Gabarito Exercícios Ácidos Nucléicos EXERCÍCIO EXERCÍCIOS SOBRE ÁCIDOS NUCLÉICOS E SÍNTESE PROTÉICA 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. Ás vezes, no entanto, sem que se saiba porque, o p53 é alvo de mutação ou é neutralizado e as células danificadas continuam a proliferar no interior do organismo, criando-se os tumores. Baseando-se nas informações acima, na tabela ao lado e em conhecimentos correlatos, responda. a) A mutação referida no texto obrigatoriamente vai levar ao descontrole da divisão celular devido à substituição de aminoácido na proteína p53? Justifique. Não. Se a mutação ocorrer na 3ª base da trinca 249 (que ficará AGT), o códon correspondente será UCA, também do aminoácido serina. b) Qual a seqüência correta dos aminoácidos inseridos na nucleoproteína p53 a partir do códon 245 até o 251? CGG UAC UUC GCG UCC GGG UAC Arginina tirosina fenilalanina alanina serina glicina tirosina c) Quantas ligações peptídicas serão necessárias na formação da nucleoproteína p53? Justifique. CCC Prolina 392 ligações peptídicas, pois a proteína p53 possui 393 aminoácidos e cada ligação peptídica liga dois aminoácidos. d) Qual o percentual dos introns em relação ao gene p53? 1 códon 1 aminoácido 3 bases x = 1.179 bases + 3 bases (códon de parada) = 1182 bases 393 aminoácidos x Introns: 2.362 1.182 = 1.180 2.362 100% x = 49,96% 1.180 x CÓDONS CGG UAC UUC GCG UCC GGG UAG UAA UAC UCA GCC AAG CGC AGG AMI NOÁCIDO arginina tirosina fenilalanina alanina serina glicina stop stop tirosina Serina Alanina Lisina Arginina Arginina 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 1 6
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 seqüências parentais (recebidas de cada um dos pais) responsáveis pela transcrição do códon 158 do gene COMT de quatro indivíduos. Indivíduo 1 CAA (seqüência materna) CAG (seqüência paterna) Indivíduo 2 TAC (seqüência materna) TAC (seqüência paterna) Indivíduo 3 CAC (seqüência materna) CAT (seqüência paterna) Indivíduo 4 CAT (seqüência materna) TAC (seqüência 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. Ambas as seqüências 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(seqüência materna) e metionina (seqüência paterna). Como o texto menciona, as pessoas possuem duas cópias de metionina sofreram mais com a dor do que aquelas com duas cópias trazendo valina. Os voluntários com uma cópia de cada tipo apresentaram uma tolerância à dor intermediária. 3) O gene supressor de tumor p-53 é um dos principais alvos de mutação durante o processo de carcinogênese. Está localizado no braço curto do cromossomo 17 e codifica a nucleoproteína p-53 que é responsável pela regulação da transcrição nuclear, funcionando como um policial molecular. Se a célula for exposta a agentes mutagênicos externos a p-53 acumula-se no núcleo freando o ciclo celular em G1, dando tempo para que a célula repare seu DNA. Caso a célula não o repare, a p-53 dispara a morte celular por apoptose. Na versão mutagênica desse gene, a célula que sofre lesão em seu material genético não tem sua divisão celular interrompida e deste modo, o dano celular se transmite às células filhas. A mutação de p-53 não causa a transformação maligna sozinha, porém predispõe a célula a outras mutações que a levarão a uma transformação maligna. Baseando-se no texto e em conhecimentos correlatos, responda ao que se pede. a) Sabendo que a p-53 é uma proteína constituída por 393 aminoácidos, quantos nucleotídeos serão necessários apenas para a codificação desses aminoácidos? 3 nucleotídeos 1 aminoácido x 393 aminoácidos x = 1179 nucleotídeos Resp.: 1.179 nucleotídeos + 3 (códon de parada) = 1.182 nucleotídeos b) Quantos códons serão necessários para a síntese dos 393 aminoácidos? Justifique. 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? A duplicação do DNA (fase S da interfase). d) Quantas ligações peptídicas serão necessárias na produção da p-53? Justifique. 392, pois uma ligação peptídica liga 2 aminoácidos e os aminoácidos das extremidades não se ligam. 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. 2 6
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 seqüência de aminoácidos do proto-oncogene ras. 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. Não, pois a troca do códon não afetou o aminoácido. 5) (UnB/DF-94) Utilize a tabela para responder à questão a seguir: CÓDONS UUU UUA GAU CAC AMINOÁCIDOS Fenilalanina Leucina Asparagina Histidina A seqüência na fita de DNA seria: AAT GTG AAA CTA Se o total de bases (100%) = 12, então 3 timinas será igual a 25% 12 100% 3 x x = 25% Um pesquisador construiu uma fita de ácido desoxirribonucléico, cuja tradução é o tetrapeptídeo leucina-histidina-fenilalanina-asparagina. Calcule a porcentagem de timina existente nessa fita. 6) (UnB/DF-92) A análise de uma molécula de ácido desoxirribonucléico (DNA) revelou que 35% dos nucleotídeos tinham a base nitrogenada adenina. Calcule a porcentagem esperada de nucleotídeos de citosina. Se temos 35% de adenina, também teremos 35% de timina, somando um total de 70%. Dos 30% restantes, 15% serão de citosina e 15% de guanina. 