O que são ciclos biogeoquímicos?

Traduzindo o termo " ciclo biogeoquímico". O próprio nome se define. isto é, um ciclo que faz com que a matéria orgânica em decomposição ou matéria inorgânica  tenham interação com os seres. Os organismos realizam síntese e decomposição ( Por isso BIO), a terra fornece os elementos químicos (Por isso GEO)  e os elementos químicos circulam e se transformam ao longo do processo (Por isso o QUÍMICO).

 O trajeto das substâncias do ambiente abiótico para o mundo dos seres vivos e o seu retorno ao mundo abiótico completam o que chamamos de ciclo biogeoquímico. O termo é derivado do fato de que há um movimento cíclico de elementos que formam os organismos vivos (“bio”) e o ambiente geológico (“geo”), onde intervêm mudanças químicas. Em qualquer ecossistema existem tais ciclos.

Os principais ciclos são:

Ciclo da Água

Ciclo do Carbono

Ciclo do Nitrogênio

Ciclo do Oxigênio

Ciclo do Fósforo

Ciclo do Cálcio

Ciclo do Enxofre

Ciclo da Água

Começaremos  pelo ciclo da água ou hidrológico que só existe devido à fonte principal de luz e energia do planeta, o Sol.

A água apresenta dois ciclos:

Ciclo curto ou pequeno: é aquele que ocorre pela lenta evaporação da água dos mares, rios, lagos e lagos, formando nuvens. Estas se condensam, voltando a superfície na forma de chuva ou neve; 

Ciclo longo: É aquele em que a água passa pelo corpo dos seres vivos antes de voltar ao ambiente. A água é retirada do solo através das raízes das plantas sendo utilizada para a fotossíntese ou passada para outros animais através da cadeia alimentar. A água volta a atmosfera através da respiração, transpiração, fezes e urina. 

Ciclo do Carbono

As plantas realizam fotossíntese retirando o carbono do CO₂ do ambiente para formatação de matéria orgânica. Esta última é oxidada pelo processo de respiração celular, que resulta em liberação de CO2 para o ambiente. A decomposição e queima de combustíveis fósseis (carvão e petróleo) também libera CO₂ no ambiente. Além disso, o aumento no teor de CO₂ atmosférico causa o agravamento do "efeito estufa" que pode acarretar o descongelamento de geleiras e das calotas polares com conseqüente aumento do nível do mar e inundação das cidades litorâneas.     

Efeito estufa

O Efeito Estufa é a forma que a Terra tem para manter sua temperatura constante. A atmosfera é altamente transparente à luz solar, porém cerca de 35% da radiação que recebemos vai ser refletida de novo para o espaço, ficando os outros 65% retidos na Terra. Isto deve-se principalmente ao efeito sobre os raios infravermelhos de gases como o Dióxido de Carbono, Metano, Óxidos de Azoto e Ozônio presentes na atmosfera (totalizando menos de 1% desta), que vão reter esta radiação na Terra, permitindo-nos assistir ao efeito calorífico dos mesmos.

