese do RN ocorre no nucleoide, a região da célula onde se localiza o cromossomo desses organismos. 12 s letras na coluna azul correspondem às bases que ocupam a primeira posição na trinca. s letras na linha superior, laranja, correspondem às bases que ocupam a segunda posição na trinca. s letras da coluna em rosa correspondem às bases que ocupam a terceira posição na trinca. código genético correspondência entre os códons do RNm e os aminoácidos da proteína constitui o código genético. s quatro bases nitrogenadas presentes no RNm (, U, e ), reunidas três a três, formam 64 códons distintos. Dos 64 códons, 61 correspondem aos vinte tipos de aminoácido que entram na constituição das proteínas. s três códons restantes não correspondem a nenhum aminoácido e funcionam como pontuação, indicando o final da informação genética na molécula do RNm (tabela 1). Primeira base do códon U abela1. ódigo genético Segunda base do códon U UUU Phe UU Ser UU yr UU ys UU Phe U Ser U yr U ys UU Leu U Ser U pare* U pare* UU Leu U Ser U pare* U rp UU Leu U Pro U His U rg U Leu Pro His rg U Leu Pro in rg U Leu Pro in rg UU Ile U hr U sn U Ser U Ile hr sn Ser U Ile hr Lys rg U Met hr Lys rg UU Val U la U sp U ly U Val la sp ly U Val la lu ly U Val la lu ly breviaturas dos aminoácidos: Phe 5 fenilalanina; Leu 5 leucina; Ile 5 isoleucina; Met 5 metionina; Val 5 valina; Ser 5 serina; Pro 5 prolina; hr 5 treonina; la 5 alanina; yr 5 tirosina; His 5 histidina; ln 5 glutamina; sn 5 aspargina; Lys 5 lisina; sp 5 ácido aspártico; lu 5 ácido glutâmico; ys 5 cisteína; rp 5 triptofano; rg 5 arginina; ly 5 glicina * abreviatura pare corresponde aos códons de parada. U U U U erceira base do códon Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de 1998.

13 código genético é chamado de degenerado porque a maioria dos aminoácidos é codificada por mais de um códon. Há apenas dois aminoácidos codificados por uma única trinca. Há, também, três trincas sem sentido (U, U e U), que não codificam nenhum aminoácido e, sim, sinalizam o final de uma mensagem genética. 2 Mecanismo de síntese de proteínas: tradução gênica VÊ SBI? sistema de codificação genética é basicamente o mesmo em todos os seres vivos e, por isso, se diz que ele é universal. Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de Muitas das moléculas de RN que a célula produz orientam a síntese de proteínas. informação codificada no RN é traduzida na sequência de aminoácidos que caracteriza uma molécula proteica. s proteínas, atuando como enzimas ou participando diretamente da estrutura celular, são de fundamental importância para os seres vivos. processo de síntese de uma cadeia polipeptídica consiste em unir aminoácidos de acordo com a sequência de códons presente em um RNm. omo essa sequência é determinada pelas bases do DN (gene) que serviu de molde ao RNm, a síntese de proteínas representa a tradução da informação do gene, sendo por isso chamada de tradução gênica (figura 4). 4 Esquema da síntese de proteínas adeia-molde do DN para o RN ranscrição gênica adeia-molde do RN para a proteína radução gênica U U U U U ódon ódon ódon ódon enes Molécula de DN DN não codificante Polipeptídio rp Phe ly Ser Ligação peptídica minoácidos Esquema elaborado com base em: ampbell, N. e cols., Início da síntese da cadeia polipeptídica síntese de um polipeptídio tem início com a associação entre um ribossomo, um RNm e um RNt especial, que transporta o aminoácido metionina. Esse RNt, cujo anticódon é U, emparelha-se com um códon U presente perto da extremidade inicial da molécula do RNm. trinca especial U constitui o chamado códon de início de tradução: ele determina o local da molécula do RNm em que se inicia a informação para a cadeia polipeptídica. Figura 4 sequência de bases de uma das cadeias do DN do gene é transcrita na forma de uma molécula de RNm, que, por sua vez, é traduzida em uma cadeia polipeptídica. ada trinca de bases no RNm (códon) corresponde a um aminoácido na proteína. s abreviaturas indicam os aminoácidos: triptofano (rp), fenilalanina (Phe), glicina (ly) e serina (Ser). 13

14 rescimento da cadeia polipeptídica RNt especial que inicia a tradução gênica aloja-se em um local do ribossomo no qual se encontra o códon de início da tradução (U) do RNm. Esse local do ribossomo é o sítio P. Durante o processo da síntese de proteínas, o sítio P é sempre ocupado pelo RNt que carrega a cadeia polipeptídica em formação daí a denominação P, de polipeptídio. o lado do sítio P localiza-se o sítio ; nele se aloja o RNt que carrega o próximo aminoácido a ser incorporado na cadeia polipeptídica em formação. om o primeiro RNt alojado no sítio P, um segundo RNt aloja-se no sítio. anticódon desse segundo RNt será complementar ao segundo códon do RNm, que está sob o sítio. Por exemplo, se o códon do RNm no sítio for UUU, o RNt que nele se aloja terá anticódon e transportará o aminoácido fenilalanina (Phe). 5 Esquema do início da síntese de uma proteína Primeiro aminoácido da proteína RNt Sítio P nticódon RNm Met Figura 5 ribossomo está associado ao RNm, e o primeiro RNt, transportador da metionina, ocupa o sítio P. segundo RNt, transportador da fenilalanina, vai ocupar o sítio e os dois aminoácidos irão se unir pela ligação peptídica. ribossomo se deslocará uma trinca sobre o RNm e o processo se repetirá. RNt Sítio Segundo aminoácido da proteína Ribossomo U U U U U U U U U ódon ódon 1 2 ódon 3 ódon 4 Phe ódon 5 ódon 6 ódon ódon 7 8 ssim que os dois primeiros RNt se encaixam nos sítios P e, o ribossomo catalisa a separação da metionina de seu RNt e sua imediata ligação ao aminoácido transportado pelo segundo RNt, que ocupa o sítio. Em seguida, o ribossomo desloca-se sobre a molécula de RNm, dando um passo correspondente a uma trinca de bases. om isso, o RNt que transportava a metionina desprende-se do RNm e do ribossomo e o RNt que originalmente ocupava o sítio passa a ocupar o sítio P, carregando agora dois aminoácidos unidos por ligação peptídica. sítio do ribossomo torna-se disponível para a entrada do próximo RNt (figura 5). om o deslocamento do ribossomo, o sítio passa a se localizar sobre o terceiro códon do RNm, que orienta a entrada de um RNt com anticódon complementar. ribossomo catalisa a separação do RNt que ocupava o sítio P do dipeptídio que ele transportava. Simultaneamente, ocorre a ligação peptídica entre o segundo aminoácido do dipeptídio e o aminoácido recém-chegado, transportado pelo RNt ocupante do sítio. utra vez o ribossomo dá um passo correspondente a uma trinca de bases. om isso, o RNt sem aminoácidos se solta, e o sítio P passa a ser ocupado pelo terceiro RNt, que agora transporta um tripeptídio (uma cadeia de três aminoácidos). sítio, agora localizado sobre o quarto códon do RNm, fica disponível para receber o próximo RNt com seu respectivo aminoácido. ssim, à medida que o ribossomo se desloca sobre o RNm, a cadeia polipeptídica cresce. Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de érmino da síntese da cadeia polipeptídica 14 último estágio da síntese de um polipeptídio ocorre quando o ribossomo chega a um códon de parada, ou seja, a um dos três códons para os quais não há aminoácido correspondente. Quando isso ocorre, o sítio do ribossomo é ocupado por uma proteína denominada fator de liberação e todos os participantes do processo se separam, inclusive as duas subunidades do ribossomo, soltando a cadeia polipeptídica recém-formada.

15 processo de síntese das proteínas é rigorosamente ordenado e garante a sequência correta de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica codificada originalmente no gene (figura 6). 6 Esquema do início da síntese de uma proteína Met Phe Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de Met Phe Met Phe ly ly Met Phe rg ly Figura 6 Em, de cima para baixo, representação dos estágios sucessivos do encadeamento dos aminoácidos para formar a cadeia polipeptídica. É a sequência de códons no RNm que determina a ordem em que os aminoácidos devem se unir. Em B, visão geral do processo de síntese de proteínas que ocorre no ribossomo, desde que ele se une ao RNm (estágio 1) até que suas subunidades se separam (estágio 5), liberando a cadeia polipeptídica completamente formada. 15

16 16 Reflita Você consegue imaginar qual seria a vantagem da tradução ocorrer em polirribossomos? Pense em termos de a célula fabricar proteínas de certo tipo com rapidez e eficácia. Desenhe um polirribossomo e junte, nesse mesmo desenho, os estágios de 1 a 5 da figura 6 apresentada na página anterior. VÊ SBI? s proteínas, além de sua importante função estrutural, também constituem enzimas, que controlam praticamente todas as reações metabólicas das células. Logo, ao controlar a produção das proteínas, os genes exercem o controle das características e das atividades das células e, portanto, das características do indivíduo. Polirribossomos À medida que um ribossomo desloca-se sobre um RNm, traduzindo sua mensagem em uma cadeia polipeptídica, outro ribossomo pode iniciar simultaneamente a tradução do mesmo RNm. Vários ribossomos podem se encaixar sucessivamente no início de um RNm, percorrendo-o e saindo na extremidade oposta, todos sintetizando o mesmo tipo de cadeia polipeptídica. É comum encontrar de dez a vinte ribossomos traduzindo simultaneamente um mesmo RNm. ada ribossomo tem uma cadeia polipeptídica em formação, cujo tamanho depende do trecho já percorrido no RNm. conjunto formado por vários ribossomos traduzindo um mesmo RNm é chamado de polirribossomo, ou polissomo. 3 enes procarióticos e eucarióticos s cientistas definem como unidade de transcrição um segmento de DN delimitado por uma sequência promotora e por uma sequência de término de transcrição. Em organismos procarióticos como as bactérias, a molécula de RNm transcrita por uma unidade de transcrição contém, em geral, informações para a síntese de mais de uma cadeia polipeptídica, correspondendo, portanto, a mais de um gene. Por exemplo, em Escherichia coli, os genes que codificam as enzimas beta-galactosidase, galactosídio-permease e acetilase são transcritos em uma única molécula de RNm. s ribossomos traduzem as regiões do RNm correspondentes a cada um dos genes de modo independente, gerando três polipeptídios diferentes, que constituem as três proteínas enzimáticas citadas. Em bactérias, a sequência de aminoácidos de um polipeptídio corresponde exatamente à sequência de bases do segmento de DN que foi transcrito para o RNm. s cientistas costumam dizer, por isso, que em bactérias há colinearidade entre as cadeias polipeptídicas e os segmentos de DN que as codificam. Nos organismos eucarióticos, a regra é cada unidade de transcrição transcrever um RNm com informação para um único tipo de polipeptídio, correspondendo, portanto, a um único gene. maioria das cadeias polipeptídicas não é perfeitamente colinear à sequência de bases do DN que as codifica. razão disso é que a informação para a síntese de proteínas nos genes eucarióticos é geralmente interrompida por trechos da molécula que não codificam aminoácidos. enes interrompidos em organismos eucarióticos Uma analogia pode ajudar a compreender esses conceitos de genes interrompidos e não interrompidos. Imagine o texto de um livro que contenha uma dada informação e que possa ser lido sem interrupções; podemos compará-lo a uma instrução genética bacteriana, em que a sequência de bases do DN corresponde exatamente à sequência de aminoácidos da proteína. Imagine agora que introduzíssemos, em determinados pontos desse texto, palavras, frases ou parágrafos sem sentido; a informação original continuará lá, porém interrompida por trechos sem significado, que têm de ser eliminados para que a informação seja compreendida. Essa segunda situação é análoga aos genes eucarióticos, nos quais as informações genéticas são interrompidas por sequências de nucleotídios desprovidas de qualquer informação para a síntese de polipeptídios (figuras 7 e 8). Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de 1998.

