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Por que uma solução de cloreto de césio é usada no experimento de replicação de DNA de Meselson & Stahl?

Por que uma solução de cloreto de césio é usada no experimento de replicação de DNA de Meselson & Stahl?



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A centrifugação envolve a separação de partículas de diferentes tamanhos, massas, densidade e etc.

No experimento, as macromoléculas de DNA são suspensas em uma solução de gradiente de cloreto de césio e depois centrifugadas.

Por que o cloreto de césio é necessário? Considerando que o possível DNA produzido no experimento será do mesmo tamanho, mas de massa diferente resultando em densidade diferente, o DNA será separado com base em sua densidade em virtude (sem a necessidade de cloreto de césio) sob a influência de uma força centrífuga.

Percebi que alguém fez a mesma pergunta em Khanacademy, mas não houve resposta para ela. Outros sites que encontrei não parecem oferecer uma resposta válida, por exemplo, aqui, que diz "o DNA chega ao equilíbrio no gradiente onde sua densidade é igual à densidade do CsCl circundante", o que eu acho que realmente não importa ao considerar o argumento que propus acima no terceiro parágrafo.

Aqui está um diagrama do experimento para referência. Desde já, obrigado.


Na solução salina, todo o DNA acaba no fundo.

Sob centrifugação, a solução de cloreto de césio forma um gradiente de densidade, cada DNA sobe ou desce para a densidade equivalente.

O mesmo procedimento é usado com soluções de sacarose para outras separações.


As diferenças na velocidade de sedimentação entre as moléculas de DNA marcadas de forma diferente não são suficientemente grandes para permitir a separação em um meio de baixa densidade, como solução salina ou água destilada. Como mencionado por @Polypipe Wrangler, o DNA sempre sedimentará completamente no fundo do tubo.

Para melhorar a separação, é realizada uma chamada centrifugação isopícnica. Basicamente, o CsCl é usado para formar um gradiente de densidade crescente de cima para baixo durante a centrifugação. As moléculas de DNA irão flutuar para as zonas de densidade que correspondem à sua própria densidade. Isso permite separar moléculas semelhantes com pequenas diferenças de densidade.


Capítulo 3: Replicação de DNA

2. Pontos principais explicam a replicação do DNA Precursores, enzimas, direção etc. em E. coli Compare e contraste o DNA pol em procariotos com eucariotos. Quando ocorre a replicação do DNA em procariontes? Em eucariotos? Explique como a telomerase funciona para manter o comprimento dos cromossomos lineares

4. Figura 3.1 Três modelos para replicação de DNA. (a) Modelo semiconservador (o modelo correto). (b) Modelo conservador. (c) Modelo dispersivo. As fitas parentais são mostradas em cinza e as fitas recém-sintetizadas são mostradas em vermelho. Figura 3.1 Três modelos para replicação de DNA. (a) Modelo semiconservador (o modelo correto). (b) Modelo conservador. (c) Modelo dispersivo. As fitas parentais são mostradas em cinza e as fitas recém-sintetizadas são mostradas em vermelho.

5. Como o experimento de Meselson & Stahl mostrou que as células se replicam por replicação semiconservativa? Como esse experimento poderia ser usado para mostrar como um alienígena replica o DNA? (você pode querer saber isso)

6. Figura 3.1 Diagrama esquemático para separar DNAs de diferentes densidades flutuantes por centrifugação de equilíbrio em um gradiente de densidade de cloreto de césio. A separação de 14N-DNA e 15N-DNA é ilustrada. Figura 3.1 Diagrama esquemático para separar DNAs de diferentes densidades flutuantes por centrifugação de equilíbrio em um gradiente de densidade de cloreto de césio. A separação de 14N-DNA e 15N-DNA é ilustrada.

7. Figura 3.2 O experimento Meselson Stahl. A demonstração da replicação semiconservativa em E. coli. As células foram cultivadas em um meio contendo 15N por vários ciclos de replicação e, em seguida, foram transferidas para um meio contendo 14N. Em vários momentos ao longo de vários ciclos de replicação, as amostras foram retiradas e o DNA foi extraído e analisado por centrifugação em gradiente de densidade de equilíbrio de CsCl. A figura mostra uma interpretação esquemática da composição do DNA após vários ciclos de replicação, fotografias das bandas de DNA e varreduras densitométricas das bandas. Figura 3.2 O experimento Meselson Stahl. A demonstração da replicação semiconservativa em E. coli. As células foram cultivadas em um meio contendo 15N por vários ciclos de replicação e, em seguida, foram transferidas para um meio contendo 14N. Em vários momentos ao longo de vários ciclos de replicação, as amostras foram retiradas e o DNA foi extraído e analisado por centrifugação em gradiente de densidade de equilíbrio de CsCl. A figura mostra uma interpretação esquemática da composição do DNA após vários ciclos de replicação, fotografias das bandas de DNA e varreduras densitométricas das bandas.

8. Quais são os componentes da reação necessários para a síntese in vitro de DNA? Descreva como eles interagem no mecanismo de polimerização do DNA. Que direção faz a nova fita de DNA cultivada por DNA polimerases? Como foram chamadas as 5 DNA polimerases descobertas em E. coli e quais são seus papéis biológicos na célula? Qual é a importância da atividade de exonuclease 5 '? 3' das DNA polimerases I e III?

9. Discuta o processo de replicação do DNA em procariotos, explicando os papéis desempenhados pelo seguinte: Abrir a dupla hélice do DNA para formar uma bolha de replicação com duas forquilhas de replicação: origens de replicação, ii. a proteína iniciadora, a enzima DNA helicase topoisomerases a proteína de ligação de fita simples construindo um primer com a enzima primase, montando as fitas complementares da enzima DNA polimerase III, os trifosfatos de nucleotídeo, a fita principal, a fita final e os fragmentos de DNA de Okazaki girase, uma topoisomerase Removendo o primer com DNA polimerase I Unindo os fragmentos de Okazaki com DNA ligase

10. Figura 3.4 Elongação da cadeia de DNA catalisada pela DNA polimerase. (a) Mecanismo a nível molecular. (b) O mesmo mecanismo, usando um método abreviado para representar o DNA. Figura 3.4 Elongação da cadeia de DNA catalisada pela DNA polimerase. (a) Mecanismo a nível molecular. (b) O mesmo mecanismo, usando um método abreviado para representar o DNA.

12. Figura 3.6 Modelo para os eventos que ocorrem em torno de uma única bifurcação de replicação do cromossomo de E. coli. (a) Iniciação. (b) Destruição e alongamento adicionais das novas fitas de DNA. (c) Destruição adicional e síntese contínua de DNA. (d) Remoção do primer pela DNA polimerase I. (e) União de fragmentos de DNA adjacentes pela ação da DNA ligase. Verde = RNA vermelho = novo DNA.Figura 3.6 Modelo para os eventos que ocorrem em torno de uma única forquilha de replicação do cromossomo de E. coli. (a) Iniciação. (b) Destruição e alongamento adicionais das novas fitas de DNA. (c) Destruição adicional e síntese contínua de DNA. (d) Remoção do primer pela DNA polimerase I. (e) União de fragmentos de DNA adjacentes pela ação da DNA ligase. Verde = RNA vermelho = novo DNA.

13. o nick. o nick.

16. Figura 3.13 Ordenação temporal de eventos de iniciação de replicação de DNA em unidades de replicação de cromossomos eucarióticos. Figura 3.13 Ordenação temporal de eventos de iniciação de replicação de DNA em unidades de replicação de cromossomos eucarióticos.

17. Por que a telomerase é classificada como uma enzima de transcriptase reversa? Que tipos de linhagens celulares requerem atividade telomerase? Por que as células normais (não transformadas) simplesmente não obtêm mais e mais repetições de DNA no final de seus cromossomos como resultado da atividade da telomerase?

18. Figura 3.14 O problema de replicar completamente um cromossomo linear em eucariotos. (a) Diagrama esquemático de uma molécula de DNA de fita dupla pai que representa o comprimento total de um cromossomo. (b) Após a replicação semiconservativa, novos segmentos de DNA ligados por ligações de hidrogênio às fitas do molde têm primers de RNA em suas extremidades. (c) Os primers de RNA são removidos, a DNA polimerase preenche as lacunas resultantes e a DNA ligase se junta aos fragmentos adjacentes. No entanto, nos dois telômeros, ainda existem lacunas nas extremidades do novo DNA. As lacunas resultam da remoção do primer de RNA, porque nenhuma nova síntese de DNA poderia preenchê-las. Figura 3.14 O problema de replicar completamente um cromossomo linear em eucariotos. (a) Diagrama esquemático de uma molécula de DNA de fita dupla pai que representa o comprimento total de um cromossomo. (b) Após a replicação semiconservativa, novos segmentos de DNA ligados por ligações de hidrogênio às fitas do molde têm primers de RNA em suas extremidades. (c) Os primers de RNA são removidos, a DNA polimerase preenche as lacunas resultantes e a DNA ligase se junta aos fragmentos adjacentes. No entanto, nos dois telômeros, ainda existem lacunas nas extremidades do novo DNA. As lacunas resultam da remoção do primer de RNA, porque nenhuma nova síntese de DNA poderia preenchê-las.

19. Figura 3.15 Síntese de DNA telomérico pela telomerase. O exemplo é o dos telômeros Tetrahymena. O processo é descrito no texto. (a) O ponto de partida é a extremidade do cromossomo com 5 de lacuna restante após a remoção do primer. (b) Ligação da telomerase à repetição do telômero pendente no final do cromossomo. (c) Síntese de segmento de DNA de três nucleotídeos na extremidade do cromossomo, usando o modelo de RNA da telomerase. (d) A telomerase se move de modo que o modelo de RNA pode se ligar ao TTG recém-sintetizado de uma maneira diferente. (e) A telomerase catalisa a síntese de uma nova repetição do telômero, usando o modelo de RNA. O processo é recorrente, para adicionar mais repetições de telômeros. (f) Após a saída da telomerase, um novo DNA é feito no molde, começando com um primer de RNA. (g) Depois que o primer é removido, o resultado é um cromossomo mais longo do que no início, com um novo gap de 5 . Figura 3.15 Síntese de DNA telomérico pela telomerase. O exemplo é o dos telômeros Tetrahymena. O processo é descrito no texto. (a) O ponto de partida é a extremidade do cromossomo com 5 de lacuna restante após a remoção do primer. (b) Ligação da telomerase à repetição do telômero pendente no final do cromossomo. (c) Síntese de segmento de DNA de três nucleotídeos na extremidade do cromossomo, usando o modelo de RNA da telomerase. (d) A telomerase se move de modo que o modelo de RNA pode se ligar ao TTG recém-sintetizado de uma maneira diferente. (e) A telomerase catalisa a síntese de uma nova repetição do telômero, usando o modelo de RNA. O processo é recorrente, para adicionar mais repetições de telômeros. (f) Após a saída da telomerase, um novo DNA é feito no molde, começando com um primer de RNA. (g) Depois que o primer é removido, o resultado é um cromossomo mais longo do que no início, com um novo gap de 5 .

20. Figura 3.16 Montagem de novos nucleossomos em uma bifurcação de replicação. Novos nucleossomos são montados primeiro com o uso de um parental ou de um novo tetrâmero H3 H4 e, em seguida, completando a estrutura com um par de dímeros H2A H2B. Figura 3.16 Montagem de novos nucleossomos em uma bifurcação de replicação. Novos nucleossomos são montados primeiro com o uso de um parental ou de um novo tetrâmero H3 H4 e, em seguida, completando a estrutura com um par de dímeros H2A H2B.


Capítulo 11 Replicação e síntese de DNA

Capítulo 11 Replicação e síntese de DNA A replicação semiconservativa do DNA torna possível a continuidade genética entre as células parentais e descendentes, conforme previsto pelo modelo de Watson-Crick. Cada fita da hélice original serve como um modelo para seu complemento. A síntese de DNA é um processo complexo, mas ordenado, orquestrado por uma miríade de enzimas e outras moléculas. Juntos, eles funcionam com grande fidelidade para polimerizar nucleotídeos em cadeias polinucleotídicas. Outras enzimas interagem com o DNA, levando à recombinação genética.

Tópicos principais neste capítulo 11.1 O modo de replicação de DNA 11.2 Síntese de DNA em microrganismos 11.3 Síntese de DNA: Um modelo 11.4 Um modo coerente de síntese de DNA 11.5 Controle genético da replicação 11.6 Síntese de DNA eucariótica 11.7 Replicação de DNA, telômeros e telomerase 11.8 Recombinação de DNA

1. O modelo de replicação de DNA A replicação do DNA é semiconservadora, uma fita serve como molde para a segunda fita. Além disso, a replicação do DNA ocorre apenas em uma etapa específica do ciclo celular. A tabela a seguir descreve o ciclo celular para uma célula hipotética com um ciclo de 24 horas

Estágio Atividade Duração G1 Crescimento e aumento no tamanho da célula 10 h S Síntese de DNA 8 h G2 Pós-síntese de DNA 5 h M Mitose 1 h • A replicação do DNA tem dois requisitos que devem ser atendidos: • Molde de DNA • Grupo 3 '-OH livre

O Experimento Meselson-Stahl • Em 1958, Matthew Meselson e Franklin Stahl publicaram os resultados de um experimento fornecendo fortes evidências de que as células usam a replicação semiconservativa para produzir novas moléculas de DNA. As células de Escherichia coli foram cultivadas por muitas gerações em um meio onde I5NH4C1 (cloreto de amônio) era a única fonte de nitrogênio. Um isótopo "quotheavy" de nitrogênio, I5N contém um nêutron a mais do que o isótopo 14N de ocorrência natural. Ao contrário dos isótopos "radioativos", 15N é estável e, portanto, não decai (isto é, não é radioativo).

Depois de muitas gerações, todas as moléculas contendo nitrogênio, incluindo as bases nitrogenadas do DNA, continham o isótopo mais pesado nas células E, coli. O DNA contendo I5N pode ser distinguido do DNA contendo '4N pelo uso de. centrifugação de equilíbrio de sedimentação, em que a centrifugação "força" as amostras através de um gradiente de densidade de um sal de metal pesado, como cloreto de césio.

O 15N-DNA mais denso atinge o equilíbrio no gradiente em um ponto mais próximo da parte inferior (onde a densidade é maior) do que o 14N-DNA

Replicação semiconservativa em eucariotos • Em 1957, um ano antes da publicação do trabalho de Meselson e seus colegas, J. Herbert Taylor, Philip Woods e Walter Hughes apresentaram evidências de que a replicação semiconservativa também ocorre em organismos eucarióticos. Eles fizeram experiências com pontas de raízes da fava Vicia faba, que são uma excelente fonte de células em divisão. Esses pesquisadores examinaram os cromossomos dessas células após a replicação do DNA. Eles monitoraram o processo de replicação marcando o DNA com 3H-timidina, um precursor radioativo do DNA, e então realizando a autorradiografia.

A autoradiografia é uma técnica citológica que identifica a localização de um isótopo em uma célula. Neste procedimento, uma emulsão fotográfica é colocada sobre uma seção de material celular (pontas das raízes neste experimento), e a preparação é armazenada no escuro. O slide é então revelado, da mesma forma que o filme fotográfico é processado. Como o radioisótopo emite energia, a emulsão fica preta no ponto aproximado de emissão. O resultado final é a presença de manchas escuras ou "grãos" na superfície da seção, localizando o DNA recém-sintetizado na célula.

Origens, garfos e unidades de replicação • origem de replicação. • Onde ao longo do cromossomo é iniciada a replicação do DNA? • Existe apenas uma origem ou a síntese de DNA começa em mais de um ponto? • O ponto de origem é aleatório ou está localizado em uma região específica ao longo do cromossomo? • Em segundo lugar, uma vez que a replicação começa, ela prossegue em uma única direção ou em ambas as direções longe da origem? Em outras palavras, a replicação é unidirecional ou bidirecional?

bifurcação de replicação • A replicação do comprimento do DNA que é replicado após um evento de iniciação em uma única origem é uma unidade chamada de,

Em E. coli esta região específica, chamada oriC, foi mapeados ao longo do cromossomo. Consiste em 245 pares de bases, embora apenas um pequeno número seja essencial para o início da síntese de DNA. 3 9mers 4 11mers Uma vez que a síntese de DNA de bacteriófagos e bactérias se origina em um único ponto, o cromossomo inteiro constitui um replicon. A presença de apenas uma origem é característica das bactérias, que possuem apenas um cromossomo circular.

11.2 síntese de DNA em microrganismos Proteínas e enzimas da Replicação do DNA • O DNA existe no núcleo como uma estrutura compacta condensada. Para preparar o DNA para replicação, uma série de proteínas auxilia no desenrolamento e separação da molécula de DNA de fita dupla. Essas proteínas são necessárias porque o DNA deve ser de fita simples antes que a replicação possa prosseguir.

DNA Helicases - Essas proteínas se ligam à fita dupla DNA e estimular a separação das duas fitas. • Proteínas de ligação de fita simples ao DNA - essas proteínas se ligam ao DNA como um tetrâmero e estabilizam a estrutura de fita simples que é gerada pela ação das helicases. A replicação é 100 vezes mais rápida quando essas proteínas são anexadas ao DNA de fita simples. • DNA Gyrase - esta enzima catalisa a formação de supercoils negativas que se acredita ajudar no processo de desenrolamento. Além dessas proteínas, várias outras enzimas estão envolvidas na replicação do DNA bacteriano.

4. Primase - O requisito para um grupo hidroxila 3 'livre é realizado pelos primers de RNA que são sintetizados nos locais de iniciação por essas enzimas. 5. DNA Ligase - Nicks ocorrem na molécula em desenvolvimento porque o primer de RNA é removido e a síntese prossegue de maneira descontínua na fita retardada. O produto de replicação final não tem cortes porque a DNA ligase forma uma ligação fosfodiéster covalente entre os grupos 3'-hidroxila e 5'-fosfato.

6. DNA Polimerase - DNA Polimerase I (Pol I) foi a primeira enzima descoberta com atividade de polimerase, e é a enzima mais bem caracterizada. Embora esta tenha sido a primeira enzima a ser descoberta que tinha as atividades de polimerase necessárias, não é a enzima primária envolvida na replicação do DNA bacteriano. Essa enzima é a DNA Polimerase III (Pol III). Três atividades estão associadas à DNA polimerase I • 5 'para 3' alongamento (atividade da polimerase) • 3 'para 5' exonuclease (atividade de leitura de prova) • 5 'para 3' exonuclease (atividade de reparo) As duas segundas atividades do DNA Pol I são importantes para a replicação, mas a DNA Polimerase III (Pol III) é a enzima que executa a função da polimerase 5'-3 '.

Polimerases de DNA II e III • Embora o DNA sintetizado sob a direção da polimerase I demonstrasse atividade biológica, uma reserva mais séria sobre o verdadeiro papel biológico da enzima foi levantada em 1969. Peter DeLucia e John Cairns relataram a descoberta de uma cepa mutante de E. coli que era deficiente em polimerase Eu atividade. A mutação foi designada polA1. Na ausência da enzima funcional, esta cepa mutante de E. coli ainda duplicou seu DNA e se reproduziu com sucesso! Outras propriedades da mutação levaram DeLucia e Cairns a concluir que, na ausência da polimerase I, essas células são altamente deficientes em sua capacidade de "reparar" o DNA.

Por exemplo, a cepa mutante é altamente sensível a luz ultravioleta e radiação, que danificam o DNA e, portanto, são mutagênicas. Bactérias não mutantes são capazes de reparar uma grande parte dos danos induzidos por UV.Essas observações levaram a duas conclusões: • 1. Pelo menos uma outra enzima responsável pela replicação do DNA in vivo está presente nas células de E. coli. • 2.DNA polimerase I pode ter uma função secundária in vivo. Komberg e outros acreditam que essa função é crítica para a fidelidade da síntese de DNA, mas essa enzima não sintetiza de fato toda a fita complementar durante a replicação.