Nos últimos anos, a concentração de dióxido de carbono na atmosfera tem aumentado cerca de 0,4% anualmente; este aumento se deve à utilização de petróleo, gás e carvão e à destruição das florestas tropicais. A concentração de outros gases que contribuem para o Efeito de Estufa, tais como o metano e os clorofluorcarbonetos também aumentaram rapidamente. O efeito conjunto de tais substâncias pode vir a causar um aumento da temperatura global (Aquecimento Global) estimado entre 2 e 6 ºC nos próximos 100 anos. Um aquecimento desta ordem de grandeza não só irá alterar os climas em nível mundial como também irá aumentar o nível médio das águas do mar em, pelo menos, 30 cm, o que poderá interferir na vida de milhões de pessoas habitando as áreas costeiras mais baixas. Se a terra não fosse coberta por um manto de ar, a atmosfera, seria demasiado fria para a vida. As condições seriam hostis à vida, a qual de tão frágil que é, bastaria uma pequena diferença nas condições iniciais da sua formação, para que nós não pudessemos estar aqui discutindo-a. O Efeito Estufa consiste, basicamente, na ação do dióxido de carbono e outros gases sobre os raios infravermelhos refletidos pela superfície da terra, reenviando-os para ela, mantendo assim uma temperatura estável no planeta. Ao irradiarem a Terra, parte dos raios luminosos oriundos do Sol são absorvidos e transformados em calor, outros são refletidos para o espaço, mas só parte destes chega a deixar a Terra, em consequência da ação refletora que os chamados "Gases de Efeito Estufa" (dióxido de carbono, metano, clorofluorcarbonetos- CFCs- e óxidos de azoto) têm sobre tal radiação reenviando-a para a superfície terrestre na forma de raios infravermelhos. Desde a época pré-histórica que o dióxido de carbono tem tido um papel determinante na regulação da temperatura global do planeta. Com o aumento da utilização de combustíveis fósseis (Carvão, Petróleo e Gás Natural) a concentração de dióxido de carbono na atmosfera duplicou nos últimos cem anos. Neste ritmo e com o abatimento massivo de florestas que se tem praticado (é nas plantas que o dióxido de carbono, através da fotossíntese, forma oxigênio e carbono, que é utilizado pela própria planta) o dióxido de carbono começará a proliferar levando, muito certamente, a um aumento da temperatura global, o que, mesmo tratando-se de poucos graus, levaria ao degelo das calotes polares e a grandes alterações a nível topográfico e ecológico do planeta. Ciclo do Nitrogênio O nitrogênio se mostra como um dos elementos de caráter fundamental na composição dos sistemas vivos. Ele está envolvido com a coordenação e controle das atividades metabólicas. Entretanto, apesar de 78% da atmosfera ser constituída de nitrogênio, a grande maioria dos organismos é incapaz de utilizá-Io, pois este se encontra na forma gasosa (N2) que é muito estável possuindo pouca tendência a reagir com outros elementos.  Os consumidores conseguem o nitrogênio de forma direta ou indireta através dos produtores. Eles aproveitam o nitrogênio que se encontra na forma de aminoácidos. Produtores introduzem nitrogênio na cadeia alimentar, através do aproveitamento de formas inorgânicas encontradas no meio, principalmente nitratos (NO3) e amônia (NH3+). O ciclo do nitrogênio pode ser dividido em algumas etapas:  • Fixação: Consiste na transformação do nitrogênio gasoso em substâncias aproveitáveis pelos seres vivos (amônia e nitrato). Os organismos responsáveis pela fixação são bactérias, retiram o nitrogênio do ar fazendo com que este reaja com o hidrogênio para formar amônia.  As bactérias do gênero Rhizobium têm importante função no ciclo do nitrogênio. A função delas é converter o nitrogênio presente na atmosfera em amônia (o processo é denominado redução do nitrogênio e é anaeróbico), essas bactérias só podem realizá-lo em simbiose com leguminosas (Soja, feijão, ervilha, alfafa, entre outras). Denomina-se essa associação entre raízes de leguminosas e bactérias do gênero Rhizobium, que forma os nódulos radiculares, mutualismo.   • Amonificação: Parte da amônia presente no solo, é originada pelo processo de fixação. A outra é proveniente do processo de decomposição das proteínas e outros resíduos nitrogenados, contidos na matéria orgânica morta e nas excretas. Decomposição ou amonificação é realizada por bactérias e fungos. •    Nitrificação: É o nome dado ao processo de conversão da amônia em nitratos. • Desnitrificação: As bactérias desnitrificantes (como, por exemplo, a Pseudomonas denitrificans), são capazes de converter os nitratos em nitrogênios molecular, que volta a atmosfera fechando o ciclo.

Rotação de Culturas

Um procedimento bastante utilizado em agricultura é a “rotação de culturas”, na qual se alterna o plantio de não-leguminosas (o milho, por exemplo), que retiram do solo os nutrientes nitrogenados, com leguminosas (feijão), que devolvem esses nutrientes para o meio.

Ciclo do Oxigênio

O ciclo do oxigênio se encontra intimamente ligado com o ciclo do carbono, uma vez que o fluxo de ambos está associado aos mesmos fenômenos: fotossíntese e respiração. Os processos de fotossíntese liberam oxigênio para a atmosfera, enquanto os processos de respiração e combustão o consomem. Parte do O2 da estratosfera é transformado pela ação de raios ultravioletas em ozônio (O₃). Este forma uma camada que funciona como um filtro, evitando a penetração de 80% dos raios ultravioletas. A liberação constante de clorofluorcarbonos (CFC) leva a destruição da camada de ozônio. 

Ciclo do Fósforo

Além da água, do carbono, do nitrogênio e do oxigênio, o fósforo também é importante para os seres vivos. Esse elemento faz parte, por exemplo, do material hereditário e das moléculas energéticas de ATP.