17 7 unidade de transcrição em seres procarióticos SERES PRRIÓIS UNIDDE DE RNSRIÇÃ 8 unidade de transcrição em seres eucarióticos SERES EURIÓIS UNIDDE DE RNSRIÇÃ ene 1 ene 2 ene 3 ene DN DN ranscrição gênica Pré-RNm ranscrição gênica RNm Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de Proteína radução gênica radução gênica radução gênica Polipeptídio 1 Polipeptídio 2 Polipeptídio 3 Figura 7 Uma unidade de transcrição em bactéria contém instrução para a síntese de três polipeptídios diferentes. Íntrons e éxons PREÍN RNm Polipeptídio radução gênica Figura 8 Uma unidade de transcrição típica de organismos eucarióticos contém instrução para um único polipeptídio. Em 1978, o geneticista norte-americano Walter ilbert (1932- ) propôs os termos éxon (do inglês expressed region, região expressa) para designar as regiões de um gene eucariótico que são traduzidas em sequências de aminoácidos e íntrons (do inglês intragenic region, região intragênica) para designar as regiões não traduzidas, localizadas entre os éxons (figura 9). 9 organização de um gene não interrompido de uma bactéria e de um gene interrompido de organismo eucariótico ene eucariótico ene bacteriano Éxon 1 Íntron Éxon 2 Íntron Éxon 3 DN Polipeptídio Polipeptídio 17

18 VÊ SBI? gene que codifica a proteína distrofina, presente nos músculos, produz um pré-rnm com cerca de 2 milhões de nucleotídios. Esse RN tem 78 íntrons, cuja remoção origina um RNm com apenas 14 mil nucleotídios. Na maioria das situações, a quantidade de ínt r o n s é b e m m e n o r, m a s, mesmo assim, os éxons constituem menos da metade de um pré-rnm. Splicing genético: corte e emenda do RN polimerase do RN, ao percorrer uma unidade de transcrição eucariótica, transcreve tanto as regiões dos éxons quanto as dos íntrons, produzindo uma molécula de RN correspondente a toda unidade de transcrição. Essa molécula de RN recém-transcrita é chamada de pré-rn mensageiro (pré-rnm). inda dentro do núcleo, a molécula de RN recém-sintetizada passa por uma série de modificações químicas até ser transformada no RNm que irá para o citoplasma, onde participa da síntese de proteínas. Entre as modificações pelas quais passa o pré-rnm, a mais notável é a remoção dos íntrons, as porções que não codificarão aminoácidos na proteína a ser produzida. processo de remoção dos íntrons de uma molécula de pré-rnm recebeu a denominação, em inglês, de splicing, termo que poderia ser traduzido por corte e emenda. processo de corte e emenda do pré-rnm é realizado por complexos de partículas e enzimas nucleares conhecidos como spliciossomos. s partículas que compõem o spliciossomo são constituídas por proteínas e por pequenas moléculas de um tipo especial de RN, conhecido como snrn (do inglês small nuclear RN, pequenos RN nucleares). No splicing do RN, partes do spliciossomo reconhecem as duas extremidades de um íntron e se ligam a elas. Em seguida, as partículas spliciossômicas se unem, aproximando as extremidades do íntron. molécula de pré-rnm é, então, cortada nos limites do íntron e os dois éxons adjacentes são imediatamente unidos entre si. pós a eliminação de todos os íntrons, o RN constituído apenas por éxons e, portanto, com a instrução genética devidamente editada passa para o citoplasma, onde se reúne aos ribossomos para ser traduzido em proteína. Enquanto todos os íntrons não são eliminados do RN, ele não consegue sair do núcleo; isso impede que mensagens ainda não completamente editadas sejam eventualmente traduzidas pelos ribossomos (figura 10). 10 Esquema do processo de splicing Pré- -RNm DN ÉXN 1 ranscrição gênica ÍNRN ÉXN 2 ÍNRN ÉXN 1 ÉXN 2 Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de Formação do spliciossomo Spliciossomos ÍNRN (eliminado) Splicing 18 Figura 10 esquema mostra o processo de corte e emenda (splicing) que ocorre na formação dos RNm dos organismos eucarióticos. RNm ÉXN 1 ÉXN 2

19 Splicing alternativo do RN Recentemente determinou-se a sequência de bases nitrogenadas do DN dos 24 tipos de cromossomos humanos (22 autossomos e os cromossomos sexuais X e Y), estimando-se em cerca de 25 mil o número de genes de nossa espécie. Sabe-se, no entanto, que o corpo humano contém, pelo menos, entre 100 mil e 150 mil tipos diferentes de proteína. omo explicar essa disparidade? Não deveria haver um gene para cada polipeptídio? s cientistas descobriram que uma mesma molécula de pré-rnm pode sofrer tipos diferentes de splicing nos diversos tipos celulares. Em outras palavras, em diferentes tipos de célula pode haver diferentes tipos de segmentos eliminados, de modo que o mesmo pré-rnm é cortado e montado de diferentes maneiras, dependendo do tipo de célula. Esse fenômeno é chamado de splicing alternativo (figura 11). 11 Esquema do processo de splicing alternativo em dois tipos de células Proteína Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de ÉLUL IP ÉLUL IP B Pré-RNm Pré-RNm radução gênica Splicing Íntron ranscrição gênica Éxon I Éxon II Éxon III Éxon IV Éxon V ranscrição gênica Splicing radução gênica Proteína B s cientistas calculam que mais de 60% dos genes humanos apresentam splicing alternativo, o que explicaria por que o número de tipos de proteínas humanas é tão superior ao número de genes. VÊ SBI? Na mosca Drosophila melanogaster foi descoberto um segmento de DN (gene) que pode originar milhares de RNm diferentes por meio do splicing alternativo. Esse gene, conhecido pela sigla Dscam, é constituído por 115 éxons e por um número correspondente de íntrons; as proteínas codificadas por seus RN mensageiros localizam-se na membrana dos axônios das células nervosas da mosca e são responsáveis por conectar essas células entre si, participando da transmissão dos impulsos nervosos. Figura 11 esquema m o s t r a o p r o cesso de splicing alternativo de um pré-rn mensageiro (no centro) em dois tipos de célula, o que resulta em dois tipos diferentes de proteína, e B. Na célula, o éxon II foi removido pelo splicing; assim, esse segmento não está presente no RNm e, portanto, não codifica aminoácidos na proteína. Na célula B, por outro lado, o splicing removeu o éxon III e o RNm gerado codifica outra proteína. 19

20 Exercícios dos conceitos 1 Ácido ribonucleico é a) sempre uma molécula com duas cadeias unidas em dupla-hélice. b) o nome dos monômeros que formam o RN. c) um polímero de ribonucleotídios. d) sinônimo de DN. 2 glicídio presente no RN é a a) desoxirribose. c) timina. b) ribose. d) uracila. 3 polimerase do RN é uma enzima que a) sintetiza a base nitrogenada uracila. b) atua na síntese dos ribonucleotídios. c) sintetiza RN a partir de um DN. d) promove a união entre desoxirribonucleotídios. 4 sequência de bases nitrogenadas do DN à qual se liga a polimerase do RN, para iniciar a síntese de RN, é chamada de a) anticódon. b) códon. c) região promotora. d) sequência de término de transcrição. 5 RN transportador (RNt) é sintetizado a) no cromossomo, tendo como molde o DN. b) no cromossomo, tendo como moldes proteínas. c) no ribossomo, tendo como molde o RNr. d) no nucléolo, tendo como molde o RNm. Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de RN mensageiro (RNm) é sintetizado a) no cromossomo, tendo como molde o DN. b) no cromossomo, tendo como moldes proteínas. c) no ribossomo, tendo como molde o RNr. d) no nucléolo, tendo como molde o RNm. onsidere as alternativas a seguir para responder às questões de 7 a 10. a) Ribossomo c) RN ribossômico b) RN mensageiro d) RN transportador 7 Qual é o polinucleotídio que possui a informação para a proteína a ser produzida na tradução gênica? RN mensageiro 20

21 8 omo se chama a molécula responsável pela condução dos aminoácidos até o local da transcrição gênica? RN transportador 9 omo se denomina a estrutura constituída por proteína e ácido nucleico que dá suporte e catalisa a síntese de proteínas nas células vivas? Ribossomo 10 Qual é o polinucleotídio que, associado a proteínas, forma as partículas citoplasmáticas nas quais ocorre a tradução gênica? RN ribossômico onsidere as alternativas a seguir para responder às questões de 11 a 13. a) nticódon c) ódon b) ódigo genético d) Fator de liberação Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de omo se denomina o sistema de correspondência entre trincas de bases nitrogenadas do RN mensageiro e aminoácidos na proteína? ódigo genético 12 Qual é o nome de cada trinca de bases no RN mensageiro que determina a incorporação de um aminoácido na cadeia polipeptídica em formação? ódon 13 Qual é o nome da trinca de bases do RN transportador que corresponde a uma trinca do RN mensageiro? nticódon onsidere as alternativas a seguir para responder às questões 14 e 15. a) nticódon c) Região promotora b) ódon d) Sequência de término de transcrição 14 omo se chama a sequência de bases nitrogenadas do DN à qual se liga a polimerase do RN para dar início à síntese do RN? Região promotora 15 Que nome se dá ao conjunto de bases nitrogenadas do DN que indica o fim de um gene? Sequência de término de transcrição 16 Um segmento de DN delimitado por uma região promotora e por uma sequência de término de transcrição é sempre a) um códon. c) um gene. b) um anticódon. d) uma unidade de transcrição. 21

22 17 Uma cadeia polipeptídica é sintetizada por a) apenas um ribossomo, que se desloca sobre o RN mensageiro desde um códon U até um códon de parada. b) apenas um ribossomo, que se desloca sobre o RN mensageiro desde a região promotora até um anticódon. c) inúmeros ribossomos, que se dispõem em sequência sobre o RN mensageiro, cada um deles associado a um códon. d) inúmeros ribossomos, que se dispõem em sequência sobre o RN mensageiro, cada um deles associado a dois códons vizinhos. 18 Um polirribossomo (ou polissomo) é um conjunto de ribossomos a) associados ao segmento de DN responsável pela síntese do RNr. b) deslocando-se sobre um RN mensageiro, cada um deles produzindo uma cadeia polipeptídica. c) dispostos em sequência sobre um RN mensageiro, todos contribuindo para produzir uma única cadeia polipeptídica. d) associados a diversas moléculas de RN mensageiro. 19 genoma de organismos eucarióticos contém relativamente poucos segmentos de DN codificante (genes) e grande quantidade de DN não codificante. que distingue um gene de um segmento de DN não codificante é o fato de o gene a) possuir bases nitrogenadas em sua composição. b) ser constituído por uma cadeia de DN e outra de RN. c) ser constituído por uma cadeia de DN e por uma cadeia polipeptídica. d) possuir uma região promotora que indica onde deve ter início a transcrição gênica. 20 Uma molécula de RN mensageiro capaz de codificar duas ou mais cadeias polipeptídicas é típica de a) célula bacteriana. b) célula eucariótica. c) tanto de célula bacteriana quanto de célula eucariótica. d) de seres com mutações cromossômicas. Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de Um RN que apresenta em sua estrutura sequências de bases nitrogenadas que serão traduzidas em sequências de aminoácidos, intercaladas com sequências de bases nitrogenadas que não serão traduzidas em proteínas, é típico de células a) bacterianas. b) eucarióticas e está presente apenas no citoplasma. c) eucarióticas e está presente apenas no núcleo. d) eucarióticas e está presente tanto no núcleo quanto no citoplasma spliciossomo é um complexo de RN e proteínas encontrado a) em qualquer tipo celular. b) apenas em bactérias. c) apenas no núcleo de células eucarióticas. d) apenas no citoplasma de células eucarióticas.

