Unicamp 2021 - 2ª fase - dia 2

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Vírus Tipos de imunização

Em 11 de março de 2020 a Organização Mundial de Saúde declarou a pandemia da Covid-19, uma doença causada pela infecção pelo novo corona vírus (SARS-CoV-2). No mundo, até 22/01/2021, mais de97milhões de casos foram confirmados em 192países e regiões, contabilizando mais de 2 milhões de mortes.

(Fonte:WHO director-general’s opening remarks at the media briefing on COVID-19 -11 mar 2020; COVID-19 Dashboard by the Center for Systems Science and Engineeringat Johns Hopkins University. Acessado em 22/01/2021.)

(Adaptadode C. D. Funk, C. Laferrière e A. Ardakani. Frontiers in Pharmacology, Lausanne, v. 11, 937, jun. 2020.)

a) Defina pandemia. O vírus SARS-CoV-2 usa a proteína Spike, presente em sua superfície, para se ligar ao receptorECA2 na superfície das células humanas. Com base na figura ao lado, descreva as etapas 3 e 4indicadas no ciclo de replicação do SARS-CoV-2.

b) Vários laboratórios estão envolvidos no desenvolvimento de vacinas para a Covid-19, com a utilização de diferentes estratégias. Explique como ocorre a imunização ativa pela vacinação no indivíduo.

Resolução

a) Pandemia consiste em uma condição na qual uma doença infecciosa de ampla disseminação que afeta um grande número de pessoas em diversos países e continentes. Difere da endemia, doença que está restrita a determinadas regiões geográficas, como ocorre, por exemplo, com a esquistossomose, comum em algumas regiões de norte e nordestes com lagoas de coceira. Por fim, a epidemia consiste uma doença infecciosa que atinge muitas pessoas em diversas regiões, porém, não em escala global, como ocorre na pandemia. Um bom exemplo de epidemia é o caso da dengue que atinge diversos estados durante os verões chuvosos.

A análise atenciosa da imagem guia o candidato na resolução da segunda parte desta questão.

O fio azul enrolado representa a molécula de RNA, que consiste no genoma do SARS-Cov-2. A forma rosada e irregular no centro do vírus, assim como as moléculas ao redor do envelope viral, representam proteínas virais. Proteínas são polímeros de aminoácidos formadas a partir da tradução de uma molécula de RNAm. No caso do SARS-Cov-2, o RNA viral irá comandar a tradução de proteínas virais, fenômeno que será realizado por ribossomos da célula hospedeira, já que os vírus são acelulares e não possuem ribossomos próprios. Dessa forma, a análise da imagem numerada revela que o número 3 indica a liberação do RNA a partir da vesícula, fenômeno também chamado de desnudamento. E o número 4 indica a produção de proteínas a partir da leitura da molécula de RNA viral recém-sintetizada, fenômeno chamado de tradução ou síntese proteica.

b) A vacina consiste em uma medida de imunização ativa artificial que gera uma resposta imune no indivíduo receptor para que este desenvolva memória imunológica capaz de combater o patógeno em uma situação futura. Portanto, a vacina é uma eficiente medida profilática contra diversas doenças, incluindo a Covid-19. Atualmente, são diversas as tecnologias que envolvem a produção de vacinas, entretanto, as vacinas convencionais são aquelas que introduzem o antígeno morto ou atenuado no indivíduo que será imunizado. Como resposta do contato com o antígeno, o sistema imune do indivíduo será sensibilizado e uma resposta imune primária será articulada e irá gerar células de memória, fundamentais na prevenção de sintomas e agravamento da doença em situações futuras. Aproveitamos para lembrar que o soro terapêutico, diferente da vacina, introduz anticorpos prontos que combatem o antígeno, sem articular o sistema imune do indivíduo, e portanto, promove imunização passiva artificial.

