Exercícios: O ADN e o ARN

Explica o que é o ADN, que tipo de informação encerra e em que compartimento de uma célula eucariótica se concentra a quase totalidade desta molécula.

Indica as quatro bases azotadas presentes no ADN e explica a regra de emparelhamento que rege a dupla hélice.

O esquema representa um fragmento de dupla hélice de ADN. Indica o que assinalam os marcadores 1 e 2, e preenche as bases em falta nos degraus identificados com ?, sabendo que a base A emparelha sempre com a T e a base G com a C.

Explica o que é um nucleótido e indica os seus três componentes. Qual deles varia de um nucleótido para outro e constitui a «letra» da informação genética?

A dupla hélice de ADN assemelha-se a uma escada em caracol. Explica que moléculas formam os «corrimões» da escada e quais formam os «degraus», e como estão unidos entre si os componentes de cada degrau.

Ordena estas estruturas por ordem crescente de tamanho e explica numa frase o que é cada uma: cromossoma, célula, gene, nucleótido, núcleo.

No ADN de uma espécie, $22\ \%$ das bases são timina. Calcula que percentagem haverá de adenina, de guanina e de citosina, e explica o raciocínio.

As duas cadeias do ADN são antiparalelas: uma percorre a dupla hélice no sentido 5' para 3' e a outra no sentido 3' para 5'. Explica com uma analogia o que significa serem antiparalelas e o que indicam as marcas 5' e 3'.

Indica três diferenças entre o ADN e o ARN: o açúcar que contêm, o número de cadeias e uma das suas bases azotadas.

Explica o que é um gene e descreve a sua relação com o ADN, os cromossomas e as proteínas.

Antes de se dividir, a célula copia todo o seu ADN através da replicação. Explica em que consiste este processo e por que razão se diz que é semiconservativo: que cadeias formam cada molécula de ADN-filha e que papel desempenha a complementaridade de bases para que a cópia seja exata.

Numa molécula de ADN, $18\ \%$ das bases são guanina. Calcula as percentagens de citosina, adenina e timina, e explica cada passo do raciocínio.

Uma cadeia de ADN tem a sequência 5'-ATG CCG TTA-3'. Escreve a sequência da cadeia complementar, indicando também o seu sentido, e explica o que tiveste em consideração.

A replicação do ADN ocorre antes de a célula se dividir por mitose. Explica por que razão é imprescindível que ocorra nessa ordem e o que aconteceria à informação genética das células-filhas se uma célula se dividisse sem ter copiado previamente o seu ADN.

Compara a organização do ADN numa bactéria e numa célula eucariota: onde se encontra, quantos cromossomas costuma haver e que forma têm.

Durante décadas acreditou-se que o material hereditário seriam as proteínas e não o ADN. Raciocina sobre que três propriedades qualquer molécula deve cumprir para poder ser o material hereditário e explica por que razão o ADN as cumpre.

Uma equipa de astrobiologia analisa o material genético de um microrganismo extraterrestre. Descobrem que é composto por duas cadeias emparelhadas, mas observam duas anomalias relativamente ao ADN terrestre: 1) o diâmetro da dupla hélice não é constante, apresentando alargamentos e estreitamentos contínuos; 2) as duas cadeias avançam na mesma direção (ambas no sentido $5' \to 3'$). Utilizando os princípios de complementaridade de bases púricas/pirimídicas e de antiparalelismo propostos por Watson e Crick, fundamenta que tipo de emparelhamentos químicos estariam a provocar essas irregularidades de espessura e prevê que dificuldade física ou enzimática apresentaria uma dupla hélice paralela durante a replicação celular.

Um laboratório analisa a composição de bases azotadas do material genético extraído de três vírus diferentes, obtendo os seguintes resultados:

• Vírus 1: $30\ \%$ adenina, $30\ \%$ timina, $20\ \%$ guanina, $20\ \%$ citosina.

• Vírus 2: $30\ \%$ adenina, $20\ \%$ timina, $22\ \%$ guanina, $28\ \%$ citosina.

• Vírus 3: $30\ \%$ adenina, $30\ \%$ uracilo, $20\ \%$ guanina, $20\ \%$ citosina.

