Exercícios: A extração do ADN

Explica por palavras tuas o que significa extrair o ADN de uma célula eucariota e indica dois materiais simples a partir dos quais se podem obter as células para a atividade prática (por exemplo, a mucosa bucal ou um fruto). Por que razão convém triturar bem o material antes de começar?

Na atividade prática de extração de ADN utilizam-se detergente da loiça, sal e álcool muito frio. Explica o papel de cada reagente: que estruturas da célula o detergente dissolve, para que serve o sal e o que acontece ao ADN quando entra em contacto com o álcool.

Observa o esquema do tubo de ensaio no final da atividade prática de extração de ADN. Identifica o que assinalam os marcadores ?1, ?2 e ?3 (a camada de álcool, o extrato aquoso com o ADN dissolvido e os filamentos de ADN que surgem na zona de contacto) e explica por que razão o ADN se concentra precisamente nessa zona.

Raciocina sobre por que razão quase qualquer tecido serve para extrair ADN, por exemplo uma folha de alface ou um pedaço de frango, desde que as suas células tenham núcleo. O que têm em comum todas essas células?

Após triturar o material com a solução de extração, a atividade prática prossegue com a filtração da mistura. Explica o que fica retido no filtro, o que passa para o copo e por que razão interessa eliminar a parte sólida.

Enumera o material de laboratório necessário para a atividade prática de extração de ADN (copo de precipitação, coador ou filtro, tubo de ensaio, vareta de vidro) e explica para que se utiliza cada um.

No tubo, o ADN passa de dissolvido no extrato a formar um precipitado de filamentos ao adicionar o álcool. Explica se a molécula de ADN se alterou quimicamente nesse processo ou se apenas mudou o seu estado físico, e compara com o que acontece ao sal quando precipita na água.

Embora a atividade prática use ingredientes de cozinha, é realizada num laboratório. Indica duas regras de segurança que deves respeitar (por exemplo, não provar nada e manter o álcool longe de qualquer chama) e explica o motivo de cada uma.

Estes passos da atividade prática de extração de ADN estão desordenados: deitar o álcool muito frio pelas paredes do tubo sem agitar; triturar o material; preparar a mistura de água, sal e detergente; filtrar a mistura; recolher os filamentos de ADN com uma vareta. Ordena-os e justifica por que razão cada passo deve estar nessa posição.

O álcool da atividade prática deve estar muito frio e deve ser vertido com cuidado, de modo a formar uma camada sobre o extrato sem se misturar com ele. Explica que vantagem tem o álcool estar frio para a solubilidade do ADN e por que razão convém que as duas camadas não se misturem.

No final da atividade prática surge, na zona de contacto entre o extrato e o álcool, uma espécie de nuvem esbranquiçada formada por filamentos. Descreve o que se observa e explica o que é realmente esse material — não é uma única molécula nem o ADN de uma só célula — e por que razão é visível a olho nu se uma molécula de ADN não o é.

Um colega propõe extrair ADN humano a partir de uma gota de sangue. Raciocina sobre por que razão os glóbulos vermelhos não servem para esta atividade prática e que células do sangue teriam de ser utilizadas em sua substituição.

O detergente da loiça dissolve as membranas celulares porque estas são formadas por uma bicamada de fosfolípidos. Explica a analogia com o que o detergente faz ao lavar um prato com gordura e o que acontece então ao conteúdo da célula.

Planifica uma experiência para verificar de que fruto, entre banana, kiwi e morango, se obtém mais ADN com o mesmo protocolo. Indica que variáveis manterias constantes para que a comparação seja justa e qual medirias para comparar os resultados.

Uma célula humana contém cerca de $6\ \text{pg}$ de ADN ($6 \cdot 10^{-12}\ \text{g}$). Estima quantas células seriam necessárias para obter $1\ \text{mg}$ de ADN e raciocina sobre por que razão na prática é preciso triturar uma boa quantidade de material.

O ADN é solúvel no extrato aquoso com sal, mas insolúvel em álcool frio, enquanto muitas proteínas e restos de membrana permanecem no líquido. Explica a diferença entre dissolver e precipitar, e por que razão esta alteração de solubilidade permite separar o ADN de grande parte das impurezas.