Tabela 11.2 Propriedades do DNA bacteriano Pol I, II e III Propriedades I II III Iniciação - - - 5’-3 ’Polimerização + + + 3’-5’ atividade de exonuclease + + + 5’-3 ’atividade de exonuclease + - - Moléculas de pol / célula 400? 15

Gene Função dnaA, I, P Iniciação dnaB, C Helicase em oriC dnaE, N, Q, X, Z Subunidades da DNA polimerase III dnaG Primase gyrA, B Subunidades da girase ligase Ligase oriC Origem da Replicação polA DNA polimerase I polB DNA polimerase II rep Helicase ssb Proteínas de ligação a DNA de fita simples

11.3 Síntese de DNA: Um modelo geral para a replicação do DNA • A molécula de DNA é desenrolada e preparada para a síntese pela ação da DNA girase, da helicase do DNA e das proteínas de ligação ao DNA de fita simples. • Um grupo 3'-OH livre é necessário para a replicação, mas quando as duas cadeias se separam, nenhum grupo dessa natureza existe. Os primers de RNA são sintetizados e o 3'OH livre do primer é usado para iniciar a replicação. • A bifurcação da replicação se move em uma direção, mas a replicação do DNA só vai na direção 5 'para 3'. Este paradoxo é resolvido pelo uso de fragmentos de Okazaki.

Desenrolando a hélice de DNA Esta região do cromossomo E. coii foi particularmente bem estudada. Chamado oriC, ele consiste em 245 pares de bases caracterizados por sequências repetidas de 9 e 13 bases (chamadas de 9mers e 13mers). Uma proteína específica (chamada DnaA porque é codificada pelo gene dnaA) inicia o desenrolamento da hélice. Várias subunidades da proteína DnaA ligam-se a cada um dos vários 9mers. Esta etapa é essencial para facilitar a ligação subsequente das proteínas DnaB e DnaC que ainda mais abrem e desestabilizam a hélice (Figura 11-9). Proteínas como essas, que requerem a energia normalmente fornecida pela hidrólise do ATP para quebrar as ligações de hidrogênio e desnaturar a dupla hélice, são chamadas de helicases. Outras proteínas, chamadas proteínas de ligação de fita simples (SSBPs), estabilizam

4. Estes são produtos de replicação curtos e descontínuos que são produzidos fora do fio retardado. Isso é em comparação com o fio contínuo que é feito do fio dianteiro. 5. O produto final não contém trechos de RNA. Estes são removidos pela ação de exonuclease 5 'para 3' da Polimerase I. 6. O produto final não possui lacunas no DNA que resultam da remoção do primer de RNA. Estes são preenchidos pela ação da DNA polimerase I. 7. A DNA polimerase não tem a capacidade de formar a ligação final. Isso é feito pela enzima DNA ligase.

Iniciação da síntese de DNA Síntese contínua e descontínua de DNA Síntese simultânea nas fitas principais e posteriores Revisão e correção de erros durante a replicação do DNA

11.6 Síntese de DNA Eucariótico • A pesquisa mostra que o DNA eucariótico é replicado de maneira semelhante à das bactérias. As polimerases eucarióticas têm os mesmos requisitos fundamentais para a síntese de DNA que os sistemas bacterianos quatro desoxirribonucleosídeos trifosfatos, um modelo e um primer. No entanto, como as células eucarióticas contêm muito mais DNA por célula e esse DNA é complexado com proteínas, os eucariotos enfrentam muitos problemas não encontrados pelas bactérias. Como poderíamos esperar, essas complicações tornam o processo de síntese de DNA muito mais complexo em eucariotos e mais difícil de estudar. No entanto, agora se sabe muito sobre o processo.

Origens de replicação múltipla A diferença mais óbvia entre a replicação de DNA eucariótica e procariótica é que os cromossomos eucarióticos contêm múltiplas origens de replicação, em contraste com o único local que faz parte do cromossomo de E. coli. Origens de replicação múltipla Origens de replicação múltipla As origens múltiplas são visíveis ao microscópio eletrônico (Figura 11-14).

Eles são essenciais se todo o genoma de um típico eucarioto deve ser replicado em um tempo razoável. Lembre-se de que (1) os eucariotos têm quantidades muito maiores de DNA do que as bactérias (por exemplo, a levedura tem 4 vezes mais e a Drosophila tem 100 vezes mais DNA do que E. coli) e (2) a taxa de síntese pela DNA polimerase eucariótica é muito mais lento - apenas cerca de 50 nucleotídeos por segundo, uma taxa 20 vezes menor do que a enzima bacteriana comparável. Nessas condições, a replicação de origem única de um genoma eucariótico típico levaria até um mês para ser concluída! No entanto, a replicação é realizada em apenas 3 minutos em alguns organismos eucarióticos. • Réplicon de levedura 250-400, mamífero 2500

sequências de replicação autônoma (ARSs). uma unidade de 11 base pares, flanqueados por outras sequências curtas envolvidas na iniciação eficiente. A síntese de DNA é restrita à fase S do ciclo celular eucariótico. A pesquisa mostrou que as muitas origens não são todas ativadas de uma vez, em vez disso, agrupamentos de 20-80 replicons adjacentes são ativados sequencialmente ao longo da fase S até que todo o DNA seja replicado.

Polimerases de DNA eucariótica • O aspecto mais complexo da replicação eucariótica é o conjunto de polimerases envolvidas no direcionamento da síntese de DNA. Um total de seis formas diferentes da enzima foram isoladas e estudadas. Para que as polimerases acessem o DNA, a topologia da hélice deve primeiro ser modificada. À medida que a síntese é desencadeada em cada local de origem, as fitas duplas são abertas em uma região rica em A = T, que permite a entrada de uma enzima helicase que desdobra ainda mais o DNA de fita dupla. antes que as polimerases comecem a síntese, as proteínas histonas complexadas ao DNA também devem ser removidas ou modificadas de outra forma.

À medida que a síntese de DNA prossegue, as histonas se reassociam com os duplexes recém-formados, restabelecendo o padrão de nucleossomo característico (Figura 11-15). Em eucariotos, a síntese de novas proteínas histonas é fortemente acoplada à síntese de DNA durante a fase S do ciclo celular.

11.7 Replicação DMA, Telômeros e Telomerase • Uma diferença final que existe entre a síntese de DNA procariótica e eucariótica envolve a natureza dos cromossomos. Ao contrário do DNA circular fechado das bactérias e da maioria dos bacteriófagos, os cromossomos eucarióticos são lineares. Durante a replicação, eles enfrentam um problema especial nos "limites" dessas moléculas lineares, chamados telômeros. Embora a síntese prossiga normalmente até o final da fita principal, surge uma dificuldade na fita final quando o primer de RNA é removido (Figura 11-16).

Normalmente, a lacuna recém-criada seria preenchida com a adição de um nucleotídeo ao grupo 3'-OH existente fornecido durante a síntese descontínua (à direita da lacuna b na Figura 11-16). No entanto, não há fita presente para fornecer o grupo 3 '-OH porque este é o final do cromossomo. Como resultado, cada rodada sucessiva de síntese teoricamente encurta o cromossomo pelo comprimento do primer de RNA. Por ser um problema tão significativo, podemos supor, pelo menos para algumas células, que uma solução molecular teria se desenvolvido no início da evolução e ser compartilhada por todos

Centrômeros e telômeros Telômeros - a região do DNA no final do cromossomo eucariótico linear necessária para a replicação e estabilidade do cromossomo McClintock reconheceu várias características sobre as extremidades dos cromossomos • Se dois cromossomos fossem quebrados em uma célula, a extremidade de um poderia se ligar ao outro e vice-versa • Ela nunca observou foi a ligação da extremidade quebrada à extremidade de um cromossomo intacto. • Assim, as extremidades dos cromossomos quebrados são pegajosas, ao passo que a extremidade normal não é. • Isso sugere que as extremidades dos cromossomos têm características únicas. • Geralmente, mas nem sempre, o DNA telomérico é heterocromático e contém sequências repetidas em tandem diretas, a sequência TTAGGG é frequentemente a sequência repetida em tandem.

Espécies Repetir a sequência Arabidopsis TTTAGGG Humano TTAGGG Oxytricha TTTTGGGG Molde de limo TAGGG Tetrahymena TTGGGG Tripanossoma TAGGG Levedura (TG) 1-3TG2-3 Sequências de repetição do telômero

Replicação de telômeros • Como a síntese de DNA requer um modelo de RNA (que fornece o grupo 3'-OH livre) para iniciar a síntese, algumas bases no final de uma fita retardada não seriam replicadas durante cada rodada de replicação • Isso encurtaria o comprimento do cromossomo após cada divisão. Mas isso não é visto. • Aparentemente telomerases, enzimas que replicam a extremidade terminal do cromossomo existem. • Essas enzimas têm um modo de ação diferente de uma DNA polimerase normal, mas o resultado final é que as sequências no final do cromossomo não ficam sem replicação durante cada rodada de replicação.

11,8 Recombinação de DNA • Concluímos este capítulo voltando a um tópico discutido no Capítulo 8 - recombinação genética. Lá, destacamos que o processo de crossing over depende da quebra e da reintegração das fitas de DNA entre os homólogos. Agora que discutimos a química e a replicação do DNA, é apropriado considerar como ocorre a recombinação em nível molecular. Em geral, as informações a seguir referem-se à troca genética entre quaisquer duas moléculas de DNA de fita dupla homólogas, sejam elas cromossomos virais ou bacterianos ou homólogos eucarióticos durante a troca genética em posições equivalentes ao longo de dois cromossomos com homologia de sequência de DNA substancial é referida como geral ou recombinação homóloga.

Vários modelos tentam explicar o cruzamento, e eles todos compartilham certas características comuns. Em primeiro lugar, todas são baseadas nas propostas iniciais apresentadas independentemente por Robin Holliday e Harold L. K. Whitehouse em 1964. Elas também dependem da complementaridade entre as fitas de DNA para sua precisão de troca. Finalmente, cada modelo depende de uma série de processos enzimáticos para realizar a recombinação genética. • Um desses modelos é mostrado na Figura 11-18. Começa com dois duplexes ou homólogos de DNA emparelhados

Conversão de Gene • Uma modificação do modelo anterior nos ajudou a entender melhor um fenômeno genético único conhecido como conversão gênica (基因 转变). • Inicialmente encontrado em leveduras por Carl Lindegren e em Neurospora por Mary Mitchell, a conversão gênica é caracterizada por uma relação de troca genética envolvendo dois genes intimamente ligados que são não recíprocos. Se cruzarmos duas cepas de Neurospora, cada uma com uma mutação separada (a + X b +), um evento de recombinação recíproca entre os genes produz pares de esporos dos genótipos + + e ab. No entanto, uma troca não recíproca produz um emparelhar sem o outro.

Trabalhando com mutantes de piridoxina, Mitchell observou vários asci contendo padrões de esporos exibindo o genótipo ++, mas não o produto recíproco (ab). Como a frequência desses eventos era maior do que a taxa de mutação prevista e, portanto, não poderia ser explicada por esse fenômeno, eles foram chamados de "conversões genéticas". Receberam esse nome porque parecia que um alelo havia sido de alguma forma "convocado" para outro durante um evento em que a troca genética também ocorreu. Descobertas semelhantes são aparentes no estudo de outros fungos também.

A conversão do gene agora é considerada uma consequência do processo de recombinação. Uma explicação possível interpreta a conversão como uma incompatibilidade de pares de bases durante a formação do heteroduplex, conforme mostrado na Figura 11-19. Regiões incompatíveis de filamentos híbridos podem ser reparadas pela excisão de um

基因 转变 与 异常 分离 (遗传学 第 8) p198 基因 转变 Conversão de gene 及其 分子 机制 • 通常 认为 , 重组 总是 交互 的。 例 1 : 脉 孢 菌 : 杂 合体 Aa , 一个 染色体 把 基因 A 交给 它 的 同源 染色体 , 同源 染色体.把 基因 a 返回 来 叫 给 它。 所以 真菌 中 的 一个 位 点 (locus) 上 两个 等位基因 的 分离 应 呈 2 : 2 分离。 • 但是 在 脉 孢 菌 中 发现 , 有的 子囊 含有 (3A + 1a) 或 (1A + 3a) 的 子囊 孢子。 • Mitchell 对 这种 现象 进行 了 详细 的 分析。 他 的 的 杂交 实验 中用 的 是 吡 哆 醇 合成 的 基因.

有 两个 突变 位 点 , 接近 : 一个 位 点 上 : 一个 突变 基因 pdxp—— 突变 株 在 吡 哆 醇 培养基 上 生长, 对 pH 敏感 , 变 酸 后 则 不用 再 再 添加 了。 相邻 的 一个 位 点 点 也 有 突变 基因 , 也是 :需要 型 —— 但 对 pH 不 敏感 pdx + pdxp x pdx + 杂交 对 585 个 子囊 孢子 培养 鉴定。 结果 : 在 4 个 子囊 中 有 野生 型 孢子 对 —— 好象 两者 之间 发生 了 重组 但是 , 与预期 的 重组 结果 不同 —— 没有 出现 双 突变 型 (pdxp pdx) 孢子 对 (图 12-13)。


Teste: Replicação

Que o modo de replicação do DNA é semiconservativo foi demonstrado por

- Havia três modelos de como os organismos podem replicar seu DNA: semiconservador, conservador e dispersivo.
- O modelo semiconservador, no qual cada fita de DNA serve como um modelo para fazer uma nova fita complementar, parecia mais provavelmente baseado na estrutura do DNA.
- Os modelos foram testados por Meselson e Stahl, que rotularam o DNA das bactérias ao longo das gerações usando isótopos de nitrogênio.
- A partir dos padrões de marcação de DNA que viram, Meselson e Stahl confirmaram que o DNA é replicado de forma semi-conservadora.

A replicação semiconservadora do DNA foi demonstrada pela primeira vez em

A replicação semiconservativa do DNA foi demonstrada pela primeira vez em E.coil. De acordo com o modo semiconservativo proposto por Waston e Crick, cada fita das duas hélices duplas formadas teria uma velha e uma nova. A natureza semiconservadora do DNA de replicação foi comprovada pelo experimento de Meselson e Stahl (1958).

Durante a replicação do DNA, os fragmentos de Okazaki são formados na direção de & # 8203

Os fragmentos de Okazaki se formam durante a replicação do DNA porque o DNA é antiparalelo e só pode ser sintetizado em uma direção (3 & # 39 a 5 & # 39). Por causa disso, em cada bifurcação de replicação, há uma fita principal, que é sintetizada na direção 3 & # 39 a 5 & # 39, e uma fita retardada, sintetizada na direção 5 & # 39 a 3 & # 39. As células não têm um mecanismo para a síntese de DNA 5 & # 39 a 3 & # 39, então, em vez disso, usam segmentos curtos, chamados fragmentos de Okazaki, de síntese 3 & # 39 a 5 & # 39 e, em seguida, os unem.

As polimerases de DNA são geralmente utilizadas na replicação de DNA

Para adicionar composto de carbonil

Para quebrar e unir pedaços de uma fita de DNA

Para cortar a hélice em certos lugares

A polimerase de DNA de alta fidelidade da Thermo Scientific Phusion foi criada pela fusão de um domínio de ligação de dsDNA a uma polimerase de revisão semelhante a Pyrococcus. Devido a esta técnica de fusão única, as Phusion DNA Polymerases apresentam taxas de erro extremamente baixas e são consideradas um padrão ouro para PCR de alta fidelidade.

Qual processo específico foi usado por Meselson e Franklin para estudar a replicação semiconservativa do DNA?

Centrifugação de gradiente de densidade

Centrifugação de densidade flutuante

Em 1957, Meselson e Stahl deram evidências experimentais para a replicação semiconservadora. Foi feito da seguinte maneira-

E. coli foi cultivada em um meio com isótopo pesado de nitrogênio, ou seja, nitrogênio & sup1 & # 8309N (pesado). Em seguida, foi cultivado em um meio contendo nitrogênio & sup1 & # 8308N (luz) e, após uma, duas ou três gerações, as amostras de DNA foram testadas.

Eles foram misturados com cloreto de césio e centrifugado. Após uma geração, o DNA de fita dupla foi encontrado para formar uma banda em uma posição intermediária entre as bandas de DNA com nitrogênio & sup1 & # 8309N abaixo dele e

& sup1 & # 8308N nitrogênio acima dela. Portanto, a separação foi de acordo com a densidade da fita de DNA.


3. Sistemas Experimentais e Organismos Modelo

As duas últimas seções trataram os experimentos principalmente como maneiras de testar hipóteses teóricas e afirmações causais, que é onde a filosofia da ciência tradicional viu seu papel principal. No entanto, existe um corpo considerável de estudos na história e na filosofia da biologia que mostra que isso não esgota o papel dos experimentos em biologia. Experimentação, para ecoar o famoso slogan de Ian Hacking & rsquos, & ldquo tem vida própria & rdquo (Hacking 1983). Muito do que acontece em um laboratório biológico não tem o objetivo de testar uma teoria preconcebida. Por exemplo, muitos experimentos desempenham um exploratório papel, isto é, ajudam os cientistas a descobrir novos fenômenos sobre os quais eles podem ainda não ter qualquer explicação teórica ou nem mesmo idéias claras. A experimentação exploratória foi investigada na história e filosofia da física (Steinle 1997), bem como na biologia (Burian 1997, 2007 O & rsquoMalley 2007 Waters 2007). Esses estudos mostram que o desenvolvimento de qualquer disciplina em biologia experimental não pode ser compreendido com foco em teorias e tentativas de confirmar ou refutar essas teorias. A prática experimental simplesmente não é organizada em torno de teorias, principalmente na biologia. Se for assim, devemos perguntar em que outros termos essa prática pode ser explicada ou reconstruída. A bolsa de estudos recente enfocou em particular dois tipos de entidades: organismos modelo e sistemas experimentais.

3.1 Organismos Modelo

O que seria a biologia moderna sem seus organismos-modelo? Para dar apenas alguns exemplos: a genética clássica foi desenvolvida principalmente por meio de experimentos com moscas-das-frutas da espécie Drosophila melanogaster. O mesmo organismo tem estado recentemente no centro de um trabalho muito interessante em biologia do desenvolvimento, junto com o nematóide. Caenorhabditis elegans e o peixe-zebra Danio rerio. Os biólogos moleculares estavam inicialmente trabalhando principalmente com a bactéria Escherichia coli e bacteriófago (vírus que infectam bactérias). Os neurocientistas devem muito à lula com seus axônios gigantes. Para imunologia, o camundongo Mus musculus provou ser inestimável. Biologia molecular vegetal e os favoritos são Arabidopsis thaliana. A biologia celular encontrou no fermento de padeiro e rsquos Saccharomyes cerevisiae um organismo que é tão fácil de criar quanto E. coli, mas suas células são mais semelhantes às células animais e humanas. Essa lista poderia continuar, mas não para sempre. Em comparação com a biologia de campo, o número de espécies que estão sendo estudadas nas ciências da vida experimental é muito pequeno, tão pequeno que, na verdade, para a maioria desses organismos modelo, sequências completas de DNA genômico estão disponíveis hoje.

Pode parecer um tanto paradoxal que sejam exatamente essas disciplinas experimentais da biologia que limitam suas pesquisas à menor parte da diversidade da vida que aspiram ao maior grau de universalidade. Pois o objetivo de estudar organismos modelo é freqüentemente obter conhecimento que não é válido apenas para uma espécie, mas para muitas espécies, às vezes incluindo humanos. Antes de discutir essa questão epistemológica, é pertinente revisar alguns resultados de análises históricas e filosóficas da pesquisa sobre organismos-modelo.