23 23 sequência a seguir representa uma molécula de RN mensageiro cuja tradução ocorre da esquerda para a direita. UUUUUUUUUU endo por base a tabela de código genético, na página 12, determine: a) o códon a partir do qual será iniciada a cadeia polipeptídica; U, que corresponde ao códon de início da tradução e codifica o aminoácido metionina. b) o último códon com aminoácido correspondente na cadeia polipeptídica; U, que corresponde ao códon de parada. c) a sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica codificada por esse RN. Metionina leucina leucina treonina isoleucina. Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de Escreva a sequência de bases das duas cadeias do DN a partir do qual foi transcrito o RN mencionado na questão anterior, indicando qual das cadeias foi transcrita pela polimerase do RN. s duas cadeias de DN são: cadeia transcrita é a primeira. Professor: s resoluções destes exercícios estão disponíveis no Plano de ulas deste módulo. onsulte também o Banco de Questões e incentive os alunos a usar o Simulador de estes. Retomada dos conceitos 1 (UEMS) om relação ao ácido ribonucleico (RN), é correta a afirmação: a) molécula de RN possui aspecto de dupla- -hélice. b) Quanto às bases nitrogenadas, o RN não difere das bases que formam a molécula de DN. c) síntese de moléculas de RN ocorre a partir de moléculas de RN. d) Quanto às bases nitrogenadas, o RN é composto por adenina, guanina, citosina, uracila. e) É encontrado apenas no núcleo das células associado às proteínas. 2 (Uece) om relação à composição das moléculas, o RN e o DN diferem entre si quanto ao tipo de: a) açúcar apenas. b) base nitrogenada e de açúcar apenas. c) base nitrogenada e de fosfato apenas. d) base nitrogenada, açúcar e de fosfato. 3 (UEMS) DN e o RN são polímeros de unidades químicas denominadas nucleotídeos. Um nucleotídeo de uma molécula de DN (ácido desoxirribonucleico) é formado pela reunião de: a) ribose, ácido fosfórico e uracila. b) desoxirribose, ácido fosfórico e uma base nitrogenada. c) adenina, uracila e guanina. d) desoxirribose, uracila e fosfato. e) pentose, guanina e uracila. 4 (UFRN) Uma proteína X codificada pelo gene Xp é sintetizada nos ribossomos a partir de um RNm. Para que a síntese aconteça, é necessário que ocorram, no núcleo e no citoplasma, respectivamente, as etapas de a) iniciação e transcrição. b) iniciação e terminação. c) tradução e terminação. d) transcrição e tradução. 23

24 5 (Ufam) s moléculas de RNm contêm sequências de trincas de nucleotídeos que indicam a ordem que os aminoácidos devem ser ligados para fabricar determinada proteína. ada trinca do RNm que especifica um aminoácido é chamada de a) códon. c) éxon. e) cátions. b) sítio. d) íntron. 6 (Uece) Um oligopeptídeo que possui a molécula metionina, que é codificada pelo códon U, pode ter sido codificado por um segmento de DN que NÃ possui a) adenina. c) guanina. b) citosina. d) timina. 7 (UF-PB) manipulação de ácidos nucleicos tem gerado biotecnologias de grande utilidade para a humanidade (clonagem transgênica). nalise as afirmativas sobre o funcionamento desses ácidos e assinale a INRRE. I. ranscrição gênica é o processo de fabricação de RN a partir de um modelo de DN. II. s moléculas de DN são capazes de se reproduzir por meio de um processo conhecido como duplicação semiconservativa. III. Se uma cadeia de DN apresenta a sequência de bases, a outra cadeia apresenta na região correspondente a sequência complementar. IV. RN diferencia-se do DN principalmente por possuir como açúcar a ribose e a base nitrogenada uracila em lugar da timina. V. ada aminoácido é codificado por um grupo de quatro bases chamado de códon. Está INRRE a afirmativa: a) I. b) II. c) III. d) IV. e) V. 8 (Unifesp) s códons, U e U do RN mensageiro codificam, respectivamente, os aminoácidos arginina, leucina e treonina. sequência desses aminoácidos na proteína correspondente ao segmento do DN que apresenta a sequência de nucleotídeos será, respectivamente, a) treonina, arginina, leucina. b) arginina, leucina, treonina. c) leucina, arginina, treonina. d) treonina, leucina, arginina. e) leucina, treonina, arginina. 9 (Unifor-E) onsidere um RN transportador cujo anticódon é U. códon correspondente no RN mensageiro e a trinca de nucleotídeos na fita do DN que é transcrita são, respectivamente, a) e. b) e U. c) U e. d) U e. e) e. 10 (Unioeste-PR) Escolha a alternativa cujas associações entre as duas colunas estão todas corretas. a) ódigo genético b) Polissomo c) radução d) ódon e) nticódon a) a-v; b-iii; c-ii; d-i; e-iv b) a-iii; b-ii; c-ii; d-v; e-iv c) a-v; b-iv; c-iii; d-ii; e-i d) a-iv; b-i; c-ii; d-iii; e-v e) a-i; b-ii; c-iii; d-iv; e-v I. onjunto de ribossomos que traduzem simultaneamente um único RNm. II. Síntese de proteínas a partir da leitura de RNm. III. rinca de nucleotídeos, em RNm, que codifica um aminoácido. IV. orrespondência entre códons e aminoácidos por eles codificados. V. rinca de nucleotídeos no RNt, complementar ao RNm. 11 (Unitins-) s atividades celulares são orientadas pelas informações contidas no DN, que são decodificadas em proteínas através dos mecanismos de transcrição e tradução. que faz uma baleia parecer uma baleia são suas proteínas. ssim, as proteínas determinam as funções vitais da baleia, como de todos os seres vivos. Para ditar o desenvolvimento de um organismo, a informação do DN deve, de algum modo, ser convertida em proteínas. Essa conversão ocorre porque o DN contém um código genético para os aminoácidos que compõem as proteínas. Nesse código, cada aminoácido é representado por uma sequência de pares de bases, e essa sequência é refletida na sequência de aminoácidos reunidos em uma cadeia proteica. ssim, traduzir o código genético significa passar o código de sequência de bases para uma sequência de aminoácidos. Desse modo, o DN é decodificado na forma de uma proteína estrutural ou enzimática que, por sua vez, é responsável por uma característica do organismo. Podemos afirmar que: I. Esta decodificação se faz através da leitura de sequências de três nucleotídeos, chamados códons, que especificam aminoácidos. II. s códons diferem entre diferentes táxons de seres vivos; há códons que não codificam aminoácidos. III. decodificação ocorre no citoplasma celular, em estruturas chamadas ribossomos, a partir de uma fita simples de DN que deixa momentaneamente o núcleo somente para tal função. IV. ada códon traduz apenas um aminoácido. V. lguns aminoácidos são codificados por mais de um códon. isso chamamos degeneração do código, o que possivelmente traz maior estabilidade contra mutações no DN. Indique a alternativa em que todas as afirmativas são falsas. a) I e III c) II e III b) II, III e IV d) II, III e V Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de

25 Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de (UEM) figura a seguir representa etapas da síntese de uma mesma proteína. minoácido Deslocamento do ribossomo U U U U U U U U U U U U U U Pro Met U yr la Pro Met yr ódon de terminação s informações contidas na figura acima e os conhecimentos que você possui sobre o assunto só não permitem afirmar que a) na sequência serão incorporados 5 aminoácidos. b) a trinca do DN para o códon de iniciação da sequência é U. c) o processo é realizado por todas as células e denomina-se tradução. d) a trinca livre (U) no RN que leva a tirosina (YR) é denominada anticódon. 13 (Unifesp) jornal Folha de S.Paulo ( ) noticiou que um cientista espanhol afirmou ter encontrado proteínas no ovo fóssil de um dinossauro que poderiam ajudá-lo a reconstituir o DN desses animais. a) Faça um esquema simples, formado por palavras e setas, demonstrando como, a partir de uma sequência de DN, obtém-se uma proteína. b) partir de uma proteína, é possível percorrer o caminho inverso e chegar à sequência de DN que a gerou? Justifique. 14 (Fuvest-SP) seguir está representada a sequência dos 13 primeiros pares de nucleotídios da região codificadora de um gene primeira trinca de pares de bases nitrogenadas à esquerda corresponde ao aminoácido metionina. tabela a seguir mostra alguns códons do RN mensageiro e os aminoácidos codificados por cada um deles: ódon do RNm U U U U U U minoácido treonina serina metionina prolina leucina ácido aspártico glicina serina triptofano a) Escreva a sequência de bases nitrogenadas do RN mensageiro, transcrito a partir desse segmento de DN. b) Utilizando a tabela de código genético fornecida, indique a sequência dos três aminoácidos seguintes à metionina no polipeptídio codificado por esse gene. c) Qual seria a sequência dos três primeiros aminoácidos de um polipeptídio codificado por um alelo mutante desse gene, originado pela perda do sexto par de nucleotídios (ou seja, a deleção do par de bases 5 )? 15 (UFF-RJ) código genético dos seres vivos já foi completamente desvendado. partir da informação da sequência de nucleotídeos do RN mensageiro (mrn) é possível deduzir a sequência de aminoácidos da proteína sintetizada. Sabe-se que, dos 20 aminoácidos, apenas a metionina e o triptofano são codificados por somente um único códon. s sequências de nucleotídeos e de aminoácidos mostradas abaixo representam um mrn e o peptídeo codificado por ele. Esse peptídeo contém 12 resíduos de aminoácidos e não sofre modificações pós-traducionais. mrn 5 UUUUUUUUUUUUU 3 Peptídeo Metionina lanina rginina Serina Serina Leucina lanina licina Histidina Leucina rginina Histidina Dados: ódon de iniciação: U / ódons de terminação: U, U e U. a) Na síntese do peptídeo mencionado, apenas um dos aminoácidos foi traduzido, valendo-se da característica de degeneração do código genético. Indique esse aminoácido e justifique sua resposta. b) partir da estrutura primária de um peptídeo qualquer, que não tenha sofrido modificações pós-traducionais, seria possível deduzir a sequência codante do mrn que foi traduzido durante a síntese dessa molécula? Justifique sua resposta. 25

26 PÍUL3 Engenharia genética Manipulação laboratorial do DN modo de ação da endonuclease de restrição Eco RI Ponto de corte Fragmento de restrição Ponto de corte Enzima de restrição Eco RI Fragmento de restrição abela 1. Sequências de corte reconhecidas por algumas endonucleases de restrição. Nome da enzima Bactéria de origem ha III Bam HI Eco RI Hind II aq I phanothece halophytica Bacilus amyloliquefaciens H Escherichia coli RY 13 Haemophilus influenzae Rd hermus aquaticus YI Sítio de ação Sítios de corte da enzima tabela mostra as sequências de corte reconhecidas por algumas endonucleases de restrição. nome das enzimas compõe-se das iniciais do nome da espécie e, às vezes, da sigla da linhagem da bactéria que a produz. Enzimas de restrição No início da década de 1970, descobriu-se que certas enzimas bacterianas, denominadas endonucleases de restrição, podiam cortar a molécula de DN em pontos específicos, gerando fragmentos de tamanhos definidos. Essas enzimas atuam como tesouras moleculares, reconhecendo sequências de pares de bases específicas em moléculas de DN e cortando-as nesses pontos. s enzimas de restrição são altamente específicas: cada tipo reconhece e corta apenas uma determinada sequência de nucleotídios, geralmente constituída por 4 ou 6 pares de bases nitrogenadas. Moléculas de DN idênticas, se forem tratadas com determinada endonuclease de restrição, serão cortadas exatamente nos mesmos pontos, originando fragmentos equivalentes (figura 1 e tabela 1). No primeiro estudo com endonucleases de restrição, realizado em 1971, o virologista Daniel Nathans e uma de suas estudantes, Kathleen Danna, trataram o DN do vírus SV40 com a enzima Hind II e obtiveram 11 tipos de fragmentos de diferentes tamanhos. omo o DN desse vírus é uma molécula circular, concluiu-se que ela foi cortada em 11 locais; o tamanho de cada fragmento correspondia à distância entre dois pontos de corte adjacentes. s endonucleases de restrição são as principais ferramentas utilizadas no mapeamento do genoma de diversos organismos; graças a elas, o Projeto enoma Humano pôde identificar as sequências de bases que constituem os genes dos 24 tipos de cromossomos humanos. Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de 1998.