Pretendes extrair ADN de um morango e de uma cebola aplicando o mesmo protocolo. Raciocina sobre que ajustes poderias necessitar na trituração ou na quantidade de detergente consoante a dureza de cada tecido, e prevê de qual esperas obter mais ADN visível, sabendo que o morango é octoploide: as suas células têm oito conjuntos de cromossomas em vez de dois.

Durante a atividade prática de extração de ADN vegetal, três grupos obtêm resultados falhados:

• Grupo A: Triturou o tecido vegetal numa varinha mágica à potência máxima durante dez minutos e não observa filamentos, apenas um líquido turvo sem filamentos definidos.

• Grupo B: Adicionou álcool a 96 % à temperatura ambiente ($22\ ^\circ\text{C}$) em vez de o arrefecer previamente a $-20\ ^\circ\text{C}$, e quase não observa precipitado na interfase.

• Grupo C: Agitou energicamente o tubo de ensaio com uma vareta assim que verteu o álcool e as fibras que começavam a agrupar-se desfizeram-se.

Justifica o que aconteceu a nível físico ou molecular em cada caso para explicar o insucesso da extração.

Numa investigação forense recolhe-se uma minúscula amostra biológica (um cabelo com raiz que contém apenas algumas dezenas de células). Um aluno afirma: «Podemos usar o protocolo caseiro do morango: trituramos, adicionamos detergente da loiça, sal e álcool, e depois lemos os genes com uma lupa». Refuta a afirmação do aluno identificando três limitações insuperáveis deste método escolar e justifica que técnicas avançadas (como a amplificação por PCR ou a purificação enzimática) são imprescindíveis num laboratório real para analisar a amostra.

Um grupo de alunos quer adaptar o protocolo de extração de ADN vegetal a tecido animal (peito de frango). Propõem suprimir dois passos: a trituração mecânica inicial (porque a carne é mais mole do que uma parede vegetal) e a adição de detergente (porque as células animais não têm parede celular).

Avalia criticamente as duas propostas: justifica se é acertado prescindir de cada um desses passos em função da organização das células animais e prevê o que obteriam se eliminassem o detergente.

Ao terminar a atividade prática com morango e com kiwi, um aluno compara ambos os tubos e afirma: «O ADN de ambos os frutos parece exatamente igual (uma massa esbranquiçada e filamentosa). Isso demonstra que, a nível molecular, o ADN de todas as espécies é idêntico e que a extração não serve para as diferenciar». Rebate a sua conclusão distinguindo que parte da molécula de ADN é universal para todos os seres vivos e qual é a que realmente contém a informação que permite a um laboratório sequenciar e identificar a espécie.

Para identificar um suspeito, um laboratório corta as amostras de ADN com enzimas e submete os fragmentos a eletroforese num gel de agarose:

1. a) Se o ADN tem carga líquida negativa devido aos seus grupos fosfato, deduz fundamentadamente para que polo elétrico (positivo ou negativo) migrarão os fragmentos ao ligar a corrente.
2. b) Se uma amostra contém fragmentos de ADN de $300$ pares de bases e outros de $2500$ pares de bases, prevê quais ficarão mais afastados do poço de carga na malha do gel e justifica o motivo físico.
3. c) Interpreta o que significaria se o padrão de bandas do suspeito coincidisse exatamente em posição e número com o da amostra encontrada no local do crime.

O ADN obtido com o protocolo escolar não é puro: precipita juntamente com proteínas (histonas) e lípidos. Uma equipa propõe adicionar sumo de ananás natural (rico em bromelaína, uma enzima protease) ao filtrado antes de adicionar o álcool. Outra equipa propõe aquecer o filtrado a $100\ ^\circ\text{C}$ durante $15$ minutos para eliminar as impurezas proteicas.

Avalia ambas as propostas: justifica qual das duas é adequada explicando a ação da protease sobre as histonas, e prevê o efeito contraproducente que ferver a amostra teria sobre a molécula de ADN.

Uma molécula de ADN tem uma espessura de cerca de $2\ \text{nm}$, enquanto os filamentos que se observam na atividade prática medem algumas décimas de milímetro, por exemplo $0{,}5\ \text{mm}$. Estima quantas moléculas de ADN agrupadas cabem na espessura de um filamento e relaciona o resultado com o facto de o ADN precipitado ser visível a olho nu.