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Regulação em Procariontes
1. Em Escherichia coli o operão da lactose compreende 3 genes estruturais: lac Z, lac Y e lac A, cujos produtos estão
envolvidos no metabolismo da lactose. O gene I codifica um repressor e a lactose funciona como um indutor do sistema.
Descreva a sequência de processos:
a) Na ausência de lactose.
b) Na presença de lactose.
c) Na presença de glicose no meio celular.
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2. Sobre o operão trp (triptofano) e, considerando os operão lac e trp como modelos de indução e repressão,
respetivamente, responda:
a) Porque o mecanismo do triptofano é dito negativo e o da lactose é dito positivo?
b) Descreva a condição mais frequente de cada uma desses operões.
c) Descreva as alterações ocorridas quando moléculas efetoras estão presentes.
3. Diferencie repressores e indutores.
4. Uma mutação génica é a alteração na sequência de nucleotídeos de um gene, de um promotor ou de um operador.
Explique os efeitos de cada uma das mutações abaixo no operão lac da E. coli:
a) Mutação no operador, impedindo a ligação do repressor.
b) Mutação em lac I (gene regulador ou repressor), impedindo a sua transcrição.
c) Mutação no promotor impedindo o acoplamento da RNA polimerase.
d) Mutação em lac I, inibindo o acoplamento do repressor à lactose.
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e) Mutação sem sentido em lac Y.
f) Mutação de localização desconhecida, que impede a degradação de mRNA lac.
5) O modelo do operão, formulado por Jacob e Monod, serve para explicar a regulação génica das enzimas quedegradam
a lactose em E. coli.
Explique o que ocorreria se houvesse:
a) Uma mutação do tipo substituição de bases silenciosa do gene operador (O).
b) Uma mutação do tipo deleção de base nos genes estruturais (lac Z, lac Y e lac A).
c) Uma mutação de troca de sentido no primeiro gene estrutural.
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Regulação em Eucariontes
1. Os operões, que regulam eficientemente a expressão de conjuntos de genes estruturais relacionados entre si são
comuns em bactérias, mas ausentes em eucariotos. Isto implica que estes não controlam a expressão de seus genes?
Justifique.
2. Que mudanças ocorrem na estrutura da cromatina e que papel essas mudanças têm na regulação génica eucariótica?
Mutações e Mecanismos de Reparação do DNA
1. Uma globina de 146 aminoácidos sofreu uma mutação no codão correspondente ao sexto aminoácido da cadeia. A
análise do DNA indicou uma mudança de (5') TTC (3') para (5') TAC (3') na fita molde. Pergunta-se:
a) A mutação provocou a troca de um aminoácido por outro? Em caso afirmativo, qual é este aminoácido?
b) Quais as implicações para a estrutura da proteína?
c) Qual seria o resultado se a mesma troca ocorresse na base do lado (5') do DNA?
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2. Considere a sequência abaixo como parte de um mRNA eucariótico. O primeiro nucleotídeo do primeiro codão a ser
traduzido está sublinhado e representa a posição +1 da tradução. Este tripleto determina a fase de leitura.
Com base no código genético anexo, pergunta-se:
a) Qual a sequência do peptídeo codificado por esse mRNA?
b) Qual seria a sequência do peptídeo se o nucleotídeo +1 fosse substituído por “U”?
c) Qual seria a sequência do peptídeo se o nucleotídeo +34 fosse substituído por “A”? (duplo sublinhado)
d. Qual seria a sequência do polipeptídeo se houvesse a deleção do nucleotídeo da posição +4? (sublinhado tracejado)
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3. A manutenção da estabilidade genética necessita não apenas de um mecanismo extremamente preciso para
replicação do DNA, antes da célula se dividir, mas também de mecanismos para reparação das muitas lesões acidentais
que ocorrem espontaneamente no DNA.
Mutações Espontâneas
Sobre o tema, responda:
a) Cite e explique causas dessas lesões espontâneas que ocorrem no DNA.
b) Cite e explique o(s) mecanismo(s) de reparo usado(s) para corrigir as lesões espontâneas respondidas no item a.
4. Apesar das mutações génicas serem de extrema importância para a evolução de uma espécie, a sobrevivência do
indivíduo depende da estabilidade do seu genoma. A estabilidade resulta não só de um acurado mecanismo de
replicação, como também de mecanismos que reparem os danos que ocorrem continuadamente no DNA. Muitos danos
sofridos pelo DNA podem ser reparados porque a informação genética é preservada em ambas as fitas da dupla-hélice,
de tal forma que a informação perdida numa fita possa ser recuperada por meio da fita complementar.
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Mutações induzidas por agentes físicos e químicos
Em relação a este tema, avalie as afirmações seguintes como verdadeiras (V) ou falsas (F). Justifique as falsas.
A) As mutações podem ocorrer tanto em células somáticas quanto em células germinativas, mas apenas as mutações
somáticas são importantes na promoção da variabilidade genética e evolução das espécies. ___
B) Tanto as mutações espontâneas decorrentes de erro de incorporação de bases ou tautómeros quanto as mutações
induzidas por agentes alquilantes provocam distorções na molécula de DNA, sendo, portanto, corrigidas pelo sistema
reparo por excisão de nucleotídeos. ___
C) Entre os agentes mutagénicos de natureza física encontram-se as radiações não-ionizantes, que são capazes de
provocar deleção de bases e quebras de fita simples e dupla na cadeia de DNA, estando associadas ao cancro da pele.
