As Topoisomerases são um grupo de enzimas essenciais

 BIOLOGIA e GEOLOGIA|11º ANO DE ESCOLARIDADE | CURSO CIENTÍFICO-­‐HUMANÍSTICO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIAS DURAÇÃO DA PROVA: 90 MIN. | Página 1 de 8 Páginas | Outubro 2013 GRUPO I
As Topoisomerases são um grupo de enzimas essenciais encontradas em todas as células vivas. São
responsáveis pela alteração da estrutura do DNA catalisando a passagem das cadeias de DNA e das
DNA girases umas pelas outras. Desempenham também papéis primordiais na manutenção da estrutura
do cromossoma, condensação/descondensação e segregação. Dois exemplos de topoisomerases são as
enzimas DNA girase e a topoisomerase IV. A DNA girase é uma enzima constituída por 2 subunidades A
e 2 subunidades B, codificada pelos genes gyrA e gyrB e a presença de ambas as subunidades é
necessária para que a enzima possa trabalhar. A topoisomerase IV é formada por duas subunidades C e
duas subunidades E, codificadas pelos genes parC e parE, e tal como na DNA girase, necessita de todas
as subunidades para trabalhar.
A importância destas enzimas é realçada pelo facto de elas serem os principais alvos celulares de
muitos antibióticos e de muitas drogas usadas no tratamento do cancro.
As topoisomerases quebram e religam as cadeias de DNA através do estabelecimento de uma ligação
covalente entre a enzima e o DNA no local onde a cadeia foi partida. Este complexo topoisomerase DNA, frequentemente referido como “complexo de clivagem” é normalmente um intermediário
catalítico fugaz. A cadeia de DNA é em situações normais partida no complexo de clivagem sendo a
integridade do DNA mantida pela topoisomerase. Acontece que certos inibidores das topoisomerases
convertem estas enzimas em “venenos celulares” tornando o complexo de clivagem numa estrutura
estável. Devido a este modo de ação, estes inibidores das topoisomerases são frequentemente
designados por “venenos de topoisomerases”, como por exemplo as quinolonas, um dos principais
grupos de antibióticos usados na terapêutica de infecções causadas por Enterobacteriaceae.
Nos nossos dias temos assistido a uma crescente resistência das bactérias às quinolonas, essa resistência
está associada a mutações que ocorrem nos genes que codificam as enzimas alvo, quer mutações que
conferem diminuição do acesso das quinolonas às enzimas alvo (tabela I).
Fig.1-Mecanismo de ação das Quinolonas
CÓDÃO
Aminoácido codificado nas estirpes selvagens
Aminoácido(s) cidificado(s) nas estirpes mutantes
51
67
81
82
83
84
87
106
Ala
Ala
Gly
Asp
Ser
Ala
Asp
Gln
Val
Ser
Cis, Asp
Gly
Leu, Trp, Ala, Val
Pro, Val
Asn, Gly, Val, Tir, His
Arg, His
Tabela I - Mutações em GyrA associadas a resistência a quinolonas
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Tabela II - Tabela do código genético
Na resposta a cada um dos itens de 1. a 6., seleciona a única opção que permite obter uma afirmação correta.