Questão 2 Visualizar questão Compartilhe essa resolução

Histologia

Muitas células do corpo humano interagem entre sie com os componentes da matriz extracelular para estabelecerem uma organização tridimensional (3D). O processo de agregação celular permite a realização de experimentos em um modelo 3Dde esferoides. A figura I representa, em plano 2D, a agregação celular 3D no esferoide. Conforme crescem, os esferoides exibem geometria esférica com organização concêntrica de células nas zonas de proliferação, de transição, e de células mortas. As concentrações de gases e outras moléculas diferem entre essas zonas, como representado na figura II em plano 2D.

(Adaptado de R-Z. Lin e H-Y. Chang.Biotechnology Journal, Weinheim, v. 3, p. 1172-84, out.2008.)

a) Explique a razão da organização dos esferoides com células proliferativas na região externa e células mortas na região interna, como mostra a figura II. Como o corpo humano, em situações fisiológicas, evita o surgimento de zona de células mortas representadas na figura II?

b) Os enteroides são esferoides originados das células de revestimento do intestino humano e apresentam similaridade com as células epiteliais que os originaram. Cite duas características morfológicas das células de revestimento interno do intestino humano e suas respectivas funções.

Resolução

a) Por definição, as células de um tecido apresentam características semelhantes, atuam em uma função comum e apresentam um elevado grau de interdependência. Para que as interações entre elas sejam efetivas é importante que elas estejam próximas e, quanto maior a proximidade, maior será a intensidade das interações entre as células que integram um determinado tecido. Nesse contexto, a formação dos esferoides, citados na questão pode ser explicada pela tendência de maximizar as interações entre as células constituintes. Além desse fator, a proliferação celular também pode explicar a organização concêntrica, na qual as células se multiplicam e crescem nas direções do espaço onde ainda não existem células ocupando. A figura II aponta que a quantidade de CO₂ e de resíduos é maior nas regiões centrais, o que pode explicar porque essa região é composta por células mortas. Opostamente, nas regiões periféricas a quantidade de nutrientes e fatores de crescimento é abundante, assim como a disponibilidade de O₂, condições que explicam a grande capacidade de proliferação dessa zona. A zona de transição, por sua vez, tem uma taxa menor de proliferação celular, devido à menor quantidade de O₂ disponível para respiração celular e de recursos nutritivos. Em condições fisiológicas normais o corpo humano evita a região de células mortas por meio da vascularização, ou seja, mediante o crescimento e proliferação de vasos sanguíneos. Esses vasos têm a função de elevar o suprimento de oxigênio, abastecer a região com nutrientes e drenar as excretas.

b) Os enterócitos, células do revestimento interno do intestino, são classificados como pertencentes ao tecido epitelial uniestratificado (simples) prismático. Além do formato prismático, que inspira a classificação, o tecido apresenta as microvilosidades, ou borda em escova, que é uma especialização de membrana importante na realização das tarefas deste tecido, pois a aumentam a superfície disponível para a absorção de nutrientes. Além das microvilosidades, também existem as interdigitações, especializações que podem ser descritas como irregularidades ou dobras da membrana, compostas por invaginações e evaginações, ao longo na superfície celular, que são compartilhadas com as células adjacentes, colaborando com a coesão das células e interação entre elas.

Questão 3 Visualizar questão Compartilhe essa resolução

Poluição Atmosférica Ecossistemas aquáticos Reações Inorgânicas Chuva ácida

Um estudo monitorou o impacto das medidas de isolamento social na qualidade do ar em áreas urbanas da cidade de São Paulo (Marginal Tietê, Marginal Pinheiros e Centro). O monitoramento diário da composição do ar entre24 de março e20 de abril de 2020 detectou uma redução das concentrações de monóxido de carbono (CO), monóxido de nitrogênio (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2) de aproximadamente 53%, 66%e44%, respectivamente, em comparação com os valores médios registrados no mês de abril nos anos de 2015 a 2019.

(Adaptado de L. Y. K. Nakada e R. C. Urban. Science of the Total Environment, Amsterdam, v. 730, 139087, ago. 2020.)

a) Explique a relação entre a produção de CO e a utilização de veículos automotores movidos a combustível de origem fóssil. Descreva um benefício ambiental do Programa Nacional do Álcool (Proálcool) para o Brasil.

b) A água da chuva é uma combinação da composição química das gotículas que formam as nuvens e das substâncias que se incorporam às gotas de chuva durante a precipitação. Explique como um dos poluentes citados no enunciado pode levar à formação de precipitação ácida. Indique e explique um prejuízo da precipitação ácida para o ecossistema aquático.

