AULAS: 14 e 21/08/2014 Profª: Ana Luisa Miranda-Vilela CURSO DE MEDICINA EXERCÍCIOS ESTRUTURA E FUNÇÃO DOS ÁCIDOS NUCLEICOS 2 1) O mofamento de grãos durante a estocagem causa perdas nutricionais e de valor de mercado, além de promover riscos à saúde humana e de animais domésticos, devido à liberação de toxinas. Entre as toxinas, maior atenção tem sido dado às aflatoxinas produzidas por fungos dos gêneros Aspergillus e Penicillium, devido a sua alta capacidade de causar câncer de fígado. As aflotoxinas podem causar câncer do fígado, pois, mesmo em pequena quantidade são capazes de provocar uma mutação no gene p- 53, transformando G em T na trinca 249. Sabe-se que o gene p53 - com 2.362 pares de bases, está localizado no braço curto do cromossomo 17 e codifica uma nucleoproteína de mesmo nome constituída por 393 aminoácidos, e que regula as divisões celulares, controlando a entrada da célula na fase S por bloquear a fase de transcrição G1 S do ciclo celular. Normalmente o p53 evita a reprodução numa célula danificada ou alvo de mutação. E vai além: promove o suicídio da célula, um processo chamado apoptose. Às vezes, no entanto, sem que se saiba porque, o p53 é alvo de mutação ou é neutralizado e as células danificadas continuam a proliferar no interior do organismo, criando-se os tumores. CÓDONS CGG UAC UUC GCG UCC GGG UAG UAA UAC UCA GCC AAG CGC AGG CCC AMINOÁCIDO arginina tirosina fenilalanina alanina serina glicina stop stop tirosina Serina Alanina Lisina Arginina Arginina Prolina Baseando-se nas informações acima, na tabela ao lado e em conhecimentos correlatos, responda. a. A mutação referida no texto obrigatoriamente vai levar ao descontrole da divisão celular devido à substituição de aminoácido na proteína p53? Justifique. Resposta: Não. Se a mutação ocorrer na 3ª base da trinca 249 (que ficará AGT), o códon correspondente será UCA, também do aminoácido serina. b. Quanto ao tipo de substituição de base, classifique a mutação de ponto envolvida na trinca 249 (trecho grifado no texto). Justifique. Resposta: Transversão, pois ocorre por substituição de uma purina (G) por uma pirimidina (T). c. Que tipo de mecanismo estaria envolvido no reparo da mutação especificada no trecho grifado? Cite e explique para justificar sua resposta. Resposta: A substituição G T na trinca 249 irá provocar um pareamento errado, uma vez a base complementar presente na outra fita do DNA é a citosina. Os pareamentos errados são instáveis e provocam dobras na molécula (alteração espacial). Assim, são percebidos e corrigidos pelo sistema de reparo de pareamentos errôneos (mismatch repair), que reconhece a fita nova devido esta não estar metilada. Ocorre uma excisão na fita nova e uma exonuclease degrada parte desta fita, logo em seguida uma DNA polimerase reconstitui a parte da fita que foi degradada fazendo o pareamento correto. d. Qual a sequencia correta dos aminoácidos inseridos na nucleoproteína p53 a partir do códon 245 até o 251?
Resposta: CGG UAC UUC GCG UCC GGG UAC Arginina tirosina fenilalanina alanina serina glicina tirosina e. Quantas ligações peptídicas serão necessárias na formação da nucleoproteína p53? Justifique. Resposta: 392 ligações peptídicas, pois a proteína p53 possui 393 aminoácidos e cada ligação peptídica liga dois aminoácidos. f. Determine o percentual da região codificadora do RNA mensageiro maduro em relação ao gene p53. Demonstre seus cálculos e justifique. Resposta: 50,04%, pois como a proteína p53 tem 393 aminácidos, serão necessários 394 códons, pois cada códon codifica um aminoácido e é necessário um códon de parada para finalizar o processo. Veja os cálculos a seguir. 3 nucleotídeos 1 aminoácido x 393 aminoácidos x = 1.179 nucleotídeos RNA mensageiro 1.179 nucleotídeos + 3 (códon de parada) = 1.182 nucleotídeos Gene (fita molde) = 2.362 nucleotídeos 100% 1.182 nucleotídeos x x = 50,04% 2) Pesquisadores norte-americanos descobriram que as diferentes formas das pessoas perceberem a dor podem ter origem genética. A variação de apenas um gene pode explicar porque algumas pessoas suportam mais dor do que outras. Segundo uma equipe da Universidade de Michingan, a sensação de dor está ligada ao gene COMT que produz a enzima transferase catecol-o-metil (COMT), que ajuda a regular quantos analgésicos naturais - as chamadas endorfinas - um organismo produz. O gene COMT pode ser encontrado em duas formas, de acordo com o aminoácido