Em certos aspectos, o ciclo do fósforo é mais simples do que os ciclos do carbono e do nitrogênio, pois não existem muitos compostos gasosos de fósforo e, portanto, não há passagem pela atmosfera. Outra razão para a simplicidade do ciclo do fósforo é a existência de apenas um composto de fósforo realmente importante para os seres vivos: o íon fosfato.

As plantas obtêm fósforo do ambiente absorvendo os fosfatos dissolvidos na água e no solo. Os animais obtêm fosfatos na água e no alimento.

A decomposição devolve o fósforo que fazia parte da matéria orgânica ao solo ou à água. Daí, parte dele é arrastada pelas chuvas para os lagos e mares, onde acaba se incorporando às rochas. Nesse caso, o fósforo só retornará aos ecossistemas bem mais tarde, quando essas rochas se elevarem em conseqüência de processos geológicos e, na superfície, forem decompostas e transformadas em solo.

Assim, existem dois ciclos do fósforo que acontecem em escalas de tempo bem diferentes. Uma parte do elemento recicla-se localmente entre o solo, as plantas, consumidores e decompositores, em uma escala de tempo relativamente curta, que podemos chamar “ciclo de tempo ecológico”. Outra parte do fósforo ambiental sedimenta-se e é incorporada às rochas; seu ciclo envolve uma escala de tempo muito mais longa, que pode ser chamada “ciclo de tempo geológico”.

Ciclo do Cálcio

O cálcio é um elemento que participa de diversas estruturas dos seres vivos, ossos, conchas, paredes celulares das células vegetais, cascas calcárias de ovos, além de atuar em alguns processos fisiológicos, como a contração muscular e a coagulação do sangue nos vertebrados. As principais fontes desse elemento são as rochas calcárias, que, desgastando-se com o tempo, liberam-no para o meio. No solo, é absorvido pelos vegetais e, por meio das cadeias alimentares, passa para os animais. Toneladas de calcária são utilizadas com frequência para a correção da acidez do solo, notadamente nos cerrados brasileiros, procedimento que, ao mesmo tempo, libera o cálcio para o uso pela vegetação e pelos animais.

Nos oceanos o cálcio obtido pelos animais pode servir para a construção de suas coberturas calcárias. Com a morte desses seres, ocorre a decomposição das estruturas contendo calcário – conchas de moluscos, revestimentos de foraminíferos – no fundo dos oceanos, processo que contribui para a formação dos terrenos e rochas contendo calcário. Movimentos da crosta terrestre favorecem o afloramento desses terrenos, tornando o cálcio novamente disponível para o uso pelos seres vivos.

Ciclo do Enxofre

Enxofre é uma substância amarela encontrada no solo, que queima com facilidade. Ele entra na produção de ácido sulfúrico, uma substância muito utilizada para fertilizantes, corantes e explosivos (pólvora, palitos de fósforo, etc). O enxofre é encontrado nas rochas sedimentares, (formadas por depósitos que se acumularam pela ação da natureza) nas rochas vulcânicas, no carvão , no gás natural etc.

O enxofre é essencial para a vida, faz parte da moléculas de proteína, vitais para o nosso corpo. Cerca de 140g de enxofre estão presentes no ser humano. A natureza recicla enxofre sempre que um animal ou planta morre. Quando apodrecem, as substâncias chamadas de “sulfatos”, combinados com a água são absorvidos pelas raízes das plantas. Os animais o obtêm comendo vegetais ou comendo outros animais.

Quando o ciclo é alterado, animais e plantas sofrem, isso vem acontecendo através da constante queima de carvão, petróleo e gás. Esses combustíveis são chamados de “fósseis”, pois se formaram há milhões de anos, a partir da morte de imensas florestas tropicais ou da morte de microscópicas criaturas denominadas “plânctons”.

Chuva Ácida

Ao queimar combustíveis fósseis para acionar as usinas, fábricas e veículos, é lançado enxofre no ar. Esse enxofre sobe para a atmosfera na forma de gás chamado “dióxido de enxofre”, um grande poluente do ar. Quando o dióxido de enxofre se junta à umidade da atmosfera, forma o ácido sulfúrico, um dos principais componentes das chuvas ácidas.