___
D) Danos decorrentes de oxidação, alquilação, hidrólise ou desaminação são reparados pelo mecanismo de excisão de
bases. ___
E) Se durante a replicação do DNA humano uma forquilha de replicação encontra uma lesão, antes da ação do reparo
direto pelo sistema da fotoliase, a DNA polimerase irá parar a replicação no dímero encontrado, sendo esta região
reparada por recombinação. ___
F) No processo de reparo de bases mal pareadas, existe um sinal específico que direciona o sistema de excisão do erro
exclusivamente para a fita recém-sintetizada: o reconhecimento de adeninas não-metiladas em sequências GATC nesta
fita recém-sintetizada que estão metiladas na fita parental. ___
G) No processo de reparo por excisão de bases ocorre a remoção da base defeituosa por clivagem da ligação base
nitrogenada-desoxirribose, seguida pelo preenchimento da região com a base correta por ação da DNA polimerase. ___
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Regulação Genética, Mutações e Mecanismos de Reparação
Grupo I
1. Observe, atentamente, a figura.
1.1. Indique os genes estruturais do operão do triptofano.
1.2. Por que razão se considera o triptofano como correpressor?
1.3. Justifique a designação "operão repressível" atribuída ao operão trp.
1.4. Por que razão se pode afirmar que as alterações do meio condicionam a expressão do DNA?
1.5. Que diferenças fundamentais existe entre o funcionamento do operão lac e o funcionamento do operão trp?
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2. O controlo que se verifica nos regulões diz-se positivo, dado que um regulador promove a Iigação da RNA polimerase
ao gene promotor, conduzindo à transcrição dos genes estruturais. O mesmo regulador é capaz de atuar sobre
diferentes operões, promovendo a sua atividade.
2.1. Procure justificar a vantagem da existência de regulões.
2.2. Quais são os operões que constituem este regulão?
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Grupo II
1. Classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das seguintes afirmações, relativas às mutações:
A) A aneuploidia corresponde a mutações numéricas em cromossomas isolados, enquanto a euploidia diz respeito a
alterações numéricas em todo o genoma. ___
B) A não disjunção dos cromossomas homólogos na divisão celular, mitose ou meiose, é a principal responsável pela
maioria das aneuploidias. ___
C) A Síndrome de Down é a aneuploidia menos viável no Homem. ___
D) A Síndrome de Klinefelter é caracterizada pela presença de um cromossoma X a mais (cariótipo XXY), e pode dever-se
a erros na disjunção cromossómica durante a espermatogénese. ___
E) Nas euploidias, os indivíduos resultantes são, no geral, estéreis, devido a irregularidades na meiose, decorrente da
possibilidade de emparelhamento cromossómico. ___
2. Observe a figura e responda às questões.
2.1. Classifique o tipo de mutação evidenciado na figura.
2.2. Justifique a resposta dada na questão anterior.
2.3. Escolha a melhor opção para completar a frase seguinte.
Se considerarmos que esta alteração ocorreu numa célula somática humana em mitose, então…
A) … o fenómeno ocorreu durante a metáfase II.
B) … os pares de homólogos encontravam-se emparelhados em metáfase.
C) … cada cromossoma separou-se em dois cromatídeos durante a anáfase.
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3. A hemofilia é uma doença que resulta da mutação de um gene responsável pela síntese de uma proteína necessária
para que a coagulação sanguínea ocorra. Conhece-se mais do que um tipo de hemofilia.
Contudo, uma das formas mais frequentes é determinada por um gene recessivo localizado no cromossoma X. Para o
diagnóstico pré-natal amplia-se, por PCR, uma sequência de 142 pares de bases (pb). No indivíduo normal, uma enzima
de restrição divide esta porção de DNA em duas partes. A figura representa os fragmentos de restrição obtidos, após
eletroforese, numa família.
3.1. Da interpretação da árvore genealógica da figura 4, pode-se concluir que o alelo responsável pela hemofilia é
recessivo localizado no cromossoma X, porque …
A) … qualquer indivíduo afetado tem um dos progenitores afetado.
B) … os pais de um indivíduo afetado nunca podem ser ambos normais.
C) … os homens e as mulheres não são igualmente afetados.
D) … a anomalia manifesta-se em todas as gerações.
3.2. Quando sujeita à enzima de restrição, a porção amplificada de DNA que contém parte do gene responsável pela
hemofilia, divide-se em _________________________ de fragmentos de restrição, se for proveniente de um indivíduo
portador. A mesma porção num indivíduo normal divide-se em _____________________________ de fragmentos.
A) dois tipos; um tipo.
B) um tipo; dois tipos.
C) dois tipos; três tipos.
D) três tipos; dois tipos.
3.3. Classifique as afirmações, que se seguem, relativas aos indivíduos representados na eletroforese da figura, como
verdadeiras (V) ou falsas (F).
(A) Os indivíduos I2 e II3 são heterozigóticos. ___
(B) O indivíduo II2 recebeu do seu pai o alelo para a hemofilia. ___
(C) A senhora II1 nunca terá filhos hemofílicos. ___
(D) A probabilidade da senhora I2 transmitir o alelo aos seus filhos é de 50%. ___
(E) Os filhos homens do indivíduo II2 serão todos hemofílicos. ___
(F) A senhora II1 é homozigótica recessiva. ___
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(G) O indivíduo II4 possui genótipo igual ao do seu irmão. ___
(H) A senhora II3 pode transmitir o alelo para a hemofilia aos seus descendentes. ___
3.4. Tendo em conta os resultados da eletroforese da figura, apresente o diagnóstico relativamente à hemofilia, para o
indivíduo II4.
3.5. A técnica de PCR permite…
A) … a replicação de uma sequência de DNA.
B) … a produção de DNA recombinante.
C) … a transcrição de uma sequência de DNA.
D) … a produção de DNA a partir de RNA maturado.