7) 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 freqüentes do gene PAV e AVI determinam, respectivamente, a maior sensibilidade ou a insensibilidade a esse tipo de gosto. Formas menos freqüentes denominadas AAI, PVI e AAV respondem pela sensibilidade intermediária. Os três polimorfismos mais comuns observados na proteína receptora ocorrem nos aminoácidos de posição 49 onde uma prolina ou uma alanina é codificada, 262 onde uma alanina ou uma valina é codificada, e 296 onde uma valina ou uma isoleucina é codificada. Esses polimorfismos são determinados pelas formas PAV (prolina-alaninavalina), AVI (alanina-valina-isoleucina), AAI (alanina-alanina-isoleucina), PVI (prolina-valina-isoleucina) e AAV (alanina-alanina-valina). Os testes foram feitos com 35 voluntários que experimentaram 27 vegetais diferentes, dos quais 17 contêm compostos chamados glucosinolatos. Eles estão presentes em brócolis, agrião, rabanete e outros alimentos. Os voluntários tiveram que comer os alimentos crus, pois o cozimento altera o gosto. O glucosinolato pode afetar a função da glândula tireóide, produtora de hormônios que agem em vários órgãos do corpo. Ele pode impedir a absorção de iodo pela tireóide e provocar: a) sua hipertrofia; b) conseqüências 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 tireóide é vantajoso em termos evolutivos. (Folha Imagem, 17/07/2006, com adaptações de http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1400547) 3 6
Utilize a tabela de aminoácidos ao lado e as seqüências 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 Seqüência responsável pela tradução do aminoácido 49 Indivíduo 1 Indivíduo 2 Indivíduo 3 Indivíduo 4 GGA (seqüência materna) CGA (seqüência materna) GGT (seqüência materna) CGT (seqüência materna) GGC (seqüência paterna) CGT (seqüência paterna) CGC (seqüência paterna) CGC (seqüência paterna) Seqüência responsável pela tradução do aminoácido 262 Indivíduo 1 Indivíduo 2 Indivíduo 3 Indivíduo 4 CGA (seqüência materna) CAA (seqüência materna) CGT (seqüência materna) CGT (seqüência materna) CGG (seqüência paterna) CAT (seqüência paterna) CAC (seqüência paterna) CAT (seqüência paterna) Seqüência responsável pela tradução do aminoácido 296 Indivíduo 1 Indivíduo 2 Indivíduo 3 Indivíduo 4 CAA (seqüência materna) TAA (seqüência materna) CAG (seqüência materna) TAG (seqüência materna) CAG (seqüência paterna) TAT (seqüência paterna) TAA (seqüência paterna) TAT (seqüência paterna) a) Quais as seqüências de aminoácidos (recebidos de cada parental) e os genótipos de cada um dos indivíduos? Indivíduos Seqüência de aminoácidos (materna) Seqüência de aminoácidos (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 Indivíduos 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. 334 porque cada códon codifica um aminoácido e é necessário um códon de parada para finalizar a síntese protéica. c.2) Julgue e justifique a frase: Para a síntese do receptor protéico T2R38, 100% do gene htas2r38 foi usado, não ocorrendo a presença de introns. (Inclua na sua justificativa os cálculos genômicos necessários). 1 códon 3 bases 1 aminoácidos x = 999 bases X 333 aminoácidos Certo: o gene possui 1.002 bases. Destas, 999 foram usadas para incluir os aminoácidos durante a síntese protéica e 3 bases (códon de parada), foram necessárias para finalizar a síntese. 4 6
8) Suíça testa nova droga anti-insônia Um grupo de pesquisadores que estuda a narcolepsia, doença que faz as pessoas adormecerem subitamente, está transformando o conhecimento que produziu em uma nova maneira de ajudar outro grupo de pessoas: os insones. Em estudo publicado na "Nature Medicine" cientistas de um laboratório suíço relataram como conseguiram reverter o problema dos insones ao bloquear a ação de uma molécula chamada orexina no cérebro de animais e pessoas. Essa substância é importante para manter o estado de vigília e é uma molécula ausente no cérebro dos narcolépticos (ver informação fornecida no dado ). Por isso os portadores dessa doença não conseguem dormir e acordar em ciclos normais. A equipe que publicou o estudo conseguiu produzir uma droga anti-insônia que imita a ação da orexina em pacientes com narcolepsia. Estudos estão sendo feitos agora para avaliar a dosagem ideal para o medicamento. (Folha on line, 29/01/2007, com adaptações) Dados: A orexina ou hipocretina é um precursor de dois neurotransmissores polipeptídeos orexina A e orexina B que são produzidos pelas células de um pequeno núcleo do hipotálamo e estão relacionados com a regulação do sono/vigília, fome, metabolismo e homeostase. 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/hipocretina: 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 seqüências parentais (recebidas de cada um dos pais) responsáveis pela tradução do aminoácido 16 de três indivíduos. Indivíduo 1 GAA (seqüência materna) GAG (seqüência paterna) Indivíduo 2 GAC (seqüência materna) GCC (seqüência paterna) Indivíduo 3 GCC (seqüência materna) TCT (seqüência 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 de narcolepsia? Justifique sua resposta. Indivíduo 3, uma vez que recebeu as duas seqüências 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 mais tendência à insônia, por produzir uma maior quantidade de orexina? Justifique sua resposta. Indivíduo 1, uma vez que recebeu as duas seqüências 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 seqüências 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 Códons Utilize as informações contidas nos dados e para responder os itens que se seguem. 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/hipocretina a partir do RNAm citado) 5 6
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 nucléicos e transcrição, explique por que no DNA a informação fornecida pelo dado foi em pares de bases, enquanto no RNAm, em bases. O DNA é formado por duas cadeias polinucleotídicas, 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 bases. f) Mediante conhecimentos sobre estrutura dos ácidos nucléicos e transcrição responda: qual o percentual do RNAm maduro em relação ao gene HCRT? 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% 6 6