Resolução

a) Os produtos da combustão completa dos hidrocarbonetos (C_xH_y) dos combustíveis derivados do petróleo são CO₂ e H₂O. Neste processo a quantidade de O₂ disponível é suficiente para a oxidação total de todo o carbono da cadeia dos hidrocarbonetos. No entanto, nas condições reais dos motores de automóveis, a oferta de O₂é insuficiente para garantir apenas a ocorrência da combustão completa, ocorrendo também a incompleta. Nesse processo químico a falta de O₂, que é considerado o comburente, pode levar à formação de monóxido de carbono, o CO, um gás perigoso que pode provocar intoxicação e morte por asfixia. A qualidade do combustível, bem como o estado de conservação e regulagem dos motores e de outros componentes mecânicos relacionados, podem interferir na quantidade de CO produzido, colaborando com a quantidade de CO liberado e a qualidade do ar.
Os combustíveis derivados do petróleo, ao sofrerem combustão, adicionam carbono na atmosfera, na forma de CO e CO_2. Esse carbono estava anteriormente na cadeia dos hidrocarbonetos do petróleo, que se formou ao longo de milhões de anos. O fluxo do carbono em direção à atmosfera tem sido muito maior do que o retorno às estruturas biológicas, pela fotossíntese, criando um problema crescente, como a intensificação do efeito estufa do planeta.
O Programa Nacional do Álcool (Proálcool) incentivou o uso de etanol como combustível alternativo aos de origem fóssil de modo que o benefício ambiental do programa para o ambiente está na fonte desse tipo de combustível.
A atividade fotossintética das plantas promove o sequestro do carbono da atmosfera, em forma de CO₂, fixando-o na glicose segundo a equação química global do processo:

$6 C O_{2 (g)} + 6 H_{2} O_{(l)} \overset{l u z}{\to} C_{6} H_{12} O_{6 (a q)} + 6 {O_{2}}_{(g)}$

O álcool é produzido a partir da fermentação da cana de açúcar e o carbono ali presente é justamente aquele que formava a molécula da glicose antes da fermentação, conforme descrito pela equação química da fermentação alcoólica

$C_{6} H_{12} O_{6 (a q)} \to 2 C_{2} H_{5} O H_{(l)} + 2 C O_{2 (g)}$

Dessa forma, podemos dizer que a combustão do álcool devolve à atmosfera o carbono que fora anteriormente sequestrado pela fotossíntese, configurando, portanto, um ciclo que, ao contrário dos combustíveis fósseis, contribui pouco para o aumento do saldo final de carbono atmosférico, o que faz do etanol um combustível renovável, uma vantagem notável da perspectiva ambiental.

b) Quando presente na atmosfera, o poluente NO₂ citado, em contato com o vapor d'água, sofre reação de hidratação segundo a equação química:

$N O_{2 (g)} + H_{2} O_{(g)} \to H N O_{2 (a q)} + H N O_{3 (a q)}$

Os ácidos formados sofrem ionização liberando íons H⁺:

$H N O_{2 (a q)} \to {H^{+}}_{(a q)} + N {O_{2}}^{-}_{(a q)} H N O_{3 (a q)} \to {H^{+}}_{(a q)} + N {O_{3}}^{-}_{(a q)}$

Assim, na precipitação, a chuva formada, devido à presença de íons H⁺, apresenta baixos valores de pH, o que caracteriza a chuva ácida. Esse fenômeno tem diversos efeitos negativos para os ecossistemas em geral, no entanto, conforme solicitado na questão, nos sistemas aquáticos a chuva ácida pode provocar uma redução da vida deste ecossistemas. Os efeitos iniciais podem ser descritos em termos de mudança de pH, que afetam diretamente organismos mais sensíveis, como as algas, prejudicando sua sobrevivência e reprodução. Considerando que as algas são a base da cadeia alimentar aquática, espera-se que os efeitos na base afete a teia alimentar do ambiente em questão e seu entorno. A acidificação também pode desregular a solubilização de íons, alterando a concentração iônica e as características da água, afetando diretamente a sobrevivência e a reprodução de peixes, moluscos, anfíbios e outros seres que integram o sistema. Nessa ótica, podemos concluir que a chuva ácida é um dos fatores antrópicos que pode explicar a redução da biodiversidade e da complexidade que esses ecossistemas vêm sofrendo nas últimas décadas.