presente. Na transcrição do códon 158, a troca de um único aminoácido, valina metionina pode determinar decréscimo da atividade da enzima COMT, ou seja, o gene da COMT que contém o aminoácido metionina, ou met, é menos ativo do que aquele que contém o aminoácido valina, ou val. Esta pequena variação tem um grande efeito na atividade do COMT, dizem os pesquisadores. Cada indivíduo tem duas cópias desse gene, uma herdada de cada um dos pais. Pessoas com a forma mais lenta do gene - que tem duas cópias com metionina - produzem enzimas três a quatro vezes menos efetivas que outras, como as que contêm apenas cópias com valina ou ambos os aminoácidos. O estudo mostrou que as pessoas em que as duas cópias traziam metionina sofriam mais com a dor do que aquelas com duas cópias trazendo valina. Os voluntários com uma cópia de cada tipo apresentaram uma tolerância à dor intermediária. (http://www.anbio.org.br/bio/biotec134.htm, com adaptações) Abaixo são dadas as sequencias parentais (recebidas de cada um dos pais) responsáveis pela transcrição do códon 158 do gene COMT de quatro indivíduos. Indivíduo 1 CAA (sequência materna) CAG (sequência paterna) Indivíduo 2 TAC (sequência materna) TAC (sequência paterna) Indivíduo 3 CAC (sequência materna) CAT (sequência paterna) Indivíduo 4 CAT (sequência materna) TAC (sequência paterna) Sabendo-se com os códons da metionina e da valina são, respectivamente, AUG e GUU, GUC, GUA, GUG, que a enzima transferase catecol-o-metil (COMT) possui 271 aminoácidos e que o gene COMT dos quatro indivíduos possui 1,5 Kb (1.500 pb), responda. a) Qual (is) indivíduo(s) possui(em): - Maior sensibilidade à dor: Indivíduo 2 - Sensibilidade intermediária à dor: Indivíduo 4 - Menor sensibilidade à dor: Indivíduos 1 e 3 b) Justifique sua resposta. Resposta: Ambas as sequencias dos indivíduos 1 e 3 darão origem aos códons sinônimos da valina; ambas do indivíduo 2, ao códon da metionina e as do indivíduo 4 darão origem aos códons da valina (sequencia materna) e metionina (sequencia paterna). Como o texto menciona, as pessoas possuem duas cópias de metionina sofreram mais com a dor do que aquelas com duas cópias trazendo valina. Os voluntários com uma cópia de cada tipo apresentaram uma tolerância à dor intermediária.
c) Calcule o percentual do RNAm maduro em relação ao gene COMT. 1 códon 1 aminoácido 3 bases x = 813 bases + 3 bases (códon de parada) no RNAm = 816 bases 271 aminoácidos x 1.500 pb 100% x = 54,4% 816 pb x d) Considerando apenas o RNAm maduro, quantos códons e quantas ligações peptídicas foram necessários para a síntese da enzima transferase catecol-o-metil (COMT)? Justifique sua resposta. Resposta: 272 códons e 270 ligações peptídicas. Como a proteína tem 271 aminoácidos e cada aminoácido é codificado por um códon, foram necessários 271 códons para codificar os aminoácidos + 1 códon de parada. Porém, uma ligação peptídica liga dois aminoácidos e os aminoácidos extremos não estão ligados. Consequentemente, foram necessárias 270 ligações peptídicas. e) Explique os 2 principais motivos que poderiam explicar o fato da proteína ter apenas 271 aminoácidos. Resposta: O gene contém regiões regulatórias, como o promotor, que não são traduzidas. Além disto, provavelmente este gene é interrompido, ou seja, contém exons (regiões codificadoras) e íntrons (regiões não codificadoras que serão removidas durante o splicing, para produzir o RNAm maduro). 3) O gene supressor de tumor p-53 é um dos principais alvos de mutação durante o processo de carcinogênese. Está localizado no braço curto do cromossomo 17 e codifica a nucleoproteína p-53 que é responsável pela regulação da transcrição nuclear, funcionando como um policial molecular. Se a célula for exposta a agentes mutagênicos externos a p-53 acumula-se no núcleo freando o ciclo celular em G1, dando tempo para que a célula repare seu DNA. Caso a célula não o repare, a p-53 dispara a morte celular por apoptose. Na versão mutagênica desse gene, a célula que sofre lesão em seu material genético não tem sua divisão celular interrompida e deste modo, o dano celular se transmite às células filhas. A mutação de p-53 não causa a transformação maligna sozinha, porém predispõe a célula a outras mutações que a levarão a uma transformação maligna. Baseando-se no texto e em conhecimentos correlatos, responda ao que se pede. a. Sabendo que a p-53 é uma proteína constituída por 393 aminoácidos, quantos nucleotídeos serão necessários apenas para a codificação desses aminoácidos? Justifique. Resposta: 1.179 nucleotídeos 3 nucleotídeos 1 aminoácido x 393 aminoácidos x = 1.179 nucleotídeos b. Quantos códons serão necessários para a síntese dos 393 aminoácidos?justifique. Resposta: 394 códons, pois um códon codifica um aminoácido e é necessário um códon de parada para finalizar o processo. c. Que evento indispensável para que ocorra a divisão celular será bloqueado com a informação dada no trecho grifado no texto? Resposta: A replicação do DNA (fase S da interfase). 