1. Quando as topoisomerases são inibidas são diretamente comprometidas: (6 pontos)
|A| a transcrição e a tradução
|B| a replicação do DNA e a transcrição
|C| a replicação do DNA e a tradução
|D| o processamento e a tradução
2. Imagina que tens 3 tubos de ensaio contendo soluções idênticas de DNA humano purificado.
Expões o DNA do tubo1 a um agente que quebra as ligações entre o açúcar e o fosfato. Expões o
DNA do tubo 2 a um agente que quebra as ligações que ligam as bases azotadas aos açúcares. O
DNA do tubo 3 é exposto a um agente que quebra as pontes de hidrogénio. No final da experiência
os tubos 1, 2 e 3 deveriam conter respetivamente: (6 pontos)
|A| nucleótidos; pares de bases azotadas sem açúcar e fosfato + cadeias de fostato e açúcar sem
bases; cadeias simples de DNA
|B| pares de bases azotadas sem açúcar e fosfato + cadeias de fostato e açúcar sem bases; cadeias
simples de DNA; nucleótidos
|C| nucleótidos; cadeias simples de DNA; pares de bases azotadas sem açúcar e fosfato + cadeias de
fostato e açúcar sem bases
|D| cadeias simples de DNA; nucleótidos; pares de bases azotadas sem açúcar e fosfato + cadeias de
fostato e açúcar sem bases
3. Atendendo à tabela I podemos concluir que uma sequência de nucleotídeos entre o códão 81 e o
códão 84 nas estirpes selvagens pode ser: (6 pontos)
|A| 5’ UGU GGU CUU CCU 3’
|B| 5’ CCC CUG UCG GCA 3’
|C| 5’ GGU GAU AGU GCU 3’
|D| 5’ GGG GAC AGC CGU 3’
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4. De acordo com os dados da tabela I podemos concluir que as mutações ocorridas nos genes
representados eram ... (6 pontos)
|A| silenciosas
|B| sem sentido
|C| com perda de sentido
|D| com alteração da grelha de leitura.
5. Muitas outras mutações podem ter ocorrido sem no entanto alterar o aminoácido codificado dado
que o código genético é... (6 pontos)
|A| universal
|B| não é ambíguo
|C| ambíguo
|D| redundante.
6. Se expusermos uma cultura de células humanas a 3H-timidina (composto semelhante à timina)
durante a fase S, será previsível encontrar na metafase imediatamente seguinte 3H-timidina em... (6
pontos)
|A| uma das cadeias de DNA de apenas um dos seus cromatídios
|B| uma das cadeias de DNA de ambos os cromatídios
|C| duas das cadeias de DNA de apenas um dos cromatídios
|D| duas das cadeias de DNA de ambos os cromatídios.
7. Ordena as letras de A a E, de modo a reconstituir a sequência cronológica dos acontecimentos
numa situação em que as quinolonas se encontram no meio. (10 pontos)
A.
B.
C.
D.
E.
as quinolonas ligam-se às DNA girases
quebra das ligações do DNA no local de clivagem
formação do complexo DNA girase - DNA
fragmentos de DNA incapazes de se religar são espalhados pela célula
o complexo quinolonas – DNA girases impede o DNA de se religar
8. Estabelece a correspondência entre cada um dos elementos da coluna I (funções) e os elementos da
coluna II (intervenientes na função). (10 pontos)
Coluna I
Coluna II
(a) Contém a sequência nucleotídica resultante da
transcrição do gene gyrA.
(1) ATP
(b) Transporta os monómeros constituintes das proteínas
(2) DNA
para o ribossoma.
(3) RNA ribossómico
(4) RNA de transferência
(c) Catalisa a adição de nucleótidos, segundo a sequência
determinada pelo gene gyrA.
(5) RNA mensageiro
(6) RNA polimerase
(d) Garante a preservação da informação genética
necessária à síntese das topoisomerases.
(7) Anti-codão
(e) Fornece energia química para a ligação de um
(8) Aminoácido
aminoácido ao seu transportador.
9. A síntese de uma proteína é um processo complexo, preciso e extremamente rápido que envolve
várias estruturas, como, por exemplo, a enzima RNA-polimerase. Explica por que razão a alteração
do pH de uma célula pode levar à inibição da síntese proteica. (10 pontos)
10. Explica por que motivo os “venenos de topoisomerases” podem ser utilizados como antibióticos.
(15pontos)
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GRUPO II
O taxol é uma substância utilizada no tratamento de doentes oncológicos, isolada a partir da casca do
teixo, uma árvore da família Taxaceae, outrora abundante na região da serra da Estrela. Para se obter
1Kg de taxol são necessárias em média 3000 árvores. Além disso, o tratamento de um único paciente
requer o corte de seis árvores com 100 anos. Atualmente a maior parte do taxol fornecido é preparado
através da semissíntese desenvolvida por Robert Holton e colaboradores em 1994 (Florida State
University, EUA.)
O taxol é utilizado no tratamento de cancro da mama, do pulmão, do ovário, da garganta, do cérebro e
outros. Uma das características mais comuns das células cancerígenas é o seu ritmo rápido de divisão
celular. Para que este ritmo acelerado de divisão possa ocorrer, o citoesqueleto da célula está em
constante reestruturação, o que implica uma certa flexibilidade.