27 Separação eletroforética de fragmentos de DN Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de s fragmentos de diferentes tamanhos resultantes do corte de um DN por determinada endonuclease de restrição podem ser separados pela técnica denominada eletroforese. Nesse processo, são geralmente utilizadas placas retangulares de gelatina (gel) nas quais são feitas, em uma das extremidades, pequenas fendas para colocar o DN a ser analisado. Essa extremidade do gel é conectada ao polo negativo de uma fonte geradora de corrente elétrica, e a extremidade oposta é conectada ao polo positivo. Quando se aplica uma diferença de potencial na placa, os fragmentos de DN dentro das fendas começam a se movimentar dentro do gel em direção ao polo positivo, uma vez que possuem carga elétrica negativa. deslocamento dos fragmentos de DN na eletroforese é comparável a uma corrida de obstáculos, os quais são representados pelas fibras do gel e dificultam a migração dos fragmentos de DN. s fragmentos de tamanho menor deslocam-se mais rapidamente no gel e ganham a corrida eletroforética dos fragmentos maiores; estes ficam para trás por causa dos obstáculos do gel. Quando o campo elétrico é desligado, fragmentos de mesmo tamanho estacionam juntos em determinada posição na placa de gelatina, formando uma faixa, ou banda. Quanto mais próximo da extremidade ligada ao polo positivo estiver a faixa, menor será o tamanho dos fragmentos de DN que a constituem. placa de gelatina é então tratada com uma solução de corante para moléculas de DN; isso permite que as bandas formadas pelos fragmentos possam ser visualizadas. gel é fotografado. Pela medida da distância relativa de migração das bandas, é possível calcular o peso molecular e, consequentemente, o tamanho dos fragmentos de DN de cada banda (figura 2). 2 Esquema da técnica de eletroforese Placa de gel no interior da qual se realiza a corrida entre fragmentos de DN de cada amostra. orrida Eletroforética Eletroforese elektron, do grego 5 elétrico phoresis, do grego 5 ação de transportar, migração Figura 2 técnica de eletroforese permite separar pedaços de DN cortados por uma enzima de restrição. ada tipo de DN analisado produz um padrão de faixas característico. polo (+) polo ( ) Fragmentos de DN cortados em diferentes tamanhos pela enzima de restrição. s fragmentos menores de cada amostra chegam na frente na corrida eletroforética. Quanto mais próxima do polo positivo está a faixa, menores os fragmentos de DN que ela contém. Quanto mais espessa a faixa, maior número de fragmentos de determinado tamanho ela contém. Fenda no gel que contém a mistura de fragmentos de DN de uma amostra. 27

28 Reflita teste de identificação de pessoas pelo DN tem importantes implicações morais e sociais, uma vez que o resultado pode ser fundamental na decisão de um julgamento ou na definição da paternidade de uma criança. Por isso, atualmente questiona-se se esse tipo de exame deve ser realizado livremente pelas pessoas. Em alguns países, sua realização sem solicitação explícita da justiça está sendo proibida, com a justificativa de que os danos eventualmente causados por tais testes podem superar, em muitos casos, os benefícios. onverse com seus colegas e exponha a sua opinião a respeito dessa polêmica. Identificação de pessoas pelo DN padrão eletroforético de fragmentos de DN obtidos pelo corte com enzimas de restrição permite identificar, com precisão, se certo DN pertence a determinada pessoa. s técnicas de analisar o DN são cada vez mais empregadas em investigações policiais e em processos judiciais. Uma dessas técnicas baseia-se na detecção de trechos altamente variáveis do DN humano. Essas regiões, conhecidas pela sigla VNR, iniciais da expressão inglesa variable number of tandem repeats (número variável de repetições em sequência), são constituídas por trechos curtos, de até algumas dezenas de pares de nucleotídios, que se repetem ao longo de trechos da molécula de DN. É o número dessas repetições que varia entre as pessoas, daí esses trechos serem chamados de VNRs. Suponhamos que uma pessoa apresente, em determinada região de um de seus cromossomos, um trecho VNR com cinco repetições; no cromossomo homólogo, na região correspondente, há um trecho com apenas três repetições. o ser cortado com uma enzima de restrição que atua sobre sequências que delimitam essas VNRs, o DN dessa pessoa produzirá fragmentos correspondentes ao trecho com três repetições e fragmentos correspondentes ao trecho com cinco repetições. Na separação eletroforética do DN, serão reveladas duas bandas em posições diferentes. utra pessoa, que possua em ambos os cromossomos VNRs com três repetições, apresentará, na eletroforese, apenas uma banda. Uma terceira pessoa, com cinco repetições em cada cromossomo, também apresentará uma única banda, porém localizada mais próxima do polo negativo, pois terá se deslocado menos durante a eletroforese em razão de seu maior tamanho (figura 3). 3 Esquema da detecção de VNRs B Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de Figura 3 esquema mostra a detecção de VNRs com diferentes quantidades de unidades de repetição em três pessoas. pessoa é heterozigótica quanto a VNR, apresentando em um dos cromossomos 3 unidades de repetição e, no cromossomo homólogo, 5 unidades. pessoa B é homozigótica, apresentando em ambos os cromossomos homólogos 3 unidades de repetição. pessoa, também homozigótica, apresenta 5 unidades de repetição em cada um dos cromossomos do par de homólogos. baixo do esquema de detecção de VNRs, representação da separação eletroforética dos fragmentos de DN das três pessoas, gerados pela digestão com uma endonuclease cujos sítios de corte franqueiam a VNR. Sítio de corte da endonuclease Unidade de repetição da VNR Padrão Padrão B Padrão el de eletroforese

29 Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de Em certos casos, um mesmo tipo de unidade de repetição está presente em diversas re giões do genoma, formando VNRs de diversos tamanhos. ssim, quando se utiliza um tratamento capaz de revelar essas VNRs, obtêm-se diversas bandas na separação eletroforética. É a combinação dos diversos tipos de bandas que caracteriza cada pessoa. Por exemplo, na figura 4, é mostrado o padrão de bandas do DN da vítima de um crime (V), do DN extraído de uma gota de sangue encontrada no local do crime, tomado como prova (P), e dos DNs de três suspeitos de terem cometido o crime (S1, S2 e S3). bserve que o padrão de VNRs da prova é idêntico ao do suspeito 3 (S3), indicando que o sangue pertencia a ele. figura 5, mostra o resultado de um teste de DN de uma mulher (M), mãe de uma criança () cuja paternidade é disputada por dois homens (P1 e P2). mostras de DN dos quatro envolvidos foram tratadas com uma mesma enzima de restrição, submetidas à eletroforese em uma mesma placa de gel e tratadas para revelar certos tipos de VNR, o que resultou nos padrões de faixas mostrados na fotografia. Note que diversos fragmentos de DN da criança (assinalados com as setas à esquerda) não estão presentes no DN de sua mãe e, portanto, só podem ter vindo do pai. penas um dos homens (P2) apresenta esses fragmentos (assinalados com asteriscos à direita), o que indica ser ele o pai da criança. om base na estimativa da frequência de cada tipo de VNR na população e do número utilizado em diagnóstico (três, em nosso exemplo), pode-se estimar o grau de confiabilidade do teste em geral bastante alto, ultrapassando os 99,9%. 4 Figura 4 Foto dos padrões de VNRs de quatro pessoas envolvidas em uma investigação policial e de uma prova encontrada no local do crime: (V) vítima; (P) prova; (S1, S2 e S3) suspeitos. 5 V P S1 S2 S3 M P1 P2 Figura 5 Foto dos padrões de VNRs de quatro pessoas envolvidas em um teste de paternidade: () criança; (M) mãe da criança; (P1 e P2) suspeitos de serem o pai. * * * Reprodução Reprodução 2 lonagem molecular do DN técnica de clonagem molecular Em 1972, os pesquisadores norte-americanos Stanley ohen (1922- ) e Herbert Boyer (1936- ) encontraram-se em um congresso científico no Havaí. ohen trabalhava com plasmídios bacterianos, tentando isolar genes para resistência a antibióticos que se localizam nesses fragmentos circulares de DN; Boyer, por sua vez, trabalhava com enzimas de restrição. pós as conferências, eles resolveram tentar algo totalmente novo: cortar DN de plasmídios, emendá-lo a outro DN e introduzir a molécula produzida um DN recombinante em bactérias. objetivo era verificar se a molécula produzida em um tubo de ensaio era capaz de se multiplicar na bactéria e gerar cópias idênticas a si. 29

30 Boyer e ohen desenvolveram uma das mais revolucionárias metodologias para multiplicar segmentos selecionados de DN, que levou à produção de diversas proteínas humanas de interesse médico. plasmídio recombinante, produzido pela união do DN plasmidial ao segmento de DN selecionado, multiplica-se juntamente com a bactéria hospedeira. partir de uma única célula bacteriana que recebeu o plasmídio recombinante, obtêm-se bilhões de bactérias idênticas, cada uma com uma ou mais cópias do DN recombinante. conjunto de moléculas de DN idênticas, obtidas da multiplicação da célula bacteriana transformada, constitui um clone molecular daí a metodologia para obtê-lo ser denominada clonagem molecular (figura 6). 6 Esquema da técnica de clonagem molecular orte do plasmídio por enzima de restrição orte do DN a ser clonado com a mesma enzima de restrição. Ligase DN recombinante (plasmídio + DN a ser clonado) União do plasmídio com o DN a ser clonado Ligase Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de Figura 6 bactéria hospedeira com o DN recombinante nela introduzido multiplica-se, originando um clone com cópias idênticas desse DN. Introdução do DN recombinante na bactéria hospedeira Nucleoide Bactéria hospedeira com DN recombinante Multiplicação dos plasmídios recombinantes e divisão da bactéria Expressão de genes em bactérias 30 Em 1977, obteve-se pela primeira vez a síntese de uma proteína humana em uma bactéria transformada. Um segmento de DN com 60 pares de nucleotídios, contendo o código para a síntese da somatostatina (um hormônio composto de 14 aminoácidos), foi ligado a um plasmídio e introduzido em uma bactéria, que originou clones capazes de produzir somatostatina.

31 insulina foi a primeira proteína humana produzida por engenharia genética em células de bactérias e aprovada para uso em pessoas. té então, a fonte desse hormônio para tratamento de diabéticos eram os pâncreas de bois e de porcos obtidos em matadouros. pesar de a insulina desses animais ser muito semelhante à humana, ela causa problemas alérgicos em algumas pessoas que utilizam o medicamento. insulina produzida em bactérias transformadas é idêntica à do pâncreas humano e não causa alergia (figura 7). 7 Esquema da clonagem do gene da insulina ENE HUMN D INSULIN DN humano é ligado ao plasmídio vetor. Plasmídio recombinante é introduzido na bactéria hospedeira. Duplicação do DN recombinante na bactéria hospedeira Moléculas de insulina humana Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de PLSMÍDI VER VÊ SBI? Nucleoide hormônio de crescimento é produzido pela hipófise; na sua ausência ou em quantidade muito baixa, a criança não se desenvolve adequadamente. té pouco tempo atrás, a única opção para crianças que nasciam com deficiência hipofisária da somatotrofina era o tratamento com hormônio extraído da hipófise de cadáveres. gora esse hormônio é produzido por técnicas de engenharia genética. hormônio de crescimento humano foi produzido pela primeira vez em bactérias em 1979, mas a versão comercial só foi liberada em 1985, após ter sido submetida a inúmeros testes que mostraram sua eficiência. Figura 7 Segmentos de DN com código da insulina humana são ligados a DN de plasmídios em bactérias, fazendo-as produzir o hormônio humano. rganismos transgênicos s técnicas da engenharia genética tornaram possível introduzir um gene humano em um camundongo, ou um gene de inseto em uma planta, entre muitas outras possibilidades. rganismos que recebem e incorporam genes de outra espécie são chamados de transgênicos. técnica da transgenia nimais transgênicos são produzidos pela injeção de DN de uma espécie em ovos de outra. DN transferido é multiplicado por meio da clonagem, extraído, purificado e injetado com uma microagulha no núcleo de ovos da espécie que se deseja transformar. Se a espécie em questão é um mamífero, como um camundongo, é necessário fazer a fecundação in vitro (isto é, fora do corpo da fêmea, dentro de um 31