4) Os vírus HPV tipo 16 e tipo 18 (grupo II) estão associados ao câncer oral e de colo uterino. O genoma desses vírus pode integrar-se ao genoma humano em áreas próximas a proto-oncogenes, produzindo uma versão mutante desse genes. Além disso, o genoma viral controla a transcrição dos genes virais E6 e E7 que interferem nos mecanismos de controle do ciclo celular. A proteína E6 interage com a proteína p-53, impedindo sua ação supressora de tumor no núcleo celular. Logo, se outra proteína supressora de tumor como a prb, por exemplo não compensar a reduzida atividade da p-53, a transformação celular pode de fato ocorrer. No entanto, a proteína E7 desses vírus tem mostrado não só a capacidade de formar complexo com a prb, desativando-a, mas também de degradar a p-53. A ativação de oncogenes somada à perda ou à anulação dos genes supressores de tumor acabam por levar ao crescimento desordenado e à formação de tumores. (http://www.digene.com.br/banconot/64atualiz.htm e http://www.patologiaoral.com.br/texto06.asp, com adaptações) Abaixo é apresentado um esquema do proto-oncogene ras e de sua versão mutante, após inserção viral. Proto-oncogene ras TAC TGC CTT ATA TTC GAC CAC CAC CAC CCG CGG CCG CCG...GAG AGC
Oncogene ras TAC TGC CTT ATA TTC GAC CAC CAC CAC CCG CGG CAG CCG...GAG AGC Baseando-se nas informações acima e em conhecimentos correlatos, responda o que se pede. a. Dê a sequencia de aminoácidos do proto-oncogene ras. Resposta: Metionina treonina - ácido glutâmico tirosina lisina leucina valina valina valina glicina alanina glicina glicina leucina - serina. b. Considerando que os genes supressores de tumor foram inativados pelos vírus, caso a mutação na trinca destacada em negrito provoque a substituição da 3ª base por uma citosina no proto-oncogene, o produto do gene ainda poderá levar ao descontrole da divisão celular? Justifique. Resposta: Não, pois a troca do códon não afetou o aminoácido. 5) BRÓCOLIS FICA MAIS AMARGO PARA PORTADOR DE MUTAÇÃO Os pesquisadores Mari Sandell e Paul Breslin, do instituto de pesquisas Monell, na Filadélfia, mostraram em artigo publicado na revista científica Current Biology que basta um gene para a pessoa achar vegetais como o brócolis bem mais amargo do que acha o resto da população. O gene htas2r38 está ligado a um receptor de sabor na língua. Quem possui duas cópias de uma versão sensível a brócolis sente os vegetais dessa família em média 60% mais amargos do que aqueles cujos genes são de outra versão. Quem tem apenas uma cópia da versão sensível do gene teve opinião intermediária sobre o amargor. No artigo, os investigadores relacionaram a percepção individual do gosto amargo dos compostos PTC (feniltiocarbamida) e PROP (propiltiouracil) a variações do gene htas2r38, que codifica o receptor para o gosto conhecido. Duas formas mais frequentes do gene PAV e AVI determinam, respectivamente, a maior sensibilidade ou a insensibilidade a esse tipo de gosto. Formas menos frequentes denominadas AAI, PVI e AAV respondem pela sensibilidade intermediária. Os três polimorfismos mais comuns observados na proteína receptora ocorrem nos aminoácidos de posição 49 onde uma prolina ou uma alanina é codificada, 262 onde uma alanina ou uma valina é codificada, e 296 onde uma valina ou uma isoleucina é codificada. Esses polimorfismos são determinados pelas formas PAV (prolina-alaninavalina), AVI (alanina-valina-isoleucina), AAI (alanina-alanina-isoleucina), PVI (prolina-valina-isoleucina) e AAV (alanina-alanina-valina). Os testes foram feitos com 35 voluntários que experimentaram 27 vegetais diferentes, dos quais 17 contêm compostos chamados glucosinolatos. Eles estão presentes em brócolis, agrião, rabanete e outros alimentos. Os voluntários tiveram que comer os alimentos crus, pois o cozimento altera o gosto. O glucosinolato pode afetar a função da