Um estudo importante é Robert Kohler & rsquos Senhores da mosca (Kohler 1994), uma história de Drosófila genética originada do laboratório Thomas Hunt Morgan & rsquos na Universidade de Columbia. Kohler atribui o sucesso desta forma de fazer ciência à enorme produção do Drosófila sistema em termos de mutações recém-descritas e mapeadas. A mosca-das-frutas se reproduz com relativa rapidez e é fácil de manter em grande número em laboratórios, o que aumenta a chance de detecção de novas mutações. Kohler se refere a Drosophila como o & ldquobreeder-reator & rdquo para capturar esse tipo de fecundidade, portanto, seu estudo não é diferente de uma ecologia da mosca-das-frutas de laboratório. As elaboradas técnicas de mapeamento genético desenvolvidas no laboratório Morgan & rsquos, que atribuiu a cada mutação uma localização física em um dos quatro cromossomos da mosca, também podem ser vistas como uma forma de organizar o trabalho de laboratório e acompanhar os zilhões de mutantes que surgiam continuamente . Um mapa genético é um catálogo sistemático de mutantes e, portanto, uma ferramenta de pesquisa, tanto quanto um modelo teórico do sistema genético da mosca (cf. Weber, 1998). Assim, muito do que acontecia no laboratório Morgan & rsquos é melhor descrito como reprodução, manutenção, caracterização e catalogação (por mapeamento genético) de linhagens de moscas. Muito pouco tinha a ver com o teste de teorias genéticas, embora o conhecimento teórico sobre regularidades da transmissão gênica canonicamente conhecidas como & ldquoMendel & rsquos leis & rdquo foi, é claro, também consideravelmente refinado no processo (Darden 1991). No entanto, a teoria genética clássica também foi um meio de descobrir mutantes e genes para estudos posteriores, não um fim em si mesma (Waters 2004). Isso também é evidente na forma como Drosófila foi adaptado à era da biologia molecular (Weber 2005 Falk 2009).

Organismos modelo costumavam ser escolhidos para um determinado campo de estudo, mas revelaram-se inestimáveis ​​também para outros campos. Drosófila é um caso em questão, Morgan estava principalmente interessado em embriologia quando escolheu Drosófila como um sistema modelo. Isso valeu a pena, mas a mosca foi tão importante para a própria genética, incluindo a genética evolutiva (especialmente o trabalho de um dos & ldquoarchitects & rdquo da síntese evolutiva, T. Dobzhansky ver Dobzhansky 1937), genética comportamental (por exemplo, estudos de S. Benzer & rsquos do mecanismo do relógio circadiano, ver Weiner 1999), genética bioquímica, bem como neurociência.

Sempre há um elemento de contingência na escolha de organismos modelo; nenhum problema biológico determina a escolha do melhor organismo para estudá-lo. Embora considerações de conveniência, criação e manutenção fáceis, bem como adequação para o estudo de fenômenos específicos desempenhem um papel (Clarke e Fujimura 1992 Burian 1992, 1993 Lederman e Burian 1993 Cláusula 1993 Creager 2002 Geison e Creager 1999 Lederman e Tolin 1993) , sempre há muitos organismos diferentes que satisfariam esses critérios. Portanto, qual organismo modelo é escolhido às vezes é uma questão de acaso.

É possível que nosso conhecimento biológico fosse totalmente diferente, se as escolhas contingentes tivessem sido diferentes no passado? Como essa questão exige que nos entreguemos a contrafatuais históricos, que são controversos (Radick 2005), é difícil responder. No entanto, pode não importar muito de uma forma ou de outra se o conhecimento produzido por organismos modelo pode ser mostrado como sendo de validade geral, ou pelo menos como transcendente ao organismo particular no qual foi produzido. Este é um exemplo do problema epistemológico mais geral de extrapolar o conhecimento de um domínio para outro e pode ser discutido com sucesso como tal (Burian 1992).

Consideremos primeiro um caso especial, a universalidade do código genético. Em biologia molecular, ao contrário de artigos científicos populares, o termo "código quogenético" não se refere a uma sequência de DNA genômico de um organismo, mas à atribuição de aminoácidos para basear tripletos no RNA mensageiro. Existem quatro dessas bases: A, U, G e C. Três bases juntas formam um & ldquocodon & rdquo e especificam um aminoácido, por exemplo, o tripleto AUG especifica o aminoácido metionina (também é um códon inicial, ou seja, inicia um quadro de leitura aberto para fazer uma proteína). Foi notável descobrir que o código genético é completamente idêntico em quase todos os organismos estudados até agora. Existem apenas algumas exceções conhecidas, por exemplo, o código genético das mitocôndrias e cloroplastos ou dos tripanossomos (um parasita humano que causa a doença do sono). Portanto, o código é denominado & ldquouniversal & rdquo, porque as exceções são muito poucas. Mas como os biólogos sabem que o código é universal, visto que foi determinado apenas por um pequeno número de espécies?

Nesse caso, um simples argumento bayesiano pode ser usado para mostrar que a crença atual na universalidade do código genético é bem justificada. Para ver isso, deve-se primeiro notar que o código é arbitrário, não há necessidade no mapeamento específico de aminoácidos para códons no código genético padrão atual. Uma segunda premissa é que existe um número enormemente grande de diferentes códigos genéticos possíveis. Agora, podemos perguntar qual é a probabilidade de que exatamente o mesmo código genético tenha evoluído independentemente em tantas espécies diferentes que foram investigadas no nível molecular até agora. Certamente, essa probabilidade é extremamente pequena. A probabilidade de coincidência de códigos genéticos é muito, muito maior na suposição de que o código não surgiu independentemente nas diferentes espécies. Nessa hipótese, o código surgiu apenas uma vez, e a coincidência se deve à descendência comum. No entanto, uma vez que um código genético específico esteja estabelecido, é muito difícil mudar, porque qualquer mudança mutacional na atribuição de códons de aminoácidos tende a afetar um número maior de proteínas diferentes e, portanto, ameaça matar o organismo. É por essa razão que Jacques Monod (1974) descreveu o código como um & ldquofrozen acidente & rdquo. Sua taxa de mutação é muito, muito baixa. Essas considerações em conjunto sustentam a hipótese de universalidade no caso do código genético.

Esse argumento pode nem sempre estar disponível. Na verdade, no caso geral, a extrapolação de um organismo modelo é intrinsecamente problemática. O principal problema é o que Daniel Steel (2008) denominou de & ldquoextrapolator & rsquos circle & rdquo. O problema é este. Queremos inferir que algum sistema S tem um mecanismo M porque outro sistema T já é conhecido por ter M. Para que essa inferência seja boa, devemos supor que S e T são significativamente semelhantes. Não podemos saber que os sistemas são significativamente semelhantes, a menos que já saibamos que ambos têm M. Mas, se soubéssemos disso, não haveria necessidade de extrapolar em primeiro lugar.

Observe que esse círculo não surge quando extrapolamos códigos genéticos. Neste caso, nós Faz saiba que os sistemas são significativamente semelhantes porque todos os organismos compartilham um ancestral comum e porque o código é difícil de mudar. O que podemos fazer se esse argumento não estiver disponível?

Steel (2008) propôs uma forma de raciocínio que ele denomina de & ldquocomparative process tracing & rdquo. A solução proposta por Steel & rsquos é que, mesmo na ausência de evidências fortes de quais mecanismos operam em um sistema alvo em comparação com um sistema modelo, os cientistas podem comparar os dois sistemas com relação a certos nós cruciais nas respectivas estruturas causais, ou seja, aqueles onde os dois sistemas são mais propensos a diferir. Isso pode interromper a regressão, fornecendo evidências de que os dois sistemas são semelhantes o suficiente para justificar extrapolações, mas não é necessário já ter uma compreensão dos sistemas de destino que corresponda ao conhecimento sobre o sistema de modelo.

Embora essa estratégia de raciocínio pareça plausível, pode não ser tão pertinente para extrapolar a partir de organismos modelo. A estratégia de raciocínio de Steel & rsquos refere-se a casos em que queremos inferir de um sistema onde sabemos que um certo mecanismo opera para um tipo diferente de sistema sobre o que fazemos não (ainda) saiba que o mesmo mecanismo opera. No entanto, em biologia, muitas vezes há evidências de que, de fato, mecanismos muito semelhantes operam no modelo, bem como no sistema-alvo. Um tipo de evidência particularmente importante é a existência das chamadas homologias de sequência entre diferentes organismos. Geralmente são sequências de DNA que apresentam uma semelhança mais ou menos forte, em alguns casos até mesmo identidade. Como (como no caso do código genético discutido acima) não é provável que essa similaridade de sequência seja devida ao acaso, ela é normalmente atribuída à ancestralidade comum (daí o termo sequência & ldquohomologia & rdquo em biologia, este termo em seu uso moderno indica relações de ancestralidade compartilhada). A homologia de sequência provou ser um indicador confiável de similaridade de mecanismos. Para dar um exemplo, um elemento de sequência altamente conservado chamado de & ldquohomeobox & rdquo, que foi descrito pela primeira vez em Drosófila, acredita-se hoje que desempenhe um papel semelhante no desenvolvimento de uma gama extremamente ampla de organismos (Gehring 1998). Quando há razões para pensar que o modelo e o alvo compartilham mecanismos causais semelhantes devido à descendência comum, o círculo extrapolador e rsquos não surge.

No entanto, a extensão em que extrapolações de organismos modelo para outros organismos podem servir como evidência no contexto da justificação ou meramente como uma heurística no contexto da descoberta permanece controversa. Baetu (1916) defende um meio-termo, segundo o qual extrapolações podem ser linhas de evidência, mas apenas no contexto de um corpo maior de evidências onde certas suposições feitas em extrapolações são sujeitas a escrutínio empírico.

Também tem havido algum debate até que ponto existe um forte paralelo entre organismos modelo e modelos teóricos na ciência, por exemplo, o modelo de presa-predador Lotka-Volterra na ecologia populacional. Um forte paralelo é sugerido pelo fato de que há um amplo consenso na literatura sobre modelagem científica (veja o verbete Modelos na Ciência) de que os modelos científicos não precisam ser abstratos (ou seja, consistem em equações matemáticas ou algo desse tipo), eles também podem ser concreto e físico. O modelo de DNA de Watson & rsquos e Crick & rsquos 1953 feito de papelão e arame se qualifica como um modelo nesse sentido. Será que uma mosca da fruta criada em laboratório para fazer experimentos genéticos também pode ser considerada um modelo científico no sentido padrão? Ankeny e Leonelli (2011) respondem a esta questão afirmativamente, alegando que (1) organismos modelo são usados ​​para representar uma gama completa de outros organismos e (2) que são usados ​​para representar fenômenos específicos.

Levy e Currie (2015) criticaram essa ideia. Em sua opinião, modelos científicos como Lotka & rsquos e Volterra & rsquos (e todos os outros modelos discutidos na crescente literatura de modelagem) desempenham um papel completamente diferente na ciência do que os organismos modelo. Em particular, eles diferem na maneira como são usados ​​em inferências científicas. Em um modelo como o modelo matemático predador-presa, os cientistas traçam inferências analógicas do modelo ao alvo, inferências que são subscritas por suposições teóricas. Em contraste, organismos-modelo servem como base para extrapolações de membros individuais para uma classe inteira (freqüentemente, mas não necessariamente com base na ancestralidade compartilhada). Assim, eles querem excluir o que chamam de & ldquoempirical extrapolation & rdquo (uma forma de indução), que eles consideram ser uma característica de inferências organismo-alvo modelo do tipo de inferências teóricas que são usadas para obter conhecimento sobre um alvo por meio de modelos científicos em geral .

No entanto, isso não significa que organismos vivos ou populações de organismos não possam ser usados ​​como modelos. Levy e Currie aceitam que certos sistemas modelo em ecologia experimental e evolução experimental são modelos científicos semelhantes ao modelo Lotka-Volterra. Um caso em questão são os famosos experimentos de competição de Thomas Park & ​​rsquos (1948) usando o besouro da farinha Tribolium. O que caracteriza esses modelos experimentais, em contraste com os organismos modelo, é que eles podem ser usados ​​para representar fenômenos biologicamente generalizados (por exemplo, competição interespecífica no caso de Park & ​​rsquos) que podem ser aplicados a sistemas alvo radicalmente diferentes e taxonomicamente não relacionados (ver também Weber 2014) .

Não importa se os organismos modelo são considerados modelos científicos ou qualquer outra coisa, é amplamente aceito que eles servem a muitos propósitos diferentes, apenas alguns dos quais são representacionais. O desenvolvimento de organismos modelo, como Drosófila (mosca da fruta), Arabidopsis (Agrião Thale), Caenorhabditis (lombriga) e os bancos de dados associados, como FlyBase, Wormbase etc. tiveram um impacto profundo na forma como a pesquisa biológica é organizada (por exemplo, Geison e Creager 1999, Clarke e Fujimura 1992, Creager 2002, Leonelli e Ankeny 2012). Além disso, organismos-modelo também são fontes importantes de materiais de pesquisa, como cepas de laboratório geneticamente bem definidas ou organismos geneticamente modificados, sem os quais a experimentação biológica de ponta não é mais possível hoje. Weber (2005) introduziu a noção de experimentação preparativa para capturar esse papel dos organismos modelo.

3.2 Sistemas Experimentais

Como vimos, organismos-modelo moldaram muito o desenvolvimento da biologia experimental e continuam a fazê-lo. Outra entidade importante são os chamados sistemas experimentais. Eles não devem ser confundidos com organismos modelo: o último é uma espécie biológica que está sendo criada em laboratório para trabalho experimental. Um sistema experimental pode envolver um ou vários organismos modelo, e muitos organismos modelo são usados ​​em vários sistemas experimentais. Um sistema experimental normalmente consiste em certos materiais de pesquisa (que podem ser obtidos de um organismo modelo), procedimentos preparatórios, instrumentos de medição e procedimentos de análise de dados que são mutuamente adaptados uns aos outros.

Os sistemas experimentais são o núcleo do relato de Hans-J & oumlrg Rheinberger & rsquos (1997) da pesquisa de meados do século 20 sobre a síntese de proteínas. Rheinberger caracteriza os sistemas experimentais como & ldquossistemas de manipulação projetados para dar respostas desconhecidas a perguntas que os próprios experimentadores ainda não devem fazer claramente & rdquo e também como & ldquot as menores unidades integrantes de trabalho de pesquisa & rdquo (Rheinberger 1997, 28). Ele argumenta que a pesquisa em biologia experimental sempre "começa com a escolha de um sistema, e não com a escolha de uma estrutura teórica" ​​(p. 25). Ele então segue um certo sistema experimental ao longo do tempo e mostra como ele exerceu um forte efeito no desenvolvimento da biologia. O sistema em questão é o chamado sistema in vitro para síntese de proteínas que foi desenvolvido no laboratório de Paul Zamecnik no Massachusetts General Hospital na década de 1950. & ldquoIn vitro & rdquo significa que o sistema não contém células vivas. É mais baseado em um extrato celular, originalmente de bactérias, mais tarde também de outros organismos, incluindo coelhos e leveduras. O extrato celular é preparado de forma a preservar a funcionalidade da maquinaria de síntese de proteínas. Em vez dos RNAs que ocorrem naturalmente no organismo de origem, o sistema in vitro pode ser & ldquoprogramado & rdquo com RNA exógeno ou mesmo artificial. Além disso, o sistema experimental contém procedimentos de medição (às vezes chamados de & ldquoassays & rdquo em biologia experimental) para a atividade de síntese de proteínas. Um desses métodos é medir a incorporação de radioatividade introduzida por aminoácidos contendo um radioisótopo como o enxofre-35, mas havia outros métodos também. Provavelmente, o experimento mais famoso feito com tal sistema é o experimento de Marshall Nirenberg e Heinrich Matthaei (1961). Esses pesquisadores adicionaram um RNA artificial, ou seja, poli-U (U ou uracil é uma das quatro bases do RNA) ao sistema in vitro e mostraram que ele produzia um polipeptídeo (= proteína) contendo apenas o aminoácido fenilalanina. Assim, eles "quocracked" a primeira "palavra-chave" do código genético, a saber, UUU para fenilalanina.

Um dos pontos centrais da análise de Rheinberger & rsquos é que o sistema in vitro nunca foi projetado para fazer essa tarefa. Seu objetivo original era estudar a síntese de proteínas em células cancerosas. Além de desvendar o código genético e os mecanismos de síntese de proteínas, foi posteriormente usado para vários outros fins em bioquímica e biologia celular (por exemplo, para estudar o transporte de proteínas através do retículo endoplasmático e membranas mitocondriais). O sistema, portanto, nem mesmo estava confinado a uma única disciplina; na verdade, ele, em certa medida, levou a uma reorganização das disciplinas científicas. Além disso, o sistema também foi fundido com outro sistema experimental ou bifurcado em diferentes sistemas. Os sistemas experimentais, como organismos-modelo, são pelo menos tão importantes quanto os pontos focais que organizam a pesquisa quanto as teorias.

Embora o relato de Rheinberger & rsquos da pesquisa experimental em biologia esteja certo em colocar sua ênfase em sistemas experimentais em vez de em teorias, pode ser criticado pela ontologia de sistemas experimentais que contém. Por conta disso, os sistemas experimentais são interpretados como entidades muito inclusivas. Eles contêm não apenas os materiais e aparelhos específicos necessários para fazer pesquisas, mas também os procedimentos preparatórios, protocolos de laboratório, dispositivos de armazenamento, técnicas de medição e assim por diante.Assim, é claro que tais sistemas não são compostos apenas de entidades materiais, pelo menos alguns dos constituintes dos sistemas experimentais são conceptual na natureza. Por exemplo, um protocolo de laboratório que descreve como preparar um extrato celular que será capaz de realizar a síntese protéica in vitro é realmente uma entidade conceitual. Um pesquisador que segue tal protocolo não está apenas manipulando materiais, equipamentos de laboratório ou símbolos. Em vez disso, ela está agindo sob a orientação de conceitos. (Ação é sempre comportamento guiado por conceitos). Entre esses conceitos, pode haver o que costumava ser conhecido como & ldquoconceitos de observação & rdquo, como & ldquos sobrenadante & rdquo, & ldquopellet & rdquo, & ldquoband & rdquo e assim por diante. Além disso, o protocolo conterá termos como "fração quomicrossomal", que deve designar um determinado sedimento produzido por centrifugação que contém microssomas (vesículas da membrana do retículo endoplasmático). Assim, o protocolo também contém termos teóricos.

Rheinberger se refere a entidades teóricas como "coisas epistêmicas". Este conceito significa as “entidades ou processos quomateriais” estruturas físicas, reações químicas, funções biológicas que constituem os objetos de investigação ”(Rheinberger 1997, 28). Coisas epistêmicas podem aparecer e desaparecer inesperadamente, ou ser reconstituídas em novos disfarces conforme os sistemas experimentais são desenvolvidos. Coisas epistêmicas suficientemente estabilizadas podem & ldquoturn no repertório técnico do arranjo experimental & rdquo (1997, 29) e, assim, se tornar & ldquotechnical objetos. & Rdquo Um dos exemplos de Rheinberger & rsquos de uma coisa epistêmica é o ribossomo (um complexo molecular comparativamente grande de proteínas e RNA que catalisa alguns das etapas cruciais na síntese de proteínas). Aqui, pode-se argumentar que se alguma configuração experimental continha ribossomos é um julgamento teórico. Assim, um sistema experimental contém materiais e aparelhos, bem como conceitos de observação e conceitos teóricos. Eles são bastante heterogêneos ontologicamente.

Se os jumbles são considerados indesejáveis ​​do ponto de vista ontológico, também é possível construir sistemas experimentais como puramente entidades conceituais. São formas de atuar em laboratório, e a ação é sempre guiada por conceitos. As coisas materiais, na medida em que aparecem na prática experimental, são apenas partes de um sistema experimental na medida em que estão sujeitas a uma ação experimental intencional. Eles só podem estar sujeitos a tal ação na medida em que são reconhecidos por um experimentador, por exemplo, como uma fração microssomal ou um anti-soro com uma certa especificidade de antígeno, e assim por diante. Uma amostra biológica sem rótulo e algum pesquisador que saiba o que significa esse rótulo não tem valor algum, na verdade, não é nem mesmo uma amostra biológica.