32 recipiente de laboratório) e, posteriormente, implantar o embrião no útero de uma fêmea em período fértil. Para isso, é preciso retirar os óvulos das fêmeas, colocá-los em um líquido apropriado e adicionar espermatozoides. processo da fecundação é acompanhado ao microscópio e, tão logo ocorra, o segmento de DN que se deseja incorporar é injetado no ovo. microinjeção é feita diretamente no núcleo ovular por meio de uma aparelhagem de precisão. s embriões originados desses ovos são implantados no útero de uma fêmea, onde se desenvolvem. Em geral, uma ou mais moléculas do DN injetado incorporam-se aos cromossomos da célula-ovo e são transmitidas às células-filhas quando o zigoto se divide. ssim, todas as células do indivíduo conterão esse DN. Quando o organismo transgênico se reproduzir, os genes incorporados serão transmitidos aos descendentes, como qualquer outro gene (figura 8). 8 Esquema das etapas de produção de um rato transgênico DN bacteriano com o gene que se quer introduzir no organismo. Injeção de DN bacteriano no núcleo do espermatozoide 7 6 Fecundação in vitro Núcleo do espermatozoide Núcleo do óvulo Sucção que segura a célula-ovo. Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de olocação das células-ovo no útero de uma rata élula-ovo fixada a uma pipeta Desenvolvimento dos embriões na mãe-de-aluguel Filhotes recém-nascidos que podem conter o gene de interesse em seus cromossomos. VÊ SBI? om o desenvolvimento das técnicas de manipulação do DN, há a perspectiva de que certas doenças hereditárias humanas possam, futuramente, ser curadas pela substituição dos genes defeituosos das células, procedimento conhecido como geneterapia. 32

33 ransgênicos entre animais e plantas Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de manipulação genética de plantas é geralmente mais simples que a de animais, pois é relativamente fácil obter uma planta completa a partir de uma única célula geneticamente transformada. s genes que se deseja introduzir na planta são ligados ao plasmídio i da bactéria grobacterium tumefaciens, o qual é capaz de se integrar ao cromossomo da planta. Pode-se também introduzir DN em células vegetais bombardeando-as com minúsculas partículas de metal que contêm o DN aderido em sua superfície. s células que incorporam os genes são induzidas a se multiplicar, originando plantas completas, que serão transgênicas. Um experimento elegante e bem-humorado para produzir plantas transgênicas foi a introdução de um gene de vaga-lume em uma planta de tabaco. gene clonado era o responsável pela produção da enzima luciferase, que catalisa, no vaga-lume, a degradação da luciferina, reação química que libera energia na forma de luz (bioluminescência). gene foi clonado em um plasmídio e multiplicou-se em bactérias; depois de purificado, foi injetado em uma célula de fumo. Por meio da técnica de cultura de tecidos vegetais, conhecida há muito tempo pelos botânicos, produziu-se uma planta inteira a partir dessa única célula transformada. gene clonado havia se incorporado a um dos cromossomos da célula e transmitido a todas as células da planta. Quando ela foi regada com luciferina, passou a emitir luz como um vaga-lume (figura 9). 9 Figura 9 esquema mostra a produção de uma planta transgênica bioluminescente de tabaco que recebeu um gene de vaga-lume. foto, tirada no escuro após a planta transgênica ter sido regada com uma solução de luciferina, mostra que o gene da luciferase estava ativo em toda a planta, produzindo a enzima responsável pela emissão de luz. Esquema da produção de uma planta transgênica bioluminescente de tabaco Bactérias com moléculas circulares de DN (plasmídios) Vaga-lume 1 Extração de DN dos plasmídios e de DN do vaga-lume e corte dos DNs pela enzima de restrição 2 Produção de DN recombinante (plasmídio/ vaga-lume) 3 Introdução do DN em célula de tabaco cortesia do prof. donald r. helinsk/ universidade da califórni 4 Multiplicação da célula de tabaco com o gene do vaga-lume 5 Desenvolvimento de uma planta de tabaco com o gene de vaga-lume 6 planta de tabaco geneticamente transformada fluoresce como um vaga-lume ao ser regada com luciferina. 33

34 VÊ SBI? Nos últimos anos, os transgênicos de plantas tornaram-se amplamente conhecidos da população, principalmente em razão das polêmicas sobre o plantio de uma variedade transgênica de soja. Essas plantas receberam um gene que confere resistência a determinados herbicidas, substâncias utilizadas para matar as ervas daninhas que crescem nos campos cultivados. om isso, os agricultores podem utilizar herbicidas para matar todas as outras plantas, menos a soja transgênica; com a eliminação das plantas competidoras, aumenta a produtividade da lavoura de soja. milho bt tem incorporado em seu genoma um gene da bactéria Bacillus thuringensis, que produz uma substância tóxica aos insetos, mas inofensiva aos mamíferos. Essa linhagem de milho é resistente ao ataque de insetos. Embora liberada para a alimentação do gado, não é utilizada para consumo humano. Desvendando o genoma humano 34 s pesquisas sobre o DN culminaram, no início do século XXI, com a conclusão do Projeto enoma Humano, uma ambiciosa empreitada científica cujo objetivo é conhecer todo o conteúdo do genoma de nossa espécie. s resultados desse projeto têm mostrado que os sistemas biológicos são mais complexos do que se imaginava e que ainda será necessária muita pesquisa para compreender melhor os fundamentos da vida. Projeto enoma Humano Projeto enoma Humano teve início oficialmente em outubro de 1990, com a publicação de um plano de pesquisa cujo objetivo era determinar a sequência de todos os nucleotídios do genoma humano. utro objetivo do projeto era identificar todos os genes de nossa espécie. No plano inicial, estava previsto o desenvolvimento de técnicas para análise dos dados e de normas para os problemas éticos, legais e sociais que certamente iriam surgir com o aumento de conhecimento na área. Previa-se, também, o sequenciamento do genoma de organismos já largamente utilizados na investigação biológica, como a bactéria Escherichia coli, o verme nematódeo aenorhabditis elegans, a mosca Drosophila melanogaster e o camundongo Mus musculus, entre outros. s trabalhos que relatam a conclusão do sequenciamento foram publicados nas revistas científicas Science e Nature, em fevereiro de genoma humano é constituído por cerca de 3 bilhões de pares de nucleotídios, distribuídos nos 24 cromossomos de nosso genoma, ou seja, nos 22 autossomos e nos cromossomos sexuais X e Y. Para se ter ideia do que isso representa, se escrevêssemos em tipos bem pequenos a sequência de iniciais das bases (,, e ) de apenas uma das cadeias do DN constituinte dos 24 cromossomos humanos, preencheríamos mais de 200 volumes equivalentes a grossas listas telefônicas. penas 3% dos 3 bilhões de pares de bases do genoma humano correspondem a genes; 97% são sequências não codificantes. número total de genes humanos cerca de 25 mil é bem menor do que se imaginava. Isso nos coloca em pé de igualdade com os camundongos e pouco acima das moscas quanto ao número de genes, cujo genoma possui 13 mil genes. Não é a quantidade de genes que faz a diferença e sim como eles funcionam integradamente, entre si e com o ambiente. sequenciamento do DN humano revelou que muitos de nossos genes são semelhantes aos de bactérias e de vírus. erca de 40% de nossos genes são semelhantes aos dos vermes nematódeos, 60% são semelhantes aos de moscas e nada menos Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de 1998.

35 que 90% são semelhantes aos dos camundongos. Diferimos de nosso parente mais próximo, o chimpanzé, em pouco mais de 1% das sequências de DN, ou seja, em apenas um par de bases nitrogenadas a cada 100 pares. s esforços para o sequenciamento do genoma humano têm levado a um grande desenvolvimento tecnológico, o que facilita o estudo de genomas de outras espécies de interesse. VÊ SBI? No Brasil, o primeiro genoma a ser totalmente sequenciado foi o da bactéria Xillela fastidiosa, causadora de uma doença dos laranjais, conhecida como amarelinho. utros projetos semelhantes têm sido desenvolvidos em diversos estados brasileiros, com auxílio de agências federais e estaduais de financiamento de pesquisas. Exercícios dos conceitos Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de Engenharia genética refere-se ao a) conjunto de procedimentos usados na manipulação do DN. b) processo por meio do qual os genes produzem proteínas. c) ramo da biologia que estuda os genes humanos. d) ramo especializado na produção de equipamentos científicos. 2 Para cortar moléculas de DN em pontos específicos utilizam-se a) endonucleares de restrição. c) polimerases do RN. b) polimerases do DN. d) ribonucleotídios ativados. 3 mostras de DN podem ser identificadas pelo conjunto de fragmentos obtidos pelo corte com enzimas de restrição e sua posterior separação por a) eletroforese. c) transcrição gênica. b) melhoramento genético. d) origem de replicação. 4 Uma ovelha gerada na Inglaterra, chamada racy, possuía incorporado em um de seus cromossomos o gene para antitripsina humana; tratava-se, portanto, de um a) clone. c) plasmídio. b) híbrido. d) transgênico. 5 soja transgênica, objeto de polêmica em diversas partes do mundo, foi produzida por meio da a) anatomia vegetal. c) evolução biológica. b) engenharia genética. d) eletroforese de proteínas. 6 Um organismo que possui genes de uma outra espécie incorporados em seu genoma é denominado a) clone. c) homozigótico. b) heterozigótico. d) transgênico. 35

36 7 tualmente é possível retirar genes de um organismo eucariótico, introduzi-los em células bacterianas e fazer com que esses genes sejam transcritos e traduzidos pela célula do micro-organismo. Pelo que aprendeu sobre a estrutura dos genes eucarióticos, você acha que, por meio do transplante direto de genes humanos em bactérias, seria possível obter alguma proteína humana como, por exemplo, uma das cadeias da hemoglobina? Não, pois os genes eucarióticos apresentam íntrons que devem ser eliminados do RN transcrito antes de serem traduzidos pela célula, e as bactérias não possuem o sistema para realizar o splicing. ssim, os RN transcritos do DN humano implantado seriam traduzidos com seus íntrons (dois, no caso da hemoglobina) e gerariam proteínas diferentes. Para que genes eucarióticos possam funcionar corretamente em células bacterianas, produzindo proteínas tipicamente eucarióticas, os íntrons precisam ser eliminados do DN antes da transferência gênica para o micro-organismo. Professor: s estudantes deverão ser orientados a pesquisar, em diversas fontes (jornais, revistas, livros, internet etc.), aspectos da polêmica que envolve a produção de organismos transgênicos. Em linhas gerais, a produção de transgênicos visa obter vantagens econômicas, mas ainda não se sabe se a tecnologia é segura. Por exemplo, têm sido produzidas plantas transgênicas com genes que produzem substâncias tóxicas a insetos que as comem; a dúvida é se esse gene não poderia passar a outras plantas e matar indiscriminadamente insetos úteis. 8 esquema mostra padrões de bandas de um casal e de quatro de seus filhos. Qual é a criança menos provável de ser filha biológica do casal? Justifique. criança 2, pois é a única que não possui nenhuma banda coincidente com a do homem, indicando que não herdou DN dele. 9 Informe-se sobre a polêmica que envolve a utilização de organismos transgênicos e redija um breve texto sobre o assunto. Quais são os principais argumentos contra a utilização desses organismos e a favor dela? Resposta pessoal. riança 2 riança 1 Mãe Pai riança 3 riança 4 Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de