glândula tireoide, produtora de hormônios que agem em vários órgãos do corpo. Ele pode impedir a absorção de iodo pela tireoide e provocar: a) sua hipertrofia; b) consequências graves para indivíduos em fase jovem. O mal é típico de regiões distantes do oceano, que é fonte de iodo na forma de sal ou contido em frutos do mar. Para quem vive nessa região de maior risco, ter a forma do gene que acentua o sabor amargo dos vegetais que afeta a tireoide é vantajoso em termos evolutivos. (Folha Imagem, 17/07/2006, com adaptações de http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1400547) Utilize a tabela de aminoácidos ao lado e as sequencias parentais (recebidas de cada um dos pais) abaixo relacionadas e responsáveis pela tradução dos aminoácidos 49, 262 e 296 da proteína receptora para o gosto amargo, para responder os itens seguintes. Aminoácido Prolina Alanina Valina Isoleucina Códons CCU CCC CCA - CCG GCU GCC GCA - GCG GUU GUC GUA - GUG AUU AUC - AUA Sequência responsável pela tradução do aminoácido 49 Indivíduo 1 Indivíduo 2 Indivíduo 3 Indivíduo 4 GGA (sequência CGA (sequência materna) GGT (sequência materna) CGT (sequência materna) materna) GGC (sequência paterna) CGT (sequência paterna) CGC (sequência paterna) CGC (sequência paterna)
Sequência responsável pela tradução do aminoácido 262 Indivíduo 1 Indivíduo 2 Indivíduo 3 Indivíduo 4 CGA (sequência CAA (sequência materna) CGT (sequência materna) CGT (sequência materna) materna) CGG (sequência paterna) CAT (sequência paterna) CAC (sequência paterna) CAT (sequência paterna) Sequência responsável pela tradução do aminoácido 296 Indivíduo 1 Indivíduo 2 Indivíduo 3 Indivíduo 4 CAA (sequência TAA (sequência materna) CAG (sequência materna) TAG (sequência materna) materna) CAG (sequência paterna) TAT (sequência paterna) TAA (sequência paterna) TAT (sequência paterna) a. Quais as sequencias de aminoácidos (recebidos de cada parental) e os genótipos de cada um dos indivíduos? Indivíduos Sequência de aminoácidos Sequência de aminoácidos (materna) (paterna) Genótipos 1 prolina alanina valina prolina alanina valina PAV / PAV 2 alanina valina isoleucina alanina valina isoleucina AVI / AVI 3 prolina alanina valina alanina valina - isoleucina PAV / AVI 4 alanina alanina - isoleucina alanina valina - isoleucina AAI / AVI Indivíduo Trincas DNA (materna) Códons (materna) Trincas DNA paterna Códons (paterna) 49 262 296 49 262 296 49 262 296 49 262 296 1 GGA CGA CAA CCU GCU GUU GGC CGG CAG CCG GCC GUC 2 CGA CAA TAA GCU GUU AUU CGT CAT TAT GCA GUA AUA 3 GGT CGT CAG CCA GCA GUC CGC CAC TAA GCG GUG AUU 4 CGT CGT TAG GCA GCA AUC CGC CAT TAT GCG GUA AUA b. Mediante a análise realizada no item a, responda: b.1. Qual(is) indivíduo(s) terá(ão) maior sensibilidade ao gosto amargo? Indivíduo 1 b.2. Qual(is) indivíduo(s) será(ão) insensível(is) ao gosto amargo? Indivíduo 2 b.3. Qual(is) indivíduo(s) terá(ão) sensibilidade intermediária ao gosto amargo? Indivíduos 3 e 4 c. Sabendo-se que o gene htas2r38 tem 1002 pb (pares de bases) e a proteína receptora do gosto amargo (denominada T2R38) codificada por ele é constituída por 333 aminoácidos, responda: c.1. Quantos códons serão necessários para codificar a proteína T2R38? Justifique sua resposta. Resposta: 334 porque cada códon codifica um aminoácido e é necessário um códon de parada para finalizar a síntese proteica. c.2. Julgue e justifique a frase: Para a síntese do receptor protéico T2R38, 100% do gene htas2r38 foi usado, não ocorrendo a presença de íntrons. (Inclua na sua justificativa os cálculos genômicos necessários). Resposta: Certo: o gene possui 1.002 bases. Destas, 999 foram usadas para incluir os aminoácidos durante a síntese proteica e 3 bases (códon de parada), foram necessárias para finalizar a síntese. 1 códon 3 bases 1 aminoácidos x = 999 bases x 333 aminoácidos 6) A orexina ou hipocretina é um precursor de dois neuropeptídeos hipotalâmicos orexina A e orexina B que são produzidos pelas células de um pequeno núcleo do hipotálamo e têm um importante papel na regulação do ciclo sonovigília e funções hipotalâmicas relacionadas. Essa substância é importante para manter o estado de vigília e é uma molécula ausente no cérebro de pacientes com narcolepsia, doença que faz as pessoas adormecerem subitamente (Nature Medicine 2007, 13:150-155, com adaptações). Em relação ao tema e utilizando os dados abaixo, responda o que se pede nos itens a seguir.
