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Estudo Dirigido – Sequenciamento de DNA
Professores Dra. Daniela Alves Silvestre
OBJETIVOS
Compreender a partir do estudo da técnica de sequenciamento do DNA através da utilização de
didesoxinucleotídeos, a importância da compreensão das bases moleculares do processo de replicação.
É importante que você leia antes da aula este material, para que possa esclarecer suas dúvidas e realizar os
procedimentos sem problemas.
INTRODUÇÃO
O sequenciamento do DNA baseia-se na interrupção da síntese da cadeia complementar pela incorporação de um
nucleotídeo quimicamente modificado, um didesoxinucleotídeo. Observe na imagem a seguir as diferenças entre os
nucleotídeos que compõem o RNA (ribonucleotídeos), o DNA (desoxinucleotídeos) e os didesoxinucleotídeos.
Ribonucleotídeo
Desoxinucleotídeo
Didesoxinucleotídeo
Na reação de sequenciamento, da qual esta atividade é uma simulação, são misturados num mesmo tubo: o segmento
de DNA a ser sequenciado (1), cadeias curtas de DNA denominadas de iniciadores ou “primers” (2), a enzima DNA
polimerase (3), os desoxinucleotídeos das quatro bases nitrogenadas: A, T, C e G (4) e os seus respectivos
didesoxinucleotídeos (5). Inicialmente, as duas cadeias de cada molécula de DNA são separadas, aquecendo-se a
amostra a temperaturas superiores a 90°C. Em seguida, a temperatura é reduzida, permitindo que os iniciadores ou
“primers” (2), se associem, por complementaridade, ao segmento a ser sequenciado (1). A DNA polimerase (3) sintetiza,
então, a cadeia nova: onde houver um nucleotídeo de Adenina na cadeia-modelo, será acrescentado um nucleotídeo de
Timina e vice-versa, onde houver um de Guanina, será acrescentado um de Citosina e vice-versa. Como não há, por
parte da DNA polimerase, nenhuma preferência entre os desoxinucleotídeos (4) ou didesoxinucleotídeos (5), esses
últimos podem ser incorporados em lugar de um nucleotídeo normal. No entanto, quando a cadeia nova (6) recebe um
didesoxinucleotídeo, a sequência é interrompida. Você consegue explicar por que isso acontece ?
Cada didesoxinucleotídeo empregado na reação está associado a um cromóforo, uma substância que apresenta uma
determinada cor quando é estimulada por um feixe de laser. Desta forma, para conhecer a sequência da cadeia-molde
(1), um aparelho chamado sequenciador automático de DNA, separa os fragmentos sintetizados de diferentes tamanhos
por meio da eletroforese (7), na qual fragmentos menores migram mais rápido que fragmentos maiores. Finalmente, o
aparelho identifica o último nucleotídeo do conjunto de fragmentos de mesmo tamanho pelo seu cromóforo
correspondente, obtendo-se, assim, a sequência da cadeia de DNA desconhecida.
Imagem obtida após o sequenciamento de DNA. Cada pico colorido representa um nucleotídeo na sequência do DNA. Neste caso,
uma sequência pode ser lida entre a posição 264 e 333 a partir do início da sequência.
PROCEDIMENTO
Os materiais descritos a seguir serão disponibilizados pelos professores:
•
Uma base de madeira com 6 hastes fixas e uma haste móvel (que contém a cadeia molde), cada uma delas
com 4 contas transparentes
•
4 saquinhos com contas coloridas e brancas que encaixam nas hastes de madeira, e representam as bases
nitrogenadas do DNA (30 contas brancas para 12 contas coloridas por saquinho)
o
Verde – representa Adenina (A)
o
Amarelo – representa Guanina (G)
o
Azul – representa Citosina (C)
o
Vermelho – representa Timina (T)
o
Em cada saquinho haverá contas coloridas que representarão os didesoxinucleotídeos (conforme as
cores
acima
representadas
pelos
saquinhos)
e
contas
brancas
que
representarão
desoxinucleotídeos para síntese da fita complementar de DNA
•
Uma placa de madeira com furos suficientes para fixar as hastes de todos os grupos participantes
1 – Organizar o material como indica a figura.