37 Professor: s resoluções destes exercícios estão disponíveis no Plano de ulas deste módulo. onsulte também o Banco de Questões e incentive os alunos a usar o Simulador de estes. Retomada dos conceitos 1 (Unimontes-M) s testes de paternidade ou testes de DN são comumente utilizados para a pesquisa de vínculo genético. s afirmativas abaixo estão relacionadas a esse assunto. nalise-as e assinale a alternativa RRE. a) paternidade verdadeira está vinculada a uma correspondência de 100% entre o material da criança e o do suposto pai. b) Embora os testes de paternidade pesquisem o pai biológico da criança, é necessário analisar também o material da mãe. c) análise do material dos envolvidos relaciona-se com a pesquisa da base nitrogenada uracila. d) material biológico utilizado nos testes de paternidade (DN) é necessariamente o sangue. 3 (UF-E) Leia o texto a seguir: ientistas brasileiros e chineses publicaram recentemente a análise dos genes ativos (derivados do mrn) das duas principais espécies do parasita Schistosoma (S. mansoni e S. japonicum). (...) Esses genes podem ser colocados em bactérias, para que elas produzam uma cópia da proteína do parasita. Essa proteína é então isolada da bactéria, purificada e inoculada em cobaias. Posteriormente, as cobaias serão expostas ao Schistosoma vivo, quando se confirma se a vacina realmente ativou o sistema de defesa do organismo das cobaias. Scientific merican Brasil, set. de Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de (FV-SP) Uma loja de animais mantinha para venda 4 exemplares de ra ararauna (arara azul-e-amarela) e alegava aos fiscais que os exemplares haviam nascido em cativeiro, a partir de um casal mantido em um criatório autorizado pelo Ibama. ontudo, os fiscais do Ibama suspeitaram se esses exemplares teriam nascido em cativeiro ou se teriam sido capturados na natureza. Para esclarecer a questão, colheu-se uma amostra de sangue de cada um dos animais e fez-se um teste para determinação de paternidade pelo método do DN-Fingerprint, ou impressão digital de DN. DN foi extraído das células por processos químicos, fragmentado com enzimas específicas, colocado sobre um gel suporte e submetido à corrente elétrica. Fragmentos menores migram mais rapidamente em direção a um dos polos da corrente. migração diferencial dos fragmentos forma bandas (faixas) de DN no gel, que podem ser visualizadas por tratamentos específicos (coloração, raios X, por exemplo). padrão de bandas é exclusivo de cada indivíduo. ilustração apresenta o resultado do teste: Exemplar 1 macho Exemplar 2 fêmea Exemplar 3 macho Exemplar 4 fêmea asal tido por supostos pais macho fêmea s resultados obtidos indicam que podem ser filhos do casal, mantido pelo criador: a) os 4 exemplares. b) apenas os exemplares machos. c) apenas os exemplares fêmeas. d) apenas os exemplares 1 e 4. e) apenas os exemplares 2 e 3. ssinale a alternativa correta acerca do tema abordado no texto. Nome do processo de introdução de genes do parasita nas bactérias a) ransgenia b) onjugação c) lonagem d) ransgenia e) lonagem ntígeno da vacina assim produzida Proteína codificada nos genes inoculados Bactérias isoladas com os genes do Schistosoma mrn isolado da bactéria modificada mrn s do Schistosoma responsáveis pelos genes ativos DN do Schistosoma com os genes ativos 4 (PU-SP) rganismos são ditos transgênicos quando, por técnica de engenharia genética, recebem e incorporam genes de outra espécie, os quais podem ser transmitidos a seus descendentes. Exemplos desses organismos são as plantas transgênicas, receptoras de um gene de outro organismo (doador) que lhes confere resistência a certos herbicidas. Para que ocorra a síntese da proteína codificada pelo gene inserido no genoma da espécie receptora, diversas condições devem ser observadas. Entretanto, fundamentalmente, essa técnica é possível porque a) cada organismo apresenta seu próprio código genético. b) o código genético é comum a todos os seres vivos. c) o código genético é degenerado. d) a técnica permite trocar o código genético do organismo doador do gene. e) a técnica permite trocar o código genético do organismo receptor do gene. 37

38 5 (UFM) avanço da pesquisa biotecnológica promove cada vez mais a mobilização da sociedade, dos setores econômicos e dos poderes públicos com respeito ao estímulo, à absorção e ao controle dos resultados dessa pesquisa. bservam-se reações positivas com respeito aos benefícios trazidos pela biotecnologia e reações negativas naturais quando se trata de qualquer conhecimento relativamente novo quanto aos riscos tecnológicos. sociedade, por meio de seus representantes e órgãos reguladores, responde com o estabelecimento de controle técnico mais detalhado no campo da biossegurança. (...) o longo dos últimos anos temos tido a oportunidade de presenciar um debate acirrado acerca da conveniência ou não de permitirmos a entrada e o desenvolvimento de produtos transgênicos e dessa tecnologia no Brasil. SHLZE, Simone H. Biossegurança e produtos transgênicos. Disponível em: < artigos/004.htm>. cesso em: 15 jul Em relação aos organismos transgênicos, tema abordado no texto acima, pode-se afirmar que a) são geneticamente modificados por possuírem genes somente da sua espécie. b) são geneticamente modificados por possuírem cromossomos de uma outra espécie. c) são todos clonados na fase vegetativa. d) sofrem mutação pela ação dos raios ultravioleta (UV). e) são geneticamente modificados por possuírem genes de espécies diferentes. 6 (UFRR) om relação a organismos transgênicos, indique qual a alternativa RRE. a) Sofrem mudanças nas características fenotípicas ao longo da vida. b) nimais transgênicos são produzidos a partir de aprimoramento de determinadas qualidades na espécie. c) Possuem parte da informação genética de outro ser vivo. d) rganismos transgênicos são aqueles que recebem o DN da mesma espécie. e) alteração genética de animais e plantas não interfere na evolução natural das espécies. 7 (Uece) Um dos assuntos polêmicos da atualidade é a produção de alimentos transgênicos como resultado da interferência humana na natureza. Sobre o referido tema podemos afirmar, corretamente, que a) a modificação de organismos através de técnicas de engenharia genética consiste na transferência de genes de uma espécie para outra. b) através das técnicas de engenharia genética os cientistas têm como único objetivo a criação de novas espécies que possam substituir as espécies atualmente comercializadas. c) organismos geneticamente modificados não podem transmitir os genes incorporados à sua prole. d) a principal função da engenharia genética é a produção de transgênicos através da seleção e aprimoramento das espécies a partir do cruzamento entre organismos modificados. 8 (UF-) exame de paternidade através da comparação de DN sequenciado vem sendo utilizado para determinar progenitores. É possível determinar o pai de um recém-nascido quando a dúvida sobre a paternidade desse recém-nascido está entre gêmeos univitelinos? Justifique sua resposta. 9 (UFRN) teste de paternidade usando o DN tornou-se muito frequente hoje. No entanto, as pessoas têm muitas dúvidas a respeito desse tipo de exame. s frases a seguir constam numa lista de mitos e verdades sobre o teste de DN encontrada na internet ( I. exame de DN só pode ser feito com sangue. II. Sou primo da mãe e estou com medo do resultado ser positivo, mesmo que eu não seja o verdadeiro pai. III. Ele já morreu e não deixou nenhum outro parente vivo. Nunca poderei provar que ele era o pai do meu filho. Justifique por que cada uma das frases constitui um mito. Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de

39 PÍUL4 plicações do conhecimento genético Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de conselhamento genético Diversas doenças humanas são hereditárias. estudo dos genótipos de um casal e de seus parentes permite, em certos casos, estimar a chance de uma criança que vai nascer ser afetada por uma doença já manifestada em membros da família. Pelo estudo dos heredogramas, especialistas no campo da genética humana podem orientar um casal sobre os riscos de virem a ter filhos com alguma doença hereditária; esse tipo de orientação constitui o aconselhamento genético. Um casal só deve se preocupar em procurar aconselhamento genético se já teve alguma criança com problemas ou se tiver parentes próximos afetados por doenças genéticas. Identificação de portadores de alelos deletérios VÊ SBI? lelos que causam doenças ou que diminuem a taxa de sobrevivência ou de reprodução de um organismo são genericamente chamados de alelos deletérios. Muitos dos alelos deletérios presentes nas populações humanas surgem por mutações de alelos normais e comportam-se como recessivos. Para calcular o risco de uma doença genética recessiva se manifestar, os geneticistas tentam descobrir se os pais são ou não portadores do alelo para a doença. maioria das crianças com problemas causados por alelos recessivos tem pais normais. odas as pessoas têm pelo menos alguns alelos deletérios, que só não se manifestam porque estão em dose simples, isto é, na condição heterozigótica. tualmente já é possível, em relação a algumas doenças genéticas, descobrir se uma pessoa é portadora ou não de um alelo deletério recessivo em condição heterozigótica. Por exemplo, um teste bioquímico relativamente simples permite descobrir se uma pessoa normal é portadora do alelo recessivo que condiciona a doença de ay-sachs, uma enfermidade fatal. Pessoas heterozigóticas para anemia falciforme também podem ser identificadas em um exame de sangue simples e barato, o que ajuda a evitar o nascimento de crianças afetadas por essa enfermidade. É cada vez maior o número de genes deletérios identificados pelas novas técnicas de análise do DN, o que vem se constituindo em uma poderosa ferramenta de auxílio ao aconselhamento genético. Nesses casos, a partir de uma única célula embrionária, pode-se determinar se ele terá ou não uma doença genética grave. Nos casos de fertilização in vitro, em que existe chance de os filhos terem herdado determinado alelo deletério, costuma-se realizar exame de DN de uma célula dos embriões antes da implantação no útero da mãe. Dentre os embriões analisados, o especialista escolhe apenas os geneticamente saudáveis para serem implantados. Mulheres com mais de 35 anos que desejam engravidar devem procurar um serviço de aconselhamento genético, pois o risco de gerar filhos com número anormal de cromossomos, como portadores de trissomia do cromossomo 21, aumenta significativamente depois dessa idade. Relação entre a idade materna e a geração de crianças com Síndrome de Down Incidência de Síndrome de Down por número de nascimentos 1/ / / /880 1/290 1/100 1/ Idade materna em anos ráfico elaborado com base em: PERNSE, L. S. e col.,

40 onsanguinidade probabilidade de alelos deletérios recessivos encontrarem-se e originarem uma pes soa homozigótica doente aumenta nos casamentos consanguíneos, em que as pessoas que se casam são parentes próximos, como primos em primeiro grau, por exemplo. Pessoas aparentadas, por terem herdado seus genes de ancestrais comuns, têm maior chance de possuir um mesmo tipo de alelo familiar que pessoas não aparentadas. VÊ SBI? Diversas culturas têm leis que proíbem ou desaconselham o casamento entre parentes próximos. Essas leis surgiram, provavelmente, da observação empírica de que defeitos presentes ao nascer são mais comuns nos casamentos entre parentes. Problemas causados por casamentos consanguíneos também podem ser observados nos animais domésticos e de zoológico, cuja pequena quantidade leva parentes próximos a serem cruzados entre si. 40 Figura 1 Em, técnica de amniocentese. Em B, técnica de análise vilo- -coriônica. 1 Esquema das técnicas utilizadas em exames pré-natais Feto B Útero Embrião Ultrassom Bexiga Retirada de líquido amniótico Diagnóstico pré-natal tualmente é possível diagnosticar certas doenças genéticas graves ainda durante a vida intrauterina. Nesses casos, em diversos países, o casal pode optar pelo aborto terapêutico ou se preparar para criar um filho portador da enfermidade. Há dois métodos básicos para diagnosticar possíveis defeitos genéticos de um embrião em desenvolvimento: a amniocentese e a amostragem vilo-coriônica. amniocentese é uma técnica rápida, precisa e de pouco risco para mãe e filho, empregada para análise de fetos entre a 15 a e a 18 a semanas de gravidez. Uma agulha longa é introduzida na barriga da gestante até atingir a bolsa amniótica, operação monitorada por um aparelho de ultrassonografia. Bastam 20 mililitros de líquido amniótico para realizar diversos tipos de exame. ertas doenças podem ser detectadas pela presença de determinadas substâncias no líquido amniótico. élulas fetais presentes no líquido amniótico podem também ser cultivadas in vitro, o que permite estudar seus cromossomos e realizar exame do DN. entrifugação Retirada de vilosidades coriônicas élulas fetais entrifugação ultivo das células nálise bioquímica nálise bioquímica nálise do cariótipo amostragem vilo-coriônica permite diagnosticar doenças hereditárias entre a 8 a e a 11 a semana de gravidez antes, portanto, que a amniocentese. om o auxílio de um longo instrumento de punção introduzido pela vagina até o interior do útero, retira-se uma pequena porção do envoltório embrionário, o cório. s células embrionárias podem então ser cultivadas em meio nutritivo ou analisadas imediatamente, dependendo do tipo de estudo que se quer realizar. operação de retirada de amostras de vilosidades coriônicas causa aborto do embrião em cerca de 1% dos casos. Por isso, esse tipo de diagnóstico é empregado apenas quando há alto risco de doença genética, o que pode justificar sua identificação precoce para um eventual aborto terapêutico (figura 1). Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de 1998.