Dados: A orexina/hipocretina apresenta 131 aminoácidos e é produzida a partir de um RNAm maduro de 577 bases, transcrito pelo gene HCRT, região do DNA localizada no cromossomo 17 com 1.393 pb (pares de bases). Os neuropeptídeos orexina A e orexina B maduros são produzidos por um processo proteolítico (pós-traducional) a partir do precursor orexina: a orexina A corresponde, na proteína precursora, aos aminoácidos de posição 34 (glutamina) a 67 (glicina) e a orexina B, aos aminoácidos de posição 70 (arginina) a 97 (metionina). Uma mutação no gene HCRT que provoca a substituição de uma leucina por uma arginina na posição 16 da proteína precursora (LEU16ARG) foi associada à narcolepsia. Abaixo são dadas as sequências parentais (recebidas de cada um dos pais) responsáveis pela tradução do aminoácido 16 de três indivíduos. Indivíduo 1 GAA (sequência materna) GAG (sequência paterna) Indivíduo 2 GAC (sequência materna) GCC (sequência paterna) Indivíduo 3 GCC (sequência materna) TCT (sequência paterna) Levando em conta as informações contidas no texto e nos dados e sabendo que os códons da leucina são UUA, UUG, CUU, CUC, CUA e CUG, e que os códons da arginina são CGU, CGC, CGA, CGG, AGA E AGG, responda. a) Qual (is) dos indivíduos provavelmente sofre(m) de narcolepsia? Justifique sua resposta para validar o item. Resposta: Indivíduo 3, uma vez que recebeu as duas sequências mutadas (ver quadro de códons e aminoácidos abaixo). De acordo com o texto, a mutação referida leva a uma não produção de orexina. Indivíduo 1 CÓDONS CUU (leucina) seq. mat. CUC (leucina) seq. pat. Indivíduo 2 CÓDONS CUG (leucina) seq. mat. CGG (arginina) seq. pat. Indivíduo 3 CÓDONS CGG (arginina) seq. mat. AGA (arginina) seq. pat. b) Qual (is) dos indivíduos teria(m) mais tendência à insônia, por produzir uma maior quantidade de orexina? Justifique sua resposta para validar o item. Resposta: Indivíduo 1, uma vez que recebeu as duas sequências normais (olhar tabela de códons e aminoácidos no item a), tendo, portanto, maior produção de orexina. Utilize a tabela de aminoácidos ao lado e as informações contidas no dado para responder o item c. Aminoácido Glutamina CAA, CAG Glicina GGU, GGC, GGA, GGG c) Quais seriam as sequências de bases no gene HCRT, Arginina CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG responsáveis, respectivamente, pela tradução dos aminoácidos Metionina AUG inicial e final da: orexina A: inicial (glutamina): GTT ou GTC; final (glicina): CCA, CCG, CCT OU CCC orexina B: inicial (arginina): GCA, GCG, GCT, GCC, TCT OU TCC; final (metionina): TAC Utilize as informações contidas nos dados e para responder os itens que se seguem. Códons d) Uma vez que nosso corpo não desperdiça energia nem matéria-prima inutilmente e os processos de transcrição e tradução necessitam de energia e de matéria-prima para ocorrerem, forneça um argumento biologicamente aceitável que possa explicar a informação fornecida no trecho grifado do dado. (Lembre-se de mencionar na sua resposta, qual o tamanho esperado da proteína precursora orexina a partir do RNAm citado.) Resposta: Uma vez que cada aminoácido é codificado por 3 bases no RNAm (códon), seria de se esperar que um RNAm de 577 bases fosse responsável pela tradução de uma proteína de aproximadamente 191 aminoácidos (considerando o códon de parada). Como a proteína apresenta 131 aminoácidos, podemos supor que: - o RNAm em questão é responsável pela síntese de mais de uma proteína ou; - a partir do RNAm citado, uma grande proteína seria produzida e, por processos proteolíticos mencionados no dado 3, seriam inicialmente produzidas não só a orexina A e a B, mas também outro polipeptídeo. e) Mediante conhecimentos sobre estrutura dos ácidos nucleicos e transcrição, explique por que no DNA a informação fornecida pelo dado foi em pares de bases, enquanto no RNAm, em bases. Resposta: O DNA é formado por duas cadeias polinucleotídicas antiparalelas e complementares, onde as bases de uma cadeia encontram-se ligadas às bases complementares da outra cadeia por pontes de hidrogênio daí usarmos o termo pares de bases. Na transcrição, apenas uma das cadeias (fitas) do DNA serve de molde para a síntese do RNA, que apresenta uma única cadeia polinucleotídica: daí usarmos o termo bases.
f) Qual o percentual do RNAm maduro em relação ao gene HCRT? Demonstre seus cálculos para validar o item. Resposta: Gene HCRT 1.393 bases participam da transcrição (apenas uma das fitas do DNA é usada na transcrição). Então: 1.393 bases 100% 577 bases x X 41,42% 7) O câncer de pele corresponde a cerca de 25% de todos os tumores malignos humanos registrados no Brasil, estando relacionado a alguns fatores ambientais de risco como exposição a químicos (arsênico), radiação ionizante e principalmente aos raios ultravioletas (UV) do sol. Em relação ao abordado tema, responda: a. Que tipos de lesões no DNA podem ser induzidas pelas radiações ionizantes? Qual delas é a mais grave e por que? (Inclua na sua resposta o mecanismo de reparo possível e qual a sua consequência). Resposta: Deleção de todo o nucleotídeo, levando à quebra de fita simples; quebras de fita simples e de fita dupla; dano em bases nitrogenadas, levando a quebra ou deleção da base. (Pode também ser aceito: quebras de fita simples e de fita