1. (Uerj 2018) Por meio de técnicas desenvolvidas pela engenharia genética, é possível alterar o DNA das células. Uma dessas técnicas se baseia na utilização de vírus, manipulados por meio de duas enzimas: uma responsável pelo corte do material genético viral em pontos específicos e outra pela inserção de genes de interesse no vírus. Indique a característica dos vírus que justifica sua utilização na alteração do DNA das células. Em seguida, nomeie as duas enzimas referidas acima, indispensáveis para esse procedimento.

2. Em bactérias, a enzima responsável pela replicação do DNA a cada divisão celular incorpora, em média, um nucleotídeo errado para cada dez mil inseridos corretamente. Durante a transcrição, porém, erros desse tipo ocorrem com uma frequência cem mil vezes maior. a) Explique o motivo pelo qual uma alta taxa de erro pode ser tolerada na síntese de RNA bacteriano, masnão na de DNA.b) Justifique por que a taxa de erros durante a replicação é fundamental para a evolução das espécies.

3. Após tratar culturas de bactérias com doses de um agente mutagênico capaz de induzir uma única mutação pontual (que afeta apenas um nucleotídeo por célula), analisou-se a sequência de aminoácidos de uma determinada proteína em diversos mutantes gerados. Verificou-se que um desses mutantes produzia uma dada proteína que diferia da original pela ausência de 35 aminoácidos em uma das extremidades da cadeia peptídica. Explique como essa única mutação pontual pode fazer com que a síntese da proteína seja interrompida prematuramente.

4. O genoma da bactéria "Escherichia coli" tem um tamanho de 4×106 pares de nucleotídeos. Já o genoma haplóide humano tem 3×109 pares de nucleotídeos. Para replicar o genoma, antes da divisão celular, existe uma enzima, a DNA polimerase, cuja velocidade de reação é equivalente a cerca de 800 nucleotídeos/s. Assim, para replicar todo o genoma de uma bactéria, a DNA polimerase consumiria cerca de 83 minutos e, para o genoma humano, aproximadamente 43 dias! Sabemos, no entanto, que o tempo de geração da "E.coli" é de cerca de 20 minutos, e que o tempo médio de replicação de uma célula eucariota é de 12 horas.

Genética Molecular e Tecnologia do DNATrocando em Miúdos

Prof. Sóstenes

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Assumindo que a DNA polimerase apresenta uma velocidade de reação constante para todas as espécies analisadas, explique essa aparente contradição.

5. Em vez de sequenciar as bases nitrogenadas de todos os cromossomos de uma planta com um genoma muito grande, pesquisadores selecionaram partes desse genoma para sequenciar. Somente as sequencias de DNA que correspondem ao conjunto dos RNA mensageiros transcritos no fruto serão estudadas. O DNA a ser sequenciado foi sintetizado em laboratório, tendo como molde as moléculas de RNA extraídas dos frutos.a) Se os cientistas fossem sequenciar todo o genoma dessa planta, haveria diferença se o material genético viesse do fruto ou da folha da planta? Justifique.b) No estudo das sequências que tiveram como molde RNA mensageiro, faria diferença se esse RNA mensageiro fosse extraído das folhas ou dos frutos? Justifique.

6. O ADN é um polímero constituído por vários nucleotídeos e as proteínas são polímeros constituídos por vários aminoácidos. Um gene é constituído por um número N de nucleotídeos que codifica uma proteína constituída por P aminoácidos. Por que sempre encontramos N>P?

7. O esquema abaixo representa o mecanismo de biossíntese proteica em um trecho de DNA de uma célula eucariota. Observe que sua hélice inferior será transcrita e que as bases nitrogenadas, em destaque, compõem um íntron, a ser removido no processamento do pró - RNAm.

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Identifique a sequência de bases que irá compor o trecho de RNA mensageiro a ser traduzido em proteína e determine o número de aminoácidos a serem introduzidos na proteína nascente.