Questão 4 Visualizar questão Compartilhe essa resolução

Fotossíntese

O avanço da tecnologia torna possível a análise das coberturas vegetais com sensores remotos. O Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (NDVI) usa bandas do espectro eletromagnético captadas por satélite que são modificadas pela presença da vegetação, devido aos pigmentos das plantas que absorvem energia luminosa. Com base no padrão de energia refletida pelas plantas, é possível avaliar o vigor vegetativo em grandes extensões, tanto em campos agrícolas como em florestas. Especificamente, o NDVI considera a refletância das folhas nas bandas do vermelho (RED, faixa de comprimento de onda de 625 a 740 nm) e infravermelho próximo (NIR, faixa de comprimento de onda de 740 a 2500 nm). Os valores de NDVI de vegetações variam de 0 a 1, sendo calculados de acordo com a equação abaixo:

(Adaptado de http://www.c2o.pro.br/hackaguas/apk.html. Acessado em 28/08/2020.)

a) O espectro de absorção de luz pelas plantas é apresentado na figura ao lado. ONDVI seria maior em uma planta saudável ou doente? Justifique sua resposta. Considere a refletância no NIR igual entre plantas saudáveis e doentes, e que a doença causa o amarelecimento das folhas.

b) Explique como a energia luminosa absorvida pelos pigmentos das plantas é transformada em energia química. Por que é possível associar o NDVI ao vigor da comunidade de plantas estudadas?

Resolução

a) Uma planta saudável, clorofilada e verde, possui os pigmentos clorofila a e clorofila b que absorvem a anergia luminosa nas faixas do vermelho (625-740 nm) e do azul (440-485 nm), conforme mostra o gráfico fornecido na questão. Esta planta reflete na faixa do verde (500-565 nm), motivo pelo qual enxergamos a cor verde nas folhas das plantas. A planta saudável absorverá mais na faixa do vermelho e diminuirá a refletância das folhas nas bandas do vermelho (RED). Assim, se a NIR é constante e a RED diminui, o valor de NDVI é maior nas plantas saudáveis.

Uma planta doente e amarelecida possui menor quantidade de clorofila, e dessa forma, absorverá menos na faixa do vermelho e aumentará a refletância das folhas nas bandas do vermelho (RED). Assim, se a NIR é constante e a RED aumenta, o valor de NDVI diminui.

b) A energia luminosa é absorvida por pigmentos fotossintetizantes como a clorofila e os carotenoides, estes últimos considerados pigmentos acessórios, uma vez que ampliam o espectro de absorção e aumentam a taxa de fotossíntese do vegetal. Os pigmentos fotossintetizantes organizam-se em conjuntos denominados fotossistemas que, durante a primeira fase da fotossíntese, ao absorverem a energia luminosa, promovem a movimentação de elétrons por uma cadeia transportadora que culmina na formação de ATP e NADPH, produtos fundamentais para a próxima fase da fotossíntese. Na segunda fase da fotossíntese, o CO₂ absorvido a partir da atmosfera e as moléculas de ATP e NADPH, produzidas na primeira fase, participam do ciclo de Calvin-Benson, responsável por formar carboidratos, moléculas que armazenam energia química em suas ligações. A redução do NDVI ocorre em populações com folhas amarelas e, portanto, menor teor de clorofila, menor taxa de fotossíntese e menor produção de glicose. A redução na produção de glicose pode implicar na redução da formação de ATP pela respiração celular, o que implica também na redução nas taxas de proliferação celular, restrição no aumento de biomassa e na produção de frutos e flores vistosos. Desta forma, menores valores de NDVI indicam uma comunidade vegetal com vigor reduzido, enquanto comunidades vegetais com NDVI maiores devem apresentam mais vigorosas.