Pode-se então argumentar que ele realmente pensou e conceitos que dão a um sistema experimental sua identidade e condições de persistência sem conceitos, ele realmente é apenas um conjunto solto de plástico, vidro, metal e material morto saindo de um liquidificador. Nessa visão, os sistemas experimentais não estão "lá", como partes independentes da mente de uma realidade material, eles existem apenas dentro de alguma prática guiada por conceitos.


2.7 Replicação, transcrição e tradução de DNA Tópico 2: DNA, Replicação de DNA e síntese de proteínas.

A imagem mostra uma micrografia eletrônica de um polissoma, ou seja, vários ribossomos traduzindo simultaneamente uma molécula de mRNA. A fita central é o mRNA. As estruturas circulares mais escuras são os ribossomos e as cadeias laterais são os polipeptídeos recém-formados. Http: //urei.bio.uci.edu/

hudel / bs99a / lecture23 / lecture4_2.html2.7 Replicação, transcrição e tradução do DNAIdeia essencial: A informação genética no DNA pode ser copiada com precisão e pode ser traduzida para produzir as proteínas necessárias à célula.

2.7.U2 Helicase desenrola a dupla hélice e separa as duas fitas quebrando as ligações de hidrogênio.http: //en.wikipedia.org/wiki/File: Helicase.pngHelicaseA terminação ase indica que é uma enzima. Esta família de proteínas varia, mas é frequente formada a partir de vários polipeptídeos e donut em forma2.7.U2 Helicase desenrola a dupla hélice e separa as duas fitas quebrando as ligações de hidrogênio.

Desdobra o DNA Helix Separa as duas fitas polinucleotídicas quebrando as ligações de hidrogênio entre os pares de bases complementares. A helicase é necessária para a helicase se mover ao longo da molécula de DNA e quebrar as ligações de hidrogênio. As duas fitas separadas tornam-se fitas mãe / molde para o processo de replicação2.7.U3 A DNA polimerase liga os nucleotídeos para formar uma nova fita, usando a fita pré-existente como molde.

Polimerase de DNAA terminação ase indica que é uma enzima. Esta família de proteínas consiste em várias subunidades de polipeptídeos. Esta é a polimerase de DNA de um ser humano. A reação de polimerização é uma reação de condensação

2.7.U3 DNA polimerase liga os nucleotídeos para formar uma nova fita, usando a fita pré-existente como molde.

Os nucleotídeos livres são desoxinucleosídeos trifosfatos. Os grupos de fosfato extras carregam energia que é usada para a formação de ligações covalentes. A DNA polimerase sempre se move em uma direção 5 a 3 e a polimerase de DNA catalisa as ligações fosfodiéster covalentes entre açúcares e grupos de fosfato. A prova de polimerase de DNA lê o par de bases complementares. Consequentemente, os erros são muito raros, ocorrendo aproximadamente. uma vez em cada bilhão de pares de bases35532.7.U3 DNA polimerase liga os nucleotídeos para formar uma nova fita, usando a fita pré-existente como molde.

A DNA polimerase sempre se move em uma direção 5 a 3 A DNA polimerase catalisa as ligações fosfodiéster covalentes entre açúcares e grupos fosfato

2.7.U1 A replicação do DNA é semiconservadora e depende do emparelhamento de bases complementares.https: //upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/33/DNA_replication_split_horizontal.svg

1. Cada uma das bases nitrogenadas só pode emparelhar com seu parceiro (A = T e G = C), isso é chamado de emparelhamento de bases complementares.2. As duas novas fitas formadas serão idênticas à fita original.

2.7.U1 A replicação do DNA é semiconservadora e depende do emparelhamento de bases complementares.https: //upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/33/DNA_replication_split_horizontal.svg3. Cada nova fita contém uma fita original e uma nova , portanto, a replicação do DNA é considerada um processo semiconservador.

Revisão: 3.5.U2 PCR pode ser usado para amplificar pequenas quantidades de DNA. Reação em cadeia da polimerase (PCR) Normalmente usada para copiar um segmento de DNA, não um genoma inteiro. Usado para amplificar pequenas amostras de DNA. Para usá-las para perfis de DNA, recombinação identificação de espécies ou outra pesquisa. O processo precisa de um termociclador, primers, nucleotídeos de DNA livres e DNA polimerase.http: //highered.mheducation.com/olc/dl/120078/micro15.swf

O termociclador é uma máquina que pode precisamente aquecer e resfriar o tubo com reagentes de PCR10Review: 3.5.U2 PCR pode ser usado para amplificar pequenas quantidades de DNA.

http://www.dnai.org/b/index.html2.7.A1 Uso de Taq DNA polimerase para produzir várias cópias de DNA rapidamente pela reação em cadeia da polimerase (PCR). Para resumir: PCR é uma maneira de produzir grandes quantidades de uma sequência alvo específica de DNA. É útil quando apenas uma pequena quantidade de DNA está disponível para teste, e. amostras de sangue, sêmen, tecido, cabelo, da cena do crime, etc.

O PCR ocorre em um termociclador e envolve um procedimento de repetição de 3 etapas: 1. Desnaturação: a amostra de DNA é aquecida para separá-la em duas fitas2. Recozimento: os primers de DNA se ligam às extremidades opostas da sequência alvo3. Alongamento: Uma DNA polimerase tolerante ao calor (Taq) copia as fitas

Um ciclo de PCR produz duas cópias idênticas da sequência de DNA. Uma reação padrão de 30 ciclos renderia 1.073.741.826 cópias de DNA (230)

2.7.S2 Análise dos resultados de Meselson e Stahls para obter suporte para a teoria da replicação semiconservativa de DNA.

https: // upl oad.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a2/DNAreplicationModes.pngAntes do trabalho de Meselson e Stahls, havia diferentes modelos propostos para a replicação do DNA. Após seu trabalho, apenas a replicação semiconservativa foi considerada biologicamente significativa. 2.7.S2 Análise dos resultados de Meselson e Stahls para obter suporte para a teoria da replicação semiconservativa de DNA.

Experiência de Matthew Meselson e Franklin Stahls (publicado em 1958) Bactéria E. coli cultivada em um meio contendo 15N por muitas gerações O nitrogênio em suas bases de DNA era 15N Eles transferiram esta bactéria para um meio contendo 14N (14N é menos denso que 15N porque tem um a menos nêutron) Uma solução de cloreto de césio foi centrifugada em uma ultracentrífuga a 45.000 rotações por minuto por 24 horas. Isso criou um gradiente e qualquer coisa girada com a solução de cloreto de césio fica concentrada em seu nível de densidade. Eles giraram amostras de sua E. coli em momentos diferentes após serem transferido para o meio 14N O DNA apareceu como uma banda escura na luz UVttp: //www.nature.com/scitable/topicpage/Semi-Conservative-DNA-Replication-Meselson-and-Stahl-421#

Geração 0 Geração 1 Geração 22.7.S2 Análise dos resultados de Meselson e Stahls para obter suporte para a teoria da replicação semiconservativa de DNA. Saiba mais sobre Meselson e Stahls trabalham com DNA para descobrir o mecanismo de replicação semiconservativa

Se cada um desses modelos fosse verdadeiro, então quantas bandas existiriam após 2 gerações? 2 bandas - 1 banda - 2 bandas 1 banda na banda 15N 1 entre 1 banda na densidade 14N & amp 1 banda na densidade 15N & amp 14N & amp 1 banda nas densidades de densidade 14N entre 14N e 15N2.7.S2 Análise de Meselson e os resultados de Stahls para obter suporte para a teoria da replicação semiconservativa de DNA. No início de um experimento de Meselson e Stahl (geração 0), uma única banda de DNA com densidade de 1,730 g cm-3 foi encontrada. Após 4 gerações, duas bandas foram encontradas, mas a banda principal tinha uma densidade de 1.700 g cm-3.

Explique por que a densidade da banda principal mudou ao longo de quatro gerações. (2)

Após uma geração, apenas uma banda de DNA aparece, mas a densidade mudou. Estime a densidade da banda. (1) Quais (se houver) mecanismos de replicação de DNA são falsificados por este resultado? (1) Explique porque o (s) mecanismo (s) identificado (s) são falsificados. (1)

Descreva os resultados após duas gerações. Identifique quais mecanismos são falsificados como consequência e explique por quê. (3)

Descreva e explique os resultados encontrados pela centrifugação de uma mistura de DNA da geração 0 e 2. (2)


NCERT Exemplar Classe 12 Biologia Capítulo 6 Base molecular de herança

Questões de múltipla escolha
Tipo de resposta correta única

1. Em uma fita de DNA, os nucleotídeos estão ligados entre si por
(a) Ligações glicosídicas (b) Ligações fosfodiéster
(c) Ligações de peptídeo (d) Ligações de hidrogênio
Responder. (b) Em uma fita de DNA, os nucleotídeos estão ligados entre si por ligações Fosfodiéster.

2. Um nucleosídeo difere de um nucleotídeo. Falta o
(a) Base (b) Açúcar
(c) Grupo fosfato t (d) Grupo hidroxila
Responder. (b) Nucleosídeo = Base + açúcar
Nucleotídeo = Base + açúcar + grupo fosfato

3. Tanto a desoxirribose quanto a ribose pertencem a uma classe de açúcares chamada
(a) Trioses (b) Hexoses
(c) Pentoses (d) Polissacarídeos
Responder. (c) Tanto a desoxirribose quanto a ribose pertencem a uma classe de açúcares das pentoses.

4. O fato de que uma base de purina sempre emparelhada por ligações de hidrogênio com uma base de pirimidina leva a, na dupla hélice do DNA
(a) A natureza antiparalela (b) A natureza semiconservadora
(c) Largura uniforme em todo o DNA (d) Comprimento uniforme em todo o DNA
Responder. (c) Uma base de purina sempre emparelhada por ligações de hidrogênio com uma base de pirimidina leva a, na dupla hélice do DNA, largura uniforme em todo o DNA.

5. A carga elétrica líquida no DNA e nas histonas é
(a) Ambos positivos
(b) Ambos negativos
(c) Negativo e positivo, respectivamente
(d) Zero
Responder. (c) A carga elétrica líquida no DNA e nas histonas é negativa e positiva, respectivamente.

6. O site promotor e o site terminador para transcrição estão localizados em
(a) extremidade 3 '(a jusante) e extremidade 5' (a montante), respectivamente da unidade de transcrição
(b) extremidade 5 ′ (a montante) e extremidade 3 ′ (a jusante), respectivamente da unidade de transcrição
(c) A extremidade 5 ′ (a montante)
(d) A extremidade 3 ′ (a jusante)
Responder. (b) O sítio promotor e o sítio terminador para a transcrição estão localizados na extremidade 5 '(montante) e extremidade 3' (jusante), respectivamente da unidade de transcrição.

7. Qual das afirmações a seguir é a mais apropriada para a anemia falciforme?
(a) Não pode ser tratada com suplementos de ferro
(b) É uma doença molecular
(c) Ele confere resistência à aquisição de malária
(d) Todas as opções acima
Responder. (d) Anemia doente / e celular: É uma doença molecular, distúrbio autossômico recessivo e um exemplo de pleiotropia. Não pode ser tratada com suplementos de ferro e confere resistência à malária.

8. Uma das seguintes verdadeiras em relação ao AUG é
(a) Codifica apenas para metionina
(b) É também um códon de iniciação
(c) Codifica a metionina tanto em procdrios quanto em eucariotos
(d) Todas as opções acima
Responder. (d) AUG - codifica a metionina apenas em procariotos e eucariotos; também é um códon de iniciação.

9. O primeiro material genético pode ser
(a) Proteína (b) Carboidratos (c) DNA (d) RNA
Responder. (d) O primeiro material genético poderia ser o RNA, mas o material genético ideal é o DNA.

10. Com relação ao mRNA maduro em eucariotos,
(a) Exons e íntrons não aparecem no RNA maduro
(b) Os exons aparecem, mas os íntrons não aparecem no RNA maduro
(c) Os íntrons aparecem, mas os exons não aparecem no RNA maduro
(d) Ambos os exons e introns aparecem no RNA maduro
Responder. (b) Em eucariotos, exons aparecem, mas íntrons não aparecem no RNA maduro.

11. O cromossomo humano com o maior e o menor número de genes são, respectivamente
(a) Cromossomo 21 e Y (b) Cromossomo 1 e X
(c) Cromossomo 1 e Y (d) Cromossomo X e Y
66 NCERT Exemplar Biology: Classe XU
Responder. (c)

12. Quem entre os cientistas a seguir não contribuiu para o desenvolvimento do modelo de dupla hélice para a estrutura do DNA?
(a) Rosalind Franklin (b) Maurice Wilkins
(c) Erwin Chargaff (d) Meselson e Stahl
Responder. (d) Meselson e Stahl fornecem a prova experimental da replicação semiconservativa do DNA. Ele não teve nenhuma contribuição para o desenvolvimento do modelo de dupla hélice para o. estrutura do DNA.

13. O DNA é um polímero de nucleotídeos que estão ligados uns aos outros pela ligação 3′-5′ fosfodiéster. Para evitar a polimerização de nucleotídeos, qual das seguintes modificações você escolheria?
(a) Substitua purina por pirimidinas
(b) Remover / substituir grupo 3 ′ OH na desoxi ribose
(c) Remover / substituir o grupo 2 ′ OH por algum outro grupo na desoxi ribose
(d) Ambos'b'e'c '.
Responder. (b) O DNA é um polímero de nucleotídeos que estão ligados uns aos outros pela ligação 3'-5 'fosfodiéster. Remova / substitua o grupo 3'OH na desoxirribose, para evitar a polimerização de nucleotídeos. .

14. A síntese descontínua de DNA ocorre em uma fita, porque
(a) A molécula de DNA sendo sintetizada é muito longa
(b) DNA polimerase dependente de DNA catalisa a polimerização apenas em uma direção (5 ′ - & gt 3 ′)
(c) É um processo mais eficiente
(d) DNA ligase tem que ter um papel
Responder. (b) A síntese descontínua de DNA ocorre em uma fita, porque DNA polimerase dependente de DNA catalisa a polimerização apenas em uma direção (5 '- & gt 3').

15. Qual das etapas a seguir na transcrição é catalisada pela RNA polimerase?
(a) Iniciação (b) Alongamento
(c) Rescisão (d) Todas as opções acima
Responder. (b) A etapa de alongamento na transcrição é catalisada pela RNA polimerase.

16. O controle da expressão gênica ocorre no nível de
(a) Replicação de DNA (b) Transcrição
(c) Tradução (d) Nenhuma das anteriores
Responder. (b) O controle da expressão gênica ocorre no nível da transcrição.

17. Proteínas regulatórias são as proteínas acessórias que interagem com a RNA polimerase e afetam seu papel na transcrição. Qual das afirmações a seguir está correta sobre a proteína regulatória?
(a) Eles apenas aumentam a expressão
(b) Eles apenas diminuem a expressão
(c) Eles interagem com a RNA polimerase, mas não afetam a expressão
(d) Eles podem atuar tanto como ativadores quanto como repressores
Responder. (d) As proteínas reguladoras são as proteínas acessórias que interagem com a RNA polimerase e afetam seu papel na transcrição. Eles podem atuar tanto como ativadores quanto como repressores.

18. Qual foi o último cromossomo humano a ser completamente sequenciado?
(a) Cromossomo 1 (b) Cromossomo 11
(c) Cromossomo 21 (d) Cromossomo x
Responder. (a) O projeto Genoma Humano foi concluído em 2003. A sequência do cromossomo 1 foi concluída apenas em maio de 2006.

19. Quais das seguintes são as funções do RNA?
(a) É um portador de informação genética de polipeptídeos sintetizadores de DNA para ribossomos.
(b) Ele carrega aminoácidos para os ribossomos.
(c) É um componente constituinte dos ribossomos.
(d) Todas as opções acima.
Responder. (d) Funções de mRNA:

  • Portador de informação genética de DNA para polipeptídeos de síntese de ribossomos.
  • Carrega aminoácidos para os ribossomos.
  • Componente constituinte dos ribossomos. .

20. Ao analisar o DNA de um organismo, foi encontrado um número total de 5386 nucleotídeos, dos quais a proporção de diferentes bases foram:
Adenina = 29%, Guanina = 17%, Citosina = 32%, Timina = 17% Considerando a regra de Chargaff, pode-se concluir que
(a) É um DNA circular de fita dupla
(b) É DNA de fita simples
(c) É um DNA linear de fita dupla
(d) Nenhuma conclusão pode ser tirada. ‘
Responder. (b) No DNA de um organismo foi encontrado um número total de 5.386 nucleotídeos, dos quais a proporção de diferentes bases era: Adenina = 29%, Guanina = 17%, Citosina = 32%, Timina = 17%. Considerando a regra de Chargaff, pode-se concluir que se trata de um DNA de fita simples.

21. Em alguns vírus, o DNA é sintetizado usando RNA como molde. Esse DNA é chamado
(a) A-DNA (b) B-DNA (c) c DNA (d) r DNA
Responder. (c) Em alguns vírus, o DNA é sintetizado usando RNA como molde. Esse DNA é denominado c-DNA (DNA complementar).

22. Se o experimento de Meselson e Stahl continuar por quatro gerações em bactérias, a proporção de 15N /15N: 15N /14N: 14N /14N contendo DNA na quarta geração seria
(a) 1: 1: 0 (b) 1: 4: 0 (c) 0: 1: 3 (d) 0: 1: 7
Responder. (d)

  • Se o experimento de Meselson e Stahl continuar por quatro gerações em bactérias, a proporção de 15N/15N : 15N/14N : 14N/14N contendo DNA na quarta geração seria 0: 1: 7.
  • Após a terceira geração (60 min.), A bactéria contém 25% de híbrido (15N14N) na proporção de 1: 3.
  • Após a 4ª geração (80 min.), A bactéria contém 12,5% de DNA híbrido e 87,5% de DNA leve na proporção de 1: 7.

23. Se a sequência de bases de nitrogênio da fita codificadora de DNA em uma unidade de transcrição for 5′-ATGAATG-3 ′, A sequência de bases em seu transcrito de RNA seria
(a) 5 ′ - AU G AAU G - 3 ′ (b) 5′- U AC U U AC - 3 ′
(c) 5′-CAUUCAU-3 ′ (d) 5-GUAAGUA-3 ′
Responder. (uma)
Fita de codificação: 5′-AT G A AT G - 3 ′
Fita modelo: 3 ′ - TACTTAC-5 ″
Transcrição de RNA: 5′-AUGAAUG-3 ′

24. A holoenzima de RNA polimerase transcreve
(a) O promotor, o gene estrutural e a região terminadora
(b) O promotor e a região terminadora
(c) O gene estrutural e as regiões terminadoras
(d) O gene estrutural apenas
Responder. (d) A holoenzima da RNA polimerase transcreve apenas o gene estrutural.

25. Se a sequência de bases de um códon no mRNA é 5′-AUG-3 ′, a sequência de pareamento do tRNA com ele deve ser
(a) 5 ′ -UAC - 3 ′ (b) 5′-CAU-3 ′
(c) 5′-AGO-3 ′ (d) 5 ′ - GUA - 3 ′
Responder. (b) A sequência de base de um códon em mRNA é 5′-AUG-3 ′, a sequência de tRNA emparelhando com ele deve ser cqpiplementar, isto é, 3 ′ - UAC - 5 ′

26. O aminoácido se liga ao tRNA em seu
(a) extremidade 5 '(b) extremidade 3'
(c) Local anti-códon - (d) loop DHU
Responder. (b) O aminoácido se liga ao tRNA em sua extremidade 3 '.