8. Uma biotecnologia conhecida como "construção anti-senso" (sem sentido) foi utilizada para a produção de tomate transgênico. A transformação genética do tomateiro consistiu na incorporação (no genoma da planta) e na expressão de um segmento de DNA, que apresenta uma sequência de nucleotídeos, complementar àquela do gene natural. Esse gene natural codifica para a produção de uma enzima, essencial à biossíntese do etileno. Com base no exposto, responda as questões a seguir.

a) Qual o resultado da transcrição do gene natural (I) e do "gene anti-senso" (II), presentes no segmento de DNA (molde) das plantas modificadas, mostrado a seguir?

3 ___ATTCGGC___TAAGCCG___TAAGCCG___5 (DNA)

b) Segundo as regras de emparelhamento dos pares de bases, que fenômeno ocorrerá como resultado do encontro, no citoplasma, entre esses dois RNA mensageiros, determinados no item anterior, e qual a consequência para o processo de tradução?c) A transformação genética foi realizada de modo que a expressão do "gene anti-senso" ocorra apenas nos tecidos do ovário floral. Qual o resultado final mais provável de todo esse processo?d) Qual a principal vantagem para os produtores de tomate que passarem a utilizar essas plantas transgênicas?

9. As variações na cor e na forma do fruto de uma espécie diploide de planta estão relacionadas às variações nas sequências do DNA em duas regiões específicas, vc e vf. Duas plantas dessa espécie, uma delas apresentando frutos vermelhos e redondos (Planta A), outra apresentando frutos brancos e ovais (Planta B), tiveram essas regiões cromossômicas sequenciadas. As relações observadas entre o fenótipo da cor e da forma do fruto e as sequências de pares de nucleotídeos nas regiões vc e vf nessas duas plantas estão mostradas nos quadros a seguir:

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Identifique as sequências de pares de nucleotídeos das regiões cromossômicas vc e vf de uma terceira planta resultante do cruzamento entre a Planta A e a Planta B. Justifique sua resposta.

10. As globinas constituem um bom exemplo da importância da informação genética na estrutura primária e na função das proteínas.

a) Considere o segmento de DNA, cuja sequência de nucleotídeos é

5’ - GTG - CAC - CTG - ACT - CCT - GAG - GAG - AAG – 3’

e, utilizando-se da tabela do código genético apresentada a seguir, forneça o produto da síntese protéica (polipeptídio parte da cadeia beta prevista para a globina humana)

b. Identifique a mutação do tipo substituição ocorrida e quais os sintomas, podem afetar a saúde e a qualidade de vida do portador dessa mutação.

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Sem desanimar! Na trocação!

11. O DNA dos organismos do planeta Zbohrnya é constituído pelos mesmos 4 tipos de bases dos seres vivos terrestres. Já o código genético desses organismos é determinado por códons de 2 bases.a) As proteínas A, B e C, encontradas nos organismos da Terra, apresentam, respectivamente, 13, 16 e 19 tipos diferentes de aminoácidos. Explique a possibilidade da ocorrência dessas três proteínas nos seres de Zbohrnya.b) Sabendo que a vida em Zbohrnya e na Terra existe há 3,5 bilhões de anos, faça uma comparação entre a diversidade dos organismos encontrados nesses dois planetas.c) Se o gene de uma proteína respiratória de um organismo zbohrniano for introduzido numa bactéria terrestre, a proteína produzida pela expressão desse gene será idêntica à da espécie zbohrniana? Justifique sua resposta.

12. Diversas técnicas são utilizadas para determinar, em genes de uma célula eucariota, a sequência de bases nitrogenadas codificantes, ou seja, aquela que define a estrutura primária da proteína a ser sintetizada. A abordagem experimental mais frequente, hoje, consiste em, primeiramente, extrair os RNA-mensageiros da célula, sintetizar os seus DNA-complementares e, então, proceder ao sequenciamento das bases presentes nesses DNA. Em uma bactéria, no entanto, é possível determinar a sequência codificante diretamente a partir de seu cromossomo.Explique o motivo pelo qual, em organismos eucariotos, é preferível utilizar o RNA-mensageiro para determinar a região codificante do DNA.

13. 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? (Demonstre seus cálculos para validar o item). b) Quantos códons serão necessários para a síntese dos 393 aminoácidos? c) Quantas ligações peptídicas serão necessárias na produção da p-53? Justifique.

