Exercícios: A expressão génica

Defina transcrição e tradução e indique em que local da célula eucariótica ocorre cada um desses processos.

O que é um códon? Indique quantos nucleotídeos o constituem, quantos códons distintos existem e quantos aminoácidos diferentes codificam no total.

Observe o esquema do fluxo da informação genética. Indique que moléculas estão assinaladas com A, B e C, que processos ocorrem nas setas 1 e 2, e o que representa a zona delimitada por uma linha tracejada.

Que enzima catalisa a transcrição do DNA para RNA? Indique em qual das duas cadeias do gene ela atua e em que sentido sintetiza a molécula de RNA.

Indique duas diferenças estruturais entre o DNA e o RNA, e explique quais bases se emparelham durante a transcrição quando a fita molde apresenta uma adenina ou uma timina.

Defina o que é um gene do ponto de vista da expressão gênica e indique que dois tipos de produtos funcionais podem ser gerados por um gene ao se expressar.

Qual é o códon de iniciação da tradução e que aminoácido codifica? Explique que função desempenham os códons de terminação e o que acontece quando o ribossomo alcança um deles.

Descreva brevemente o que faz o ribossomo durante a tradução: como lê o RNAm, como chegam os aminoácidos e que tipo de ligação se forma entre eles.

A partir da cadeia molde de DNA 3'-TACGGAACT-5', obtenha a sequência do RNAm resultante indicando a sua polaridade, e assinale quantos aminoácidos, no máximo, esse fragmento pode codificar.

A partir da seguinte tabela do código genético:

1. a) Traduza o seguinte $\text{mRNA}$: $5'\text{-AUGGCUUAA-}3'$, e indique a sequência de aminoácidos resultante.
2. b) Explique que papel desempenham o primeiro e o último códon do fragmento.

Distinga a função do RNAm, do RNAt e do RNAr na síntese de proteínas, indicando o que cada tipo de RNA contribui para o processo.

A fita codificante de um gene tem a sequência 5'-ATGGCTTAA-3'. Indique a sequência do RNAm transcrito, justifique por que razão é quase idêntica à fita codificante e explique que papel desempenha, então, a outra fita do DNA na transcrição.

Descreva a estrutura característica de um RNAt (forma de trevo, anticódon e extremidade 3') e explique como a célula garante que cada RNAt se ligue ao seu aminoácido correto, mencionando as enzimas responsáveis.

Ordene as seguintes etapas da expressão gênica em uma célula eucariótica e justifique a ordem escolhida: ligação do RNAm ao ribossomo, processamento do RNAm, tradução no citosol, saída do RNAm do núcleo, transcrição no núcleo.

Durante a tradução, o RNAm é lido em códons consecutivos, sem separadores entre eles. Explique o que é a janela de leitura e justifique o que aconteceria com a proteína sintetizada se o ribossomo iniciasse a leitura um nucleotídeo antes da posição correta.

Uma proteína é constituída por $300$ aminoácidos. a) Calcule quantos nucleotídeos tem, no mínimo, o RNAm maduro que a codifica, incluindo o códon de terminação. b) Calcule quantos pares de bases ocuparia o gene em um organismo sem íntrons. c) Justifique por que, nos organismos eucarióticos, o gene costuma ser muito mais longo do que o RNAm maduro correspondente.

Considere o seguinte fragmento da sequência codificante de um RNAm que é traduzido em uma proteína citoplasmática:

$5'\text{--- AUG - UCU - UCC - UCA - UCG --- } 3'$

(Nota: os quatro códons que se seguem ao códon de iniciação AUG codificam todos o aminoácido serina).

1. a) A partir deste caso concreto, justifique por que razão o código genético é degenerado e demonstre que esta propriedade não equivale a dizer que o código seja «ambíguo».
2. b) Suponha que são introduzidas duas mutações pontuais independentes: o Mutante 1 altera o segundo códon de UCU para UCC; o Mutante 2 altera o terceiro códon de UCC para UAC (que codifica tirosina). Compare o impacto de ambas as mutações na sequência de aminoácidos da proteína e classifique cada mutação de acordo com o seu efeito funcional.
3. c) Justifique que vantagem adaptativa confere o fato de a degenerescência do código genético se concentrar quase sempre na terceira base de cada trinca (hipótese do pareamento oscilante/wobble) em vez de na primeira ou na segunda, diante das mutações pontuais espontâneas.