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Anfíbios "Répteis" Predação Citoesqueleto

A capacidade de mudança de cor existe em algumas espécies de peixes, anfíbios e répteis. As mudanças envolvem a mobilização de grânulos de pigmentos em células especializadas, originadas da crista neural, chamadas cromatóforos. A depender da coloração e do mecanismo de atuação, os cromatóforos recebem diferentes denominações.

(Adaptado de L. Sheets e outros. Current Biology,Amsterdam, v. 17, n. 20, p. 1721-34, out. 2007.)

a) Qual é o folheto embrionário de origem dos cromatóforos? A mobilização dos pigmentos é realizada por proteínas motoras associadas a componentes do citoplasma celular. Qual componente celular permite os padrões de agregação e de dispersão apresentados nos cromatóforos da figura ao lado?

b) Os xantóforos, cromatóforos preenchidos por pigmentos amarelos, são encontrados em animais não venenosos como a falsa cobra coral. Já os iridóforos, cromatóforos reflexivos, são encontrados no camaleão. Explique um comportamento ou hábito associado à cor em cada um desses dois animais. Cite uma característica associada à reprodução desses vertebrados que os diferencia dos anfíbios.

Resolução

a) A leitura do enunciado revela que os cromatóforos são originados da crista neural, uma estrutura derivada do folheto embrionário ectoderme durante o estágio de neurulação da organogênese. A mobilização e movimentação dos pigmentos ocorre por proteínas motoras do citoplasma que compõe o citoesqueleto, uma rede de fibras proteicas que atuam na movimentação, formato e resistência celular. O citoesqueleto é formado por três tipos de componentes proteicos: microtúbulos, microfilamentos de actina e filamentos intermediários. Os microtúbulos são longos cilindros de tubulina que interagem com proteínas motoras responsáveis por carregar moléculas, como os pigmentos, pelo citoplasma celular.

b) Os xantóforos encontrados na falsa coral permitem que o animal use a estratégia do aposematismo ou coloração de advertência, condição na qual a coloração chamativa é capaz de afastar possíveis predadores que se sentem intimidados com a coloração. Além disso, ao imitar o padrão de coloração da coral verdadeira, a falsa coral se beneficia desta semelhança já que outros animais, ao reconhecerem o padrão mimético de coloração, identificam o potencial venenoso da serpente e se afastam da mesma, aumentando a chance de sobrevivência do réptil. Esta condição na qual a falsa coral (não venenosa) se assemelha a uma coral verdadeira (e venenosa) é denominada mimetismo. Os iridóforos encontrados no camaleão permitem que este animal adquira coloração similar ao ambiente que está ao seu redor, o que diminui a chance de o camaleão ser percebido por outro animais, aumentando as suas chances de sobrevivência.

Serpentes são vertebrados do grupo dos répteis, grupo que conquistou o ambiente terrestre e apresentam fecundação independente da água, uma vez que os gametas feminino e masculino se encontram dentro do corpo da fêmea. Após fecundação interna, os répteis originam embriões que se desenvolvem dentro de ovos amnióticos, sem a ocorrência de fase larval. Diferente dos répteis, os anfíbios possuem forte vínculo com meio aquático e dependem de água para fecundação, uma vez que o gameta masculino tem que se deslocar em meio líquido até o gameta feminino. Após fecundação externa, os embriões de anfíbios desenvolvem no interior de ovos sem casca, de onde eclodem formas larvais.

Questão 6 Visualizar questão Compartilhe essa resolução

Probabilidade e Análise de Heredogramas

A endogamia promove o aumento de homozigose nos descendentes. Os primeiros estudos sobre os efeitos da endogamia em plantas foram realizados por Charles Darwin. O estudo da endogamia teve seu interesse inicial em sistemas reprodutivos de plantas, para explicar por que as numerosas espécies de plantas têm sistemas que impedem a autofecundação, e por que a reprodução por cruzamento prevalece na natureza.