4. A técnica de DNA fingerprint permite identificar porções de DNA. No seio do DNA encontram-se zonas de restrição,
variáveis em número e em tamanho, de indivíduo para indivíduo. Este facto pode ser utilizado de diversos modos para
identificar geneticamente os indivíduos.
Reconstitua a sequência correta de procedimentos, desde o início do processo mencionado no texto, colocando por
ordem as letras que os identificam:
___ A) Divisão do DNA em fragmentos pelas enzimas de restrição.
___ B) Sequências de bases repetitivas no DNA
___ C) Colocação do DNA fragmentado num gel de eletroforese.
___ D) Reconhecimento das sequências repetitivas por enzimas de restrição.
___ E) Migração de diferentes fragmentos de DNA num gel em eletroforese.
___ F) Obtenção de um padrão de bandas possível de ser comparado.
5. Selecione a opção que se refere a uma característica que não se exija a um vetor.
A) Possuir um gene identificador.
B) Ser produzido artificialmente.
C) Possuir uma origem de replicação.
D) Possuir zonas de restrição.
6. Selecione a opção que completa corretamente o texto seguinte.
Numa experiência de Engenharia Genética, alguns investigadores introduziram em células de bactérias um plasmídeo
onde antes tinha sido introduzido um gene humano, responsável pela produção de insulina.
A síntese desta hormona proteica por parte das bactérias é...
A) possível, se, além do referido gene, forem introduzidos ribossomas, componentes celulares ausentes em bactérias.
B) impossível, pois o RNA mensageiro correspondente à insulina não seria transcrito.
C) impossível, pois as bactérias não apresentam os aminoácidos que entram na constituição da insulina.
D) possível, pois, ao receber o gene da insulina, as bactérias apresentam os componentes necessários à síntese de
proteínas.
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7. Considere o esquema da figura, que representa a forma de se poderem obter bancos de genes.
7.1. Da seguinte lista de termos selecione aqueles que representam as letras A, B, C e D da figura 5.
• DNA ligase
• DNA polimerase
• Transcriptase reversa
• DNA complementar
• DNA recombinante
• Tradução
• Enzima de restrição
7.2. Indique uma diferença significativa entre as moléculas obtidas pelas técnicas representadas pelas letras Xe Y na
figura.
7.3. Refira uma vantagem para a Ciência, da construção de bancos de genes.
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Mutações
"Todos os seres vivos têm genes, sob a forma de DNA. Sem mutações no DNA a vida na Terra não poderia ter evoluído.
As mutações podem afetar a funcionalidade de um gene, o que pode consequentemente provocar alterações na
aparência de um organismoou mesmo, no seu comportamento. Por vezes, uma nova variante de um gene pode significar
que um organismo está mais adaptado ao seu ambiente, aumentando as suas hipóteses de sobrevivência (...)”
1. Um gene corresponde a...
A) … toda a informação genética de um organismo.
B) … uma molécula de DNA.
C) … um segmento de DNA.
D) … uma localização física num cromossoma.
E) … um cromossoma.
2. As mutações génicas...
A) … envolvem todos os genes de um indivíduo.
B) … envolvem a estrutura de um cromossoma.
C) … envolvem mudanças no número de cromossomas de um indivíduo.
D) … correspondem sempre a mudanças de um único nucleótido da sequência genética que compõe um gene.
3. Se houver uma alteração do DNA por inserção ou deleção de um nucleótido numa das cadeias, vai ocorrer um
deslizamento de nucleótidos comparativamente à sequência original. Identifica o tipo de mutação génica está associada
a este tipo de alterações.
4. A figura corresponde ao processo da tradução na síntese proteica. A imagem de cima representa a tradução numa
célula normal e a imagem de baixo a tradução numa célula cujo ADN sofreu uma mutação génica.
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Observa atentamente a figura e responde às seguintes questões:
4.1. Identifica o tipo de alteração que deverá ter ocorrido no DNA para que se produza a proteína alterada, representada
na figura.
4.2. Como classificas este tipo de mutação génica?
4.2.1. Justifica a tua resposta à questão anterior.
4.3. Se esta alteração no DNA desse origem a um codão STOP, como classificarias a mutação?
4.4. Devido à redundância do código genético, algumas mutações pontuais não provocam alterações nos aminoácidos
sintetizados aquando da tradução do mRNA. Como se denominam essas mutações?
5. Os doentes com leucemia mielóide crónica apresentam uma anomalia cromossómica especifica denominada
cromossoma Filadélfia (Ph), que geralmente resulta de uma translocação entre os cromossomas 9 e 22. Esta
translocação envolve um movimento de um proto-oncogene que está normalmente situado no cromossoma 9.
5.1. Classifica o tipo de mutação ocorrida nestes doentes.
5.2. Como pode esse tipo de alteração dar origem a um oncogene?
5.3. De que outras formas um proto-oncogene pode ser ativado dando origem a um oncogene?
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6. Identifica, para cada imagem e descrição, o tipo de mutação cromossómica estrutural.
_____________________ ______________________ _______________________ _________________________
6.1 Perda de um segmento cromossómico, ou seja, parte do material genético é removido;
6.2 Existência de duas cópias de uma dada região cromossómica;
6.3 Remoção de um segmento de DNA e inserção invertida num outro local do cromossoma;
6.4 Troca de segmento de DNA entre cromossomas não homólogos.
7. Das Síndromes a seguir enunciadas, indica o tipo de anomalias a elas associadas e identifica os cromossomas afetados
por essa anomalia.
Síndrome de Klinefelter
Síndrome de Down
Leucemia Mielóide Crónica
Síndrome de Turner
Síndrome de Edwards
Síndrome de Patau
Síndrome Crie-du-chat
Síndrome de Wolf-Hirschhorn
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8. Para cada imagem, identifica a respetiva anomalia.