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14. 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 rasTAC TGC CTT ATA TTC GAC CAC CAC CAC CCG CGG CCG CCG...GAG AGC

Oncogene rasTAC TGC CTT ATA TTC GAC CAC CAC CAC CCG CGG CAG CCG...GAG AGC

Baseando-se nas informações acima e em conhecimentos correlatos, responda ao que se pede.a) Dê a sequência de aminoácidos do proto-oncogene ras. 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.

CÓDONSAMINOÁCIDO

AAG lisina

ACG treonina

AUG metionina

CUC leucina

CUG leucina

GAA ácido glutâmico

GGC glicina

GGG glicina

GCC alanina

GUC valina

GUG valina

UAU tirosina

UCG serina

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15. Um avião da companhia Air France que havia decolado na noite do domingo, 30 de maio de 2009, do Rio em direção a Paris, desapareceu com 228 pessoas a bordo - 216 passageiros e 12 tripulantes. Segundo boletim mais recente, divulgado pela secretaria, foram identificados 43 dos 50 corpos, entre brasileiros e estrangeiros. A pedido dos familiares, as identidades das vítimas foram mantidas em sigilo. Peritos do IML e representantes da Secretaria de Defesa Social de Pernambuco informaram que a identificação dos corpos restantes será feita a partir de exames de DNA.

(Texto adaptado de matérias do jornal Folha de São Paulo, de 01/06 e 10/06/2009.)

Com base no texto, responda às questões propostas.a) Por que é possível a identificação de corpos utilizando-se a molécula de DNA?

b) Seria necessário incluir amostras de parentes das vítimas (pai, mãe, irmãos) durante as análises para a identificação dos corpos? Por quê?

16. Dentre as aplicações atuais da genética molecular, temos os testes de identificação de pessoas por meio do DNA.Essa técnica, que pode ser usada para identificar suspeitos em investigações policiais, consiste em detectar e comparar sequências repetitivas ao longo de trechos da molécula de DNA, regiões conhecidas como VNTR (número variável de repetições em sequência).A figura a seguir ilustra os padrões de VNTRs de quatro pessoas envolvidas (uma vítima (V) e 3 suspeitos (S1, S2 e S3) em uma investigação policial e de uma prova (P) coletada no local do crime:

Considerando as afirmações e a figura acima apresentada, responda:a) A qual dos suspeitos (S1, S2 ou S3) pertence a prova (P)? Justifique a sua resposta.b) Que tipo de material pode ser coletado e servir de prova em um caso como esse?c) Por que os resultados desse tipo de análise têm alto grau de confiabilidade?

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Para treinar mais!

17. Considere a figura abaixo, que ilustra algumas etapas do metabolismo de uma célula animal.

a) Cite a etapa representada pela letra W e nomeie a molécula indicada pela letra X.b) Considere duas possíveis funções a serem desempenhadas pela molécula designada por Y:I - fosforilação da glicose; II - digestão do amido.Indique qual das funções será efetivamente desempenhada e justifique sua indicação.

18. A sequência parcial de nucleotídeos do RNA mensageiro de um determinado gene, constituída de sete códons, está escrita na figura 1.

Pesquisadores submeteram a sequência às seguintes alterações:

I. Substituição de A por G no códon 7;II. Deleção de G no códon 3;III. Substituição de C por U no códon 4.

Com base na tabela (figura 2) do código genético, identifique a mutação que produziu o menor peptídeo. Justifique sua resposta.

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19. O Sistema foi desenvolvido em laboratório e é constituído de um RNA-guia associado a uma

enzima de restrição O RNA-guia é uma sequência curta de RNA sintético complementar à sequência de um determinado trecho de DNA. Quando introduzido em células vivas, o detecta a sequência de DNA complementar e a enzima corta o DNA em um ponto específico. Em seguida, o sistema de reparo do DNA é ativado, unindo novamente os segmentos que foram separados. Nesse processo, podem ocorrer alterações na sequência original, causando a inativação de um gene. Sistemas semelhantes ao são encontrados naturalmente em bactérias e ativados quando estas são infectadas por vírus.

a) Cite uma vantagem que sistemas semelhantes ao conferem a bactérias atacadas por um vírus cujo

material genético seja o DNA. Supondo que no DNA viral exista a sequência de bases nitrogenadas qual será a sequência de bases no RNA-guia associado à bacteriana?

b) Por que a alteração na sequência de DNA provocada pelo pode inativar um gene?

