EXERCICIO DE BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA

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EXERCÍCIO DE BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA
Wesley Rodrigo Miranda da Silva – 202204197405
1. Como são classificados os carboidratos? Qual a sua principal função para o nosso organismo?
R .: Os carboidratos podem ser classificados em três tipos, os monossacáridos, dissacarídeos/oligossacarídeos e os polissacarídeos. Sua principais funções são de função energética e estrutural.
2. Quais as principais funções das proteínas? Dê exemplos de proteínas?
R .: Dependendo da sua função no organismo, as proteínas são classificadas em dois grandes grupos:
Proteínas Dinâmicas: Esse tipo de proteína realiza funções como defesa do organismo, transporte de substâncias, catálise de reações, controle do metabolismo. As enzimas e a hemoglobina são exemplos desse tipo de proteínas.
Proteínas Estruturais: Como o próprio nome indica, sua função principal é a estruturação das células e dos tecidos no corpo humano. O colágeno e a elastina são exemplos desse tipo de proteína.
3. Quais componentes formam a estrutura dos nucleotídeos?
R .: Nucleotídeos são bastante simples, consistindo de três partes diferentes: Base nitrogenada (Adenina, Timina, Guanina ou Citosina) Desoxirribose (um açúcar por cinco carbonos) Um grupamento fosfato.
4. Explique de maneira especifica e completa como funciona o metabolismo. 
R .: Metabolismo pode ser considerado como o conjunto de reações químicas que ocorre em um organismo vivo, de modo a viabilizar a vida e a homeostase desse organismo, sendo ele integrado pelos mais diversos tipos de reação, visando sempre as necessidades de tal organismo. De forma bem abrangente podemos dividir as reações metabólicas em dois grandes grupos, as de anabolismo, que consistem no gasto energético para a construção de moléculas e outros componentes orgânicos. O outro tipo de reação é o catabolismo que consiste no processo de quebra de moléculas para geração de energia, assim o corpo está a todo momento intercambiando esses tipos de reação.
5. Diferencie a estrutura e função desempenhada pelas modificações da cromatina.
R .: Cromatina consiste num complexo de DNA, RNA e proteínas que está presente no núcleo celular dos eucariontes, em forma de um longo filamento. As histonas são as principais proteínas que formam as cromatinas. A cromatina costuma ser dividida em duas categorias, de acordo com a sua condição: eucromatina e heterocromatina.
Eucromatina: quando os filamentos de cromatina estão menos condensados significa que possui DNA ativo, ou seja, a célula é capaz de “ler” o conteúdo deste material genético.
Heterocromatina: os filamentos estão condensados, enrolados entre si num emaranhado. Neste caso, o DNA está inativo, pois as células naquele momento não são capazes de codificar o material genético condensado.
6. Quais são os componentes formam a estrutura dos nucleossomos?
R .: Um nucleossomo consiste em oito moléculas de histonas centrais (octâmero): duas cópias de H2A, H2B, H3 e H4. Em torno do octâmero em forma de disco de histonas estão 140-150 pares de bases de DNA (147 bp em humanos), enrolados em torno de 1,7 vez.
7. Como é aplicada a regra de Chargaff na disposição dos nucleotídeos do DNA.
R .: As regras de Chargaff afirmam que o DNA de qualquer espécie deve ter uma razão estequiométrica de 1:1 de bases purina e pirimidina (ou seja, A + G = T + C ) e, mais especificamente, que a quantidade de guanina deve ser igual à de citosina e a quantidade de adenina deve ser igual à de timina.
8. Como ocorrem as mutações espontâneas e induzidas? Explique cada uma das formas e dê exemplos.
R .: As mutações podem ocorrer de forma espontânea ou de forma induzida. De forma espontânea, ocorre devido a erros na replicação do DNA, como na inserção, por exemplo, que acontece quando uma ou mais bases são adicionadas ao DNA, modificando a ordem de leitura da molécula durante a replicação ou a transcrição. E de forma induzida, quando o organismo é exposto a um agente mutagênico, como a radiação, bebidas alcoólicas, substâncias derivadas do tabaco, bem como alguns medicamentos.
9. Explique de forma detalhada como cada mecanismo de reparo do DNA atua na remoção do erro. Fale também sobre quando cada mecanismo deve ser utilizado no processo de reparação do DNA.
R .: Dois caminhos envolvidos no reparo das quebras da hélice dupla de DNA são as vias da união das extremidades não homólogas e da recombinação homóloga. Na união de extremidades não homólogas, as duas pontas quebradas do cromossomo são simplesmente coladas juntas novamente. Durante a replicação, a célula tem maquinaria de revisão dentro da própria DNA polimerase. Para danos de DNA de cadeia única, a célula pode usar técnicas de reparação por excisão e fotorreparação. Para as quebras de DNA de cadeia dupla, a célula pode usar recombinação homóloga ou união não-homóloga das extremidades.