41 s técnicas diagnósticas que possibilitam a identificação de portadores de doenças graves ainda durante a vida intrauterina colocam em discussão a questão do aborto terapêutico e levam a questionamentos éticos e morais. s novos caminhos apontados pela genética exigem que a sociedade discuta novas atitudes, normas e valores, coerentes com o conhecimento científico atual. 2 Melhoramento genético Produção de novas variedades 2 ID Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de conhecimento sobre hereditariedade tem levado ao desenvolvimento de tecnologias úteis à humanidade, desde a pré-história até os dias de hoje. s plantas, animais e micro-organismos que constituem nossos alimentos básicos foram domesticados e melhorados em diferentes regiões do mundo há milhares de anos, muito antes da descoberta dos mecanismos da herança biológica. melhoramento consiste em selecionar e aprimorar as qualidades das espécies tendo em vista sua utilização pelos seres humanos. Inicialmente, isso era feito de forma intuitiva. Quando um agricultor desejava obter espigas de milho com maior número de grãos, escolhia para plantar apenas sementes de espigas com grande número de grãos. Se desejava aumentar a massa corpórea média das galinhas, selecionava os galos e as galinhas maiores e de maior massa corpórea como reprodutores. om o desenvolvimento de novos conceitos e novas técnicas genéticas tornou-se possível racionalizar e aperfeiçoar a seleção; o melhoramento das espécies em função de sua utilidade tornou-se científico (figuras 2 a 5). 3 4 ID ID 5 fabio colombini Figuras 2, 3 e 4 maioria dos animais domésticos foi melhorada muito antes de a genética ter se desenvolvido. s diversas raças de cães, como Briard (em 2), rande zul de asconha (em 3) e Norfolk errier (em 4) foram obtidas por meio de seleção realizada pelos criadores. Figura 5 ouve, couve-de-bruxelas, brócolis, couve-flor e repolho são variedades da espécie Brassica oleracea obtidas por seleção artificial. 41

42 tualmente, a humanidade beneficia-se de várias técnicas de seleção genética. rande parte dos alimentos que consumimos, como vegetais, carnes, laticínios etc., foi produzida com o emprego de técnicas de melhoramento. Uma contribuição da genética para a agricultura e a pecuária foi mostrar que quase todas as qualidades de valor econômico, como a fertilidade de animais e de plantas, o tamanho e o peso dos grãos, a produção de carne, de leite e de ovos, a capacidade de resistir a doenças etc., são condicionadas por genes que interagem fortemente com fatores ambientais. Esse conhecimento tornou possível desenvolver técnicas mais eficientes de seleção e de melhoramento em características de importância econômica. 6 Esquema dos cruzamentos utilizados na obtenção do milho híbrido Linhagem pura Híbrido # B Pólen Linhagem pura B Linhagem pura Pólen Pólen Duplo-híbrido ( # B) # ( # D) Linhagem pura D Híbrido # D Heterose ou vigor híbrido Em 1909, o geneticista norte-americano eorge H. Shull ( ) descobriu que o cruzamento de duas determinadas variedades de milho produzia plantas mais vigorosas, mais resistentes a doenças e com espigas maiores e mais uniformes que as das variedades parentais. Essas plantas foram denominadas híbridas, termo utilizado também para designar o produto do cruzamento entre linhagens diferentes de uma mesma espécie. s cientistas concluíram que, no caso do milho, as plantas híbridas eram superiores às linhagens puras por possuírem muitos genes em condição heterozigótica, em contraste com as linhagens puras altamente homozigóticas. Esse fenômeno ficou conhecido como vigor híbrido, ou heterose. conhecimento da base genética do vigor híbrido no milho permitiu a produção de híbridos-duplos, isto é, obtidos a partir de quatro linhagens homozigóticas parentais. Esse tipo de cruzamento teve tanto sucesso que hoje a maior parte do milho que se planta no mundo é híbrido. fenômeno da heterose não se restringe ao milho, sendo utilizado também em outras plantas, como o morango, o tomate, o algodão e a cebola, e em espécies animais, entre elas a galinha doméstica (figura 6). Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de Problemas decorrentes do melhoramento 42 Um dos problemas decorrentes do melhoramento é a obtenção de linhagens com pouca variabilidade genética, isto é, com pouca diferença genética entre os indivíduos, o que reduz a capacidade da população de se adaptar eficientemente a alterações ambientais. s antigos agricultores, mesmo antes do desenvolvimento da genética, já lidavam com esse problema. Em campos de trigo, era comum plantar diversas variedades, o que aumentava a chance de se preservar ao menos parte da lavoura em caso de seca, enchente ou pragas. Essa técnica milenar tem sido negligenciada e hoje predominam as lavouras de monocultura, em que grandes áreas são

43 Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de ocupadas com uma única variedade da espécie. pesar de as monoculturas produzirem maiores lucros em curto prazo, há o risco de uma praga dizimar completamente uma plantação inteira, sem encontrar indivíduos geneticamente resistentes, uma vez que todas as plantas são geneticamente semelhantes (figuras 7 e 8). Um exemplo histórico de um desastre envolvendo a perda de uma monocultura ocorreu em meados do século XIX na Irlanda, onde a produção de batatas, um dos principais alimentos da população na época, baseava-se em uma única variedade. Uma doença causada por fungos dizimou, em curtíssimo prazo, praticamente todas as plantações de batata da Irlanda. resultado foi catastrófico: morte de milhões de pessoas em decorrência da fome. Em 1970, uma doença causada por um fungo atacou as culturas de milho híbrido do sul dos Estados Unidos, reduzindo à metade a safra prevista. Estudos realizados pelo governo norte- -americano mostraram que as culturas de milho norte-americano eram geneticamente uniformes e muito vulneráveis a doenças. Essas culturas foram recuperadas com a introdução de um alelo para resistência ao fungo, obtido em uma variedade de milho nativa da olômbia. 7 8 Figuras 7 e 8 Na agricultura moderna predominam as monoculturas, isto é, vastas áreas plantadas com uma única variedade de planta. Em 7, plantação de soja; em 8, plantação de milho. Exercícios dos conceitos Maurício Simonetti/Pulsar Imagens RLS RID/SHUERSK 1 serviço que explica aos familiares de portadores de doenças genéticas a natureza da enfermidade e a probabilidade de outros nascimentos de afetados na família é chamado de a) aconselhamento genético. c) amostragem vilo-coriônica. b) amniocentese. d) geneterapia. 2 análise dos cromossomos de fetos cujas mães têm idade superior a 35 anos é aconselhável porque a partir dessa idade aumenta a chance de produção de óvulos portadores de alterações a) no número de cromossomos. c) nos nucléolos. b) no número de mitocôndrias. d) nos genes. 3 utilização do conhecimento genético para obter organismos com características úteis à nossa espécie é chamado a) clonagem. c) melhoramento genético. b) engenharia genética. d) vigor híbrido, ou heterose. 43

44 4 superioridade da descendência sobre as linhagens parentais, observada em certos tipos de cruzamentos genéticos, é conhecida como a) clonagem. c) homozigose. b) heterose, ou vigor híbrido. d) recombinação genética. 5 existência de diferenças genéticas entre os indivíduos de uma população é chamada de a) heterose, ou vigor híbrido. c) recombinação genética. b) mutação genética. d) variabilidade genética. 6 s diferentes variedades de plantas e de animais que a humanidade utiliza como fonte de alimento foram produzidas por a) clonagem molecular. c) melhoramento genético. b) engenharia genética. d) reprodução assexuada. 7 Qual é o fundamento biológico que justifica o desaconselhamento de casamentos consanguíneos? 44 probabilidade de alelos deletérios recessivos se encontrarem, originando uma pessoa homozigótica doente, aumenta nos casamentos consanguíneos, ou seja, em que as pessoas que se casam são parentes próximos, como primos em primeiro grau. Pessoas aparentadas, por terem herdado seus genes de ancestrais comuns, têm maior chance de possuir um mesmo tipo de alelo familiar que pessoas não aparentadas. Retomada dos conceitos 1 (UFSar-SP) Uma empresa agropecuária desenvolveu duas variedades de milho, e B, que, quando entrecruzadas, produzem sementes que são vendidas aos agricultores. Essas sementes, quando plantadas, resultam nas plantas, que são fenotipicamente homogêneas: apresentam as mesmas características quanto à altura da planta e tamanho da espiga, ao tamanho e número de grãos por espiga, e a outras características de interesse do agricultor. Porém, quando o agricultor realiza um novo plantio com sementes produzidas pelas plantas, não obtém os resultados desejados: as novas plantas são fenotipicamente heterogêneas e não apresentam as características da planta ; têm tamanhos variados, e as espigas diferem quanto a tamanho, número e qualidade dos grãos. Para as características consideradas, os genótipos das plantas, B e são, respectivamente, a) heterozigoto, heterozigoto e homozigoto. b) heterozigoto, homozigoto e heterozigoto. c) homozigoto, heterozigoto e heterozigoto. d) homozigoto, homozigoto e heterozigoto. e) homozigoto, homozigoto e homozigoto. Professor: s resoluções destes exercícios estão disponíveis no Plano de ulas deste módulo. onsulte também o Banco de Questões e incentive os alunos a usar o Simulador de estes. 2 (Ufes, adaptada) Um casal procurou o aconselhamento genético para calcular o risco de ter uma criança com anomalia genética. Foi constatada a ausência de histórico de doenças genéticas nas respectivas famílias, mas, como o casal tinha mais de quarenta anos, foi recomendado o acompanhamento da gravidez com exames de ultrassonografia e amniocentese. Esse tipo de procedimento tem-se tornado cada vez mais comum devido ao fato de os casais optarem por ter filhos mais tardiamente em relação às gerações anteriores. a) Explique no que consiste a amniocentese e diga qual é a finalidade desse exame na situação descrita acima. b) Relacione a indicação de um acompanhamento na gravidez com a observação de que o casal tinha mais de quarenta anos, apesar da ausência de histórico familiar de doenças genéticas nas respectivas famílias. Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de 1998.