O taxol atua no ciclo celular, impedindo a mitose, devido à ligação permanente a uma subunidade da
tubulina, proteína que faz parte dos microtúbulos do fuso acromático. Esta ligação leva à formação de
um composto estável que fixa os microtúbulos no lugar, retirando-lhes flexibilidade e, assim, entre
outros efeitos, pode impedir a separação dos cromatídeos durante a divisão celular.
A ação do taxol também induz à morte programada (apoptose) das células tumorais através da sua
ligação com uma proteína inibidora da apoptose.
Fig. 2- Efeito do taxol no ciclo celular (simplificado).
Na resposta a cada um dos itens de 1. a 6., seleciona a única opção que permite obter uma afirmação correta.
1. O taxol pode impedir o ciclo celular atuando, na fase mitótica, essencialmente … (6 pontos)
|A| …
|B| …
|C| …
|D| …
durante a prófase.
no final da anáfase.
em metáfase.
durante a telófase.
2. Considerando uma célula submetida à ação do taxol, será de esperar que …(6 pontos)
|A| …
|B| …
|C| …
|D| …
o ponto de controlo em G2 provoque a paragem do ciclo celular.
a célula não passe o ponto de controlo G1.
a fase S não ocorra.
as alterações resultantes possam ser detectadas no ponto de controlo M.
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3. Células tumorais humanas submetidas ao taxol, no momento de bloqueio do ciclo, apresentam …(6
pontos)
|A| …
|B| …
|C| …
|D| …
23 pares de cromossomas e 23 cromatídeos.
46 cromossomas e 46 moléculas de DNA.
23 pares de cromossomas e 46 pares de cromatídeos.
23 pares de cromossomas e 92 pares de cromatídeos.
4. Se o ciclo celular prosseguir, mesmo na presença de taxol, as células-filhas …(6 pontos)
|A| … poderão morrer, devido a estar inibido o mecanismo bioquímico que evita a apoptose.
|B| … poderão morrer, devido à inibição da apoptose.
|C| … deverão manter-se em G0 até que os mecanismos de reparação restabeleçam o número de
cromossomas.
|D| … deverão apresentar uma guarnição cromossómica duplicada.
5. Num ciclo celular normal, durante a fase S, a estrutura dos cromossomas sofre alterações …(6 pontos)
|A| … devido ao aumento da síntese proteica.
|B| … devido ao aumento de condensação da cromatina.
|C| … passando a ser constituídos por dois cromatídeos resultantes da transcrição do DNA.
|D| … passando a ser constituídos por dois cromatídeos resultantes da replicação semiconservativa do
DNA.
6. A divisão do citoplasma da célula que permite a individualização das células-filhas denomina-se
…(6 pontos)
|A| …
|B| …
|C| …
|D| …
citocinese e ocorre nos animais por estrangulamento do citoplasma.
telófase e ocorre nas plantas a partir de vesículas golgianas alinhadas na zona equatorial.
interfase e ocorre nas plantas por estrangulamento do citoplasma.
fase mitótica e ocorre nos animais a partir de vesículas golgianas alinhadas na zona equatorial.
7. Ordena as letras de A a E, de modo a estabelecer a sequência cronológica de acontecimentos que
ocorrem durante o ciclo celular a partir de uma célula em G0. (10 pontos)
A. A cromatina sofre compactação e enrolamento, tornando os cromossomas mais curtos e densos, e os
centríolos começam a movimentar-se no sentido dos polos da célula, com início da formação do
fuso acromático.
B. Os cromossomas, unidos ao fuso acromático, deslocam-se em direção ao centro da célula, para a
placa equatorial.
C. O nucléolo desaparece, a membrana nuclear desintegra-se e os cromossomas ligam-se ao fuso
acromático.
D. A célula aumenta de volume, com síntese de biomoléculas (maioritariamente proteínas) e a
formação de novos organitos celulares.
E. Ocorre ruptura do centrómero, os cromatídeos de cada cromossoma separam-se e os cromossomas
ficam apenas com um cromatídeo.
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8. Faz corresponder cada uma das descrições da coluna A ao termo da coluna B que identifica a
respectiva fase do ciclo celular. (10 pontos)
Coluna A
(a) Cada cromossoma passa a ser constituído por dois cromatídeos ligados pelo
centrómero.
Coluna B
(1) Prófase
(2) Metáfase
(b) Caracteriza-se pela atividade de biossíntese de proteínas e outras
biomoléculas e um notório crescimento celular.
