Questão B01 da 2ª fase da FUVEST 2020
Indivíduos intolerantes à lactose não conseguem digerir esse açúcar presente no leite. A principal causa da intolerância à lactose é a diminuição da produção da enzima lactase, especialmente na idade adulta. A indústria de laticínios beneficia-se da biotecnologia para incluir uma lactase de levedura nos alimentos, fazendo com que a lactose seja digerida antes de ser consumida, gerando, assim, os produtos lácteos sem lactose.
a) Considerando que o pH ótimo para funcionamento da lactase é de aproximadamente 7,5, em que região do sistema digestório humano ocorre a atividade dessa enzima?
b) A região codificadora dos genes é precedida e controlada por uma região regulatória. Uma mutação (C para T) na região destacada na tabela aconteceu há cerca de 10 mil anos em pessoas do norte europeu e foi conservada, resultando em manutenção da expressão do gene na idade adulta e consequente permanência da habilidade de digerir a lactose. Essa mutação aconteceu em que região do gene? Baseado nessa mutação, qual é o padrão de herança da característica “Tolerância à lactose na idade adulta”?
| Indivíduo | Fenótipo | Sequência (19 mil nucleotídeos antes do primeiro éxon) |
|---|---|---|
| 1 | Tolerante à lactose | Alelo 1 cromossomo 2: TAAGATAATGTAGTCCCTGG |
| Alelo 2 cromossomo 2: TAAGATAATGTAGTCCCTGG | ||
| 2 | Tolerante à lactose | Alelo 1 cromossomo 2: TAAGATAATGTAGTCCCTGG |
| Alelo 2 cromossomo 2: TAAGATAATGTAGCCCCTGG | ||
| 3 | Tolerante à lactose | Alelo 1 cromossomo 2: TAAGATAATGTAGCCCCTGG |
| Alelo 2 cromossomo 2: TAAGATAATGTAGTCCCTGG | ||
| 4 | Intolerante à lactose | Alelo 1 cromossomo 2: TAAGATAATGTAGCCCCTGG |
| Alelo 2 cromossomo 2: TAAGATAATGTAGCCCCTGG |
c) Bactérias transgênicas que expressam o gene da lactase de levedura (organismo eucariótico) são utilizadas para a produção dessa enzima em larga escala. Cite uma manipulação em laboratório necessária no gene da lactase de levedura para que ele possa ser expresso em bactérias. Justifique sua resposta.
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Resolução comentada
a) O pH ótimo de 7,5 é levemente básico. No estômago o pH é muito ácido (cerca de 2), então a lactase não atua ali. No duodeno, o suco pancreático e a bile, ricos em bicarbonato, neutralizam o quimo ácido e deixam o meio levemente básico. Já no intestino delgado, onde as células da mucosa (enterócitos) produzem a lactase, a lactose é digerida em glicose e galactose. A atividade ocorre, portanto, no intestino delgado (duodeno e jejuno). Intestino delgado.
b) A tabela mostra uma sequência localizada 19 mil nucleotídeos antes do primeiro éxon, ou seja, fora da região codificadora, a montante do gene. Essa é a região regulatória (promotora ou reguladora), que controla a expressão do gene. A mutação não altera a proteína, e sim a manutenção da expressão do gene na vida adulta.
Para o padrão de herança, compare os genótipos. O indivíduo 4 (C/C) é intolerante, enquanto os indivíduos 1 (T/T), 2 e 3 (T/C) são tolerantes. A tolerância aparece em quem tem T em pelo menos um alelo, então o alelo T (mutado) é dominante sobre o C. O alelo C, selvagem, só se manifesta em homozigose (C/C), quando a lactase deixa de ser expressa na idade adulta. Como o gene está no cromossomo 2, um autossomo, a herança é autossômica dominante. Mutação na região regulatória, anterior ao primeiro éxon (promotora). Herança autossômica dominante: o alelo T mantém a expressão da lactase.
c) O gene de levedura, eucarioto, possui íntrons, que as bactérias não sabem remover porque não têm spliceossomo. Por isso é preciso usar o DNA complementar (cDNA), obtido do RNA mensageiro maduro por transcrição reversa. O cDNA não tem íntrons e contém apenas os éxons. Além disso, o gene deve ser colocado sob um promotor bacteriano, pois a maquinaria bacteriana não reconhece promotores eucarióticos. Obter o cDNA do gene (sem íntrons) a partir do RNAm maduro por transcriptase reversa, porque a bactéria não faz splicing. É também necessário um promotor reconhecido por bactérias.
Assuntos: enzimas e digestão, genética: herança autossômica, engenharia genética.
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