20. As figuras representam os resultados de dois exames de DNA em que as amostras de DNA dos envolvidos são fragmentadas com enzimas específicas e submetidas à eletroforese, gerando um padrão de faixas ou “bandas”.A situação 1 refere-se a um caso de investigação de paternidade: o suposto pai deseja saber se a criança é, de fato, seu filho biológico.A situação 2 refere-se a uma investigação criminal: na cena do crime foram encontradas manchas de sangue e o delegado precisa saber se o sangue é da vítima, de um indivíduo apontado como suspeito de ser o criminoso ou de uma terceira pessoa não identificada até o momento.

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A partir da análise dos resultados, responda:

a) A criança é filho biológico do suposto pai? Justifique sua resposta. b) A amostra de sangue recolhida no local do crime é da vítima, do suspeito ou de uma terceira pessoa não identificada?

Justifique sua resposta.

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Gabaritos

1. Os vírus precisam invadir células para se reproduzirem, inserindo seu material genético no interior da célula hospedeira. Desse modo, podem ser utilizados em técnicas de engenharia genética, incorporando trechos de DNA específicos ao material genético da célula. Nesse processo, são utilizados dois tipos de enzimas: a de restrição, para cortar o DNA da célula em pontos específicos, e a ligase, para unir o trecho do DNA viral ao material genético da célula.

2. a) A célula pode sintetizar inúmeras moléculas de RNA a partir da informação contida no DNA, enquanto há somente uma molécula de DNA que precisa ser fielmente copiada. b) Os erros podem aumentar a variabilidade genética dos indivíduos, aumentando ou não sua vantagem adaptativa ao ambiente.

3. A mutação deve ter alterado um códon que codificava um aminoácido transformando-o em um códon de parada, que interrompe a leitura do ARNm pelo ribossoma.

4. Várias moléculas de DNA-polimerase iniciam a replicação do DNA, simultâneamente, em diversos sítios do genoma denominados sítios de origem de replicação.

5. a) Não. Todas as células do vegetal, originadas do desenvolvimento do zigoto, apresentam o mesmo genoma.b) Sim. A expressão diferencial dos genes deve produzir diferentes tipos de moléculas de RNA mensageiro.

6. Com a descoberta do código genético sabe-se que um aminoácido é sempre codificado por três nucleotídeos, logo o gene que codifica uma proteína tem sempre maior número de nucleotídeos que de aminoácidos. Sabe-se ainda que existem vários nucleotídeos do gene que servem para a função de regulação e não são transcritos.

7. Sequência AUGGAAAAAUAC. Número de aminoácidos: 4

8.a) (I): UAAGCCG; (II): AUUCGGC;b) b1. Emparelhamento dos RNA / Formação de RNA de fita dupla; b2. A tradução será inibida; c) Não haverá a síntese de etileno nos tecidos do fruto, e o fruto não amadurecerá; d) Poderão armazenar os frutos por mais tempo, depois de colhidos.

9. Região vc Região vf ...GAA... ...TAA... ... AGC... ... AGA.. ...CTT... ...ATT... ... TCG... ...TCT...

As plantas “A” e “B” são homozigóticas para as regiões vc e vf, logo, cada uma delas produzirá apenas um tipo de gameta em relação a essas regiões. A planta resultante do cruzamento será necessariamente heterozigótica.

10.a) Produto da síntese protéica (polipeptídio):val - his - leu - thr - pro - glu - glu - lysb) Exemplo de mutação pontual no gene que codifica a cadeia da globina humana: substituição do nucleotídeo A por T no códon correspondente ao ácido glutâmico.Consequência: anemia falciforme

alteração estrutural do polipeptídio (substituição do ácido glutâmico pela valina); alteração da função da proteína (globina); redução da capacidade de transporte de oxigênio; manifestação dos sintomas da anemia falciforme.