_________________________________________________
_________________________________________________
_______________________________________________ _________________________________________
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____________________________________________ ______________________________________
____________________________________________ ______________________________________
9. A não disjunção de certos cromatídeos durante a segunda divisão da meiose origina indivíduos...
A) … aneuplóides
B) … diplóides.
C) … triplóides.
D) … euplóides
E) … aneuplóides e diplóides.
F) … aneuplóides e triplóides.
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10. A figura representa uma alteração na meiose que levou à formação de um indivíduo poliploide.
10.1 Identifica o tipo de alteração que ocorreu durante a meiose.
10.2. Refere duas outras formas de se originarem indivíduos poliploides.
10.3. Tanto a mula como o T. turgidum (uma das espécies do Trigo) são indivíduos estéreis, resultantes do cruzamento
entre indivíduos de espécies diferentes. No entanto, a certa altura o T. turgidum, tal como outras plantas, adquire a
capacidade de se reproduzir, enquanto, que a mula não. Qual a vantagem biológica existente nas plantas que lhes
permite continuar a dispersar a sua semente?
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11. As mutações espontâneas podem ser causadas por...
A) … Radiações UV
B) … Radiações ionizantes
C) … Ácido Nítrico
D) … Gás mostarda
E) … Todas as opções anteriores são falsas
11.1 Justifica a opção que escolheste.
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Fundamentos de Engenharia Genética
“Durante 25 anos, desde 1950 a 1957, a molécula de ADN foi considerada “intocável”. A partir da década de 70 do séc.
XX, porém ocorreu uma verdadeira revolução biotecnológica (…). Abriram a molécula de ADN, extraíram genes,
transplantaram-nos para outras células, multiplicaram alguns desses genes milhões e milhões de vezes e “criaram em
tubo de ensaio” seres que não surgiram como resultado de milhões de anos de evolução”
1. O primeiro passo na tecnologia do DNA recombinado ou recombinante corresponde ao isolamento de DNA. A figura
representa o isolamento de DNA de uma célula eucariota.
1.1. Explica, sucintamente, a técnica utilizada, para o caso das células procariotas e células eucariotas.
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2. A figura representa a Técnica do DNA Recombinante.
Explica qual a função das seguintes ferramentas de engenharia genética na técnica do DNA recombinante.
Enzima de Restrição
DNA Ligase
Vetor
Célula Hospedeira
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3. Para a construção de uma planta geneticamente modificada, resistente aos herbicidas, recorre-se frequentemente a
uma bactéria infetante, responsável pela formação de tumores, a Agrobacterium tumefaciens. Por isto, é necessário
remover parte da informação do vetor que promove a formação de tumores na planta. Observa atentamente a figura
3.1 Faz a legenda da figura, fazendo corresponder os números abaixo, ao nome do procedimento e das ferramentas de
engenharia genética utilizadas em cada passo.
1 _____________________________________________________________________________________________
2 _____________________________________________________________________________________________
3 _____________________________________________________________________________________________
4 _____________________________________________________________________________________________
5 _____________________________________________________________________________________________
6 _____________________________________________________________________________________________
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3.2 Identifica o processo de construção de uma planta geneticamente modificada, evidenciado na figura.
4 “A extração dos mRN permite estudar os genes expressos numa célula”.
4.1 Comenta a afirmação anterior.
4.2 A figura representa a Técnica do DNA Complementar.
A partir da lista apresentada, identifica as ferramentas necessárias para a síntese de cDNA.
A) Gel de Agarósio e campo eléctrico (Electroforese)
B) Célula eucariota (mRNA)
C) Bactérias (plasmídeo)
D) bactérias sem plasmídeos
E) Célula eucariota (DNA)
F) Gelo (temperatura baixa)
G) Lamparina (temperatura elevada)
H) Fenol e clorofórmio (com centrifugação)
I) Enzimas de Restrição
J) DNA ligases
L) CaCl3(com choque térmico)
K) Transcriptase reversa
M) Iniciador/primer poli T (complementar à extremidade 3’ do mRNA)
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N) Iniciador/primer (complementar à sequência existente na extremidade 3’ da
O) cadeia de DNA que serve de molde)
P) Nucleótidos
Q) DNA polimerase
R) DNA polimerase (Taq)
S) Antibiótico Ampicilina
5. As bibliotecas de DNA são coleções de material genético, cujos fragmentos de DNA ou genes são armazenados e
multiplicados um a um nas células bacterianas, dando origem a milhares de clones.
5.1. Refere duas diferenças entre as bibliotecas genómicas e as bibliotecas de cDNA.
5.2. Qual a utilidade das bibliotecas de cDNA? Dá exemplos.
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6. A reação de polimerização em cadeia (PCR) permite obter múltiplas cópias de DNA a partir de uma pequena amostra.
Uma reação de PCR corresponde a um conjunto de ciclos, que só cessam após o esgotamento das ferramentas
necessárias para a polimerização.
6.1 Identifica cada uma das três fases de cada ciclo que compõem o PCR.
6.1.1 Caracteriza cada uma dessas fases.
6.2 Porque, razão se utiliza na técnica do PCR, uma DNA polimerase diferente da usada no processo de obtenção da
molécula de DNA complementar?

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Regulação e alteração do material genético. fundamentos de engenharia genética

  • 1. Biologia 12 Carla Carrasco 1 Regulação em Procariontes 1. Em Escherichia coli o operão da lactose compreende 3 genes estruturais: lac Z, lac Y e lac A, cujos produtos estão envolvidos no metabolismo da lactose. O gene I codifica um repressor e a lactose funciona como um indutor do sistema. Descreva a sequência de processos: a) Na ausência de lactose. b) Na presença de lactose. c) Na presença de glicose no meio celular.