(Adaptado de G. Álvarez, F. C. Ceballose T. M. Berra. Biological Journal of the Linnean Society, Londres, v. 114, p. 474-83, fev. 2015.)

a) Defina homozigose. A partir de uma planta com genótipo Aa (geração $S_{0}$ ), representada ao lado, qual é a porcentagem de homozigose na terceira geração (geração $S_{3}$ ) de autofecundação? Considere que as plantas de genótipo AA, Aa e aa apresentam igual probabilidade de sobrevivência, a ocorrência exclusiva de autofecundação, e que os tamanhos das progênies das gerações $S_{1}$ , $S_{2}$ e $S_{3}$ são infinitos.

b) Plantas autógamas autofecundam-se e plantas alógamas dependem da polinização cruzada para o sucesso do processo reprodutivo. A cleistogamia, principal mecanismo de autofecundação, é um fenômeno observado em flores hermafroditas, em que a polinização ocorre antes mesmo da abertura floral. Como as flores e a polinização devem ser manipuladas pelo pesquisador em um programa de melhoramento genético que visa a aumentar a heterozigose em plantas com cleistogamia?

Resolução

a) Homozigose consiste na condição na qual um indivíduo possui dois alelos iguais para um mesmo locus gênico, em um determinado par de cromossomos homólogos. Por exemplo: o genótipo AA é um genótipo homozigoto já que o indivíduo possui dois alelos idênticos para um determinado gene. Enquanto isso, o genótipo Aa é um genótipo heterozigoto já que o indivíduo possui dois alelos diferentes (A e a) para um mesmo gene.

Como resultado da autofecundação de S₀ formada por plantas Aa, espera-se encontrar

S₀ Aa x Aa

	A	a
A	AA	Aa
a	Aa	aa

S₁1/4 AA, 1/2 Aa e 1/4 aa

A partir dos indivíduos em S1, é possível encontrar possíveis eventos abaixo:

Possibilidade 1

S₁ 1/4 AA

S₂ 100% AA

S₃ 100% AA

P(homozigotos AA) = 1/4 * 1 * 1 = 1/4

Possibilidade 2

S₁ 1/4 aa

S₂ 100% aa

S₃ 100% aa

P(homozigotos aa) = 1/4 * 1 * 1 = 1/4

Possibilidade 3

S₁ 1/2 Aa

S₂ 1/2 Aa

S₃ 1/2 AA e aa

P(homozigotos AA e aa) = 1/2 * 1/2 * 1/2 = 1/8

Possibilidade 4

S₁ 1/2 Aa

S₂ 1/4 AA

S₃ 100% AA

P(homozigotos AA) = 1/2 * 1/4 * 1/1 = 1/8

Possibilidade 5

S₁ 1/2 Aa

S₂ 1/4 aa

S₃ 100% aa

P(homozigotos AA) = 1/2 * 1/4 * 1/1 = 1/8

Considerando as cinco possibilidades, a porcentagem esperada de homozigotos é:

P(homozigoto) = 1/4 + 1/4 + 1/8 + 1/8 + 1/8 = 7/8 = 87,5%

Outra forma mais simples e direta de resolver esta questão é pensar que os heterozigotos são reduzidos pela metade a cada geração

S₁ 1/2 Aa

S₂ 1/4 Aa

S₃ 1/8 Aa

P(homozigoto) = 1 – P(heterozigoto) = 1 – (1/2+1/4+1/8) = 7/8 = 87,5%

b) Para aumentar a heterozigose em plantas, o pesquisador precisa evitar a autofecundação e promover a fecundação entre plantas homozigotas dominantes (AA) com plantas homozigotas recessivas (aa). Para isso, é necessário remover os estames ou anteras de uma flor e fazer a polinização manualmente, trazendo o pólen de genótipo desejado até o carpelo da flor. Por exemplo, retira-se o estame e mantem-se o carpelo da planta AA, e manualmente, o pesquisador traz grãos de pólen da planta aa, promovendo a polinização e a fecundação cruzada que irá gerar prole inteiramente heterozigota (Aa).