dupla, dano em bases nitrogenadas). Mais grave: quebra de fita dupla, pois o reparo só pode ser feito por recombinação (entre dois genes homólogos ou por junção de extremidades não-homólogas). Em ambos os casos a sequencia original de DNA acaba sendo alterada. b. Que tipo de lesão mais frequente no DNA está relacionada ao trecho grifado? Por que esta lesão é facilmente percebida pelo sistema de reparo? Resposta: Dímero de timina (ou dímero de pirimidina). Porque promove distorções espaciais na molécula de DNA. c. Considerando a lesão do item b, o reparo pode ser feito por dois tipos de mecanismos diferentes, dependendo se ele ocorre depois ou durante a replicação do DNA. Cite os dois tipos de mecanismos e compare-os quanto à correção da lesão? Resposta: Durante a replicação: reparo por recombinação com a fita parental não-danificada da mesma molécula de DNA (sistema de tolerância). Após a replicação: excisão de nucleotídeos. OBS.: O reparo por recombinação não remove a lesão, apenas possibilita a continuidade da replicação. Assim, é necessário que o sistema de reparo conserte posteriormente a lesão por excisão de nucleotídeos. d. Qual dos mecanismos de reparo do item c implicaria em parada do ciclo celular no ponto de checagem? Tal ponto de checagem estaria localizado na transição entre quais fases do ciclo celular? Resposta: O reparo por recombinação com a fita parental não-danificada da mesma molécula de DNA. Por não corrigir a lesão, implicaria em parada do ciclo celular na transição G 2 /M. e. O Xeroderma pigmentosum também está entre os fatores de risco para o câncer de pele. Por quê? Resposta: Porque em indivíduos portadores de xeroderma pigmentosum o reparo por excisão de nucleotídeos é deficiente. Desta forma, não corrige as lesões provocadas pelos raios ultravioleta do sol. 8) A doença de Parkinson está entre os problemas neurológicos mais preponderantes hoje em dia. Se caracteriza por tremor nas mãos, nos braços e em outros locais, rigidez nos membros, lentidão de movimentos, equilíbrio e coordenação debilitados. Alguns pacientes têm, também, dificuldade para andar, falar, dormir, urinar e dificuldades no desempenho sexual. Nos Institutos Nacionais da Saúde (NIH) dos EUA, em 1997, foi identificada uma mutação no gene da alfasinucleína em famílias italianas e gregas que tinham a forma hereditária do mal de Parkinson; posteriormente esta mesma mutação foi também detectada em famílias brasileiras com a doença. Esse gene codifica uma proteína muito pequena, com apenas 144 aminoácidos, à qual se atribui um papel na sinalização entre neurônios. A mutação referida é denominada G209A, pois provoca a substituição de uma guanina por uma adenina no nucleotídeo 209 do gene da alfa-sinucleína, conduzindo a uma substituição de alanina por treonina na posição 53 da proteína (Ala53Thr). É uma mutação de herança autossômica dominante, o que significa dizer que apenas uma cópia (da mãe ou do pai) é suficiente para desencadear a doença. Ela é extremamente rara e responde por menos de 1% dos pacientes. Pouco tempo depois, descobriu-se outra mutação autossômica dominante no mesmo gene em uma família de origem alemã, em que a alanina da posição 30 era substituída por uma prolina (Ala30Pro). (Arch Neurol. 55(12):1521-1523, 1998; Arq. Neuro-Psiquiatr. 59(3B): 722-724, 2001; Scientific American Brasil n O 40, 2005)
Abaixo são dadas as sequências parentais (recebidas de cada um dos pais) responsáveis pela transcrição dos códons 30 e 53 do gene da alfasinucleína de três indivíduos. Indivíduo 1: Códon 30 Códon 53 CGA (sequência materna) CGA (sequência materna) CGG (sequência paterna) TGA (sequência paterna) CÓDONS GCU, GCC, GCA, GCG ACU, ACC, ACA, ACG CCU, CCC, CCA, CCG AMINOÁCIDO alanina treonina prolina Indivíduo 2: Indivíduo 3: Códon 30 Códon 53 Códon 30 Códon 53 CGG (sequência materna) CGA (sequência materna) GGG (sequência materna) CGA (sequência materna) CGT (sequência paterna) CGC (sequência paterna) CGT (sequência paterna) CGC (sequência paterna) Baseando-se nas informações contidas no texto, nas tabelas e em conhecimentos correlatos, responda. a) Em relação ao tipo de substituição de base, como é denominada a mutação descrita no segundo parágrafo? Justifique. Resposta: transição, pois há troca de uma purina (G) por outra purina (A). b) Qual(is) dos três indivíduos tem predisposição para desenvolver a doença devido a pelo menos uma das mutações citadas? Justifique para validar o item. Resposta: Visto que as mutações são dominantes, os indivíduos 1 e 3 estão predispostos a desenvolver a doença. O indivíduo 1 por receber uma sequência paterna que codifica a treonina no códon 53; e o indivíduo 3, por receber uma sequência materna que codifica a prolina no códon 30. Vide tabelas abaixo. Indivíduo 1: Códon 30 Códon 53 GCU alanina GCU alanina GCC alanina ACU treonina Indivíduo 2: Códon 30 Códon 53 GCC alanina GCU alanina GCA alanina GCG alanina Indivíduo 3: Códon 30 Códon 53 CCC prolina GCU alanina GCA alanina GCG alanina c) Considerando apenas o RNAm maduro, quantos códons e quantas ligações peptídicas foram necessários para a síntese da proteína alfa-sinucleína? Justifique. Resposta: 145 códons e 143 ligações peptídicas. Como a proteína tem 144 aminoácidos e cada aminoácido é codificado por um códon, foram necessários 144 códons para codificar os aminoácidos + 1 códon de parada. Porém, uma ligação peptídica liga dois aminoácidos e os aminoácidos extremos não estão ligados. Consequentemente, foram necessárias 143 ligações peptídicas. d) Considerando apenas os códons necessários para início e finalização da síntese proteica, quantas bases no RNAm maduro foram necessárias para codificar os aminoácidos da proteína alfa-sinucleína? Apresente os cálculos para validar o item. Resposta: 435 bases. 1 códon 3 bases 1 aminoácido x = 435 bases x 144 aminoácidos + 1 códon de parada