  • 2. Biologia 12 Carla Carrasco 2 2. Sobre o operão trp (triptofano) e, considerando os operão lac e trp como modelos de indução e repressão, respetivamente, responda: a) Porque o mecanismo do triptofano é dito negativo e o da lactose é dito positivo? b) Descreva a condição mais frequente de cada uma desses operões. c) Descreva as alterações ocorridas quando moléculas efetoras estão presentes. 3. Diferencie repressores e indutores. 4. Uma mutação génica é a alteração na sequência de nucleotídeos de um gene, de um promotor ou de um operador. Explique os efeitos de cada uma das mutações abaixo no operão lac da E. coli: a) Mutação no operador, impedindo a ligação do repressor. b) Mutação em lac I (gene regulador ou repressor), impedindo a sua transcrição. c) Mutação no promotor impedindo o acoplamento da RNA polimerase. d) Mutação em lac I, inibindo o acoplamento do repressor à lactose.
  • 3. Biologia 12 Carla Carrasco 3 e) Mutação sem sentido em lac Y. f) Mutação de localização desconhecida, que impede a degradação de mRNA lac. 5) O modelo do operão, formulado por Jacob e Monod, serve para explicar a regulação génica das enzimas quedegradam a lactose em E. coli. Explique o que ocorreria se houvesse: a) Uma mutação do tipo substituição de bases silenciosa do gene operador (O). b) Uma mutação do tipo deleção de base nos genes estruturais (lac Z, lac Y e lac A). c) Uma mutação de troca de sentido no primeiro gene estrutural.
  • 4. Biologia 12 Carla Carrasco 4 Regulação em Eucariontes 1. Os operões, que regulam eficientemente a expressão de conjuntos de genes estruturais relacionados entre si são comuns em bactérias, mas ausentes em eucariotos. Isto implica que estes não controlam a expressão de seus genes? Justifique. 2. Que mudanças ocorrem na estrutura da cromatina e que papel essas mudanças têm na regulação génica eucariótica? Mutações e Mecanismos de Reparação do DNA 1. Uma globina de 146 aminoácidos sofreu uma mutação no codão correspondente ao sexto aminoácido da cadeia. A análise do DNA indicou uma mudança de (5') TTC (3') para (5') TAC (3') na fita molde. Pergunta-se: a) A mutação provocou a troca de um aminoácido por outro? Em caso afirmativo, qual é este aminoácido? b) Quais as implicações para a estrutura da proteína? c) Qual seria o resultado se a mesma troca ocorresse na base do lado (5') do DNA?
  • 5. Biologia 12 Carla Carrasco 5 2. Considere a sequência abaixo como parte de um mRNA eucariótico. O primeiro nucleotídeo do primeiro codão a ser traduzido está sublinhado e representa a posição +1 da tradução. Este tripleto determina a fase de leitura. Com base no código genético anexo, pergunta-se: a) Qual a sequência do peptídeo codificado por esse mRNA? b) Qual seria a sequência do peptídeo se o nucleotídeo +1 fosse substituído por “U”? c) Qual seria a sequência do peptídeo se o nucleotídeo +34 fosse substituído por “A”? (duplo sublinhado) d. Qual seria a sequência do polipeptídeo se houvesse a deleção do nucleotídeo da posição +4? (sublinhado tracejado)
  • 6. Biologia 12 Carla Carrasco 6 3. A manutenção da estabilidade genética necessita não apenas de um mecanismo extremamente preciso para replicação do DNA, antes da célula se dividir, mas também de mecanismos para reparação das muitas lesões acidentais que ocorrem espontaneamente no DNA. Mutações Espontâneas Sobre o tema, responda: a) Cite e explique causas dessas lesões espontâneas que ocorrem no DNA. b) Cite e explique o(s) mecanismo(s) de reparo usado(s) para corrigir as lesões espontâneas respondidas no item a. 4. Apesar das mutações génicas serem de extrema importância para a evolução de uma espécie, a sobrevivência do indivíduo depende da estabilidade do seu genoma. A estabilidade resulta não só de um acurado mecanismo de replicação, como também de mecanismos que reparem os danos que ocorrem continuadamente no DNA. Muitos danos sofridos pelo DNA podem ser reparados porque a informação genética é preservada em ambas as fitas da dupla-hélice, de tal forma que a informação perdida numa fita possa ser recuperada por meio da fita complementar.
  • 7. Biologia 12 Carla Carrasco 7 Mutações induzidas por agentes físicos e químicos Em relação a este tema, avalie as afirmações seguintes como verdadeiras (V) ou falsas (F). Justifique as falsas. A) As mutações podem ocorrer tanto em células somáticas quanto em células germinativas, mas apenas as mutações somáticas são importantes na promoção da variabilidade genética e evolução das espécies. ___ B) Tanto as mutações espontâneas decorrentes de erro de incorporação de bases ou tautómeros quanto as mutações induzidas por agentes alquilantes provocam distorções na molécula de DNA, sendo, portanto, corrigidas pelo sistema reparo por excisão de nucleotídeos. ___ C) Entre os agentes mutagénicos de natureza física encontram-se as radiações não-ionizantes, que são capazes de provocar deleção de bases e quebras de fita simples e dupla na cadeia de DNA, estando associadas ao cancro da pele. ___ D) Danos decorrentes de oxidação, alquilação, hidrólise ou desaminação são reparados pelo mecanismo de excisão de bases. ___ E) Se durante a replicação do DNA humano uma forquilha de replicação encontra uma lesão, antes da ação do reparo direto pelo sistema da fotoliase, a DNA polimerase irá parar a replicação no dímero encontrado, sendo esta região reparada por recombinação. ___ F) No processo de reparo de bases mal pareadas, existe um sinal específico que direciona o sistema de excisão do erro exclusivamente para a fita recém-sintetizada: o reconhecimento de adeninas não-metiladas em sequências GATC nesta fita recém-sintetizada que estão metiladas na fita parental. ___ G) No processo de reparo por excisão de bases ocorre a remoção da base defeituosa por clivagem da ligação base nitrogenada-desoxirribose, seguida pelo preenchimento da região com a base correta por ação da DNA polimerase. ___
  • 8. Biologia 12 Carla Carrasco 8 Regulação Genética, Mutações e Mecanismos de Reparação Grupo I 1. Observe, atentamente, a figura. 1.1. Indique os genes estruturais do operão do triptofano. 1.2. Por que razão se considera o triptofano como correpressor? 1.3. Justifique a designação "operão repressível" atribuída ao operão trp. 1.4. Por que razão se pode afirmar que as alterações do meio condicionam a expressão do DNA? 1.5. Que diferenças fundamentais existe entre o funcionamento do operão lac e o funcionamento do operão trp?