Fig. 1 – Posicionamento inicial dos bastões na placa de madeira
os
2 – Iniciar uma simulação de “síntese” da cadeia complementar à cadeia molde (em nosso exemplo: TCCGTGAC)
através do sorteio da conta complementar à primeira letra da conta encontrada após as contas transparentes (na Fig. 1,
a letra é T). O saquinho escolhido para o sorteio deverá ser, portanto, o verde, pois ele contém os nucleotídeos
complementares a T, ou seja, lembrar que as relações de complementaridade são: A-T e C-G.
3 – Colocar a conta sorteada no bastão em frente à cadeia molde. Caso a conta sorteada seja de cor branca
(desoxinucleotídeo), repetir o procedimento com um novo sorteio, agora relacionado com a letra da cadeia molde (no
caso da Fig. 2, C). Caso seja sorteada uma conta colorida (didesoxinucleotídeo), o processo deve ser interrompido e a
cadeia molde é deslocada para o furo seguinte. Reiniciar o mesmo procedimento (1 e 2) para a formação de uma nova
cadeia complementar (Fig. 2 – à direita)
Fig. 2 – Movimento inicial da cadeia molde.
4 – Repetir os mesmos passos até que todas as cadeias sintetizadas terminem com uma conta colorida ou sejam
totalmente completadas com contas brancas (Fig. 3).
Fig. 3 – Movimento da cadeia-modelo após interrupção da síntese pelo sorteio de uma conta colorida.
5 – Por fim, as cadeias sintetizadas por todos os grupos devem ser ordenadas na placa grande de madeira de acordo
com seus tamanhos (em ordem crescente). Os bastões com maior número de contas devem ser colocados nos
primeiros furos, seguidos pelos de menor número, e assim sucessivamente, até que o último contenha apenas uma
conta colorida .
QUESTOES:
1) No texto de INTRODUÇÃO existem números entre parênteses após certas palavras e conceitos. Relacione estes
números aos materiais utilizados em nossa atividade (cada número pode ser utilizado mais de uma vez):
a) Contas brancas (
)
b) Contas coloridas (
)
c) Você ou seus colegas de grupo (
d) Cadeia sintetizada (
e) Cadeia molde (
)
)
)
f) Placa grande de madeira com furos (
g) Contas transparentes (
)
)
TESTES DE REVISÃO DOS CONCEITOS
Para responder as questões a seguir consulte as seguintes referências (não é necessário estudar todas elas):
Bases da Biologia Celular e Molecular, De Robertis e Hibb, 3ª. Ed.
Cap. 13 – Os Genes, p.225
Cap. 17 – A Replicação do DNA, p. 283
Fundamentos da Biologia Celular, B. Alberts e colaboradores, 3ª. Ed.
Cap. 6 – DNA (foco nos itens “A Estrutura e a Função do DNA” e “Replicação do DNA”), p.186
Cap. 8 – Cromossomos e Regulação Gênica (foco no item “estrutura dos Cromossomos Eucarióticos”)
Biologia Celular e Molecular, Junqueira e Carneiro, 7°. Ed.
Cap. 9 – Ciclo Celular e Meiose, p. 171 (foco no processo de Replicação)
Genética, G.W. Birus e P.J. Bottino, 6ª. Ed.
Cap. 10 – O Código Genético, p.173
Introdução à Genética, Griffiths e colaboradores, 8ª. Ed.
Cap. 7 – DNA: Estrutura e Replicação, p.219
QUESTÕES
1)
Gene é
a) o mesmo que cromossomo.
b) o mesmo que cromossomo
c)
qualquer segmento da molécula do DNA.
d) conjunto de moléculas de DNA de uma espécie.
e) conjunto de moléculas de DNA de uma espécie.
f)
2)
um segmento de molécula de DNA que transcreve um RNA.
