Fenilalanina (Phe) Treonina (Thr) Tirosina (Tir)

Pergunta 1

Abaixo estão apresentadas as estruturas de três aminoácidos.

Fenilalanina (Phe) Treonina (Thr) Tirosina (Tir) Usando os espaços em branco abaixo, classifique os três na ordem da hidrofobicidade de suas cadeias laterais.

a) Mais Hidrofóbico __________________________ b) Intermediário __________________________ c) Menos Hidrofóbico __________________________ d) Explique por que (a) é mais hidrofóbico que (b).

e) Explique por que (b) é mais hidrofóbico que (c).

Pergunta 2

Abaixo encontra-se um close-up de um substrato (UDP-Glicose) ligado ao sítio ativo de uma enzima (UTase). A área sombreada é a enzima; a estrutura do substrato é apresentada.

4 a) A parte (I) da figura abaixo mostra as posições relativas de Arg 31 e a porção do substrato com a qual ela interage; a parte (II) mostra a estrutura da arginina.

A cadeia lateral de Arg 31 interage com a porção do substrato apresentada acima. Que tipo de interação(ões) é/são possíveis entre a cadeia lateral de Arg 31 e essa porção do substrato? (circule todas as alternativas que se aplicam).

interação ligação de ligação interação de hidrofóbica hidrogênio iônica van der Waals

b) A parte (I) da figura abaixo mostra as posições relativas de Ser 161 e a porção do substrato com a qual ela interage; a parte (II) mostra a estrutura da serina.

i) A cadeia lateral de Ser 161 interage com a porção do substrato apresentada acima. Que tipo de interação(ões) é/são possíveis entre a cadeia lateral de Ser 161 e essa porção do substrato? (circule todas as alternativas que se aplicam).

interação ligação de ligação interação de hidrofóbica hidrogênio iônica van der Waals

ii) A cadeia lateral de Ser 161 interage com a região do substrato apresentada acima. Desenhe a estrutura de Ser 161 e a porção relevante do substrato, na forma como elas iriam interagir uma com a outra. Não se esqueça de indicar:

(1) a interação (use uma linha pontilhada)

(2) os locais em que Ser 161 se conecta com a parte traseira da proteína Arginina

Pergunta 2 (cont.)

c) Suponha que você está estudando as interações entre o substrato e a enzima. É possível produzir enzimas variantes que diferem da apresentada acima por uma única substituição de aminoácido (por exemplo, Asp 78 poderia ser substituído por triptofano). Você pode usar essa técnica para investigar os papéis de cada aminoácido mostrado acima.

i) Se você muda Arg 31 para uma lisina, você preveria que o substrato ainda se liga, ou que o substrato agora é incapaz de se ligar à enzima alterada? Explique.

ii) Escolha uma substituição de aminoácido para Ser 161.

iii) Explique o resultado possível dessa mudança.

Obs.: Existem várias respostas corretas possíveis para (ii) e (iii). Uma tabela de estruturas de aminoácidos pode ser encontrada ao final desta prova.

d) Considere a seguinte reação:

A + B ←→ C ÄGº = -kcals/mol

i) Qual é o ÄG para essa reação quando [A] = [B] = [C] = 10 mM e T = 25ºC? Mostre seu trabalho.

ii) Suponha que você adiciona uma enzima que catalise a reação (1). Circule a frase sublinhada apropriada para cada espaço em branco (4 círculos no total):

se torna mais procede mais rapidamente. A reação progressiva permanece igualmente termodinamicamente espontânea e procede na mesma velocidade.

se torna menos procede mais lentamente.

se torna mais procede mais rapidamente. A reação reversa permanece igualmente termodinamicamente espontânea e procede na mesma velocidade.

6 a) Defina brevemente os seguintes termos e expressões:

Dominante: Recessivo: Fenótipo: Genótipo: Alelos: Homozigoto: Heterozigoto:

Primeira Lei de Mendel: Segunda Lei de Mendel: Haplóide:

Diplóide:

b) Uma célula de levedura possui o genótipo AaBb, onde os loci A e B estão em cromossomos diferentes. Faça um esboço da disposição cromossômica dessa célula em meiose I, quando 2n = 4.

Pergunta 4

Você começou um projeto UROP no departamento de genética comportamental na Universidade de Monterrey, no México. Para seu primeiro trabalho, seu orientador pede a você para desvendar a genética de uma espécie particular de abelha que acabou de ser descoberta – uma abelha vermelha assassina!

Para começar seus estudos, você cruza essa abelha vermelha assassina com a abelha gentil azul. A progênie F1 mostra o seguinte fenótipo:

52 abelhas vermelhas “irascíveis” Você caracterizou a disposição da seguinte forma:

gentil: ignora seres humanos e simplesmente colhe pólen assassina: ataca e pica sem provocação

irascível: se aproxima de seres humanos de forma ameaçadora, mas não pica

a) Escreva os genótipos dos tipos parentais F0 e a progênie F1 (não se esqueça de indicar qual

fenótipo em particular corresponde a cada genótipo parental). Use “H” e “h” como símbolos para os alelos do gene que transmite cor ou matiz e “D” ou “d” como símbolos para os alelos do gene para disposição.