  • 9. Biologia 12 Carla Carrasco 9 2. O controlo que se verifica nos regulões diz-se positivo, dado que um regulador promove a Iigação da RNA polimerase ao gene promotor, conduzindo à transcrição dos genes estruturais. O mesmo regulador é capaz de atuar sobre diferentes operões, promovendo a sua atividade. 2.1. Procure justificar a vantagem da existência de regulões. 2.2. Quais são os operões que constituem este regulão?
  • 10. Biologia 12 Carla Carrasco 10 Grupo II 1. Classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das seguintes afirmações, relativas às mutações: A) A aneuploidia corresponde a mutações numéricas em cromossomas isolados, enquanto a euploidia diz respeito a alterações numéricas em todo o genoma. ___ B) A não disjunção dos cromossomas homólogos na divisão celular, mitose ou meiose, é a principal responsável pela maioria das aneuploidias. ___ C) A Síndrome de Down é a aneuploidia menos viável no Homem. ___ D) A Síndrome de Klinefelter é caracterizada pela presença de um cromossoma X a mais (cariótipo XXY), e pode dever-se a erros na disjunção cromossómica durante a espermatogénese. ___ E) Nas euploidias, os indivíduos resultantes são, no geral, estéreis, devido a irregularidades na meiose, decorrente da possibilidade de emparelhamento cromossómico. ___ 2. Observe a figura e responda às questões. 2.1. Classifique o tipo de mutação evidenciado na figura. 2.2. Justifique a resposta dada na questão anterior. 2.3. Escolha a melhor opção para completar a frase seguinte. Se considerarmos que esta alteração ocorreu numa célula somática humana em mitose, então… A) … o fenómeno ocorreu durante a metáfase II. B) … os pares de homólogos encontravam-se emparelhados em metáfase. C) … cada cromossoma separou-se em dois cromatídeos durante a anáfase.
  • 11. Biologia 12 Carla Carrasco 11 3. A hemofilia é uma doença que resulta da mutação de um gene responsável pela síntese de uma proteína necessária para que a coagulação sanguínea ocorra. Conhece-se mais do que um tipo de hemofilia. Contudo, uma das formas mais frequentes é determinada por um gene recessivo localizado no cromossoma X. Para o diagnóstico pré-natal amplia-se, por PCR, uma sequência de 142 pares de bases (pb). No indivíduo normal, uma enzima de restrição divide esta porção de DNA em duas partes. A figura representa os fragmentos de restrição obtidos, após eletroforese, numa família. 3.1. Da interpretação da árvore genealógica da figura 4, pode-se concluir que o alelo responsável pela hemofilia é recessivo localizado no cromossoma X, porque … A) … qualquer indivíduo afetado tem um dos progenitores afetado. B) … os pais de um indivíduo afetado nunca podem ser ambos normais. C) … os homens e as mulheres não são igualmente afetados. D) … a anomalia manifesta-se em todas as gerações. 3.2. Quando sujeita à enzima de restrição, a porção amplificada de DNA que contém parte do gene responsável pela hemofilia, divide-se em _________________________ de fragmentos de restrição, se for proveniente de um indivíduo portador. A mesma porção num indivíduo normal divide-se em _____________________________ de fragmentos. A) dois tipos; um tipo. B) um tipo; dois tipos. C) dois tipos; três tipos. D) três tipos; dois tipos. 3.3. Classifique as afirmações, que se seguem, relativas aos indivíduos representados na eletroforese da figura, como verdadeiras (V) ou falsas (F). (A) Os indivíduos I2 e II3 são heterozigóticos. ___ (B) O indivíduo II2 recebeu do seu pai o alelo para a hemofilia. ___ (C) A senhora II1 nunca terá filhos hemofílicos. ___ (D) A probabilidade da senhora I2 transmitir o alelo aos seus filhos é de 50%. ___ (E) Os filhos homens do indivíduo II2 serão todos hemofílicos. ___ (F) A senhora II1 é homozigótica recessiva. ___
  • 12. Biologia 12 Carla Carrasco 12 (G) O indivíduo II4 possui genótipo igual ao do seu irmão. ___ (H) A senhora II3 pode transmitir o alelo para a hemofilia aos seus descendentes. ___ 3.4. Tendo em conta os resultados da eletroforese da figura, apresente o diagnóstico relativamente à hemofilia, para o indivíduo II4. 3.5. A técnica de PCR permite… A) … a replicação de uma sequência de DNA. B) … a produção de DNA recombinante. C) … a transcrição de uma sequência de DNA. D) … a produção de DNA a partir de RNA maturado. 4. A técnica de DNA fingerprint permite identificar porções de DNA. No seio do DNA encontram-se zonas de restrição, variáveis em número e em tamanho, de indivíduo para indivíduo. Este facto pode ser utilizado de diversos modos para identificar geneticamente os indivíduos. Reconstitua a sequência correta de procedimentos, desde o início do processo mencionado no texto, colocando por ordem as letras que os identificam: ___ A) Divisão do DNA em fragmentos pelas enzimas de restrição. ___ B) Sequências de bases repetitivas no DNA ___ C) Colocação do DNA fragmentado num gel de eletroforese. ___ D) Reconhecimento das sequências repetitivas por enzimas de restrição. ___ E) Migração de diferentes fragmentos de DNA num gel em eletroforese. ___ F) Obtenção de um padrão de bandas possível de ser comparado. 5. Selecione a opção que se refere a uma característica que não se exija a um vetor. A) Possuir um gene identificador. B) Ser produzido artificialmente. C) Possuir uma origem de replicação. D) Possuir zonas de restrição. 6. Selecione a opção que completa corretamente o texto seguinte. Numa experiência de Engenharia Genética, alguns investigadores introduziram em células de bactérias um plasmídeo onde antes tinha sido introduzido um gene humano, responsável pela produção de insulina. A síntese desta hormona proteica por parte das bactérias é... A) possível, se, além do referido gene, forem introduzidos ribossomas, componentes celulares ausentes em bactérias. B) impossível, pois o RNA mensageiro correspondente à insulina não seria transcrito. C) impossível, pois as bactérias não apresentam os aminoácidos que entram na constituição da insulina. D) possível, pois, ao receber o gene da insulina, as bactérias apresentam os componentes necessários à síntese de proteínas.