11.a) As proteínas produzidas pelos extraterrestres em questão poderiam ter, no máximo, 16 tipos diferentes de aminoácidos. Seu código genético, formado por pares de bases, permite a formação de apenas 16 códons diferentes. Isso sem considerar a possibilidade da existência de um, ou mais, códons de finalização. Neste caso, não seria possível a produção das proteínas B e C com, respectivamente, 16 e 19 aminoácidos.b) A diversidade no planeta Terra seria maior, pois o código genético dos terráqueos é formado por 64 códons, sendo 3 códons de finalização. Assim, o número de tipos distintos de aminoácidos presentes nos polipeptídeos seria, obviamente, maior.c) A proteína produzida pela bactéria terrestre “transgênica” não será idêntica ao polipeptídeo alienígena, uma vez que o equipamento ribossômico da bactéria que incorporou o gene está capacitado para traduzir códons constituídos por 3 bases nitrogenadas consecutivas.

12. Os organismos eucariotos possuem íntrons, regiões não codificantes em seu DNA, que serão eliminadas no processo de maturação do RNA-mensageiro, antes que ele seja traduzido em proteína.

13. a) 3 nucleotídeos o 1 aminoácido x m 393 aminoácidosx = 1179 nucleotídeosResp.: 1.179 nucleotídeos + 3 (códon de parada) = 1.182 nucleotídeosb) 394 códons, pois um códon codifica um aminoácido e é necessário um códon de parada para finalizar o processo.c) 392, pois uma ligação peptídica liga 2 aminoácidos e os aminoácidos das extremidades não se ligam.

14. a) Metionina – treonina - ácido glutâmico – tirosina – lisina – leucina – valina – valina – valina – glicina – alanina – glicina – glicina – leucina - serina.b) Não, pois a troca do códon não afetou o aminoácido.

15. a) A identificação de corpos utilizando-se a molécula de DNA é possível porque o DNA contém regiões polimórficas em que há repetições particulares para cada pessoa. Enzimas de restrição (endonucleases) fazem a fragmentação do filamento de DNA, produzindo fragmentos de tamanhos variáveis que, após a análise de seu padrão eletroforético, podem ser utilizados para a identificação de pessoas.b) Sim. É necessário incluir parentes das vítimas porque as amostras de DNA da vítima precisam ser comparadas com as dos parentes para que ocorra a identificação do perfil familiar e assim seja possível identificar o corpo.

16. a) A prova (P) pertence ao suspeito 3 (S3), pois os padrões de VNTRs (bandas escuras) em P e S3 são iguais. b) Um teste como esse geralmente é feito a partir do DNA extraído de uma amostra de sangue, mas qualquer célula

nucleada poderá ceder material genético para esse exame. c) Como o padrão genético é diferente para cada pessoa (com exceção dos gêmeos univitelínicos), a quebra do DNA de uma pessoa com enzimas de restrição produzirá um padrão de fragmentos típico para cada pessoa, conferindo um grau de confiabilidade que ultrapassa 99,9% para esse tipo de análise.

17. a) W: transcrição. X: RNA transportadorb) I - fosforilação da glicoseComo a molécula está sendo sintetizada em um ribossomo livre, deve desempenhar sua função em processos metabólicos internos da célula.

18. A mutação III, pois com a substituição, no lugar de codificar um aminoácido, entrou o códon de parada e a proteína parou de ser produzida, contendo apenas 3 aminoácidos.

19. a) O sistema CRISPR-Cas9 protege as bactérias contra o ataque de vírus que contém DNA como material genético. O

mecanismo enzimático detecta o DNA exógeno e o corta em pontos específicos. O sistema de reparo acrescenta nucleotídeos ao DNA estranho causando a inativação dos genes invasores, O RNA-guia associado ao Cas9 bacteriano apresenta a seguinte sequência de bases nitrogenadas:

b) A alteração na sequência de DNA provocada pelo CRISPR-Cas9 pode inativar um gene modificando, por exemplo, o seu promotor ou o códon de início da tradução, entre outras.

20. a) Sim. A criança é filho biológico do suposto pai, porque as bandas de DNA que o filho não herdou de sua mãe coincidem com as desse indivíduo. b) A amostra de sangue recolhida no local do crime é de uma terceira pessoa não identificada, pois várias bandas de DNA verificadas no exame não coincidem com as amostras da vítima ou do suspeito.