O material hereditário dos seres vivos é
a) a desoxirribose.
b) o acido desoxirribonucleico (DNA).
c)
o acido ribonucleico (RNA).
d) a base nitrogenada.
3)
O modo pelo qual uma molécula de DNA se reproduz é chamado de
a) duplicação conservativa.
b) duplicação semiconservativa.
c)
reprodução assexuada.
d) reprodução sexuada.
4)
A polimerase do DNA é uma enzima que
a) separa as duas cadeias de um RNA.
b) atua na fabricação de nucleotídios.
c)
sintetiza RNA a partir de um modelo de DNA.
d) promove a união de desorribonucleotídios.
5)
Se as ligações de hidrogênio de uma molécula de DNA forem quebradas obtêm-se
a) bases nitrogenadas livres.
b) cadeias polinucleotídicas isoladas.
c)
desoxirriboses livres.
d) nucleotídíos livres.
6)
Dizer que as duas cadeias de uma molécula de DNA são complementares significa que
a) elas têm os mesmos tipos de bases nitrogenadas.
b) uma delas é formada apenas pelas bases A e T, e a outra, por C e G.
c)
uma delas é formada apenas pelas letras A e G, e a outra, por T e C.
d) onde houver uma base A em uma delas, havera um T na outra, e onde houver um C em uma cadeia,
haverá um G na outra.
7)
Um pesquisador determinou que a sequência de bases de um segmento de molécula de DNA é
ATTACGAGGTACATTCG. A sequência de bases do segmento correspondente da cadeia complementar
a) será ATTACGAGGTACATTCG.
b) será GCCGTAGAACGTGCCTA.
c)
sera TAATGCTCCATGTAAGC.
d) não pode ser determinada.
8)
(Ufrj 97) O ADN é um polímero constituído por vários nucleotídeos e as proteínas são polímeros constituídos
por vários aminoácidos. Um gene é constituído por um número N de nucleotídeos que codifica uma proteína
constituída por P aminoácidos. Por que sempre encontramos N > P ?
9)
(Ufrj 2001) Uma técnica usada como uma ferramenta da taxonomia emprega a seguinte abordagem: extrai-se o
ADN de um organismo e este é, então, marcado com fósforo radioativo. O ADN radioativo é então desnaturado
(suas cadeias são separadas por calor) e posto em contato com o ADN de um outro organismo, igualmente
desnaturado, porém não radioativo. Após a hibridação (reassociação formando moléculas híbridas), é possível
medir quanto ADN radioativo existe num ADN de cadeia dupla.
Foi feito um experimento em que o ADN do organismo 1 (ADN radioativo) foi "hibridado" com o ADN não
radioativo de três outros organismos, obtendo-se os seguintes resultados:
ADN do organismo 1 + ADN do organismo 1 = 100% de radioatividade no ADN híbrido
ADN do organismo 1 + ADN do organismo 2 = 10% de radioatividade no ADN híbrido
ADN do organismo 1 + ADN do organismo 3 = 40% de radioatividade no ADN híbrido
ADN do organismo 1 + ADN do organismo 4 = 85% de radioatividade no ADN híbrido
Qual o organismo que pertence à mesma espécie do organismo 1? Justifique sua resposta.
10) (Ufrj 2002) Em Junho de 2001, foi publicada a sequência quase completa do genoma humano. Esse projeto
contou com a participação de diversos laboratórios, que individualmente determinaram a sequência de vários
trechos diferentes do ADN de todos os cromossomos, a partir da amostra de somente um indivíduo, que
permaneceu anônimo. Sabe-se, no entanto, que o ADN era de um indivíduo do sexo masculino. Por que foi
importante determinar a sequência do ADN de um homem e não de uma mulher?