27. Para iniciar a tradução, o mRNA primeiro se liga a
(a) A subunidade ribossômica menor (b) A subunidade ribossômica maior (c) O ribossomo inteiro (d) Não existe tal especificidade
Responder. (a) Para iniciar a tradução, o mRNA primeiro se liga à subunidade ribossômica menor.

28. Em E. coli, o operon lac é ativado quando
(a) A lactose está presente e se liga ao repressor
(b) Repressor se liga ao operador
(c) RNA polimerase se liga ao operador
(d) A lactose está presente e se liga à RNA polimerase
Responder. (a) Em E. coli, o operon lac é ativado quando a lactose está presente e se liga ao repressor.

Perguntas do tipo resposta muito curta
1. Qual é a função das histonas no empacotamento de DNA?
Responder. As histonas são as proteínas básicas ricas em arginina e lisina. As histonas formam o octâmero no qual o DNA é envolvido e formam o nucleossomo, o que significa que ajuda no empacotamento do DNA em eucariotos.

2. Distinguir entre heterocromatina e eucromatina. Qual dos dois é transcricionalmente ativo?
Responder.

3. A enzima DNA polimerase em E. coli é uma polimerase dependente de DNA e também tem a capacidade de revisar a fita de DNA que está sendo sintetizada. Explique. Discuta a polimerase dupla.
Responder. A DNA polimerase ajuda na replicação das moléculas de DNA. A DNA polimerase também auxilia na revisão, caso ocorra algum erro / mutação durante a replicação.

4. Qual é a causa da síntese descontínua de DNA em uma das fitas parentais de DNA? O que acontece com esses pequenos trechos de DNA sintetizado?
Responder. As DNA polimerases dependentes de DNA catalisam a polimerização apenas em uma direção, que é 5 ′ - & gt 3 ′. Isso cria algumas complicações adicionais na bifurcação de replicação. Consequentemente, na fita principal (o modelo com polaridade 3 ′ - & gt 5 ′), a replicação é contínua, enquanto na linhagem posterior (o modelo com polaridade 5 ′ - & gt 3 ′), é descontínua. Os fragmentos sintetizados descontinuamente são posteriormente unidos pela enzima DNA ligase.

5. Dada a seguir está a seqüência de codificação da fita de DNA em uma unidade de transcrição. 3’AATGCAGCTATTAGG ’ Escreva a sequência de
(a) sua fita complementar
(b) o mRNA
Responder. (a) Cadeia complementar:
5 ′ - TTACGTCGATAA T C C - 3 ′
(b) O mRNA
5 ′ - AAU GCAGCUAUUAGG-3 ′

6. O que é polimorfismo de DNA? Por que é importante estudá-lo?
Responder. O polimorfismo (variação a nível genético) surge devido a mutações. A variação da sequência alélica tem sido tradicionalmente descrita como um polimorfismo de DNA se mais de uma variante (alelo) em um locus ocorre na população humana com uma frequência maior que 0,01. Em termos simples, se uma mutação hereditária for observada em uma população em alta frequência, ela é chamada de polimorfismo de DNA.
O polimorfismo se tornou uma ferramenta de identificação muito útil em aplicações forenses. Além disso, como os polimorfismos são herdáveis ​​de pais para filhos, a impressão digital de DNA é a base do teste de paternidade, em caso de disputa.

7. Com base em sua compreensão do código genético, explique a formação de qualquer molécula de hemoglobina anormal. Quais são as consequências conhecidas de tal mudança?
Responder. O defeito é causado pela substituição (versão trans) do ácido glutâmico (Glu) por valina (Val) na sexta posição da cadeia de betaglobina da molécula de hemoglobina. A substituição do aminoácido no glob na proteína resulta da substituição de uma única base no sexto códon do gene da betaglobina de GAG ​​para GUG. A molécula de hemoglobina mutante sofre polimerização sob baixa tensão de oxigênio, causando a mudança na forma dos eritrócitos de disco bicôncavo para estrutura alongada semelhante a foice.
Glóbulos vermelhos em forma de foice que obstruem os capilares e restringem o fluxo sanguíneo para um órgão, resultando em isquemia, dor, necrose e, frequentemente, lesão de órgão.

8. Às vezes, gado ou mesmo seres humanos dão à luz seus filhotes que têm conjuntos de órgãos extremamente diferentes, como membros / posição dos olhos, etc. Comentário.
Responder. Há um distúrbio na regulação coordenada da expressão de conjuntos de genes associados ao desenvolvimento de órgãos.

9. Em um núcleo, o número de ribonucleosídeos trifosfatos é 10 vezes o número de desoxi ribonucleosídeos trifosfatos, mas apenas desoxi ribonucleotídeos são adicionados durante a replicação do DNA. Sugira um mecanismo.
Responder. A DNA polimerase é altamente específica para reconhecer apenas trifosfatos desoxi ribonucleosídeos. Portanto, ele não pode conter nucleotídeos de RNA.

10. Cite algumas enzimas envolvidas na replicação do DNA além da DNA polimerase e ligase. Nomeie as principais funções de cada um deles.
Responder. (i) Helicase - abre a hélice
(ii) Topoisomerases - remove o superenrolamento do DNA
(iii) Primase - sintetiza o primer de RNA
(iv) Telomerase - para sintetizar o DNA da extremidade telomérica dos cromossomos

11. Cite quaisquer três vírus que tenham RNA como material genético.
Responder. (i) TMV (vírus do mosaico do tabaco)
(ii) HIV (vírus da imunodeficiência humana)
(iii) bacteriófago QB

Perguntas do tipo resposta curta
1. Defina a transformação no experimento de Griffith. Discuta como isso ajuda na identificação do DNA como material genético.
Responder. Princípio Transformador

  • Em 1928, Frederick Griffith, em uma série de experimentos com Streptococcus pneumoniae (bactéria responsável pela pneumonia), presenciou uma transformação milagrosa, na bactéria. Durante o curso dele. experimento, um organismo vivo (bactéria) mudou na forma física.
  • Quando a bactéria Streptococcus pneumoniae (pneumococo) é cultivada em uma placa de cultura, algumas produzem colônias lisas e brilhantes (S), enquanto outras produzem colônias rugosas (R).
  • Isso ocorre porque as bactérias da cepa S têm uma camada mucosa (polissacarídeo), enquanto a cepa R não tem. Os camundongos infectados com a cepa S (virulento) morrem de infecção por pneumonia, mas os camundongos infectados com a cepa R não desenvolvem pneumonia. .
    Cepa S - »Injetar em camundongos -» Camundongos morrem cepa R - »Injetar em camundongos - & gt Camundongos vivos
  • Griffith foi capaz de matar bactérias aquecendo-as. Ele observou que bactérias da cepa S mortas pelo calor e injetadas em camundongos não os mataram.
    Cepa S (morto pelo calor) - & gt Injetar em camundongos - & gt Camundongos vivos
  • Quando ele injetou uma mistura de bactérias S mortas pelo calor e bactérias R vivas, os ratos morreram. Além disso, ele recuperou bactérias S vivas dos ratos mortos.
    Cepa S (morta pelo calor) + - & gt Injetar em camundongos - & gt Os camundongos morrem cepa R (viva)
  • Ele concluiu que a bactéria da cepa R de alguma forma foi transformada pela bactéria da cepa S morta pelo calor. Algum "princípio de transformação", transferido da cepa S morta pelo calor, permitiu que a cepa R sintetizasse um revestimento de polissacarídeo liso e se tornasse virulento. Isso deve ser devido à transferência do material genético. No entanto, a natureza bioquímica do material genético não foi definida a partir de seus experimentos.

2. Quem revelou a natureza bioquímica do princípio transformador? Como isso foi feito?
Responder. Antes do trabalho de Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty (1933-44), o material genético era considerado uma proteína. Eles trabalharam para determinar a natureza bioquímica do "princípio de transformação" no experimento de Griffith. Eles purificaram bioquímicos (proteínas, DNA, RNA, etc.) das células S mortas pelo calor para ver quais poderiam transformar células R vivas em células S. Eles descobriram que apenas o DNA da bactéria S causava a transformação da bactéria R.
Eles também descobriram que as enzimas digestivas de proteínas (proteases) e enzimas digestivas de RNA (RNases) não afetaram a transformação, então a substância transformadora não era uma proteína ou RNA. A digestão com DNase inibiu a transformação, sugerindo que o DNA causou a transformação. Eles concluíram que o DNA é o material hereditário, mas nem todos os biólogos se convenceram.

3. Discuta a importância do isótopo pesado de nitrogênio no experimento de Meselson e Stahl.
Responder. Matthew Meselson e Franklin Stahl realizaram o seguinte experimento em 1958. Eles cultivaram E. coli em um meio contendo 15NH4C1 (15N é o isótopo pesado de nitrogênio) como a única fonte de nitrogênio por muitas gerações. O resultado foi que 15N foi incorporado ao DNA recém-sintetizado (bem como a outros compostos contendo nitrogênio).
Esta molécula de DNA pesada pode ser distinguida do DNA normal por centrifugação em um gradiente de densidade de cloreto de césio (CsCl) 15N não é um isótopo radioativo e pode ser separado de 14N apenas com base nas densidades).

4. Defina um cistron. Os exemplos dados diferenciam entre a unidade de transcrição monocistrônica e policistrônica.
Responder. A porção do DNA com informações para um polipeptídeo ou característica inteira é chamada de cistron. No entanto, ao definir um cistron como um segmento de DNA que codifica um polipeptídeo, o gene estrutural em uma unidade de transcrição pode ser dito como monocistrônico (principalmente em eucariotos) ou policistrônico (principalmente em bactérias ou procariotos). Nos eucariotos, os genes estruturais monocistrônicos têm sequências codificantes interrompidas - os genes nos eucariotos são divididos.
As sequências de codificação ou sequências expressas são definidas como exões. Diz-se que os exões são aquelas sequências que aparecem no ARN maduro ou processado. Os exões são interrompidos por intrões. Os íntrons ou sequências intervenientes não aparecem no RNA maduro ou processado.

5. Dê quaisquer seis características do genoma humano.
Responder. Algumas das observações salientes extraídas do projeto do genoma humano são as seguintes:

  1. O genoma humano contém 3164,7 milhões de bases de nucleotídeos.
  2. O gene médio consiste em 3.000 bases, mas os tamanhos variam muito, sendo o maior gene humano conhecido a distrofina com 2,4 milhões de bases.
  3. O número total de genes é estimado em 30.000 - muito menor do que as estimativas anteriores de 80.000 a 1,40.000 genes. Quase todas (99,9 por cento) das bases de nucleotídeos são exatamente as mesmas em todas as pessoas.
  4. As funções são desconhecidas para mais de 50 por cento dos genes descobertos.
  5. Menos de 2 por cento do genoma codifica proteínas.
  6. Sequências repetidas constituem uma porção muito grande do genoma humano.

6. Durante a replicação do DNA, por que a molécula inteira não se abre de uma vez? Explique a bifurcação de replicação. Quais são as duas funções que os monômeros (dNTPs) desempenham?
Responder. Para moléculas de DNA longas, uma vez que as duas fitas de DNA não podem ser separadas em todo o seu comprimento (devido à necessidade de energia muito alta), a replicação ocorre dentro de uma pequena abertura da hélice do DNA, conhecida como forquilha de replicação.

7. Os retrovírus não seguem o dogma central. Comente.
Responder. O material genético do retrovírus é o RNA. No momento da síntese da proteína, o RNA é "transcrito reversamente" para o seu DNA complementar primeiro, que é oposto ao dogma central. Conseqüentemente, os retrovírus não são conhecidos por seguir o dogma central.

8. Em um experimento, o DNA é tratado com um composto que tende a se colocar entre as pilhas de pares de bases nitrogenadas. Como resultado disso, a distância entre duas bases consecutivas aumenta de 0,34 nm para 0,44 nm. Calcule o comprimento da dupla hélice do DNA (que tem 2 x 10 9 pb) na presença de quantidade saturante deste composto.
Responder. 2 x 109 x 0,44 x 10 -9 / bp = 0,88 m.

9. O que aconteceria se as histonas sofressem mutação e se tornassem ricas em aminoácidos ácidos, como ácido aspártico e ácido glutâmico, em vez de aminoácidos básicos, como lisina e arginina?
Responder. Se as proteínas histonas fossem ricas em aminoácidos ácidos em vez de aminoácidos básicos, então elas não poderiam ter qualquer papel no empacotamento de DNA em eucariotos, pois o DNA também é uma molécula carregada negativamente. O empacotamento de DNA em torno do nucleossomo não aconteceria. Consequentemente, a fibra de cromatina não seria formada.

10. Lembre-se dos experimentos feitos por Frederick Griffith, Avery, MacLeod e McCarty, onde o DNA foi especulado como sendo o material genético. Se o RNA, em vez de DNA, fosse o material genético, a cepa de Pneumococcus morta pelo calor teria transformado a cepa R em uma cepa virulenta? Explique.
Responder. O RNA é mais lábil e sujeito à degradação (devido à presença do grupo 2 ′ OH em sua ribose). Conseqüentemente, a cepa S morta pelo calor pode não ter retido sua capacidade de transformar a cepa R em uma forma virulenta se o RNA fosse seu material genético.

11. Você está repetindo o experimento Hershey-Chase e recebe dois isótopos: 32 P e 15 N (no lugar de 35 S no experimento original). Como você espera que seus resultados sejam diferentes?
Responder. O uso de 15 N será inadequado porque o método de detecção de 35 P e 15 N é diferente (32 P sendo um isótopo radioativo, enquanto 15 N não é radioativo, mas é o isótopo mais pesado do nitrogênio). Mesmo que o 15 N fosse radioativo, sua presença teria sido detectada tanto no interior da célula (15 N incorporado como base nitrogenada no DNA) quanto no sobrenadante, pois o 15 N também seria incorporado no grupo amino dos aminoácidos nas proteínas). Portanto, o uso de 15 N não forneceria resultados conclusivos.

12. Existe apenas uma sequência possível de aminoácidos quando deduzida de um dado nucleotídeo. Mas várias sequências de nucleotídeos podem ser deduzidas de uma única sequência de aminoácidos. Explique esse fenômeno.
Responder. Alguns aminoácidos são codificados por mais de um códon (conhecido como degenerescência de códons), portanto, ao deduzir uma sequência de nucleotídeos de uma sequência de aminoácidos, várias sequências de nucleotídeos serão obtidas.
Por exemplo, tem três codous: AUU, AUC AUA, portanto, um depeptídeo. Met-Ile pode ter a seguinte sequência de nucleotídeos:
(i) AUG-AUU
(ii) AUG-AUC
(iii) AUG-AUA - E se deduzirmos a sequência de aminoácidos das sequências de nucleotídeos acima, todos os três irão codificar para Met-IIe

13. Uma mutação de base única em um gene pode nem "sempre" resultar em perda ou ganho de função. Você acha que a afirmação está correta? Defenda sua resposta.
Responder. A afirmação está correta. Por causa da degenerescência dos códons, as mutações na terceira base do códon geralmente não resultam em qualquer alteração no fenótipo. Isso é chamado de mutações silenciosas.

14. Um baixo nível de expressão do operon lac ocorre o tempo todo. Você pode explicar a lógica por trás desse fenômeno?
Responder. Na ausência completa de expressão do operão lac, a permease não será sintetizada, o que é essencial para o transporte da lactose do meio para as células. E se a lactose não pode ser transportada para a célula, ela não pode atuar como indutores e, portanto, não pode liberar o operon lac de seu estado reprimido.

15. Como o sequenciamento do genoma humano abriu novas janelas para o tratamento de vários distúrbios genéticos. Discuta com seus colegas de classe.
Responder. O conhecimento sobre os efeitos das variações do DNA entre os indivíduos pode levar a novas maneiras revolucionárias de diagnosticar, tratar e, algum dia, prevenir os milhares de distúrbios que afetam os seres humanos.

  • Além de fornecer pistas para a compreensão da biologia humana, aprender sobre as sequências de DNA de organismos não humanos pode levar a uma compreensão de suas capacidades naturais que podem ser aplicadas para solucionar desafios em saúde, agricultura, produção de energia e remediação ambiental. Derivar conhecimento significativo das sequências de DNA definirá a pesquisa nas próximas décadas, levando à nossa compreensão dos sistemas biológicos. .
  • Essa enorme tarefa exigirá a experiência e a criatividade de dezenas de milhares de cientistas de diversas disciplinas, tanto no setor público quanto no privado em todo o mundo. Um dos maiores impactos de ter a sequência HG pode muito bem estar permitindo uma abordagem radicalmente nova para a pesquisa biológica. No passado, os pesquisadores estudavam um ou alguns genes de cada vez. Com sequências de genoma completo e novas tecnologias de alto rendimento, podemos abordar as questões sistematicamente e em uma escala muito mais ampla.
  • Eles podem estudar todos os genes em um genoma, por exemplo, todos os transcritos em um determinado tecido, órgão ou tumor, ou como dezenas de milhares de genes e proteínas trabalham juntos em redes interconectadas para orquestrar a química da vida.

16. O número total de genes em humanos é muito menor (& lt 25.000) do que a estimativa anterior (até 1,40.000 gene). Comente.
Responder. Sequências repetidas constituem uma porção muito grande do genoma humano. Sequências repetitivas são trechos de sequências de DNA que se repetem muitas vezes, às vezes centenas a milhares de vezes. Acredita-se que eles não tenham funções de codificação diretas, mas lançam luz sobre a estrutura, dinâmica e evolução dos cromossomos. Menos de 2 por cento do genoma codifica proteínas.

17. Agora, o sequenciamento da obtenção de genomas totais é menos caro a cada dia. Em breve, poderá ser viável para um homem comum ter seu genoma sequenciado. Qual, em sua opinião, pode ser a vantagem e a desvantagem desse desenvolvimento?
Responder. Vantagens:
1. O conhecimento sobre os efeitos das variações do DNA entre os indivíduos pode levar a novas formas revolucionárias de diagnosticar, tratar e, algum dia, prevenir os milhares de distúrbios que afetam os seres humanos.
2. Além de fornecer pistas para a compreensão da biologia humana, aprender sobre as sequências de DNA de organismos não humanos pode levar a uma compreensão de suas capacidades naturais que podem ser aplicadas para resolver desafios em saúde, agricultura, produção de energia e remediação ambiental.
3. A obtenção de conhecimento significativo a partir das sequências de DNA definirá a pesquisa nas próximas décadas, levando à nossa compreensão dos sistemas biológicos.
4. Eles podem estudar todos os genes em um genoma, por exemplo, todas as transcrições em um determinado tecido, órgão ou tumor, ou como dezenas de milhares de genes e proteínas trabalham juntos em redes interconectadas para orquestrar a química da vida.
Desvantagens:
1. Isso cria o problema de patenteamento de genes.
2. As pessoas se tornam mais descuidadas.

18. Seria apropriado usar sondas de DNA como o VNTR na impressão digital de DNA de um bacteriófago?
Responder. O bacteriófago não possui sequências repetitivas como VNTRs em seu genoma, pois seu genoma é muito pequeno e possui todas as sequências codificantes. A impressão digital de DNA não é feita para fagos.

19. Durante a síntese in vitro de DNA, um pesquisador usou 2 ', 3' - didesoxi citidina trifosfato como nucleotídeo bruto no lugar de 2 '-desoxi citidina. Qual seria a conseqüência?
Responder. A polimerização adicional não ocorreria, pois o 3'-OH no açúcar não existe para adicionar um novo nucleotídeo para formar a ligação éster.