45 Professor: s resoluções destes exercícios estão disponíveis no Plano de ulas deste módulo. onsulte também o Banco de Questões e incentive os alunos a usar o Simulador de estes. Exercícios de integração Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de (Unesp) Erros podem ocorrer, embora em baixa frequência, durante os processos de replicação, transcrição e tradução do DN. Entretanto, as consequências desses erros podem ser mais graves, por serem herdáveis, quando ocorrem: a) na transcrição, apenas. b) na replicação, apenas. c) na replicação e na transcrição, apenas. d) na transcrição e na tradução, apenas. e) em qualquer um dos três processos. 2 (PU-SP) (...) De outro lado, o galardão de química ficou com os inventores de ferramentas para estudar proteínas, os verdadeiros atores do drama molecular da vida. É verdade que a Fundação Nobel ainda fala no DN como o diretor de cena a comandar a ação das proteínas, mas talvez não seja pretensioso supor que foi um lapso, e que o sinal emitido por essas premiações aponta o verdadeiro futuro da pesquisa biológica e médica muito além dos genomas e de seu sequenciamento (uma simples soletração). (...) LEIE, Marcelo. De volta ao sequenciamento. Folha de S.Paulo, 20 out autor refere-se às proteínas como atores do drama molecular e ao DN como diretor de cena. Essa referência deve-se ao fato de: a) não ocorrer uma correlação funcional entre DN e proteínas no meio celular. b) o DN controlar a produção de proteínas e também atuar como catalisador de reações químicas celulares. c) o material genético ser constituído por proteínas. d) as proteínas não terem controle sobre o metabolismo celular. e) o DN controlar a produção de proteínas e estas controlarem a atividade celular. 3 (UFRS-RS) Leia o texto abaixo. onsidere as seguintes afirmações: I. No código genético, a cada códon deve corresponder mais de um aminoácido. II. s genes compartilhados pelos genomas dos diferentes grupos devem ser essenciais. III. s genes envolvidos na replicação, transcrição e tradução do material genético devem fazer parte do conjunto mínimo de genes. Quais delas poderiam ter embasado o raciocínio de Koonin? a) penas I. b) penas II. c) penas III. d) penas II e III. e) I, II e III. 4 (esupa-p) través de técnicas de Engenharia enética, pesquisadores de uma universidade obtiveram uma molécula incomum de DN, originado a partir da mistura de células do algodão, milho e tomate. o ser testado na pesquisa de síntese de proteínas, o DN revelou-se capaz de produzir diferentes moléculas de RN (quadro abaixo), porém uma só proteína. lgodão Milho omate Vegetal RNt RNm RNr RN Produzido s dados permitem dizer que a sequência primária da proteína produzida corresponderia àquelas originalmente produzidas pelo: a) algodão. b) milho. c) tomate. d) milho e algodão. entrada na era da genômica possibilitou ao norte- -americano Eugene V. Koonin investigar qual seria o número mínimo de genes capazes de sustentar o funcionamento de uma célula. Para isso, ele comparou 21 genomas completos de representantes das três linhagens primárias da vida: as eubactérias, as arqueobactérias e os eucariontes. resultado da pesquisa mostrou que o número de genes deve situar-se em torno de 150. Esse enfoque é interessante, pois permite imaginar os primeiros sistemas genéticos surgidos por ocasião da origem da vida. daptado de SLZN, F. M. iência Hoje, v. 29, n. 173, jul (Unifacs-B) onsiderando-se os conhecimentos atuais sobre a biologia molecular do gene, pode-se inferir que este 1. codifica proteínas restritas às células procarióticas. 2. orienta a formação de novos segmentos de DN no núcleo das células. 3. determina a totalidade das características dominantes de um organismo. 4. transfere a informação genética para as proteínas com função enzimática. 5. contém a informação para a síntese de uma ou mais cadeias polipeptídicas. 45

46 6 (Unioeste-PR, adaptada) Uma fita de DN molde com a se quên cia 3e 5e codifica o peptídeo H 2 N treonina histidina arginina serina leucina valina H. ssinale a alternativa em que a sequência de RN e de aminoácidos é correspondente. RN 5e UUUU 3e a) Peptídeo H 2 N treonina histidina serina valina H b) c) d) e) RN 5e UUUUU 3e Peptídeo H 2 N histidina treonina valina serina H RN 5e UUUU 3 Peptídeo H 2 N arginina leucina valina serina H RN 5e UUUUU 3e Peptídeo H 2 N leucina treonina arginina valina H RN 5e UUUUU 3e Peptídeo H 2 N histidina treonina leucina arginina H 7 (UEM-PR) Sobre a atividade e a expressão dos genes, assinale o que for correto [a resposta deve ser a soma das alternativas assinaladas]. (01) Durante a transcrição de um gene normal e funcional, as fitas opostas servem de molde para a síntese de RN mensageiros com sequências diferentes, mas complementares. (02) código genético é degenerado porque o mesmo códon especifica aminoácidos diferentes em organismos procariotos e eucariotos. (04) anto em animais quanto em vegetais, uma cadeia polipeptídica de 100 aminoácidos pode ser traduzida a partir de um RN mensageiro com mais de 100 códons. (08) Nas células vegetais, a síntese de proteínas ocorre na matriz citoplasmática, no ergastoplasma, nas mitocôndrias e nos cloroplastos. (16) Nas células animais, a síntese de proteínas ocorre na matriz citoplasmática, no ergastoplasma, nas mitocôndrias e no nucleoplasma. (32) Sempre que a sequência de códons do gene é alterada por substituição de um par de bases também ocorre modificação na sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica codificada. 8 (Mackenzie-SP) ssinale a alternativa correta a respeito do processo de síntese proteica. a) Para sintetizar moléculas de diferentes proteínas, é necessário que diferentes ribossomos percorram a mesma fita de RNm. b) Se todo o processo de transcrição for impedido em uma célula, a tradução não será afetada. c) É a sequência de bases no RNt que determina a sequência de aminoácidos em uma proteína. d) Se houver a substituição de uma base nitrogenada no DN, nem sempre a proteína resultante será diferente. e) sequência de aminoácidos determina a função de uma proteína, mas não tem relação com sua forma. 9 (Unimontes-M) silenciamento de genes é um método que tem sido utilizado pela biotecnologia. Esse método consiste na introdução de uma sequência complementar de RN mensageiro do gene de interesse, impedindo que este continue a se expressar. ssinale a alternativa que indica o nome do processo que será inibido pelo silenciamento. a) tradução c) replicação b) transcrição d) processamento 10 (Unicamp-SP) Em 25 de abril de 1953, um estudo de uma única página na revista inglesa Nature intitulado estrutura molecular dos ácidos nucleicos, quase ignorado de início, revolucionou para sempre todas as ciências da vida, sejam elas do homem, rato, planta ou bactéria. James Watson e Francis rick descobriram a estrutura do DN, que permitiu posteriormente decifrar o código genético determinante para a síntese proteica. a) Watson e rick demonstraram que a estrutura do DN se assemelha a uma escada retorcida. Explique a que correspondem os corrimãos e os degraus dessa escada. b) Que relação existe entre DN, RN e síntese de proteínas? c) omo podemos diferenciar duas proteínas? 11 (UFRJ) soma das porcentagens de guanina e citosina em uma certa molécula de DN é igual a 58% do total de bases presentes. a) Indique as porcentagens das quatro bases, adenina (), citosina (), guanina () e timina (), nessa molécula. b) Explique por que é impossível prever a proporção de citosina presente no RN mensageiro codificado por esse trecho de DN. Nota: DN 5 ácido desoxibonucleico (o mesmo que DN); RN 5 ácido ribonucleico (o mesmo que RN). 12 (Unesp, adaptada) Esforços de cientistas criaram a primeira rosa do mundo com pigmento para cor azul. nteriormente, rosas de coloração azul já eram produzidas através de cruzamento, mas não eram consideradas azuis verdadeiras. Segundo o jornal he Japan imes on line, de 17 jul. 2004, a técnica recentemente utilizada consistiu no seguinte: o gene da enzima que produz o pigmento azul, delfinidina, foi extraído do amor-perfeito e ativado nas rosas. Qual é a relação entre esta técnica recente para a produção de flores azuis e aquela empregada para a produção de alimentos transgênicos? Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de

47 ema para pesquisa, reflexão e redação s conhecimentos biológicos afetam cada vez mais a vida das pessoas, seja pelas possibilidades de aplicação nas áreas de produção de alimentos e saúde, seja pelos conflitos morais e éticos decorrentes dessa aplicação. Devem-se ou não cultivar plantas transgênicas? Por um lado, elas podem aumentar a produtividade agrícola, ajudando a combater a fome no mundo; por outro, podem causar impactos ambientais imprevisíveis. Devem-se ou não realizar exames pré-natais para detectar doenças genéticas? lguns questionam a utilização desse exame, uma vez que a legislação proíbe o aborto terapêutico. Deve ou não ser permitido que companhias de seguro-saúde solicitem exames genéticos para saber se seus segurados têm predisposição a certas doenças? Deve ou não ser permitida a realização de exames de DN para identificação de paternidade sem consentimento explícito do envolvido ou sem requisição judicial? Deve ou não ser permitido que empregadores solicitem exames genéticos como critério de seleção para contratos de trabalho? Escolha um ou mais desses temas, pesquise a respeito e redija um texto comentando o assunto. Exponha suas opiniões. Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de PÍUL 1 DN (do inglês, desoxirribonucleic acid) Ácido nucleico constituído por desoxirribose, fosfato e bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina e timina). rata-se de uma macromolécula de cadeia dupla e arranjo helicoidal (dupla-hélice), na qual localizam-se os genes sequências com informações hereditárias codificadas. Duplicação semiconservativa Processo pelo qual uma molécula de DN se duplica, originando duas cadeias idênticas. ada uma das duas moléculas de DN recém-formadas conserva uma das cadeias da molécula original e forma uma cadeia nova, complementar à que lhe serviu de molde. Nucleotídio Unidade constituinte dos ácidos nucleicos, constituída pela união de três tipos de componente: um glicídio do grupo das pentoses, ácido fosfórico e bases nitrogenadas. PÍUL 2 nticódon rinca de bases nitrogenadas específica de um RN transportador, que se combina ao códon do RN mensageiro, no processo de síntese de proteínas. ódigo genético orrespondência entre os códons do RNm e os aminoácidos por eles determinados. ódon ada uma das trincas de bases nitrogenadas do RN mensageiro que é traduzida em um aminoácido da cadeia de proteína. Éxon recho de um gene de organismos eucarióticos traduzido em uma sequência de aminoácidos. Íntron recho de um gene de organismos eucarióticos localizado entre dois éxons e que não é traduzido em sequências de aminoácidos. Ribossomo Estrutura citoplasmática granular, constituída por RN ribossômico e proteínas, responsável pelo acoplamento dos RNs mensageiros e transportadores na síntese de proteínas. lossário Splicing Processo intranuclear de remoção dos íntrons de uma molécula de RN pré-mensageiro. Spliciossomo omplexo formado por partículas e enzimas nucleares, responsável pelo corte e pela emenda do RN pré- -mensageiro. s partículas que compõem o spliciossomo são constituídas por proteínas e por pequenas moléculas de um tipo especial de RN, conhecido com snrn (do inglês small nuclear RN, pequenos RN). radução gênica Síntese de uma molécula de proteína cuja sequência de aminoácidos é traduzida de acordo com a sequência de códons do RN mensageiro. corre nos ribossomos. ranscrição gênica Síntese de uma molécula de RN tendo por molde uma das cadeias da molécula de DN. Unidade de transcrição Segmento de DN delimitado por uma sequência promotora e por uma sequência de término de transcrição. PÍUL 3 lonagem molecular Processo em que se obtém um conjunto de moléculas de DN idênticas originadas pela multiplicação de uma célula bacteriana transformada. eneterapia ratamento de doenças hereditárias pela substituição ou adição de genes nas células da pessoa afetada. ransgênico rganismo que recebe e incorpora genes de outra espécie. PÍUL 4 Vigor híbrido (ou heterose) Fenômeno em que as plantas híbridas são superiores, do ponto de vista do interesse agrícola, às linhagens puras por possuírem muitos genes em condição heterozigótica, em contraposição a linhagens puras, altamente homozigóticas. 47

48 Navegando no módulo RN e síntese de proteínas élulas controlam praticamente todas as reações químicas nas determinam a estrutura e o funcionamento das Enzimas muitas atuam como expressam-se por meio das Proteínas são formadas por pode alterar a informação contida em um pode sofrer mudança na sequência de bases que levam a uma Mutação gênica ENE(S) são segmentos de moléculas de DN atua como modelo para a síntese do Sequência de término de transcrição marca o término da ranscrição gênica seus limites são definidos por marca o início da Região promotora promove a é a síntese celular de são cadeias de Polipeptídios são sintetizados nos Ribossomos é a síntese celular de forma os radução gênica promove a RN ribossômico RN seus tipos principais são é constituído por uma só cadeia de minoácido(s) define a sequência em que serão unidos os sua correspondência é o ódigo genético emparelham- -se com os RN mensageiro ódon(s) nticódon(s) caracteriza-se por seu são trincas de Base(s) nitrogenadas está ligada à no RN são transporta os RN transportador Biologia José Mariano mabis ilberto Rodrigues Martho Reprodução proibida. rt.184 do ódigo Penal e Lei de 19 de fevereiro de liga-se à Polimerase do RN catalisa a união entre Ribonucleotídeos cada um se compõe de Pentose é a Ribose Uracila denina itosina uanina Fosfato está ligado à 48