10. Descreva as funções das enzimas helicases, DNA topoisomerases e SSB durante o inicio da replicação. 
R .: Helicase é a primeira enzima de replicação a se ligar na origem de replicação 3. A função da helicase é avançar os garfos de replicação “desenrrolando” o DNA (quebrando as pontes de hidrogênio entre os pares de bases nitrogenadas). As DNA topoisomerases são enzimas responsáveis pela resolução das dificuldades geradas durante processos que requerem o desenrolamento das fitas de DNA, ao induzirem uma quebra transitória nessa cadeia. SSB são proteínas que se ligam às cadeias molde separadas pela DNA Helicase, impedindo que estas se voltem a ligar, mantendo a estabilidade da forquilha de replicação. São também essenciais na reparação e recombinação de DNA.
11. Sabe-se que a replicação do DNA é semiconservativa. Com base nesse mecanismo de replicação, assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) as afirmações abaixo.
(V) O DNA original atua como molde, e cada novo DNA possui uma fita antiga e outra nova.
(F) Os quatro ribonucleosídeos trifosfatados, dATP, dGTP, dCTP e dUTP, devem estar presentes.
(V) O DNA deve ser desnaturado (desenrolado) para tornar-se acessível ao pareamento das novas bases.
(V) A enzima DNA polimerase adiciona nucleotídeos novos de acordo com o molde de DNA.
12. Descreva TODO o processo de replicação do DNA nos mínimos detalhes.
R .: A replicação do DNA ocorre no sentido 5’ → 3’ e as fitas são separadas pela atuação de enzimas, que quebram as ligações entre as bases nitrogenadas e desenrolam as cadeias, abrindo a dupla hélice. Conforme a despiralização do DNA acontece, outras enzimas atuam catalisando a síntese de duas novas sequências utilizando as fitas-mãe como molde. Cada fita criada se une a uma fita original do DNA. Por isso, o processo é classificado como semiconservativo. O DNA é uma molécula em dupla hélice e para ocorrer a sua duplicação o primeiro passo é descompactar essa estrutura pela ação da enzima DNA helicase. A helicase reconhece a origem da replicação e atua quebrando as ligações de hidrogênio nas bases nitrogenadas A-T e C-G. Esse processo ocorre em vários pontos e forma “bolhas de replicação”. Conforme as ligações se desfazem é como se fosse um zíper abrindo e, por isso, essa etapa faz surgir uma estrutura em forma de Y chamada de forquilha de replicação, o ponto de partida da duplicação. A enzima primase é responsável por sintetizar uma porção de RNA, chamado de primer. Nessa etapa vários primers são gerados e vão se unindo à cadeia para iniciar a síntese de DNA. A enzima DNA polimerase é a enzima de replicação responsável por ampliar a nova cadeia adicionando as bases (A, C, G e T). Essa etapa é direcionada da extremidade 5’, com um grupo fosfato, para extremidade 3’, com um grupo hidroxila. Essa fase é chamada de replicação contínua. Entre os primers ligados à fita original, vários pedaços de DNA são anexados e são chamados de fragmentos de Okazaki. Como os trechos precisarão ser unidos posteriormente, essa fase recebe o nome de retardada. A enzima exonuclease é responsável por remover os primers das fitas originais após a formação fitas contínuas e descontínuas. Para evitar erros de sequenciamento uma revisão e, se necessário, uma correçãoé realizada por outra exonuclease. A enzima DNA ligase faz com os fragmentos de DNA sejam unidos e o DNA sequenciado em duas fitas contínuas.
13. Quais são os objetivos da replicação do DNA? Se possível dê exemplos de algumas funções.
R .: A replicação do DNA ou duplicação do DNA é um processo de grande importância para a transmissão do material genético, pois, quando ocorre a divisão celular, esse material será dividido de forma igual entre as células-filhas. A replicação ocorre antes do início da divisão celular, durante a fase S da interfase.
14. Indique as funções da região promotora na transcrição.
R .: A região promotora precede (e ligeiramente sobrepõe-se) à região transcrita, cuja transcrição especifica. Ela contém locais de reconhecimento para a RNA polimerase ou suas proteínas auxiliares se ligarem. O DNA se abre na região promotora para que a RNA polimerase possa começar a transcrição. Um promotor é uma região do DNA que inicia a transcrição de um determinado gene. Os promotores estão localizados perto do sítio de início da transcrição de genes, na mesma fita e a montante no DNA (para 5’ da fita código).
15. Explique como a enzima acetiltransferase contribui para a transcrição.
R .: As acetiltransferases são enzimas que acetilam resíduos conservados de lisina em suas ramificações N-terminais em histonas, através da transferência de um grupo acetil da Coenzima A, formando-se ε-N-acetil-lisina. O DNA está associado a histonas e, por transferência de um grupo acetil para estas, além de outros fatores que participam da expressão gênica, os genes podem ser ativados ou desativados. A acetilação das histonas é atribuída à ativação transcricional, silenciamento genético, reparo de DNA e progressão do ciclo celular. Existem duas teorias de como a acetilação da histona facilitaria a transcrição: a primeira diz que a acetilação da lisina neutralizaria a carga elétrica positiva normalmente presente, reduzindo assim a afinidade entre as histonas e o DNA negativamente carregado, tornando este mais acessível a fatores de transcrição, já a segunda hipótese, que não exclui a primeira, é conhecida como “código da histona” e propõe que a modificação covalente das histonas provê um marcador epigenético para a expressão do gene.