Determina fundamentadamente para cada vírus: que tipo de ácido nucleico possui (ADN ou ARN) e se a sua cadeia é monocatenária ou bicatenária. Justifica ainda por que razão o vírus 2 não contradiz as leis da química, embora as suas percentagens de adenina e timina não coincidam.

Num laboratório testa-se um fármaco experimental numa cultura celular. O composto liga-se de forma irreversível às histonas, impedindo que o ADN se desenrole dos nucleossomas.

1. a) Prevê que dois processos moleculares imprescindíveis para a célula ficarão bloqueados de forma imediata e justifica porquê a nível molecular.
2. b) Se uma célula já duplicada inicia a mitose e consegue condensar os seus cromossomas, mas o fármaco a impede de os descondensar ao terminar a telófase, que consequências terá isso para a viabilidade das células-filhas durante a interfase?

Analisa-se o ADN bicatenário de duas espécies de bactérias: a espécie A provém de uma fonte hidrotermal submarina a $85\ ^\circ\text{C}$ e a espécie B provém do solo a $20\ ^\circ\text{C}$. As análises mostram que uma das amostras contém $38\ \%$ de citosina e a outra contém $19\ \%$ de citosina.

1. a) Deduz e justifica a que bactéria corresponde cada percentagem, baseando-te na estabilidade molecular das ligações entre pares de bases.
2. b) Calcula a percentagem de todas as outras bases azotadas (adenina, timina e guanina) presentes no ADN da bactéria termófila da amostra.

A região codificante ininterrupta de um gene eucariota é constituída exatamente por $900$ pares de bases (incluindo o codão de terminação final).

1. a) Calcula quantos aminoácidos irão compor a proteína traduzida a partir deste gene.
2. b) Supõe que ocorre uma mutação por inserção de um único nucleótido na posição número $301$. Prevê que consequências terá esta mutação sobre o comprimento final da cadeia de aminoácidos e sobre a sua função biológica, em comparação com uma mutação pontual por substituição nessa mesma posição $301$. Justifica a tua previsão utilizando os conceitos de grelha de leitura e codão de terminação prematuro.

Um cromossoma humano em metáfase mede cerca de $5\ \mu\text{m}$, mas o filamento de ADN que contém mediria cerca de $5\ \text{cm}$ se fosse esticado (uma compactação de $10\,000$ vezes).

1. a) Se aplicares a uma célula em metáfase um inibidor da enzima ARN polimerase (responsável pela transcrição), verificarás que quase não tem efeito porque a síntese de ARN já está interrompida de forma natural. Justifica este facto relacionando-o com o grau de compactação da cromatina.
2. b) Raciocina sobre a razão pela qual é imprescindível para a célula atingir semelhante nível de compactação durante a mitose, e sobre a razão pela qual seria letal para ela manter esse mesmo grau de condensação de forma permanente durante a interfase.

Certos fármacos quimioterapêuticos contra o cancro (agentes de ligação cruzada) podem unir covalentemente as duas cadeias do ADN. Imagina um fármaco hipotético que atue formando ligações covalentes permanentes entre as bases azotadas emparelhadas da dupla hélice, substituindo as habituais pontes de hidrogénio.

1. a) Prevê por que razão este fármaco trava de forma fulminante a divisão das células tumorais, explicando que enzimas e processos da replicação ou transcrição ficam fisicamente impedidos.
2. b) A partir do caso anterior, justifica por que razão a seleção biológica manteve ao longo da evolução ligações fracas (pontes de hidrogénio) entre as duas cadeias e ligações fortes (covalentes fosfodiéster) ao longo de cada cadeia, em vez de utilizar apenas ligações fortes ou apenas ligações fracas.

Na histórica experiência de Hershey e Chase (1952) com bacteriófagos:

1. a) Prevê que resultados teriam sido obtidos no sedimento de bactérias e no líquido sobrenadante se a hipótese predominante da época (que as proteínas constituíam o material hereditário) tivesse sido a correta.
2. b) Imagina que um estudante propõe repetir a experiência marcando os vírus com azoto-15 ($^{15}\text{N}$, isótopo estável) em vez de utilizar fósforo ($^{32}\text{P}$) e enxofre ($^{35}\text{S}$). Justifica por que razão esse desenho experimental seria completamente inútil para averiguar se o material genético é o ADN ou a proteína.