20. Que informações básicas Watson e Crick disponibilizaram para o desenvolvimento de um modelo de DNA. Qual foi a contribuição deles?
Responder. Watson e Crick tinham as seguintes informações que os ajudaram a desenvolver um modelo de DNA.
(i) Lei de Chargaffs sugerindo A = T e C = G.
(ii) o trabalho de Wilkins e Rosalind Franklin em estudos de difração de raios-X de cristal de DNA sobre a estrutura física do DNA.
(iii) Watson e Crick propostos
uma. Como as bases complementares podem emparelhar
b. Replicação semiconservativa e '
c. Mutação por tautomerismo

21. Quais são as funções de (i) capa de guanosina metilada, (ii) “cauda” poli-A em um RNA maduro?
Responder. O tampão de guanina metilado ajuda na ligação do mRNA a uma subunidade ribossômica menor durante o início da tradução. A cauda Poly-A fornece longevidade à vida do mRNA. O comprimento da cauda e a longevidade do mRNA estão positivamente correlacionados.

22. Você acha que o splicing alternativo de exons pode permitir que um gene estrutural codifique várias isoproteínas de um mesmo gene? Se sim, como? Se não, por quê?
Responder. O mRN A funcional dos genes estruturais nem sempre precisa incluir todos os seus exons. Esse splicing alternativo de exons é específico do sexo, específico do tecido e até específico do estágio de desenvolvimento. Por esse splicing alternativo de exões, um único gene pode codificar para várias isoproteínas e / ou proteínas de classe semelhante. Na ausência desse tipo de splicing, deveria haver novos genes para cada proteína / isoproteína. Tal extravagância foi evitada nos fenômenos naturais por meio de splicing alternativo.

23. Comente sobre a utilidade da variabilidade no número de repetições tandem durante a impressão digital de DNA.
Responder. O tandemness em repetições fornece muitas cópias da sequência para impressão digital e variabilidade na sequência de base de nitrogênio nelas. Sendo específico do indivíduo, isso prova ser útil no processo de impressão digital de DNA.

Perguntas do tipo resposta longa
1. Faça um relato da experiência de Hershey e Chase. O que isso provou de forma conclusiva? Se o DNA e as proteínas contivessem fósforo e enxofre, você acha que o resultado teria sido o mesmo?
Responder. A prova inequívoca de que o DNA é o material genético veio dos experimentos de Alfred Hershey e Martha Chase (1952). Eles trabalharam com vírus que infectam bactérias chamadas bacteriófagos. O bacteriófago se liga à bactéria e seu material genético entra na célula bacteriana. A célula bacteriana trata o material genético viral como se fosse seu e, subsequentemente, fabrica mais partículas virais.

  • Hershey e Chase trabalharam para descobrir se era proteína ou DNA dos vírus que entraram na bactéria. Eles cultivaram alguns vírus em um meio que continha fósforo radioativo e alguns outros em um meio que continha enxofre radioativo. Os vírus cultivados na presença de fósforo radioativo continham DNA radioativo, mas não proteína radioativa, porque o DNA contém fósforo, mas a proteína não
  • Da mesma forma, os vírus cultivados em enxofre radioativo continham proteína radioativa, mas não DNA radioativo, porque o DNA não contém enxofre. Foi permitido que os fagos radioativos se ligassem às bactérias E. coli. Em seguida, à medida que a infecção avançava, as camadas virais foram removidas das bactérias, agitando-as em um liquidificador.
  • Foi permitido que os fagos radioativos se ligassem às bactérias E. Coli. Em seguida, à medida que a infecção avançava, as camadas virais foram removidas das bactérias, agitando-as em um liquidificador. As partículas de vírus foram separadas das bactérias girando-as em uma centrífuga. As bactérias infectadas com vírus que tinham DNA radioativo eram radioativas, indicando que o DNA era o material que passava do vírus para a bactéria.
  • As bactérias infectadas com vírus que continham proteínas radioativas não eram radioativas. Isso indica que as proteínas não entraram na bactéria dos vírus. O DNA é, portanto, o material genético que é passado de vírus para bactérias.

2. Durante o curso da evolução, por que o DNA foi escolhido em vez do RNA como material genético? Dê as razões discutindo primeiro os critérios desejados em uma molécula que pode atuar como material genético e à luz das diferenças bioquímicas entre DNA e RNA.
Responder. Uma molécula que pode atuar como um material genético deve atender aos seguintes critérios:
(i) Deve ser capaz de gerar sua réplica (Replicação):
• Devido à regra de pareamento de bases e complementaridade, ambos os ácidos nucléicos (DNA e RNA) têm a capacidade de direcionar suas duplicações. As outras moléculas do sistema vivo, como as proteínas, falham em cumprir os primeiros critérios.
(ii) Deve ser química e estruturalmente estável.
• O material genético deve ser estável o suficiente para não mudar com as diferentes fases do ciclo de vida, idade ou com mudança na fisiologia do organismo. A estabilidade como uma das propriedades do material genético era muito evidente no próprio "princípio de transformação" de Griffith aquele calor, que matou o. bactérias, - pelo menos não destruiu algumas das propriedades do material genético. Isso agora pode ser facilmente explicado à luz do DNA de que as duas fitas sendo complementares se separadas por aquecimento vêm juntas, quando as condições apropriadas são fornecidas.
• Além disso, o grupo 2'-OR presente em cada nucleotídeo no RNA é um grupo reativo e torna o RNA lábil e facilmente degradável. O RNA também é conhecido por ser catalítico, portanto reativo. Portanto, o DNA quimicamente é menos reativo e estruturalmente mais estável quando comparado ao RNA. Portanto, entre os dois ácidos nucléicos, o DNA é o melhor material genético. Na verdade, a presença de timina no lugar do uracil também confere estabilidade adicional ao DNA.
(Iii) Deve fornecer o escopo para mudanças lentas (mutação) que são necessárias
para a evolução.
• Tanto o DNA quanto o RNA podem sofrer mutações. Na verdade, sendo o RNA instável, sofre mutação em um ritmo mais rápido. Consequentemente, os vírus com genoma de RNA e com menor expectativa de vida sofrem mutação e evoluem mais rápido.
(iv) Deve ser capaz de se expressar na forma de 'Personagens Mendelianos'.
• O RNA pode codificar diretamente para a síntese de proteínas, portanto, pode expressar facilmente os caracteres. O DNA, entretanto, é dependente do RNA para a síntese de proteínas. A maquinaria de síntese de proteínas evoluiu em torno do RNA. A discussão acima indica que tanto o RNA quanto o DNA podem funcionar como material genético, mas o DNA sendo mais estável é preferido para armazenamento de informação genética. Para a transmissão de informações genéticas, o RNA é melhor.
• O RNA sendo um catalisador era reativo e, portanto, instável. Portanto, o DNA evoluiu do RNA com modificações químicas que o tornam mais estável.

3. Descreva as modificações pós-transcricionais de um mRNA eucariótico. “
Responder. Os transcritos primários (hn-RNA) contêm os exons e os íntrons e não são funcionais. Conseqüentemente, ele está sujeito a um processo chamado splicing, onde os íntrons são removidos e os exons são unidos em uma ordem definida. Intron é a porção do gene que é transcrita, mas não traduzida. Em procariotos, o hnRNA está ausente, portanto o splicing não é necessário. O hnRNA passa por um processamento adicional denominado capping and tailing.
No fechamento, um nucleotídeo incomum (trifosfato de metilguanosina) é adicionado à extremidade 5 'do hnRNA. Na cauda, ​​os resíduos de adenilato (200-300) são adicionados na extremidade 3 'de uma maneira independente do molde. É o hnRNA totalmente processado. agora chamado de mRNA, que é transportado para fora do núcleo para tradução.

4. Discuta o processo de tradução em detalhes.
Responder. Tradução refere-se ao processo de polimerização de aminoácidos para formar um polipeptídeo. Ribossomo é o local da síntese de proteínas. Os aminoácidos são unidos por uma ligação conhecida como ligação peptídica. A formação de uma ligação peptídica requer energia. Portanto, na própria primeira fase, os aminoácidos são ativados na presença de ATP e ligados ao seu tRNA cognato - um processo comumente chamado de ativação ou carregamento de tRNA ou aminoacilação de tRNA para ser mais específico.

  • Se dois desses tRNAs carregados forem aproximados o suficiente, a formação de ligações peptídicas entre eles seria energicamente favorecida. A presença de um catalisador aumentaria a taxa de formação da ligação peptídica. A fábrica celular responsável pela síntese de proteínas é o ribossomo. O ribossomo consiste em RNAs estruturais e cerca de 80 proteínas diferentes. Em seu estado inativo, ele existe como duas subunidades, uma subunidade grande e uma subunidade pequena.
  • Quando a pequena subunidade encontra um mRNA, o processo de tradução do mRNA em proteína começa. Existem dois locais na subunidade grande, para os aminoácidos subsequentes se ligarem e, assim, ficarem suficientemente próximos um do outro para a formação de uma ligação peptídica. O ribossomo também atua como um catalisador (23S rRNA em bactérias é a enzima-ribozima) para a formação de ligação peptídica ou polirribonucleotídeos.
  • Uma unidade de tradução no mRNA é a sequência de RNA que é flanqueada pelo códon de início (AUG) e códon de parada e codifica um polipeptídeo. Um mRNA também possui algumas sequências adicionais que não são traduzidas e são referidas como regiões não traduzidas (UTR). As UTRs estão presentes na extremidade 5 '(antes do códon de início) e na extremidade 3' (após o códon de parada). Eles são necessários para um processo de tradução eficiente.
  • Para a iniciação, o ribossomo se liga ao mRNA no códon de início (AUG), que é reconhecido apenas pelo tRNA iniciador. O ribossomo segue para a fase de alongamento da síntese de proteínas. Durante este estágio, complexos compostos por um aminoácido ligado ao tRNA, se ligam sequencialmente ao códon apropriado no mRNA, formando pares de bases complementares com o anticódon do tRNA. O ribossomo se move de códon a códon ao longo do mRNA.
  • Os aminoácidos são adicionados um a um, traduzidos em sequências polipeptídicas ditadas pelo DNA e representadas pelo mRNA. No final, um fator de liberação se liga ao códon de parada, encerrando a tradução e liberando o polipeptídeo completo do ribossomo.

5. Defina um operon. Dando um exemplo, explique um operon induzível.
Responder. Lac Operon

  • A elucidação do operon lac também foi resultado de uma estreita associação entre um geneticista, François Jacob e um bioquímico, Jacque Monod, em 1961. Eles foram os primeiros a elucidar um sistema regulado transcricionalmente. No operon lac (aqui lac se refere à lactose), um gene estrutural policistrônico é regulado por um promotor comum e genes reguladores.
  • Esse arranjo é muito comum em bactérias e é conhecido como operon. Para citar alguns exemplos, operon lac, operon trp, operon ara, operon his, operon val, etc. O operon lac é um tipo de operon induzível. No operon induzível, presença de um interruptor químico no operon. O operon lac consiste em um gene regulador (o gene i - aqui o termo i não se refere a indutor, mas é derivado da palavra inibidor) e três genes estruturais (z, y e a).
  • O gene z codifica a beta-galactosidase (p-gal), que é principalmente responsável pela hidrólise do dissacarídeo, lactose em suas unidades monoméricas, galactose e glicose. O gene y codifica a permease, o que aumenta a permeabilidade da célula a p-galactosídeos. O gene a codifica uma transacetilase.
  • Conseqüentemente, todos os três produtos gênicos no operon lac são necessários para o metabolismo da lactose. Na maioria dos outros operons também, os genes presentes no operon são necessários juntos para funcionar na mesma via metabólica ou em uma relacionada. O gene do operador é desligado na presença de um repressor. A RNA polimerase se liga ao gene promotor. A lactose é o substrato da enzima beta-galactosidase e regula a ativação e desativação do operon. Portanto, é denominado como indutor.
  • Na ausência de uma fonte de carbono preferida, como a glicose, se a lactose for fornecida no meio grcfwth das bactérias, a lactose é transportada para as células através da ação da permease (Lembre-se, um nível muito baixo de expressão do operon lac deve estar presente na célula o tempo todo, caso contrário, a lactose não pode entrar nas células). A lactose então induz o operon da seguinte maneira.
  • O repressor do operon é sintetizado (constitutivamente o tempo todo) a partir do gene i.
    Genes constitutivos ou genes de manutenção: esses genes estão se expressando constantemente porque seu produto é exigido pela célula o tempo todo. Por exemplo: Genes for ATPalse and glycolysis. A proteína repressora se liga à região operadora do operon e evita que a RNA polimerase transcreva o operon.
  • Na presença de um indutor, como lactose ou alolactose, o repressor é inativado pela interação com o indutor. Isso permite que a RNA polimerase acesse o promotor e a transcrição prossiga. Essencialmente, a regulação do operon lac também pode ser visualizada como a regulação da síntese enzimática por seu substrato.

6. ‘Há uma disputa de paternidade para uma criança’. Qual técnica pode resolver o problema? Discuta o princípio envolvido.
Responder. A impressão digital de DNA é usada para resolver a disputa de paternidade. A impressão digital de DNA envolve a identificação de diferenças em algumas regiões específicas da sequência de DNA, chamadas de DNA repetitivo, porque nessas sequências um pequeno trecho de DNA é repetido muitas vezes. Esses DNAs repetitivos são separados do DNA genômico em massa como diferentes picos durante a centrifugação em gradiente de densidade.
• O DNA em massa forma um pico principal e os outros pequenos picos são chamados de DNA satélite. Dependendo da composição de base (A: T rica ou G: C rica), comprimento do segmento e número de unidades repetitivas, o DNA do satélite
• é classificado em muitas categorias, como microssatélites, minissatélites etc. Essas sequências normalmente não codificam para nenhuma proteína, mas formam uma grande parte do genoma humano.
• Essas sequências mostram alto grau de polimorfismo e formam a base da impressão digital de DNA. Como o DNA de todos os tecidos (como sangue, folículo piloso, pele, osso, saliva, esperma etc.) de um indivíduo apresenta o mesmo grau de polimorfismo, eles se tornam uma ferramenta de identificação muito útil em aplicações forenses. Além disso, como os polimorfismos são herdáveis ​​de pais para filhos, a impressão digital de DNA é a base do teste de paternidade, em caso de disputa. *
• A técnica de impressão digital de DNA foi desenvolvida inicialmente por Alec
Jeffreys. Lalji Singh é chamado de pai da impressão digital de DNA indiana ou perfil de DNA ou tipagem de DNA. Ele usou um DNA de satélite como sonda que mostra um alto grau de polimorfismo. Foi chamado de Número Variável de Repetições Tandem (VNTR).
• A técnica, conforme usada anteriormente, envolveu a hibridização Southern blot usando VNTR radiomarcado como uma sonda. Incluiu
(i) Isolamento de DNA,
(ii) Digestão de DNA por endonucleases de restrição,
(iii) Separação de fragmentos de DNA por eletroforese,
(iv) Transferência (mancha) de fragmentos de DNA separados para membranas sintéticas, como nitrocelulose ou náilon,
(v) Hibridação usando sonda VNTR marcada, e
(vi) Detecção de fragmentos de DNA hibridados por autorradiografia.

7. Descreva os métodos usados ​​no sequenciamento do genoma humano.
Responder. Metodologias:
• Os métodos envolveram duas abordagens principais. Uma abordagem focou na identificação de todos os genes que são expressos como RNA (referidos como Marcadores de Sequência Expressa (ESTs). A outra adotou a abordagem cega de simplesmente sequenciar todo o conjunto do genoma que continha todas as sequências codificantes e não codificantes, e posteriormente atribuindo diferentes regiões na sequência com funções (um termo conhecido como anotação de sequência).
• Para o sequenciamento, o DNA total de uma célula é isolado e convertido em fragmentos aleatórios de tamanhos relativamente menores (o DNA de recall é um polímero muito longo e há limitações técnicas no sequenciamento de pedaços muito longos de DNA) e clonado em um hospedeiro adequado usando vetores. A clonagem resultou na amplificação de cada fragmento de DNA para que posteriormente pudesse ser sequenciado com facilidade.
• Os hospedeiros comumente usados ​​foram bactérias e leveduras, e os vetores foram chamados de BAC (cromossomos artificiais bacterianos) e YAC (cromossomos artificiais de leveduras). Os fragmentos foram sequenciados usando sequenciadores de DNA automatizados que trabalharam no princípio de um método desenvolvido por Frederick Sanger. Sanger também é creditado por desenvolver método para determinação de sequências de aminoácidos em proteínas. Essas sequências foram então organizadas com base em algumas regiões sobrepostas presentes nelas.
• Essa geração necessária de fragmentos sobrepostos para o sequenciamento. O alinhamento dessas sequências era humanamente impossível. Portanto, programas especializados baseados em computador foram desenvolvidos. Essas sequências foram posteriormente anotadas e atribuídas a cada cromossomo. Outra tarefa desafiadora foi atribuir os mapas genéticos e físicos do genoma. Isso foi gerado usando informações sobre polimorfismo de locais de reconhecimento de endonuclease de restrição e algumas sequências de DNA repetitivas conhecidas como microssatélites.

8. Liste os vários marcadores que são usados ​​na impressão digital de DNA.
Responder. Diferentes sistemas de marcadores de DNA, como polimorfismos de comprimento de fragmento de restrição (RFLPs), DNAs polimórficos amplificados aleatoriamente (RAPDs), polimorfismos de comprimento de fragmento amplificado (AFLPs), repetições de sequência simples (SSRs), que também são chamados de microssatélites, polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) e outros foi desenvolvido.

9. Foi permitido que a replicação ocorresse na presença de precursores de desoxinucleotídeos radioativos em E. coli que era um mutante para DNA ligase. O DNA radioativo sintetizado recentemente foi purificado e as fitas foram separadas por desnaturação. Estes foram centrifugados usando centrifugação em gradiente de densidade. Qual das alternativas a seguir seria um resultado correto?

Responder. (d)


1. Resultados Experimentais

1.1 O caso para aprender com a experiência

1.1.1 Uma Epistemologia da Experiência

Já se passaram duas décadas desde que Ian Hacking perguntou: & ldquoVemos através de um microscópio? & Rdquo (Hacking, 1981). A questão de Hacking realmente se colocava como podemos acreditar em um resultado experimental obtido com um aparato experimental complexo? Como podemos distinguir entre um resultado válido [2] e um artefato criado por esse aparato? Se o experimento deve desempenhar todos os papéis importantes na ciência mencionados acima e fornecer a base de evidências para o conhecimento científico, então devemos ter boas razões para acreditar nesses resultados. Hacking forneceu uma resposta extensa na segunda metade de Representando e Intervindo (1983). Ele ressaltou que mesmo que um aparato experimental esteja carregado com, no mínimo, a teoria do aparato, as observações permanecem robustas apesar das mudanças na teoria do aparelho ou na teoria do fenômeno. Sua ilustração foi a crença sustentada em imagens microscópicas, apesar da grande mudança na teoria do microscópio quando Abbe apontou a importância da difração em seu funcionamento. Uma razão que Hacking deu para isso é que, ao fazer tais observações, os experimentadores intervieram & mdash eles manipularam o objeto sob observação. Assim, ao olhar para uma célula através de um microscópio, pode-se injetar fluido na célula ou manchar a amostra. Espera-se que a célula mude de forma ou cor quando isso for feito.Observar o efeito previsto fortalece nossa crença tanto no funcionamento adequado do microscópio quanto na observação. Isso é verdade em geral. Observar o efeito previsto de uma intervenção fortalece nossa crença tanto no funcionamento adequado do aparato experimental quanto nas observações feitas com ele.

Hacking também discutiu o fortalecimento da crença de uma pessoa em uma observação por confirmação independente. O fato de que o mesmo padrão de pontos & corpos densos em células & mdash é visto com microscópios & ldquodiferentes & rdquo, (por exemplo, comum, polarização, contraste de fase, fluorescência, interferência, elétron, acústica etc.) argumenta para a validade da observação. Pode-se questionar se & ldquodifferent & rdquo é um termo carregado de teoria. Afinal, é a nossa teoria da luz e do microscópio que nos permite considerar esses microscópios diferentes uns dos outros. No entanto, o argumento é válido. Hacking argumenta corretamente que seria uma coincidência absurda se o mesmo padrão de pontos fosse produzido em dois tipos totalmente diferentes de sistemas físicos. Aparelhos diferentes têm origens diferentes e erros sistemáticos, tornando a coincidência, se for um artefato, muito improvável. Se for um resultado correto e os instrumentos estiverem funcionando corretamente, a coincidência de resultados é compreensível.