  • 13. Biologia 12 Carla Carrasco 13 7. Considere o esquema da figura, que representa a forma de se poderem obter bancos de genes. 7.1. Da seguinte lista de termos selecione aqueles que representam as letras A, B, C e D da figura 5. • DNA ligase • DNA polimerase • Transcriptase reversa • DNA complementar • DNA recombinante • Tradução • Enzima de restrição 7.2. Indique uma diferença significativa entre as moléculas obtidas pelas técnicas representadas pelas letras Xe Y na figura. 7.3. Refira uma vantagem para a Ciência, da construção de bancos de genes.
  • 14. Biologia 12 Carla Carrasco 14 Mutações "Todos os seres vivos têm genes, sob a forma de DNA. Sem mutações no DNA a vida na Terra não poderia ter evoluído. As mutações podem afetar a funcionalidade de um gene, o que pode consequentemente provocar alterações na aparência de um organismoou mesmo, no seu comportamento. Por vezes, uma nova variante de um gene pode significar que um organismo está mais adaptado ao seu ambiente, aumentando as suas hipóteses de sobrevivência (...)” 1. Um gene corresponde a... A) … toda a informação genética de um organismo. B) … uma molécula de DNA. C) … um segmento de DNA. D) … uma localização física num cromossoma. E) … um cromossoma. 2. As mutações génicas... A) … envolvem todos os genes de um indivíduo. B) … envolvem a estrutura de um cromossoma. C) … envolvem mudanças no número de cromossomas de um indivíduo. D) … correspondem sempre a mudanças de um único nucleótido da sequência genética que compõe um gene. 3. Se houver uma alteração do DNA por inserção ou deleção de um nucleótido numa das cadeias, vai ocorrer um deslizamento de nucleótidos comparativamente à sequência original. Identifica o tipo de mutação génica está associada a este tipo de alterações. 4. A figura corresponde ao processo da tradução na síntese proteica. A imagem de cima representa a tradução numa célula normal e a imagem de baixo a tradução numa célula cujo ADN sofreu uma mutação génica.
  • 15. Biologia 12 Carla Carrasco 15 Observa atentamente a figura e responde às seguintes questões: 4.1. Identifica o tipo de alteração que deverá ter ocorrido no DNA para que se produza a proteína alterada, representada na figura. 4.2. Como classificas este tipo de mutação génica? 4.2.1. Justifica a tua resposta à questão anterior. 4.3. Se esta alteração no DNA desse origem a um codão STOP, como classificarias a mutação? 4.4. Devido à redundância do código genético, algumas mutações pontuais não provocam alterações nos aminoácidos sintetizados aquando da tradução do mRNA. Como se denominam essas mutações? 5. Os doentes com leucemia mielóide crónica apresentam uma anomalia cromossómica especifica denominada cromossoma Filadélfia (Ph), que geralmente resulta de uma translocação entre os cromossomas 9 e 22. Esta translocação envolve um movimento de um proto-oncogene que está normalmente situado no cromossoma 9. 5.1. Classifica o tipo de mutação ocorrida nestes doentes. 5.2. Como pode esse tipo de alteração dar origem a um oncogene? 5.3. De que outras formas um proto-oncogene pode ser ativado dando origem a um oncogene?
  • 16. Biologia 12 Carla Carrasco 16 6. Identifica, para cada imagem e descrição, o tipo de mutação cromossómica estrutural. _____________________ ______________________ _______________________ _________________________ 6.1 Perda de um segmento cromossómico, ou seja, parte do material genético é removido; 6.2 Existência de duas cópias de uma dada região cromossómica; 6.3 Remoção de um segmento de DNA e inserção invertida num outro local do cromossoma; 6.4 Troca de segmento de DNA entre cromossomas não homólogos. 7. Das Síndromes a seguir enunciadas, indica o tipo de anomalias a elas associadas e identifica os cromossomas afetados por essa anomalia. Síndrome de Klinefelter Síndrome de Down Leucemia Mielóide Crónica Síndrome de Turner Síndrome de Edwards Síndrome de Patau Síndrome Crie-du-chat Síndrome de Wolf-Hirschhorn
  • 17. Biologia 12 Carla Carrasco 17 8. Para cada imagem, identifica a respetiva anomalia. _________________________________________________ _________________________________________________ _______________________________________________ _________________________________________
  • 18. Biologia 12 Carla Carrasco 18 ____________________________________________ ______________________________________ ____________________________________________ ______________________________________ 9. A não disjunção de certos cromatídeos durante a segunda divisão da meiose origina indivíduos... A) … aneuplóides B) … diplóides. C) … triplóides. D) … euplóides E) … aneuplóides e diplóides. F) … aneuplóides e triplóides.