O seguinte esquema representa um ribossomo funcional durante a fase de alongamento da tradução:

1. a) Deduza justificadamente a polaridade (extremidades $5'$ e $3'$) da cadeia de mRNA e o sentido no qual o ribossomo se deslocará ao longo dela.
2. b) Escreva a sequência do anticódon do tRNA indicado (?), especificando obrigatoriamente a sua polaridade $5'\to 3'$, e fundamente que aminoácido ele transporta, sabendo que o códon GCU codifica alanina.
3. c) Em uma linhagem mutante é produzido um tRNA supressor capaz de reconhecer o códon UAA introduzindo o aminoácido tirosina. Preveja o que acontecerá com a tradução e com o comprimento da proteína resultante quando o ribossomo alcançar a posição assinalada com o códon de terminação, em comparação com a célula selvagem.

No genoma humano, o gene da fibronectina contém numerosos éxons e íntrons. Nos fibroblastos dá origem a uma isoforma proteica insolúvel que faz parte da matriz extracelular, enquanto nos hepatócitos origina uma isoforma solúvel que circula no plasma sanguíneo.

1. a) Justifique mediante qual mecanismo molecular uma única sequência de DNA genômico pode dar origem a essas duas proteínas com funções e localizações tão distintas.
2. b) Um paciente apresenta uma mutação pontual que consiste em uma transição (G por A) no sítio aceptor de splicing do íntron 4 desse gene. Preveja duas possíveis alterações na estrutura do mRNA maduro resultante e suas consequências na proteína sintetizada.
3. c) Se clonarmos esse gene humano intacto (com todos os seus íntrons e éxons) em um plasmídeo e o introduzirmos em Escherichia coli, fundamente se a bactéria sintetizará a fibronectina humana funcional.

A estreptomicina é um antibiótico bactericida que se liga à subunidade $30\text{S}$ do ribossomo procarioto ($70\text{S}$), provocando leituras errôneas do mRNA e inibindo a síntese proteica. Embora seja considerado seletivo em relação aos ribossomos citoplasmáticos eucarióticos ($80\text{S}$), os pacientes sob tratamentos intensivos costumam apresentar nefrotoxicidade e ototoxicidade associadas a disfunção energética celular.

1. a) Com base na teoria endossimbiótica, justifique por que razão este fármaco pode danificar as células humanas e provocar déficit de ATP apesar da seletividade de alvo descrita.
2. b) Ao analisar uma linhagem bacteriana resistente à estreptomicina, comprova-se que ela não degrada o fármaco nem tem bombas de efluxo ativo, mas apresenta uma mutação no gene do cromossomo bacteriano que codifica o rRNA $16\text{S}$. Explique como essa mutação confere resistência sem impedir por completo a função do ribossomo.
3. c) Em um experimento celular, utilizam-se ciclo-heximida (inibidor de ribossomos $80\text{S}$) e cloranfenicol (inibidor de ribossomos $70\text{S}$). Preveja o que acontecerá com a montagem dos complexos multienzimáticos da cadeia transportadora de elétrons mitocondrial (cujas subunidades têm origem genética dupla) na presença de cada um desses compostos isoladamente.

Estuda-se um gene humano de $24\,000$ pares de bases (pb) que é constituído por $8$ éxons e $7$ íntrons. Após o processamento completo, o seu mRNA maduro em células musculares tem um comprimento de $1200$ nucleotídeos (incluindo as regiões UTR e a cauda poli-A).

1. a) Se você hibridar no laboratório a fita molde do DNA genômico com o referido mRNA maduro muscular e observar o heteroduplex resultante ao microscópio eletrônico, preveja qual morfologia ele apresentará e quantas alças de fita simples serão observadas no máximo. Justifique por qual ácido nucleico será formada cada alça.
2. b) Um estudante afirma que, por ter $1200$ nucleotídeos, a proteína resultante terá exatamente $400$ aminoácidos de comprimento. Refute de forma fundamentada esta afirmação, apresentando pelo menos dois argumentos de natureza molecular.
3. c) Em tecido nervoso, isola-se um mRNA maduro proveniente do mesmo gene, mas com um tamanho de $1500$ nucleotídeos. Fundamente que fenômeno ocorreu e preveja se a proteína neuronal será necessariamente mais longa do que a muscular, justificando a sua resposta.