16. Fale sobre a função desempenhada pela TBP e fator sigma.
R .: O fator sigma permite que a holoenzima RNA polimerase reconheça a região promotora dos genes que serão transcritos e estabeleça uma forte ligação à molécula de DNA. Já a proteína de ligação a TATA (TBP, do inglês TATA-binding protein) é um factor de transcrição que se liga especificamente a uma sequência de DNA denominada TATA box. Esta sequência de ADN é encontrada a 25–30 pares de bases anteriores ao sítio de iniciação da transcrição em alguns promotores de genes eucariontes.
17. Descreva nos mínimos detalhes as diferenças existentes no processo de transcrição entre eucariotos e procariotos.
R .: Em eucariotos, a transcrição acontece no núcleo para depois ser sintetizada a proteína pela tradução no citoplasma. Já em procariotos, não existe núcleo. Os dois processos ocorrem no mesmo meio. O RNA transcrito em eucariotos passa por uma série de alterações antes de serem completamente formados.
18. Comente de maneira detalhada sobre o processamento pós transcricional.
R .: As modificações pós-transcripcionais (PTMs, pela sigla em inglês) são processos que facilitam a produção de RNA maturado e funcional. Estes mecanismos regulatórios de resposta rápida permitem que diferentes proteínas sejam produzidas a partir de um gene e atuam como reguladores do fenótipo e da taxa de proliferação. Estas modificações também podem desempenhar um papel em algumas formas de cancro e em doenças neurodegenerativas. O RNA pré-mensageiro (mRNA), chamado RNA nuclear heterogéneo (hnRNA), é modificado pela adição de um cap 7-metillguanosina na extremidade 5’ e uma cauda poli-A (poliadenilato) na extremidade 3’ para estabilidade e proteção. Além disso, o hnRNA que contém intrões (sequências não codificantes) entre as sequências expressas, ou exões, sofre reparações (splicing). Este processo remove intrões para produzir um mRNA maturado com a sequência de codificação para tradução. O splicing alternativo, por outro lado, também exclui os intrões, mas formam-se várias combinações de exões, produzindo proteínas diferentes do mRNA original. Na edição de RNA, a sequência de mRNA é alterada e difere do modelo de DNA transcrito. O RNA transportador e o RNA ribossomal começam a partir de moléculas precursoras mais longas e passam por etapas que incluem metilação, cortes e adição de nucleótidos.
19. Discorra sobre as características do código genético.
R .: O código genético possui três características principais: Especificidade: cada códon codificará o mesmo aminoácido; Universalidade: a especificidade do códons é a mesma para qualquer indivíduo. O códon para o aminoácido alanina, por exemplo, é o mesmo em uma bactéria, um fungo, uma planta, um peixe e um ser humano.
20. Descreva todo o processo de síntese de proteínas. Além disso, diferencie este procedimento em procariotos e eucariotos.
R .: A síntese proteica é o mecanismo de produção de proteínas determinado pelo DNA, que acontece em duas fases chamadas transcrição e tradução. A transcrição acontece no núcleo para depois ser sintetizada a proteína pela tradução no citoplasma, síntese na qual, refere-se aos eucariotos Já em procariotos, não existe núcleo. Os dois processos ocorrem no mesmo meio.O RNA transcrito em eucariotos passa por uma série de alterações antes de serem completamente formados.
21. Relate a função de TODAS as enzimas usadas durante a síntese de proteínas.
R .: DNA polimerase:Uma das moléculas chave na replicação do DNA é a enzima DNA polimerase. DNA polimerases são responsáveis pela síntese do DNA, elas adicionam nucleotídeos, um por um, à fita crescente de DNA, incorporando somente aqueles que são complementares à fita molde.
Primers e primase: A primase faz um primer de RNA, ou um trecho curto de ácido nucleico complementar ao molde, que fornece uma extremidade 3’ para a DNA polimerase trabalhar. Um primer típico tem cerca de cinco a dez nucleotídeos. O primer inicia a síntese de DNA, isto é, faz com que ela comece.
Helicase abre o DNA no garfo de replicação
Proteínas ligadoras de fita simples recobrem o DNA ao redor do garfo de replicação para evitar que o DNA se enrole.
Topoisomerase trabalha na região à frente do garfo de replicação para evitar enrolamento excessivo.
Primase sintetiza primers de RNA complementares à fita de DNA.
DNA polymerase III aumenta os primers adicionando nucleotídeos na extremidade 3’, para fazer a maior parte do novo DNA.
Primers de RNA são removidos e substituídos com DNA pela DNA polimerase I
As lacunas entre fragmentos de DNA são fechadas pela DNA ligase.