  • 19. Biologia 12 Carla Carrasco 19 10. A figura representa uma alteração na meiose que levou à formação de um indivíduo poliploide. 10.1 Identifica o tipo de alteração que ocorreu durante a meiose. 10.2. Refere duas outras formas de se originarem indivíduos poliploides. 10.3. Tanto a mula como o T. turgidum (uma das espécies do Trigo) são indivíduos estéreis, resultantes do cruzamento entre indivíduos de espécies diferentes. No entanto, a certa altura o T. turgidum, tal como outras plantas, adquire a capacidade de se reproduzir, enquanto, que a mula não. Qual a vantagem biológica existente nas plantas que lhes permite continuar a dispersar a sua semente?
  • 20. Biologia 12 Carla Carrasco 20 11. As mutações espontâneas podem ser causadas por... A) … Radiações UV B) … Radiações ionizantes C) … Ácido Nítrico D) … Gás mostarda E) … Todas as opções anteriores são falsas 11.1 Justifica a opção que escolheste.
  • 21. Biologia 12 Carla Carrasco 21 Fundamentos de Engenharia Genética “Durante 25 anos, desde 1950 a 1957, a molécula de ADN foi considerada “intocável”. A partir da década de 70 do séc. XX, porém ocorreu uma verdadeira revolução biotecnológica (…). Abriram a molécula de ADN, extraíram genes, transplantaram-nos para outras células, multiplicaram alguns desses genes milhões e milhões de vezes e “criaram em tubo de ensaio” seres que não surgiram como resultado de milhões de anos de evolução” 1. O primeiro passo na tecnologia do DNA recombinado ou recombinante corresponde ao isolamento de DNA. A figura representa o isolamento de DNA de uma célula eucariota. 1.1. Explica, sucintamente, a técnica utilizada, para o caso das células procariotas e células eucariotas.
  • 22. Biologia 12 Carla Carrasco 22 2. A figura representa a Técnica do DNA Recombinante. Explica qual a função das seguintes ferramentas de engenharia genética na técnica do DNA recombinante. Enzima de Restrição DNA Ligase Vetor Célula Hospedeira
  • 23. Biologia 12 Carla Carrasco 23 3. Para a construção de uma planta geneticamente modificada, resistente aos herbicidas, recorre-se frequentemente a uma bactéria infetante, responsável pela formação de tumores, a Agrobacterium tumefaciens. Por isto, é necessário remover parte da informação do vetor que promove a formação de tumores na planta. Observa atentamente a figura 3.1 Faz a legenda da figura, fazendo corresponder os números abaixo, ao nome do procedimento e das ferramentas de engenharia genética utilizadas em cada passo. 1 _____________________________________________________________________________________________ 2 _____________________________________________________________________________________________ 3 _____________________________________________________________________________________________ 4 _____________________________________________________________________________________________ 5 _____________________________________________________________________________________________ 6 _____________________________________________________________________________________________
  • 24. Biologia 12 Carla Carrasco 24 3.2 Identifica o processo de construção de uma planta geneticamente modificada, evidenciado na figura. 4 “A extração dos mRN permite estudar os genes expressos numa célula”. 4.1 Comenta a afirmação anterior. 4.2 A figura representa a Técnica do DNA Complementar. A partir da lista apresentada, identifica as ferramentas necessárias para a síntese de cDNA. A) Gel de Agarósio e campo eléctrico (Electroforese) B) Célula eucariota (mRNA) C) Bactérias (plasmídeo) D) bactérias sem plasmídeos E) Célula eucariota (DNA) F) Gelo (temperatura baixa) G) Lamparina (temperatura elevada) H) Fenol e clorofórmio (com centrifugação) I) Enzimas de Restrição J) DNA ligases L) CaCl3(com choque térmico) K) Transcriptase reversa M) Iniciador/primer poli T (complementar à extremidade 3’ do mRNA)
  • 25. Biologia 12 Carla Carrasco 25 N) Iniciador/primer (complementar à sequência existente na extremidade 3’ da O) cadeia de DNA que serve de molde) P) Nucleótidos Q) DNA polimerase R) DNA polimerase (Taq) S) Antibiótico Ampicilina 5. As bibliotecas de DNA são coleções de material genético, cujos fragmentos de DNA ou genes são armazenados e multiplicados um a um nas células bacterianas, dando origem a milhares de clones. 5.1. Refere duas diferenças entre as bibliotecas genómicas e as bibliotecas de cDNA. 5.2. Qual a utilidade das bibliotecas de cDNA? Dá exemplos.
  • 26. Biologia 12 Carla Carrasco 26 6. A reação de polimerização em cadeia (PCR) permite obter múltiplas cópias de DNA a partir de uma pequena amostra. Uma reação de PCR corresponde a um conjunto de ciclos, que só cessam após o esgotamento das ferramentas necessárias para a polimerização. 6.1 Identifica cada uma das três fases de cada ciclo que compõem o PCR. 6.1.1 Caracteriza cada uma dessas fases. 6.2 Porque, razão se utiliza na técnica do PCR, uma DNA polimerase diferente da usada no processo de obtenção da molécula de DNA complementar?