O dióxido de enxofre é produzido também nos pântanos e vulcões, mas em quantidades que o meio ambiente consegue assimilar. Atualmente existem enormes quantidades de fontes poluidoras, tornando as chuvas mais carregadas de ácido, dificultando ao meio ambiente anular seus efeitos. A chuva causa danos às folhas de espécies vegetais comprometendo a produção agrícola. Torna-se mais grave próxima às grandes concentrações industriais, atinge as florestas, os peixes e corroe edificações de pedra e concreto, inclusive metais expostos ao tempo que enferrujam mais rápido, como as pontes e edificações de aço.

O QUE SÃO VÍRUS E PRÍONS?

Príons não são vírus, nem bactérias: são modificações de proteínas normais do corpo. Embora em sua forma normal essas proteínas sejam inofensivas, o acúmulo da forma modificada pode levar à morte de neurônios.

Quando aparecem?

A maioria das doenças causadas por príons aparece na idade adulta. A faixa etária exata varia de acordo com o tempo de incubação de cada doença e sua causa.

Distribuição na populaçâo

Todas as doenças causadas por príons são muito raras. A doença de Creutzfeldt-Jakob esporádica, por exemplo, tem ocorrência estimada de cerca de 1 caso a cada 1 milhão de indivíduos.

O que muda no sistema nervoso?

Com a degeneração das células nervosas, o tecido cerebral adquire um aspecto esponjoso. Por isso, as doenças causadas por príons são conhecidas como encefalopatias espongiformes.

O que causa a doença?

Encefalopatias espongiformes têm origem genética (o próprio organismo passa a produzir proteínas modificadas) ou pelo contato com tecidos contaminados por príons. Uma vez no corpo, o príon induz proteínas normais a também se transformarem em príons, e a doença evolui à medida que o acúmulo de príons no sistema nervoso dá origem aos sintomas.

Sintomas

Os sintomas variam conforme a doença em questão. São elas:

Kuru

Teve sua origem em rituais canibalísticos. Os pacientes, principalmente mulheres e crianças, adoeciam ao entrarem em contato direto – por ingestão ou através de cortes e queimaduras – com tecido nervoso de cadáveres contaminados. Com a identificação da forma de contaminação, esses rituais foram abandonados e a doença foi erradicada. Os primeiros sinais eram movimentos involuntários e tremores, dificuldade para falar e engolir. Posteriormente, havia instabilidade emocional com risadas incontroláveis, além de demência moderada. Nas fases mais adiantadas o doente ficava mudo, flácido e bastante debilitado.Tratava-se de uma doença progressiva e incurável, com até dois anos de evolução. Quanto mais jovem o doente, mais rápida era a sua evolução.

Doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ)

A maioria dos casos é esporádica, mas de 5 a 15% têm origem hereditária. Uma pequena parcela pode ser atribuída ao contato com tecidos contaminados, em transplantes e instrumentos cirúrgicos. Os primeiros sintomas são lentidão do pensamento, dificuldade de concentração, déficit de raciocínio e perda de memória. Os doentes podem ter também alterações emocionais e visuais, com alucinações. Há também contrações musculares bruscas e breves, chamadas de mioclonias. É uma doença incurável, mas medicamentos como a amantadina retardam sua evolução.

Nova Variante da Doença de Creutzfeldt-Jakob (NVDCJ)

Uma nova variante é atribuída à ingestão de carne de animais contaminados com a Doença da Vaca Louca. Sintomas psiquiátricos e alterações motoras são freqüentes. Há depósito de proteína amilóide no cérebro e no cerebelo. A doença aparece mais cedo, entre 20 e 30 anos de idade.

Síndrome de Gerstmann-Straussler-Scheinker (GSS)

É uma rara síndrome hereditária que atinge poucas famílias no mundo. Os pacientes, por volta da meia idade (35 a 55 anos), começam a desenvolver sintomas decorrentes da degeneração do cerebelo, como perda da coordenação motora e dificuldade para andar. Em alguns pacientes pode-se encontrar ainda surdez, cegueira, paralisia dos movimentos dos olhos e sintomas parkinsonianos (como rigidez muscular, lentidão dos movimentos e tremores). A demência é mínima ou ausente. A GSS não tem cura e evolui lenta e progressivamente (2 a 10 anos), deixando o paciente bastante debilitado.