A resposta de Hacking está correta até o fim. No entanto, está incompleto. O que acontece quando se pode realizar o experimento com apenas um tipo de aparelho, como um microscópio eletrônico ou um radiotelescópio, ou quando a intervenção é impossível ou extremamente difícil? Outras estratégias são necessárias para validar a observação. [3] Isso pode incluir:

  1. Verificações experimentais e calibração, nas quais o aparato experimental reproduz fenômenos conhecidos. Por exemplo, se quisermos argumentar que o espectro de uma substância obtida com um novo tipo de espectrômetro está correto, podemos verificar que esse novo espectrômetro pode reproduzir a conhecida série de Balmer em hidrogênio. Se observarmos corretamente a Série Balmer, fortaleceremos nossa crença de que o espectrômetro está funcionando corretamente. Isso também fortalece nossa crença nos resultados obtidos com aquele espectrômetro. Se a verificação falhar, temos boas razões para questionar os resultados obtidos com esse aparelho.
  2. Reproduzindo artefatos que são conhecidos de antemão por estarem presentes. Um exemplo disso vem de experimentos para medir o espectro infravermelho de moléculas orgânicas (Randall et al. 1949). Nem sempre foi possível preparar uma amostra pura desse material. Às vezes, os experimentadores tinham que colocar a substância em uma pasta de óleo ou em solução. Nesses casos, espera-se observar o espectro do óleo ou do solvente, sobreposto ao da substância. Pode-se então comparar o espectro composto com o espectro conhecido do óleo ou solvente. A observação desse artefato dá confiança em outras medições feitas com o espectrômetro.
  3. Eliminação de fontes plausíveis de erro e explicações alternativas do resultado (a estratégia de Sherlock Holmes). [4] Assim, quando os cientistas afirmaram ter observado descargas elétricas nos anéis de Saturno, eles defenderam seu resultado, mostrando que não poderia ter sido causado por defeitos na telemetria, interação com o ambiente de Saturno, relâmpagos ou poeira . A única explicação restante para o resultado deles era que era devido a descargas elétricas nos anéis & mdash; não havia outra explicação plausível para a observação. (Além disso, o mesmo resultado foi observado pela Voyager 1 e Voyager 2. Isso forneceu uma confirmação independente. Freqüentemente, várias estratégias epistemológicas são usadas no mesmo experimento.)
  4. Usando os próprios resultados para argumentar por sua validade. Considere o problema das observações telescópicas de Galileu das luas de Júpiter. Embora se possa muito bem acreditar que seu telescópio primitivo e primitivo possa ter produzido pontos de luz espúrios, é extremamente implausível que o telescópio criasse imagens que pareceriam eclipses e outros fenômenos consistentes com os movimentos de um pequeno sistema planetário . Teria sido ainda mais implausível acreditar que os pontos criados satisfariam a Terceira Lei de Kepler (R 3 / T 2 = constante). Um argumento semelhante foi usado por Robert Millikan para apoiar sua observação da quantização da carga elétrica e sua medição da carga do elétron. Millikan observou: & ldquo O número total de mudanças que observamos seria entre um e dois mil, e em nenhum caso houve qualquer mudança que não representasse o advento após a queda de uma quantidade invariável definida de eletricidade ou um múltiplo muito pequeno dessa quantidade& rdquo (Millikan 1911, p. 360). Em ambos os casos, argumenta-se que não houve mau funcionamento plausível do aparelho, ou do pano de fundo, que explicaria as observações.
  5. Usando uma teoria dos fenômenos independentemente bem corroborada para explicar os resultados. Isso foi ilustrado na descoberta do W & plusmn, o bóson de vetor intermediário carregado exigido pela teoria unificada de Weinberg-Salam de interações eletrofracas. Embora esses experimentos usassem aparatos muito complexos e outras estratégias epistemológicas (para detalhes veja (Franklin 1986, pp. 170 & ndash72)). Acredito que a concordância das observações com as previsões teóricas das propriedades das partículas ajudou a validar os resultados experimentais. Nesse caso, as partículas candidatas foram observadas em eventos que continham um elétron com alto momento transversal e nos quais não havia jatos de partículas, exatamente como previsto pela teoria. Além disso, a massa de partícula medida de 81 & plusmn 5 GeV / c 2 e 80 +10 -6, GeV / c 2, encontrado nos dois experimentos (observe também a confirmação independente), estava de acordo com a previsão teórica de 82 & plusmn 2,4 GeV / c 2. Era muito improvável que qualquer efeito de fundo, que pudesse imitar a presença da partícula, estivesse de acordo com a teoria.
  6. Usando um aparelho baseado em uma teoria bem corroborada. Nesse caso, o apoio à teoria inspira confiança no aparato baseado nessa teoria. É o caso do microscópio eletrônico e do radiotelescópio, cujas operações são baseadas em teorias bem fundamentadas, embora outras estratégias também sejam utilizadas para validar as observações feitas com esses instrumentos.
  7. Usando argumentos estatísticos. Um exemplo interessante disso surgiu na década de 1960, quando a busca por novas partículas e ressonâncias ocupou uma fração substancial do tempo e do esforço dos físicos que trabalhavam em física experimental de alta energia. A técnica usual era traçar o número de eventos observados como uma função da massa invariante das partículas de estado final e procurar saliências acima de um fundo liso. O critério informal usual para a presença de uma nova partícula era que ela resultasse em um efeito de três desvios-padrão acima do fundo, um resultado que tinha uma probabilidade de 0,27% de ocorrer em um único compartimento. Esse critério foi posteriormente alterado para quatro desvios padrão, que tinham uma probabilidade de 0,0064% quando foi apontado que o número de gráficos plotados a cada ano por físicos de alta energia tornava bastante provável, em termos estatísticos, que um desvio padrão de três efeito seria observado.

Essas estratégias, juntamente com a intervenção de Hacking e a confirmação independente, constituem uma epistemologia do experimento. Eles nos fornecem boas razões para acreditar em resultados experimentais, mas não garantem que os resultados sejam corretos. Existem muitos experimentos em que essas estratégias são aplicadas, mas cujos resultados se mostram mais tarde incorretos (exemplos serão apresentados a seguir). A experiência é falível. Essas estratégias também não são exclusivas ou exaustivas. Nenhum deles, ou combinação fixa deles, garante a validade de um resultado experimental. Os físicos usam tantas estratégias quanto podem aplicar convenientemente em qualquer experimento.

1.1.2 Elaboração de Galison

No Como os experimentos terminam (1987), Peter Galison estendeu a discussão do experimento a situações mais complexas. Em suas histórias das medições da razão giromagnética do elétron, a descoberta do múon e a descoberta de correntes neutras fracas, ele considerou uma série de experimentos medindo uma única quantidade, um conjunto de diferentes experimentos culminando em uma descoberta, e dois experimentos de física de alta energia realizados por grandes grupos com aparatos experimentais complexos.

A visão de Galison é que os experimentos terminam quando os experimentadores acreditam que eles têm um resultado que se sustentará no tribunal - um resultado que acredito incluir o uso das estratégias epistemológicas discutidas anteriormente. Assim, David Cline, um dos experimentadores fracos de corrente neutra observou, "No momento, não vejo como fazer esses efeitos [os candidatos a eventos de corrente neutra fraca] irem embora" (Galison, 1987, p. 235).

Galison enfatiza que, dentro de um grande grupo experimental, diferentes membros do grupo podem achar diferentes evidências mais convincentes. Assim, no experimento de corrente neutra fraca de Gargamelle, vários membros do grupo acharam a única fotografia de um evento de espalhamento de elétrons de neutrino particularmente importante, enquanto para outros a diferença na distribuição espacial entre os candidatos de corrente neutra observados e o fundo de nêutrons foi decisiva. Galison atribui isso, em grande parte, às diferenças nas tradições experimentais, nas quais os cientistas desenvolvem habilidade no uso de certos tipos de instrumentos ou aparelhos. Na física de partículas, por exemplo, existe a tradição dos detectores visuais, como a câmara de nuvens ou a câmara de bolhas, em contraste com a tradição eletrônica do Geiger e dos contadores de cintilação e câmaras de centelha. Cientistas dentro da tradição visual tendem a preferir & ldquogolden eventos & rdquo que demonstram claramente o fenômeno em questão, enquanto aqueles na tradição eletrônica tendem a achar argumentos estatísticos mais persuasivos e importantes do que eventos individuais. (Para uma discussão mais aprofundada sobre este assunto, ver Galison (1997)).

Galison aponta que grandes mudanças na teoria e na prática experimental e instrumentos não ocorrem necessariamente ao mesmo tempo. Esta persistência de resultados experimentais fornece continuidade entre essas mudanças conceituais. Assim, os experimentos sobre a razão giromagnética abrangeram o eletromagnetismo clássico, a velha teoria quântica de Bohr e a nova mecânica quântica de Heisenberg e Schrõdinger. Robert Ackermann ofereceu uma visão semelhante em sua discussão sobre instrumentos científicos.

Galison também discute outros aspectos da interação entre experimento e teoria. A teoria pode influenciar o que é considerado um efeito real, exigindo explicação, e o que é considerado um pano de fundo. Em sua discussão sobre a descoberta do múon, ele argumenta que o cálculo de Oppenheimer e Carlson, que mostrou que eram esperadas chuvas na passagem dos elétrons pela matéria, deixou as partículas penetrantes, posteriormente mostradas como múons, como o inexplicado fenômeno. Antes de seu trabalho, os físicos pensavam que o problema era a chuva de partículas, ao passo que as partículas penetrantes pareciam ser compreendidas.

O papel da teoria como uma “teoria habilitadora” (ou seja, uma que permite o cálculo ou estimativa do tamanho do efeito esperado e também do tamanho dos fundos esperados) também é discutido por Galison. (Ver também (Franklin 1995b) e a discussão do experimento Stern-Gerlach abaixo). Essa teoria pode ajudar a determinar se um experimento é viável. Galison também enfatiza que a eliminação do pano de fundo que pode simular ou mascarar um efeito é central para o empreendimento experimental, e não uma atividade periférica. No caso dos experimentos de corrente neutra fraca, a existência das correntes dependia crucialmente de mostrar que os candidatos a eventos não poderiam ser todos devido ao fundo de nêutrons. [6]

Também existe o perigo de que o projeto de um experimento possa impedir a observação de um fenômeno. Galison aponta que o projeto original de um dos experimentos de corrente neutra, que incluía um gatilho de múon, não teria permitido a observação de correntes neutras. Em sua forma original, o experimento foi projetado para observar correntes carregadas, que produzem um múon de alta energia. Correntes neutras não. Portanto, ter um gatilho de múon impedia sua observação. Só depois que a importância teórica da busca por correntes neutras foi enfatizada para os experimentadores é que o gatilho mudou. Mudar o projeto não garantiu, é claro, que as correntes neutras seriam observadas.

Galison também mostra que os pressupostos teóricos dos experimentadores podem entrar na decisão de encerrar um experimento e relatar o resultado. Einstein e de Haas encerraram sua busca por erros sistemáticos quando seu valor para a razão giromagnética do elétron, g = 1, de acordo com seu modelo teórico de elétrons em órbita. Este efeito de pressuposições pode fazer com que alguém seja cético em relação aos resultados experimentais e ao seu papel na avaliação da teoria. A história de Galison mostra, no entanto, que, neste caso, a importância da medição levou a muitas repetições da medição. Isso resultou em um resultado acordado que discordou das expectativas teóricas.

Recentemente, Galison modificou seus pontos de vista. No Imagem e lógica, um estudo extenso de instrumentação na física de alta energia do século 20, Galison (1997) estendeu seu argumento de que há duas tradições experimentais distintas dentro desse campo - a tradição visual (ou imagem) e a tradição eletrônica (ou lógica). A tradição da imagem usa detectores como câmaras de nuvem ou câmaras de bolhas, que fornecem informações detalhadas e extensas sobre cada evento individual. Os detectores eletrônicos usados ​​pela tradição lógica, como contadores geiger, contadores de cintilação e câmaras de centelha, fornecem informações menos detalhadas sobre eventos individuais, mas detectam mais eventos. A visão de Galison é que os experimentadores que trabalham nessas duas tradições formam grupos epistêmicos e linguísticos distintos que contam com diferentes formas de argumento. A tradição visual enfatiza o evento único & ldquogolden & rdquo. & ldquoNo lado da imagem reside um compromisso profundo com o & lsquogolden evento & rsquo: a única imagem de tal clareza e distinção que exige aceitação. & rdquo (Galison, 1997, p. 22) & ldquoO evento dourado foi o exemplo da tradição da imagem: um instância individual tão completa e bem definida, tão & lsquomanifestly & rsquo livre de distorção e fundo que nenhum dado adicional precisou ser envolvido & rdquo (p. 23). Como os eventos individuais fornecidos nos detectores lógicos continham informações menos detalhadas do que as imagens da tradição visual, foram necessários argumentos estatísticos baseados em um grande número de eventos.

Kent Staley (1999) discorda. Ele argumenta que as duas tradições não são tão distintas quanto Galison acredita:

Staley acredita que embora haja certamente continuidade epistêmica dentro de uma dada tradição, também há uma continuidade entre as tradições. Isso não significa, creio eu, que o compromisso compartilhado inclua todos os argumentos oferecidos em qualquer instância particular, mas sim que os mesmos métodos são freqüentemente usados ​​por ambas as comunidades. Galison não nega que métodos estatísticos sejam usados ​​na tradição da imagem, mas pensa que são relativamente sem importância. “Embora a estatística pudesse certamente ser usada dentro da tradição da imagem, ela não era de forma alguma necessária para a maioria das aplicações” (Galison, 1997, p. 451). Em contraste, Galison acredita que os argumentos na tradição lógica & ldquowere inerente e inalienavelmente estatísticos. A estimativa de erros prováveis ​​e o excesso estatístico sobre o fundo não é uma questão secundária nesses detectores & mdashit é central para a possibilidade de qualquer demonstração & rdquo (p. 451).

Embora uma discussão detalhada da discordância entre Staley e Galison nos levasse muito longe do assunto deste ensaio, os dois concordam que são apresentados argumentos para a correção dos resultados experimentais. Seu desacordo diz respeito à natureza desses argumentos. (Para uma discussão mais aprofundada, ver Franklin, (2002), pp. 9 e ndash17).

1.2 O Caso Contra a Aprendizagem da Experiência

1.2.1 Collins e o regressão dos experimentadores

Collins, Pickering e outros levantaram objeções à visão de que os resultados experimentais são aceitos com base em argumentos epistemológicos. Eles ressaltam que “um crítico suficientemente determinado pode sempre encontrar uma razão para contestar qualquer alegada & lsquoresult & rsquo & rdquo” (MacKenzie 1989, p. 412). Harry Collins, por exemplo, é bem conhecido por seu ceticismo em relação aos resultados experimentais e às evidências. Ele desenvolve um argumento que chama de & ldquoexperimenters 'regress & rdquo (Collins 1985, capítulo 4, pp. 79 & ndash111): O que os cientistas consideram um resultado correto é aquele obtido com um aparelho experimental bom, isto é, funcionando corretamente. Mas um bom aparato experimental é simplesmente aquele que dá resultados corretos. Collins afirma que não há critérios formais que alguém possa aplicar para decidir se um aparato experimental está funcionando corretamente ou não. Em particular, ele argumenta que calibrar um aparelho experimental usando um sinal substituto não pode fornecer uma razão independente para considerar o aparelho confiável.

Na visão de Collins, a regressão é eventualmente quebrada por negociação dentro da comunidade científica apropriada, um processo impulsionado por fatores como a carreira, interesses sociais e cognitivos dos cientistas e a utilidade percebida para trabalhos futuros, mas que não está decidido pelo que podemos chamar de critérios epistemológicos ou julgamento racional. Assim, Collins conclui que sua regressão levanta sérias questões relativas tanto à evidência experimental quanto ao seu uso na avaliação de hipóteses e teorias científicas. Na verdade, se nenhuma saída da regressão puder ser encontrada, então ele tem razão.

O candidato mais forte de Collins para um exemplo de regressão dos experimentadores é apresentado em sua história das primeiras tentativas de detectar radiação gravitacional, ou ondas gravitacionais. (Para uma discussão mais detalhada deste episódio, consulte (Collins 1985 1994 Franklin 1994 1997a) Neste caso, a comunidade da física foi forçada a comparar as afirmações de Weber de que ele havia observado ondas gravitacionais com os relatórios de seis outros experimentos que não conseguiram detectá-las. por um lado, Collins argumenta que a decisão entre esses resultados experimentais conflitantes não poderia ser tomada em bases epistemológicas ou metodológicas & mdashhe afirma que os seis experimentos negativos não poderiam ser legitimamente considerados como réplicas [7] e, portanto, tornar-se menos impressionantes. Por outro lado, O aparato de Weber, justamente porque os experimentos usaram um novo tipo de aparato para tentar detectar um fenômeno até então não observado, [8] não puderam ser submetidos a técnicas de calibração padrão.

Os resultados apresentados pelos críticos de Weber não foram apenas mais numerosos, mas também foram cuidadosamente verificados.Os grupos trocaram dados e programas de análise e confirmaram seus resultados. Os críticos também investigaram se seu procedimento de análise, o uso de um algoritmo linear, poderia ser responsável por sua falha em observar os resultados relatados por Weber. Eles haviam usado o procedimento preferido de Weber, um algoritmo não linear, para analisar seus próprios dados e ainda não encontraram nenhum sinal de efeito. Eles também calibraram seus aparelhos experimentais inserindo pulsos acústicos de energia conhecida e descobrindo que podiam detectar um sinal. Weber, por outro lado, assim como seus críticos usando seu procedimento de análise, não conseguiram detectar tais pulsos de calibração.

Além disso, várias outras questões sérias foram levantadas sobre os procedimentos de análise de Weber. Isso incluiu um erro de programação admitido que gerou coincidências espúrias entre os dois detectores de Weber, possível viés de seleção de Weber, o relatório de Weber de coincidências entre dois detectores quando os dados foram coletados com quatro horas de intervalo e se o aparelho experimental de Weber poderia ou não produzir as coincidências estreitas reivindicado.

Parece claro que os resultados dos críticos foram muito mais confiáveis ​​do que os de Weber. Eles haviam verificado seus resultados por confirmação independente, que incluía o compartilhamento de dados e programas de análise. Eles também eliminaram uma fonte plausível de erro, a dos pulsos serem mais longos do que o esperado, analisando seus resultados usando o algoritmo não linear e procurando explicitamente por esses pulsos longos. [9] Eles também calibraram seus aparelhos injetando pulsos de energia conhecida e observando a saída.

Ao contrário de Collins, acredito que a comunidade científica fez um julgamento fundamentado, rejeitou os resultados de Weber e aceitou os de seus críticos. Embora nenhuma regra formal tenha sido aplicada (por exemplo, se você cometer quatro erros, em vez de três, seus resultados carecem de credibilidade ou se houver cinco, mas não seis, resultados conflitantes, seu trabalho ainda é confiável), o procedimento era razoável.