e) Considerando que o gene da proteína alfa-sinucleina tem 1543 bases, explique os 2 principais motivos que poderiam explicar o fato da proteína ter apenas 144 aminoácidos. Resposta: O gene contém regiões regulatórias, como o promotor, que não são traduzidas. Além disto, provavelmente este gene é interrompido, ou seja, contém exons (regiões codificadoras) e íntrons (regiões não codificadoras que serão removidas durante o splicing, para produzir o RNAm maduro). 9) Sabe-se que a taxa de mutação espontânea na replicação do DNA é de aproximadamente 10 7, mas no HIV, um retrovírus com genoma diploide de RNA fita simples unidos por proteínas que funcionam como mensageiros, apresentando 5 CAP e cauda poli(a), entre outras regiões codificadoras responsáveis pela integração no material genético nas células parasitadas e replicação viral, as taxas de mutação são as mais elevadas na natureza, na ordem de 10-3 a 10-5 por nucleotídeo por ciclo de replicação. Isto significa dizer que pode existir a incorporação de um nucleotídeo errado a cada mil ou cem mil bases copiadas. (Tendências em HIV/AIDS 1(1): 4-11, 2006, com adaptações) Em relação ao texto e conhecimentos correlatos, responda: a) Que papéis essenciais dos terminais 5 Cap e cauda poli(a) poderiam dar ao HIV uma vantagem para garantir a infecção? Resposta: Tanto o CAP quanto o poli-a têm a função de proteger o RNA da ação de nucleases, evitando assim a degradação do RNA viral. b) Explique um motivo biologicamente plausível para a taxa de mutação espontânea do HIV ser mais elevada do que a taxa de mutação espontânea na replicação do DNA. Resposta: Qualquer uma das opções pode ser considerada: o esqueleto do DNA é mais estável do que o esqueleto do RNA; ausência de atividades revisoras das enzimas RNA polimerase e transcriptase reversa viral. 10) A hemoglobina (Hb) é a proteína mais abundante e funcionalmente importante dos glóbulos vermelhos do sangue. É uma proteína de estrutura globular e quaternária, composta por quatro cadeias polipeptídicas (cadeias de globina 1, 2, 1 e 2 ) e um grupo prostético (grupo heme contendo um íon Fe 2+ ) ligado a cada uma das cadeias de globina. Sua característica mais importante é a capacidade de combinar-se fraca e reversivelmente com o oxigênio e liberá-lo nos capilares dos tecidos, oxigenando-os. Como sua estabilidade é dependente do arranjo estrutural que ocorre entre as duas globinas do tipo com as duas do tipo, mutações pontuais podem promover a formação de moléculas anormais com características bioquímicas e funcionais alteradas, sendo responsáveis por manifestações clínicas e alterações hematológicas, como acontece nas anemias hereditárias. Mutações de sentido trocado na cadeia, por exemplo, causam siclemia ou anemia falciforme, enquanto mutações sem sentido, talassemia 0. A hemoglobina A ou HbA é o tipo predominante entre as hemoglobinas normais. A hemoglobina S (HbS), decorre da substituição de ácido glutâmico (Glu) por valina (Val) na trinca do DNA responsável pela transcrição do códon 6 da cadeia. Como o gene da cadeia está localizado no cromossomo 11 e cada célula tem duas cópias do cromossomo 11 uma proveniente da mãe e outra do pai indivíduos que apresentam as duas cópias normais do gene produzem apenas hemácias normais (HbA/HbA). Já os indivíduos HbS/HbS morrem precocemente devido à anemia falciforme severa, enquanto aqueles HbA/HbS levam uma vida normal em situações de pressão normal de oxigênio, por apresentarem hemácias normais e anormais. a) Os indivíduos A, B e C, são crianças com menos de 1 mês de idade que foram internadas em um hospital por apresentarem um quadro de anemia grave. Baseando-se no segmento de DNA responsável pela transcrição dos códons 5, 6 e 7 do gene da cadeia da hemoglobina (Hb), cuja sequência normal é GGA CTC CTC e na tabela de códons abaixo, responda: Indivíduo A: GGA CTC CTC (sequência materna) GGA CTT CTC (sequência paterna) Indivíduo B: GGA CAC CTC (sequência materna) GGA CAC CTC (sequência paterna) Indivíduo C: GGA CTC ATC (sequência materna) GGA CTT ATC (sequência paterna) a) Qual deles apresenta as duas CÓDONS AMINOÁCIDO sequências normais do gene Hb GAA, GAG Ácido glutâmico (HbA/HbA) e, portanto, não apresenta GUU, GUC, GUA, anemia falciforme e sim outro tipo de Valina GUG anemia? Justifique para validar o item. CCU, CCC, CCA, Indivíduo A, pois apresenta a sequência Prolina CCG de aminoácidos normal: prolina ácido UGA, UAA, Stop glutâmico ácido glutâmico. UAG OBS.: o indivíduo C não apresenta as duas sequências normais do gene Hb (mesmo sem apresentar anemia falciforme). b) Qual deles apresenta a forma grave da anemia falciforme e qual apresenta talassemia 0? Justifique para validar o item.