Insônia Familiar Fatal (IFF)

É uma doença hereditária que progride de forma rápida e surge principalmente na meia idade (50 a 60 anos) ou em fases mais avançadas da vida. É caracterizada inicialmente por uma dificuldade de adormecer, que evolui para uma insônia irremediável em poucos meses, à medida que o tálamo – estrutura intermediária no processamento dos sentidos e na alternância sono-vigília – é comprometido. Há também dificuldades para falar, tremores e alterações do sistema nervoso simpático (variações de pressão, transpiração excessiva, taquicardia inexplicável). Aproximadamente 60 casos foram detectados no mundo desde 1986. É uma doença fatal, que leva o paciente à morte de 7 a 13 meses após o aparecimento dos sintomas.

O que parece, mas não é uma doença causada por príons?

O diagnóstico diferencial das doenças causadas por príons é amplo e envolve uma série de outras doenças hereditárias, infecciosas ou degenerativas do sistema nervoso, dentre as quais se destacam a Doença de Alzheimer, as encefalopatias metabólicas e algumas infecções crônicas (sífilis, HIV etc). Casos suspeitos devem ser encaminhados a especialistas, particularmente a neurologistas e psiquiatras.

O que muda na vida da pessoa doente?

O paciente, com a evolução da sua doença, perde a capacidade de cuidar de si próprio de forma independente e precisa cada vez mais de ajuda para alimentar-se, vestir-se, tomar banho etc.

Tratamento

Todas as doenças causadas por príons são, até o momento, incuráveis. O tratamento de suporte envolve medidas gerais com a utilização de remédios para o controle dos sintomas.

QUESTÕES SOBRE ÁCIDOS NUCLEICOS

Dê o somatório dos itens CORRETOS como resposta.

O que são ácidos nucleicos?

Ácidos nucleicos

Os ácidos nucléicos são moléculas gigantes (macromoléculas), formadas por unidades monoméricas menores conhecidas como nucleotídeos. Cada nucleotídeo, por sua vez, é formado por três partes:

• um açúcar do grupo das pentoses (monossacarídeos com cinco átomos de carbono);
• um radical “fosfato”, derivado da molécula do ácido ortofosfórico (H3PO4).
• uma base orgânica nitrogenada.

Sabia-se de sua presença nas células, mas a descoberta de sua função como substâncias controladoras da atividade celular foi um dos passos mais importantes da história da Biologia.

 A partir do século XIX, com os trabalhos do médico suíço Miescher, iniciaram-se as suspeitas de que os ácidos nucléicos eram os responsáveis diretos por tudo o que acontecia em uma célula. Em 1953, o bioquímico norte-americano James D. Watson e o biologista molecular Francis Crick propuseram um modelo que procurava esclarecer a estrutura e os princípios de funcionamento dessas substâncias.

O volume de conhecimento acumulados a partir de então caracteriza o mais extraordinário conhecimento biológico que culminou, nos dias de hoje, com a criação da Engenharia Genética, área da Biologia que lida diretamente com os ácidos nucléicos e o seu papel biológico

De seus três componentes (açúcar, radical fosfato e base orgânica nitrogenada) apenas o radical fosfato não varia no nucleotídeo. Os açucares e as bases nitrogenadas são variáveis.

Quanto aos açucares, dois tipos de pentoses podem fazer parte de um nucleotídeo: ribose e desoxirribose(assim chamada por ter um átomo de oxigênio a menos em relação à ribose.

Já as bases nitrogenadas pertencem a dois grupos:

• as púricas: adenina (A) e guanina (G);
• as pirimídicas: timina (T), citosina (C) e uracila (U).

Uma base púrica se liga sempre a uma pirimídica. As bases que se ligam estão na mesma proporção.

Adenina se liga a timina e a uracila por meio de DUAS pontes de hidrogênio. Enquanto a guanina se liga a citosina por meio de TRÊS pontes de hidrogênio.  

EX:   A=T  ,  logo, se há 20% de adenina (A) a timina também terá 20% totalizando 40%. Sobram 60% para as outras bases (G e C), logo 30% para cada uma.

Os nucleotídeos estão ligados covalentemente por ligações fosfodiéster formando entre si pontes de fosfato.

O grupo hidroxila do carbono-3 da pentose do primeiro nucleotídeo se liga ao grupo fosfato ligado a hidroxila do carbono-5 da pentose do segundo nucleotídeo através de uma ligação fosfodiéster.

Devido a esta formação a cadeia de DNA fica com uma direção determinada, isto é, em uma extremidade temos livre a hidroxila do carbono-5 da primeira pentose e na outra temos livre a hidroxila do carbono-3 da última pentose.

Isto determina que o crescimento do DNA se faça na direção de 5' para 3'.