F0

F1

b) Você quer determinar se o gene para matiz está ligado ao gene envolvido na disposição. Você decide realizar um cruzamento teste para F1. Indique os genótipos das linhagens que você escolher para o cruzamento:

c) Usando as linhagens escolhidas por você, indique a proporção de genótipos e fenótipos da progênie se os traços NÃO estiverem ligados.

8 A fim de investigar a biossíntese da arginina na levedura, S. cerevisiae, você mutageniza levedura haplóide e conduz uma triagem para auxótrofos de arginina. Você isola 6 desses mutantes,

combina-os para criar diplóides com combinações em pares de mutantes. Você obtém os seguintes resultados (“+” indica que o diplóide cresce em meio mínimo e “-“ indica ausência de crescimento em meio mínimo): m1 m2 m3 m4 m5 m6 tipo selvagem m1 - + + - + - + m2 - + + + + + m3 - + - + + m4 - + - + m5 - + + m6 - + tipo selvagem +

a) Classifique os 6 mutantes haplóides em grupos de complementação.

b) Explique brevemente por que o diplóide formado pela combinação de m1 e m2 é capaz de crescer em meio mínimo ao passo que o diplóide formado pela combinação de m1 e m4 é incapaz de crescer em meio mínimo.

Pergunta 5 (cont.)

Quando você cultiva as linhagens de levedura a seguir, você observa que certos produtos químicos intermediários se acumulam no meio. Os resultados são mostrados abaixo para várias linhagens mutantes (“+” indica o alelo de tipo selvagem e “-“ indica o alelo mutante):

Linhagem Genótipo Intermediário

A 1-, 2+, 3+ ornitina B 1+, 2-, 3+ citrulina C 1+, 2+, 3- argino-sucinato D 1-, 2-, 3+ ornitina E 1+, 2-, 3- citrulina F 1-, 2+, 3- ornitina

c) Com base nos dados para a linhagem A, a enzima mutada catalisa a síntese ou a quebra da ornitina?

d) Por que a citrulina, mas não o argino-sucinato, se acumula no meio no qual se cultiva a linhagem E?

10 Considere o seguinte fragmento hipotético de mRNA encontrado em uma bactéria:

a) Quais são os dois primeiros e os dois últimos aminoácidos da proteína produzida a partir desse mRNA? (Uma tabela com o código genético pode ser encontrada na pág. 11). Não se esqueça de indicar o grupamento amina e o grupamento carboxílico.

b) Uma mutação de par base único (substituição, inserção ou deleção) resulta na produção de uma proteína com comprimento de apenas 3 aminoácidos. Qual nucleotídeo foi alterado (forneça o nº) e de que forma ele foi alterado nesse mutante?

c) Abaixo encontra-se o DNA genômico de filamento duplo que codifica o mRNA acima na forma como ele apareceria dentro do DNA cromossômico da bactéria. O DNA remanescente do

organismo é indicado por “xxx”.

i) Qual dos itens a seguir seria necessário para a transcrição do mRNA codificado por esse DNA? Circule todas as alternativas apropriadas.

códon inicial íntron promotor origem da replicação

éxon códon final terminador

ii) Indique na figura abaixo a localização aproximada de cada item que você circulou no item (i) acima.

em equilíbrio: U C A G U UUU phe UUC phe UUA leu UUG leu UCU ser UCC ser UCA ser UCG ser UAU tyr UAC tyr UAA STOP UAG STOP UGU cys UGC cys UGA STOP UGG trp U C A G C CUU leu CUC leu CUA leu CUG leu CCU pro CCC pro CCA pro CCG pro CAU his CAC his CAA gln CAG gln CGU arg CGC arg CGA arg CGG arg U C A G A AUU ile AUC ile AUA ile AUG met ACU thr ACC thr ACA thr ACG thr AAU asn AAC asn AAA lys AAG lys AGU ser AGC ser AGA arg AGG arg U C A G G GUU val GUC val GUA val GUG val GCU ala GCC ala GCA ala GCG ala GAU asp GAC asp GAA glu GAG glu GGU gly GGC gly GGA gly GGG gly U C A G

12

ALANINA ARGININA ASPARAGINA ÁCIDO ASPÁRTICO

(ala) (arg) (asn) (asp)

CISTEÍNA ÁCIDO GLUTÂMICO GLUTAMINA GLICINA

(cys) (glu) (gln) (gly)

HISTIDINA ISOLEUCINA LEUCINA LISINA

(his) (ile) (leu) (lys)

METIONINA FENILALANINA PROLINA SERINA

(met) (phe) (pro) (ser)

TREONINA TRIPTOFANO TIROSINA VALINA

Soluções para o Teste Prático I:

b) intermediário: tirosina c) menos hidrofóbico: treonina

d) Phe é mais hidrofóbico que tyr porque tyr possui grupamento –OH hidrofílico que não existe em phe (-OH pode formar ligações H).

e) tyr é mais hidrofóbico que thr porque, embora ambos possuam –OH, tyr possui mais CHs não-polares que thr.