Anemia falciforme severa: indivíduo B, pois recebeu tanto a sequência materna quanto a paterna com a mutação de sentido trocado no códon 6: substituição de ácido glutâmico por valina. Talassemia 0 : indivíduo C, pois recebeu as duas sequências com a mutação sem sentido, que gera um códon de parada precoce (códon 7). c) Em relação ao tipo de substituição de base que ocorre na anemia falciforme, como é denominada a mutação de ponto apresentada pelo(s) indivíduo(s) acima que apresenta(m) a doença? Justifique para validar o item. Resposta: Transversão, pois comparando com o indivíduo A que é normal, houve troca de uma pirimidina (T) por uma purina (A) na segunda base do códon 6 do indivíduo B. d) Sabendo-se que a fita molde do DNA do gene da cadeia da Hb possui 1.606 bases e a cadeia da hemoglobina, 147 aminoácidos, calcule o percentual do RNAm maduro em relação ao gene da cadeia da Hb. 1 códon 3 bases 1 aminoácido x = 441 bases + 3 bases (códon de parada) = 444 bases x 147 aminoácidos 1.606 bases 100% x = 27,65% 444 bases x e) Considerando apenas o RNAm maduro, quantos códons e quantas ligações peptídicas foram necessários para a síntese da cadeia da Hb? Justifique sua resposta para validar o item. Resposta: 148 códons e 146 ligações peptídicas. Como a proteína tem 147 aminoácidos e cada aminoácido é codificado por um códon, foram necessários 147 códons para codificar os aminoácidos + 1 códon de parada. Porém, uma ligação peptídica liga dois aminoácidos e os aminoácidos extremos não estão ligados. Consequentemente, foram necessárias 146 ligações peptídicas. f) Explique os 2 principais motivos que poderiam explicar o fato da cadeia da Hb ter apenas 147 aminoácidos. Resposta: O gene contém regiões regulatórias, como o promotor, que não são traduzidas. Além disto, provavelmente este gene é interrompido, ou seja, contém exons (regiões codificadoras) e íntrons (regiões não codificadoras que serão removidas durante o splicing, para produzir o RNAm maduro).
Código de letras usadas na representação dos aminoácidos. Adaptado do livro Molecular Biology of the cell, de Albert, B.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M., Roberts, K. and Walter, P. (3rd ed. Ed. Garland, 1996). AMINOÁCIDO CÓDIGO DE LETRAS A Alanina (Ala) C Cisteína (Cys) D Aspartato (Asp) E Ácido glutâmico (Glu) F Fenilalanina (Phe) G Glicina (Gly) H Histidina (His) I Isoleucina (Ile) K Lisina (Lys) L Leucina (Leu) M Metionina (Met) N Asparagina (Asn) P Prolina (Pro) Q Glutamina (Gln) R Arginina (Arg) S Serina (Ser) T Treonina (Thr) W Triptofano (Trp) Y Tirosina (Tyr) V Valina (Val) Quanto à cadeia lateral (estacada em negrito), os aminoácidos podem ser classificados em: 1- Aminoácidos apolares: apresentam grupos químicos de hidrocarbonetos apolares ou hidrocarbonetos modificados, exceto a glicina (que possui um átomo de hidrogênio como cadeia lateral). São hidrofóbicos. Glicina: H-CH(NH 2 )-COOH Alanina: CH 3 -CH(NH 2 )-COOH Leucina: CH 3 (CH 3 )-CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Valina: CH 3 -CH(CH 3 )-CH(NH 2 )-COOH Isoleucina: CH 3 -CH 2 -CH(CH 3 )-CH(NH 2 )-COOH Prolina: -CH 2 -CH 2 -CH 2 - ligando o grupo amino ao carbono alfa Fenilalanina: C 6 H 5 -CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Triptofano: R aromático-ch(nh 2 )-COOH Metionina: CH 3 -S-CH 2 -CH 2 -CH(NH 2 )-COOH 2- Aminoácidos polares neutros: apresentam grupos químicos que tendem a formar ligações de hidrogênio. Serina: OH-CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Treonina: OH-CH(CH 3 )-CH(NH 2 )-COOH Cisteina: SH-CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Tirosina: OH-C 6 H 4 -CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Asparagina: NH 2 -CO-CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Glutamina: NH 2 -CO-CH 2 -CH 2 -CH(NH 2 )-COOH 3- Aminoácidos ácidos: apresentam grupos carboxilato. São hidrofílicos. Ácido aspártico: HCOO-CH2-CH(NH2)-COOH Ácido glutâmico: HCOO-CH 2 -CH 2 -CH(NH 2 )-COOH 4- Aminoácidos básicos: apresentam grupos amino. São hidrofílicos. Arginina: HN=C(NH 2 )-NH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Lisina: NH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH(NH 2 )-COOH Histidina: H-(C 3 H 2 N 2 )-CH 2 -CH(NH 2 )-COOH