DNA e RNA: Qual é a diferença?

É da associação dos diferentes nucleotídeos que se formam as macromoléculas dos dois tipos de ácidos nucléicos: o ácido ribonucleico (RNA) e o ácido desoxirribonucleico (DNA). Eles foram assim chamados em função dos açúcares (glicídios) presente em suas moléculas: O RNA contém o açúcar ribose e o DNA contém o açúcar desoxirribose.

Outra diferença importante entre as moléculas de DNA e a de RNA diz respeito às bases nitrogenadas: no DNA, as bases são citosina, guanina, adenina e timina; no RNA, no lugar da timina, encontra-se a uracila. A importância e o funcionamento dos ácidos nucleicos.

REPLICAÇÃO DO DNA

A primase do DNA atua no início da replicação, sintetizando o primer necessário para começar a síntese da cadeia leading ( a cadeio de DNA que tem sua síntese contínua), e também, durante todo o processo, sintetizando os primers necessários para o início da síntese de cada fragmento de Okazaki. Isso é necessário porque após completar um fregmento de Okazaki, a polimerase do DNA da cadeia lagging( fita descontínua) precisa iniciar a síntese de um novo fragmento.

A molécula de DNA é dotada da capacidade de produzir cópias idênticas a ela mesma, sendo essa propriedade denominada duplicação ou replicação. O modelo de Watson e Crick tem implícito um mecanismo para a duplicação do DNA. Durante a replicação (figura abaixo), ocorre separação das cadeias e cada uma delas serve de molde para a formação do seu complemento. Assim sendo, onde na cadeia original existir uma guanina (G), somente uma citosina (C) deverá se encaixar na nova cadeia ou vice-versa e, onde ocorrer uma adenina (A), apenas uma timina (T) se encaixará na nova cadeia ou vice-versa, formando, em condições normais, apenas pares G-C e A-T. Ao fim do processo, formam-se dois DNAs filhos idênticos ao  paterno. Cada uma das moléculas-filhas (ver figura a seguir) possui uma cadeia do DNA original (filamento original) e outra recém-sintetizada (filamento novo). Em face de cada molécula filha conservar metade da molécula mãe, esse processo de duplicação é chamado semiconservativo (em cada nova molécula formada, um filamento é “velho” e o outro é “novo”).

A replicação é feita em dois sentidos diferentes onde uma das fitas o processo é contínuo (leading) e na outra fita o processo é descontínuo (lagging) que contém os fragmentos de okasaki. Mas sempre da extremidade 5’ para 3’.

ABRA O OIÃO!!!!!

A FITA DESCONTÍNUA, LAGGING, É CHAMADA DE FITA RETARDADA POIS SEU PROCESSO É MAIS LENTO,POIS NECESSITA DE VÁRIOS PRIMERS DE RNA  QUE INICIAM A FORMAÇÃO DOS FRAGMENTOS DE OKASAKI QUE SERÃO UNIDOS PELA DNA LIGASE.

A replicação do DNA depende de um complexo multienzimático (DNA girase ou topoisomerase II, primase, DNA ligase, DNA polimerase I, DNA polimerase III, etc.), bem como de nucleotídeos livres e de uma cadeia de DNA que servirá como matriz ou molde, entre outros fatores. O rompimento das diversas pontes de hidrogênio, a fim de separar as cadeias da molécula original, não constitui dificuldade, pois, apesar de serem altamente específicas, são bastante frágeis. A formação e o rompimento dessas pontes independem da DNA polimerase. A ação dessa enzima (figura abaixo) consiste em catalisar a polimerização dos nucleotídeos, formando a ligação fosfodiéster, com liberação de um difosfato.

Durante a replicação do DNA, cada molécula-filha possui apenas uma das cadeias parentais (indicada em preto na figura seguir) emparelhada com uma cadeia nova (indicada em branco na figura abaixo). As duas cadeias parentais originais permanecem intactas, formando-se sempre duas moléculas-filhas a partir da molécula original.