(3) Anáfase
(4) Telófase
(c) Clivagem dos centrómeros e cada cromatídeo passa a constituir um
cromossoma independente.
(5) Fase S
(6) Citocinese
(d) Os centríolos afastam-se em sentidos opostos e forma-se entre eles o fuso
mitótico.
(7) Fase G1
(8) Fase G2
(e) Os cromossomas atingem o seu máximo encurtamento.
9. Indica em que momento do ciclo celular ocorre uma redução da quantidade de DNA por lote de
cromossomas. (7 pontos)
10. Tendo em conta as características tumorais e os mecanismos de ação do taxol, explica a sua
aplicação no tratamento de doentes com cancro. (15 pontos)
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GRUPO III
Lê atentamente o seguinte texto
APOMIXIA: UM MÉTODO ALTERNATIVO PARA A PRODUÇÃO DE SEMENTES EM PLANTAS
A maioria das plantas superiores reproduz-se sexualmente, em muitas espécies de plantas, porém, a
fertilização e a formação de gâmetas podem não estar envolvidas na formação da semente, e esta é
formada por um processo denominado apomixia.
A apomixia é um método de reprodução em plantas controlado geneticamente. O termo apomixia, no
seu sentido mais amplo, significa "longe da mistura", pois apo quer dizer "longe de" e mixia "mistura". o
processo apomítico mimetiza muitos dos eventos da reprodução sexual e dá origem a sementes férteis.
A apomixia ocorre por exemplo nalgumas algas e nalgumas angiospérmicas (plantas com flor), tendo
sido já identificadas entre as angiospérmicas mais do que 300 espécies que se reproduzem através deste
processo.
Neste tipo de reprodução, o embrião desenvolve-se no ovário a partir de uma célula somática do óvulo,
ocorrendo a formação de sementes férteis, sem haver a união dos gâmetas.
Durante muitos anos a apomixia foi considerada uma barreira ao melhoramento das espécies.
Entretanto, nas últimas duas décadas, este modo de reprodução tem recebido uma grande atenção
devido à descoberta de plantas parcialmente apomíticas (apomíticas facultativas) em espécies cultivadas,
à descoberta de plantas sexuais em espécies apomíticas e à obtenção de novas informações sobre o
controle genético da apomixia. A apomixia e a reprodução sexual podem ocorrer simultaneamente
numa mesma planta ou ainda
no mesmo óvulo.
Uma das principais vantagens da apomixia é possibilitar a imediata fixação de qualquer planta com as
características desejáveis, selecionadas no processo de melhoramento, permitindo que a mesma origine
plantas idênticas. As mesmas vantagens da apomixia podem ser obtidas, através da propagação
vegetativa dessa mesma planta. No entanto, a propagação vegetativa favorece o acumular de doenças
bacterianas e virais e além disso a propagação de uma planta, via semente, por apomixia, reduz
grandemente o espaço de armazenamento, e os custos de transporte e de plantio, quando comparados
com a propagação vegetativa.
Na resposta a cada um dos itens de 1. a 3., seleciona a única opção que permite obter uma afirmação correta.
1. A apomixia é um processo de reprodução ________ dado que nela ________ a intervenção de
gâmetas. (6 pontos)
|A| ... sexuada ... ocorre
|B| ... sexuada ... não ocorre
|C| ... assexuada ... não ocorre
|D| ... assexuada ... ocorre
2. Em plantas apomíticas obrigatórias todos os descendentes... (6 pontos)
|A| São geneticamente iguais ao pai
|B| São geneticamente iguais à mãe
|C| São geneticamente parte do pai e parte da mãe
|D| São geneticamente diferentes dos progenitores
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3. Em plantas apomíticas facultativas ... (6 pontos)
|A| Apenas se podem obter descendentes clones da mãe
|B| Apenas se podem obter descendentes clones do pai
|C| Podem-se obter descendentes geneticamente diferentes
|D| Não se podem obter clones
4. Indica duas vantagens de usar sementes apomíticas para propagar uma espécie em detrimento da
propagação vegetativa. (8 pontos)
5. Explica por que motivo quando confrontadas com um ambiente desfavorável as plantas apomíticas
facultativas optem por realizar reprodução sexuada. (15 pontos)
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