2) a) ligações de hidrogênio e aminoácidos (van der Waals ok, mas não necessária). b) i) ligação de hidrogênio (van der Waals ok, mas não necessária).

ii)

(*indica as conexões com a parte traseira)

c) i) Ainda deve se ligar, porque lys também tem carga (+) e, portanto, ainda pode formar uma ligação iônica com a (-) do fosfato.

ii) e iii) Determine se a sua substituição muda a capacidade da enzima e do substrato de formar uma ligação hidrogênica. Em caso afirmativo, essa interação agora é mais forte ou mais fraca? Por exemplo, se Ser 161 mudou para Ala, a capacidade de formar uma ligação hidrogênica seria perdida. Portanto, a interação é mais fraca, e é possível prever que a substância não se liga mais.

d) (lembre-se de que 10 mM = 0,01M) i)

se torna:

ii) Tanto reações progressivas como regressivas permanecem igualmente termodinacamente espontâneas e ambas procedem mais rapidamente.

14 apresenta fenótipo 1.

Recessivo: O fenótipo 2 do exemplo acima é recessivo. Em outras palavras, um fenótipo recessivo é visível apenas quando os alelos recessivos são homozigotos.

Fenótipo: Uma característica observada de um indivíduo que se desenvolve sob influência de um ou mais genes e do meio ambiente. Qualquer traço que possa ser medido é um fenótipo.

Genótipo: A descrição da constituição genética de um indivíduo, em termos de quais alelos ele possui para um ou mais genes.

Alelos: Formas alternativas de um gene.

Homozigoto: Em um organismo diplóide, homozigoto implica que o mesmo alelo de um determinado gene é carregado por cada um dos cromossomos homólogos.

Heterozigoto: Diferentes alelos do mesmo gene são conduzidos pelo par de cromossomos

homólogos. Homozigosidade e heterozigosidade se referem ao genótipo de um determinado gene. Um organismo pode ser homozigoto para um gene, e heterozigoto para outro.

Primeira Lei de Mendel: Existem unidades discretas de hereditariedade que são separáveis nos gametas. Isso também é chamado de lei da segregação.

Segunda Lei de Mendel: A lei da distribuição independente afirma que genes não-ligados irão segregar independentemente um do outro.

Ligado ao sexo: significa que o gene está localizado no cromossomo X ou Y. Em função disso, existem padrões distintos de hereditariedade.

Haplóide: Uma célula com um complemento cromossômico composto de uma cópia de cada cromossomo. Os gametas são haplóides.

Diplóide: Uma célula com complemento cromossômico composto de duas cópias de cada cromossomo.

4 a) Escreva os genótipos dos tipos parentais F0 e a progênie F1.

F0 HHDD (vermelha assassina) X hhdd (azul gentil)

F1 HhDd (vermelha irascível)

b) HhDd X hhdd (a vermelha irascível F1 contra uma azul gentil de linhagem pura)

c) Usando as linhagens escolhidas por você, indique a proporção de genótipos e fenótipos da progênie se os traços NÃO estiverem ligados.

1 vermelha irascível (HhDd): 1 vermelha gentil (Hhdd) : 1 azul irascível (hhDd) : 1 azul gentil (hhdd)

5 a) Grupo 1: m1, m4 e m6 Grupo 2: m2

Grupo 3: m3 e m5

b) O fenótipo mutante é recessivo para o fenótipo de tipo selvagem em todos os tipos. Os dois mutantes, m1 e m2, possuem mutações em genes diferentes, de maneira que o diplóide

formado a partir desses dois mutantes é heterozigoto em cada locus. Esse heteorizigoto cresce em meio mínimo. Os mutantes m1 e m4 possuem mutações no mesmo gene, de maneira que o diplóide formado a partir desses dois mutantes é homozigoto para o alelo mutante. O diplóide homozigoto não cresce em meio mínimo.

c) A enzima mutada catalisa uma etapa na trajetória que quebra a ornitina.

d) A enzima codificada pelo gene 2 funciona acima da enzima codificada pelo gene 3; portanto, pouco ou nenhum argino-sucinato é produzido na linhagem E. O intermediário que se acumula é antes da primeira enzima afetada.

e) ornitina citrulina argino-sucinato arginina

6) a) H3N+ -met – val - ... – asp – lys –

COO-b) Existem várias mudanças possíveis que poderiam criar um códon final: 1) mudar o nucleotídeo 16 de U A (isso significa que o par base T/A original no DNA foi mudado para A/T); 2) excluir o par base 15; 3) ou excluir o par base 16.

c) i) Qual dos itens a seguir seria necessário para a transcrição do mRNA codificado por esse DNA?