Reparo do DNA

Comparado com as moléculas de proteínas e com o RNA, que são, via de regra, constantemente reciclados (rapidamente degradas e substituídas por novas moléculas), o DNA é bastante estável. O DNA genômico, entretanto, não está isento de alterações graduais, quer na sua conformação quer na sua estrutura. Sua conformação pode, por exemplo, se modificar à medida que ele sofre condensação e relaxamento, necessários para a realização de funções vitais, como a sua replicação in vivo e a sua expressão gênica via transcrição (síntese de RNA). Alterações estruturais, por seu turno, podem surgir a partir lesões físicas ou químicas de bases nitrogenadas ou de ligações fosfodiéster. Erros também podem surgir como consequência de pareamentos incorretos durante a replicação, a despeito dos mecanismos de auto-correção feitos pelas DNAs polimerases, como veremos adiante. Na ausência de detecção e de reparação correta (figura a seguir), essas lesões podem ser incorporadas ao DNA. Igualmente, uma mutação em um gene de reparo pode inviabilizar o processo de reparação e provocar uma cascata de mutações. Ao contrário das proteínas e dos RNAs que, via de regra, são degradados após lesados, alterações do DNA de procariotos e eucariotos costumam ser reparadas por mecanismos que revertem diretamente a lesão ou substitui a região lesado. Dessa forma, os diversos mecanismos de reparo podem anular os efeitos dos agentes mutagênicos, levando a que a sequência nucleotídica normal seja restaurada e o conteúdo informacional seja preservado. É graças, portanto, a esses mecanismos, presentes em todos os organismos e cuja taxa depende de muitos fatores, como o tipo e a idade da célula, que a vida vem se mantendo e evoluindo na Terra.

Se os processos de reparação fossem 100% eficazes, os agentes mutagênicos não seriam uma ameaça para o DNA. O reparo das mutações, entretanto, pode ser incorreto (figura acima), levando a que a molécula perca sua atividade biológica, o que poderia se traduzir pela inviabilidade da estrutura celular dela dependente. Neste contexto, deve-se levar em consideração também a saturação dos sistemas de reparação devido a volumes elevados de danos que o DNA possa sofrer em um curto intervalo de tempo. Em função disso, poderá haver “replicação” de lesões não reparadas, perpetuando as mutações.

Para sair de situações como essas, as bactérias utilizam sistemas não expressos em células não danificadas, não sendo, portanto, constitutivo e, sim, indutível. Um deles é o sistema de reparo SOS (esquema abaixo), que, por gerar muitos erros no DNA, enquanto procura reparar as lesões, é denominado propenso ao erro. Ele faz com que as DNAs polimerases, paradas em um bloqueio, prossigam incorporando um ou mais nucleotídeo até ultrapassarem a região danificada, atuando, dessa forma, como um mecanismo reparador de emergência. O fato de os erros induzidos pelo sistema SOS ocorrerem no local das lesões sugere que esse mecanismo insere nucleotídeos aleatórios no lugar dos nucleotídeos danificados. Em função disso, esse sistema indutível, que perpetua as mutações, só é utilizado quando todos os mecanismos “isentos” de erros de reparo (reparação constitutiva) não conseguem solucionar o problema, sendo, portanto, usado como último recurso. As células animais também são dotadas de sistema de reparo indutíveis.

Trabalhos diversos têm demonstrado que a mutagênese, na sua grande maioria, decorre de uma relativa imprecisão dos processos de reparação. Essas imprecisões representam um dos principais meios pelos quais danos no DNA, causados por diferentes agentes mutagênicos, induzem a formação de tumores. Com base nisso, conclui-se que os processos de reparo do DNA estão relacionados, direta ou indiretamente, à proteção contra o desenvolvimento de cânceres e outras lesões degenerativas.

Vamos exercitar!!!!

1)      Em uma das fitas de DNA de uma espécie de vírus encontram-se 90 Adeninas e 130 Citosinas. Sabendo-se ainda que nessa fita ocorre um total de 200 bases púricas e 200 bases pirimidinas, assinale a alternativa correta.

a) Na dupla fita de DNA ocorrem 180 Adeninas.

b) Na dupla fita de DNA ocorrem 140 Guaninas.

c) Na fita complementar ocorrem 300 bases púricas e 100 bases pirimidinas.

d) Na fita complementar ocorrem 70 Adeninas e 110 Citosinas.

e) Não é possível determinar a composição de bases nitrogenadas da fita complementar.

2)     (UPE) Admitindo-se que a molécula de DNA seja constituída de 2.000 nucleotídeos e destes 450 sejam de Timina, as percentagens dos 4 tipos de bases nitrogenadas que formam os nucleotídeos são:

a) 22,5% de Adenina; 22,5% de Citosina; 27,5% de Timina; 27,5% de Guanina.

b) 22,5% de Adenina; 22,5% de Timina; 27,5% de Citosina; 27,5% de Guanina.

c) 27,5% de Adenina; 22,5% de Timina; 27,5% de Citosina; 22,5% de Guanina.

d) 27,5% de Timina; 27,5% de Adenina; 22,5% de Citosina; 22,5% de Guanina.

e) 22,5% de Guanina; 27,5% de Citosina; 22,5% de Adenina; 25,5% de Timina.

3)     . Em 1953, James Watson e Francis Crick propuseram ao mundo o modelo do DNA. Em meio século de pesquisa, os avanços nessa área vêm sendo surpreendentes e têm aberto novos horizontes nos vários campos da biotecnologia. No esquema abaixo, está representado, de forma simplificada, o processo de replicação semiconservativo e semidescontínuo dessa molécula.

Baseado na figura e nos seus conhecimentos assinale a alternativa correta.

a) A replicação do DNA requer apenas dois “sistemas” enzimáticos: as DNA polimerases e a DNA ligase.

b) As DNA polimerases só adicionam os novos nucleotídeos na fita em formação, na extremidade 3^‘OH do nucleotídeo já estabilizado.

c) No esquema, B representa a fita líder (leading), que é alongada na direção 3^‘OH→ 5^‘P de forma contínua.

d) A fita A é sintetizada em segmentos longos, com cerca de 10.000 a 20.000 nucleotídeos (fragmentos de Okazaki), e em sentido oposto ao do movimento da forquilha de replicação, com lacunas entre eles.

e) A velocidade de alongamento da fita A é ligeiramente superior à da fita B (fita retardada).

4)      Com relação aos ácidos nucleicos é correto afirmar.

I. As bases purinas são idênticas no DNA e RNA.

II. Tanto o DNA quanto o RNA são formados por bases nitrogenadas, pentose e fosfato.

III. O DNA é formado por um único filamento enquanto que o RNA é formado por dois filamentos ligados entre si por pontes de hidrogênio.

IV. No processo de duplicação do DNA a molécula original (molécula-mãe) dá origem a duas moléculas filhas semiconservativas.

V. No processo de tradução (síntese de proteínas), a sequência de bases do RNAr (RNA ribossômico) é que orienta a incorporação dos aminoácidos na formação das proteínas.

São verdadeiras apenas as afirmativas:

a) I e III.

b) I, II e IV.

c) I, II e III.

d) II, IV e V.

e) IV e V.

5)      (PUC-MG) O esquema a seguir é um processo celular vital, que ocorre também em você.

Nesse processo ocorre produção de, exceto:

a) Macromoléculas de reserva energética.

b) Enzimas usadas, por exemplo, no processo digestivo.

c) Moléculas de defesa do corpo.

d) Moléculas utilizadas nos processos de cicatrização.

6) . (UPE) Na natureza, existem dois tipos celulares básicos: procariontes e eucariontes. Entre os eucariontes, temos células animais e vegetais. Sobre a estrutura química do material genético dos referidos tipos celulares, analise as afirmativas a seguir:

I. Nos procariontes, o DNA (material genético) é composto por unidades chamadas nucleotídeos, constituídos de um açúcar de cinco carbonos, a desoxirribose, uma base nitrogenada e um radical fosfato. No entanto, nos eucariontes, o açúcar é a ribose.

II. Em todos os tipos celulares, o DNA (material genético) é composto de um açúcar, a desoxirribose, uma base nitrogenada (púrica ou pirimídica) e um radical fosfato, formando uma molécula dupla-hélice (modelo de Watson e Crick).

III. Em todos os tipos celulares, o DNA (material genético) é formado por duas cadeias de nucleotídeos, compostos de um açúcar de cinco carbonos, a desoxirribose, um radical fosfato e uma base nitrogenada cujas quantidades de adenina e guanina são iguais bem como as de citosina e timina.

IV. Nos procariontes, seres unicelulares mais simples, o DNA (material genético) é um polinucleotídeo fita simples, enquanto, nos eucariontes, é um polinucleotídeo do tipo dupla-hélice (modelo de Watson e Crick).

V. Em todos os tipos celulares, o DNA (material genético) é uma dupla-hélice resultante de dois polinucleotídeos paralelos, ligados entre si por suas bases, através de pontes de hidrogênio entre pares de bases específicas: a adenina emparelha-se com a timina, e a guanina, com a citosina.

Estão corretas:

a) I e III.

b) II, IV e V.

c) II e V.

d) III e V.

e) IV e V.