Pickering argumentou que as razões para aceitar resultados são a utilidade futura de tais resultados para a prática teórica e experimental e a concordância de tais resultados com os compromissos existentes da comunidade. Ao discutir a descoberta de correntes neutras fracas, Pickering afirma,

Muito simplesmente, os físicos de partículas aceitaram a existência da corrente neutra porque podiam ver como exercer seu comércio de forma mais lucrativa em um mundo em que a corrente neutra era real. (1984b, p. 87)

As comunidades científicas tendem a rejeitar dados que entrem em conflito com os compromissos do grupo e, inversamente, a ajustar suas técnicas experimentais para sintonizar os fenômenos consistentes com esses compromissos. (1981, p. 236)

A ênfase na utilidade futura e nos compromissos existentes é clara. Esses dois critérios não concordam necessariamente. Por exemplo, há episódios na história da ciência em que mais oportunidades para trabalhos futuros são proporcionadas pela derrubada da teoria existente. (Veja, por exemplo, a história da derrubada da conservação da paridade e da simetria do CP discutida abaixo e em (Franklin 1986, Cap. 1, 3)).

1.2.2 Pickering em Oportunismo Comunal e Recursos Plásticos

Pickering ofereceu recentemente uma visão diferente dos resultados experimentais. Em sua opinião, o procedimento material (incluindo o próprio aparato experimental junto com sua montagem, operação e monitoramento de seu funcionamento), o modelo teórico desse aparato e o modelo teórico dos fenômenos sob investigação são todos recursos plásticos que o investigador traz relações de apoio mútuo. (Pickering 1987 Pickering 1989). Ele diz:

Ele usa a pesquisa de Morpurgo para quarks livres, ou cargas fracionárias de 1/3 e ou 2/3 e, Onde e é a carga do elétron. (Ver também (Gooding 1992)). Morpurgo usou um aparelho moderno do tipo Millikan e inicialmente encontrou uma distribuição contínua de valores de carga. Depois de alguns ajustes no aparelho, Morpurgo descobriu que, se separasse as placas do capacitor, obtinha apenas valores integrais de carga. & ldquoApós alguma análise teórica, Morpurgo concluiu que agora tinha seu aparelho funcionando corretamente e relatou sua falha em encontrar qualquer evidência de cargas fracionárias & rdquo (Pickering 1987, p. 197).

Pickering prossegue observando que Morpurgo não mexeu com as duas teorias concorrentes dos fenômenos então em oferta, as de carga integral e fracionária:

A fonte inicial de dúvida sobre a adequação dos estágios iniciais do experimento era precisamente o fato de que suas descobertas - cargas distribuídas continuamente - não eram consoantes com nenhum dos modelos fenomenais que Morpurgo estava preparado para aprovar. E o que motivou a busca por um novo modelo instrumental foi o eventual sucesso de Morpurgo em produzir achados de acordo com um dos modelos fenomenais que ele estava disposto a aceitar.

A conclusão da primeira série de experimentos de Morpurgo, então, e a produção do relatório de observação que sustentaram, foi marcada por trazer relações de apoio mútuo dos três elementos que discuti: a forma material do aparelho e os dois modelos conceituais. , um instrumental e outro fenomenal. Atingir tais relações de apoio mútuo é, sugiro, a característica definidora do experimento bem-sucedido. (p. 199)

Pickering apresentou vários pontos importantes e válidos a respeito do experimento. Mais importante ainda, ele enfatizou que um aparato experimental é inicialmente raramente capaz de produzir resultados experimentais válidos e que alguns ajustes, ou remendos, são necessários antes disso. Ele também reconheceu que tanto a teoria do aparelho quanto a teoria dos fenômenos podem entrar na produção de um resultado experimental válido. O que se pode questionar, entretanto, é a ênfase que ele dá a esses componentes teóricos. De Millikan em diante, os experimentos apoiaram fortemente a existência de uma unidade fundamental de carga e quantização de carga. A falha do aparelho de Morpurgo produziu medições de carga integral indicou que ele não estava operando adequadamente e que seu entendimento teórico dele era deficiente. Foi a falha em produzir medições de acordo com o que já era conhecido (ou seja, a falha de uma verificação experimental importante) que gerou dúvidas sobre as medições de Morpurgo. Isso era verdade independentemente dos modelos teóricos disponíveis ou daqueles que Morpurgo estava disposto a aceitar. Somente quando o aparelho de Morpurgo pôde reproduzir medidas conhecidas é que ele passou a ser confiável e usado para pesquisar cargas fracionárias. Certamente, Pickering permitiu um papel para o mundo natural na produção do resultado experimental, mas não parece ser decisivo.

1.2.3 Respostas críticas ao Pickering

Ackermann ofereceu uma modificação da visão de Pickering. Ele sugere que o próprio aparato experimental é um recurso menos plástico do que o modelo teórico do aparato ou do fenômeno.

Hacking (1992) também ofereceu uma versão mais complexa da visão posterior de Pickering. Ele sugere que os resultados da ciência de laboratório madura alcançam estabilidade e são auto-justificativos quando os elementos da ciência de laboratório são trazidos para consistência e apoio mútuos. Estas são (1) ideias: perguntas, conhecimento prévio, teoria sistemática, hipóteses tópicas e modelagem do aparelho (2) coisas: alvo, fonte de modificação, detectores, ferramentas e geradores de dados e (3) marcas e a manipulação de marcas: dados, avaliação de dados, redução de dados, análise de dados e interpretação.

A ciência de laboratório estável surge quando as teorias e os equipamentos de laboratório evoluem de tal forma que combinam entre si e se autojustificam mutuamente. (1992, p. 56)

Nós inventamos dispositivos que produzem dados e isolam ou criam fenômenos, e uma rede de diferentes níveis de teoria é fiel a esses fenômenos. Por outro lado, podemos no final contá-los apenas como fenômenos, apenas quando os dados podem ser interpretados pela teoria. (pp. 57 & ndash8)

Pode-se perguntar se esse ajuste mútuo entre a teoria e os resultados experimentais sempre pode ser alcançado? O que acontece quando um resultado experimental é produzido por um aparato no qual várias das estratégias epistemológicas, discutidas anteriormente, foram aplicadas com sucesso, e o resultado está em desacordo com nossa teoria do fenômeno? Teorias aceitas podem ser refutadas. Vários exemplos serão apresentados a seguir.

Hacking se preocupa com o que acontece quando uma ciência de laboratório que é fiel aos fenômenos gerados no laboratório, graças ao ajuste mútuo e à autodefesa, é aplicada com sucesso ao mundo fora do laboratório. Isso argumenta a favor da verdade da ciência. Na opinião de Hacking, não. Se a ciência de laboratório produz efeitos felizes no "mundo denominado", diabos, não é a verdade de nada que causa ou explica os efeitos felizes "(1992, p. 60).

1.2.4 Pickering e a dança da agência

Recentemente, Pickering ofereceu um relato um tanto revisado da ciência. & ldquoMinha imagem básica da ciência é performativa, na qual os desempenhos, as ações das ações humanas e materiais vêm à tona. Cientistas são agentes humanos em um campo de ação material que eles lutam para capturar em máquinas (Pickering, 1995, p. 21). & Rdquo Ele então discute a complexa interação entre ação humana e material, que eu interpreto como a interação entre experimentadores, seus aparato, e o mundo natural.

A ideia de resistência de Pickering é ilustrada pela observação de Morpurgo de carga elétrica contínua, em vez de integral ou fracionária, o que não estava de acordo com suas expectativas. A acomodação de Morpurgo consistiu em mudar seu aparato experimental usando uma separação maior entre suas placas e também modificando sua explicação teórica do aparelho. Feito isso, cargas integrais foram observadas e o resultado estabilizado pelo acordo mútuo entre o aparelho, a teoria do aparelho e a teoria do fenômeno. Pickering observa que & rdquothe resultados dependem de como o mundo é (p. 182). & Ldquo & rdquo Desta forma, então, como é o mundo material vaza e infecta nossas representações de uma forma não trivial e consequente. Minha análise, portanto, mostra um envolvimento íntimo e responsivo entre o conhecimento científico e o mundo material que é parte integrante da prática científica (p. 183). & Ldquo

No entanto, há algo confuso na invocação de Pickering do mundo natural. Embora Pickering reconheça a importância do mundo natural, seu uso do termo & rdquoinfects & ldquo parece indicar que ele não está totalmente satisfeito com isso. Nem o mundo natural parece ter muita eficácia. Nunca parece ser decisivo em nenhum dos estudos de caso de Pickering. Lembre-se de que ele argumentou que os físicos aceitavam a existência de correntes neutras fracas porque & rdquoteles poderiam exercer seu comércio de forma mais lucrativa em um mundo em que a corrente neutra fosse real. & Ldquo Em seu relato, a observação de Morpurgo da carga contínua é importante apenas porque discorda de sua modelos teóricos do fenômeno. O fato de que ele discordou de numerosas observações anteriores de carga integral não parece importar. Isso é ainda ilustrado pela discussão de Pickering sobre o conflito entre Morpurgo e Fairbank. Como vimos, Morpurgo relatou que não observou cargas elétricas fracionárias. Por outro lado, no final dos anos 1970 e início dos anos 1980, Fairbank e seus colaboradores publicaram uma série de artigos nos quais afirmavam ter observado cobranças fracionárias (ver, por exemplo, LaRue, Phillips et al. 1981). Diante dessa discórdia, Pickering conclui:

O mundo natural parece ter desaparecido do relato de Pickering. Há uma questão real aqui quanto à existência ou não de cargas fracionárias na natureza. As conclusões a que chegaram Fairbank e Morpurgo sobre sua existência não podem ser ambas corretas. Parece insuficiente meramente afirmar, como faz Pickering, que Fairbank e Morpurgo alcançaram suas estabilizações individuais e deixar o conflito sem solução. (Pickering comenta que se poderia seguir a história subsequente e ver como o conflito foi resolvido, e ele dá algumas declarações breves sobre isso, mas sua resolução não é importante para ele). No mínimo, deve-se considerar as ações da comunidade científica. O conhecimento científico não é determinado individualmente, mas comunitariamente. Pickering parece reconhecer isso. “Alguém pode, portanto, querer estabelecer uma métrica e dizer que os itens do conhecimento científico são mais ou menos objetivos dependendo da extensão em que estão inseridos no resto da cultura científica, socialmente estabilizados ao longo do tempo e assim por diante. Não consigo ver nada de errado em pensar dessa maneira e diabos. (p. 196). & ldquo O fato de Fairbank acreditar na existência de cargas elétricas fracionárias, ou de Weber acreditar fortemente que observou ondas de gravidade, não os torna corretos. Essas são questões sobre o mundo natural que podem ser resolvidas. Ou as cargas fracionárias e as ondas de gravidade existem ou não, ou para ser mais cauteloso, podemos dizer que temos ou não boas razões para apoiar nossas afirmações sobre sua existência.

Outra questão negligenciada por Pickering é a questão de saber se um ajuste mútuo particular da teoria, do aparato ou do fenômeno, e do aparato experimental e da evidência é justificado. Pickering parece acreditar que qualquer ajuste que forneça estabilização, seja para um indivíduo ou para a comunidade, é aceitável. Outros discordam. Eles observam que os experimentadores às vezes excluem dados e se envolvem em procedimentos de análise seletiva na produção de resultados experimentais. Essas práticas são, no mínimo, questionáveis, assim como o uso dos resultados produzidos por tais práticas na ciência. Existem, de fato, procedimentos na prática normal da ciência que fornecem salvaguardas contra eles. (Para obter detalhes, consulte Franklin, 2002, Seção 1).

A diferença nas atitudes em relação à resolução da discórdia é uma das distinções importantes entre a visão da ciência de Pickering e Franklin. Franklin observa que não basta simplesmente dizer que a resolução é socialmente estabilizada. A questão importante é como essa resolução foi alcançada e quais foram as razões apresentadas para essa resolução. Se nos depararmos com resultados experimentais discordantes e ambos os experimentadores oferecerem argumentos razoáveis ​​para sua correção, então é claro que mais trabalho é necessário. Parece razoável, em tais casos, que a comunidade da física procure um erro em um ou em ambos os experimentos.

Pickering discute ainda outra diferença entre sua visão e a de Franklin. Pickering vê a filosofia da ciência tradicional em relação à objetividade & rdquoas decorrentes de um tipo peculiar de higiene mental ou policiamento do pensamento. Esta função policial relaciona-se especificamente com a escolha da teoria na ciência, que, & hellip é geralmente discutida em termos das regras ou métodos racionais responsáveis ​​pelo encerramento do debate teórico (p. 197). & Ldquo Ele continua a observar que,

Para uma discussão mais aprofundada, consulte (Franklin 1993b)). Embora a epistemologia do experimento de Franklin seja projetada para oferecer boas razões para a crença em resultados experimentais, eles não são um conjunto de regras. Franklin os considera como um conjunto de estratégias, a partir das quais os físicos escolhem, a fim de argumentar pela correção de seus resultados. Conforme observado acima, as estratégias oferecidas não são exclusivas nem exaustivas.

Há outro ponto de desacordo entre Pickering e Franklin. Pickering afirma estar lidando com a prática da ciência, mas exclui certas práticas de suas discussões. Uma prática científica é a aplicação das estratégias epistemológicas delineadas acima para argumentar pela correção de resultados experimentais. Na verdade, uma das características essenciais de um artigo experimental é a apresentação de tais argumentos. Escrever tais artigos, um ato performativo, também é uma prática científica e parece razoável examinar a estrutura e o conteúdo desses artigos.

1.2.5 Hacking é a construção social de quê?

Recentemente, Ian Hacking (1999, capítulo 3) forneceu uma discussão incisiva e interessante das questões que separam os construtivistas (Collins, Pickering, etc.) dos racionalistas (Stuewer, Franklin, Buchwald, etc.). Ele expõe três pontos de divergência entre as duas visões: 1) contingência, 2) nominalismo e 3) explicações externas de estabilidade.

Contingência é a ideia de que a ciência não é predeterminada, que poderia ter se desenvolvido de qualquer uma das várias maneiras bem-sucedidas. Essa é a visão adotada pelos construtivistas. Hacking ilustra isso com o relato de Pickering sobre a física de alta energia durante a década de 1970, durante a qual o modelo quark passou a dominar. (Veja Pickering 1984a).

O construcionista mantém uma tese de contingência. No caso da física, (a) física teórica, experimental, material) poderia ter se desenvolvido, por exemplo, de uma forma não quadrada e, pelos padrões detalhados que teriam evoluído com essa física alternativa, poderia ter sido tão bem-sucedida quanto recentemente a física tem sido por seus padrões detalhados. Além disso, (b) não há nenhum sentido em que esta física imaginada seria equivalente à física atual. O físico nega isso. (Hacking 1999, pp. 78 e ndash79).

Para resumir a doutrina de Pickering: poderia ter havido um programa de pesquisa tão bem-sucedido (& ldquoprogressivo & rdquo) quanto o da física de alta energia na década de 1970, mas com diferentes teorias, fenomenologia, descrições esquemáticas de aparato e aparato, e com uma progressiva, série de ajustes robustos entre esses ingredientes. Além disso, e isso é algo que precisa urgentemente de esclarecimento, a física & ldquodiferente & rdquo não teria sido equivalente à física atual. Não é logicamente incompatível com, apenas diferente.

O construcionista sobre (a ideia) de quarks, portanto, afirma que o resultado desse processo de acomodação e resistência não é totalmente predeterminado. O trabalho de laboratório requer que obtenhamos um ajuste robusto entre aparato, crenças sobre o aparato, interpretações e análises de dados e teorias. Antes que um ajuste robusto seja alcançado, não é determinado qual será o ajuste. Não determinado pela forma como o mundo é, não determinado pela tecnologia agora existente, não determinado pelas práticas sociais dos cientistas, não determinado por interesses ou redes, não determinado pelo gênio, não determinado por nada (pp. 72 e ndash73, ênfase adicionada).

Muito depende aqui do que Hacking quer dizer com & ldquodeterminado & rdquo. Se ele quer dizer implicado, então deve-se concordar com ele. É duvidoso que o mundo, ou mais propriamente, o que podemos aprender sobre ele, envolva uma teoria única. Se não, como parece mais plausível, ele quer dizer que o modo como o mundo é não impõe restrições a essa ciência bem-sucedida, então os racionalistas discordam fortemente. Eles argumentam que a forma como o mundo é restringe os tipos de teorias que se ajustam aos fenômenos, os tipos de aparatos que podemos construir e os resultados que podemos obter com tais aparatos.Pensar de outra forma parece bobagem. Considere um exemplo caseiro. Parece altamente improvável que alguém possa apresentar uma teoria bem-sucedida na qual objetos cuja densidade é maior que a do ar caem para cima. Esta não é uma caricatura da visão que Hacking descreve. Descrevendo a visão de Pickering, ele afirma: “A física não precisava seguir uma rota que envolvia as Equações de Maxwell, a Segunda Lei da Termodinâmica ou os valores atuais da velocidade da luz (p. 70).” Embora alguém possa ter alguma simpatia por isso vista no que diz respeito às Equações de Maxwell ou à Segunda Lei da Termodinâmica, pode-se discordar sobre o valor da velocidade da luz. Isso é determinado pela forma como o mundo é. Qualquer teoria da luz bem-sucedida deve dar esse valor para sua velocidade.

No outro extremo estão os & ldquoinevitablists & rdquo, entre os quais Hacking classifica a maioria dos cientistas. Ele cita Sheldon Glashow, um ganhador do Prêmio Nobel, & ldquoQualquer alienígena inteligente em qualquer lugar teria encontrado o mesmo sistema lógico que temos para explicar a estrutura dos prótons e a natureza das supernovas (Glashow 1992, p. 28). & Rdquo

Outra diferença entre Pickering e Franklin na contingência diz respeito à questão de não se uma alternativa é possível, mas sim se há razões pelas quais essa alternativa deve ser buscada. Pickering parece identificar posso com deveria.

No final dos anos 1970, houve uma discordância entre os resultados de experimentos de baixa energia sobre a violação da paridade atômica (a violação da simetria esquerda-direita) realizados na Universidade de Washington e na Universidade de Oxford e o resultado de um experimento de alta energia no espalhamento de elétrons polarizados de deutério (o experimento SLAC E122). Os experimentos de violação de paridade atômica falharam em observar os efeitos de violação de paridade previstos pela teoria unificada de Weinberg-Salam (W-S) de interações eletrofracas, enquanto o experimento SLAC observou o efeito previsto. Esses primeiros resultados da física atômica eram bastante incertos em si mesmos e essa incerteza foi aumentada por resultados positivos obtidos em experimentos semelhantes em Berkeley e Novosibirsk. Na época, a teoria tinha outro suporte probatório, mas não era universalmente aceita. Pickering e Franklin concordam que a teoria W-S foi aceita com base no resultado SLAC E122. Eles diferem dramaticamente em suas discussões sobre os experimentos. Sua diferença na contingência diz respeito a uma alternativa teórica particular que foi proposta na época para explicar a discrepância entre os resultados experimentais.

Pickering perguntou por que um teórico poderia não ter tentado encontrar uma variante da teoria do medidor eletrofraco que pudesse reconciliar os resultados de paridade atômica de Washington-Oxford com o resultado E122 positivo. (O que esse teórico deveria fazer com os resultados de paridade atômica de apoio fornecidos posteriormente por experimentos em Berkeley e em Novosibirsk nunca é mencionado). & ldquoMas embora seja verdade que E122 analisou seus dados de uma forma que exibiu a improbabilidade [a probabilidade do ajuste para o modelo híbrido foi 6 & vezes 10 & menos4] de uma classe particular de teorias de calibre variante, os chamados & lsquohybrid modelos & rsquo Não acredito que teria sido impossível conceber ainda mais variantes & rdquo (Pickering 1991, p. 462). Pickering observa que as receitas abertas para a construção de tais variantes foram escritas já em 1972 (p. 467). Teria sido possível fazer isso, mas pode-se perguntar se um cientista poderia ou não desejar fazê-lo. Se o cientista concordou com a visão de Franklin de que o experimento SLAC E122 forneceu um peso probatório considerável em apoio à teoria de WS e que um conjunto de resultados conflitantes e incertos de experimentos de violação de paridade atômica deu uma resposta ambígua sobre esse suporte, que razão eles teriam teve que inventar uma alternativa?

Isso não é para sugerir que os cientistas não se envolvam, ou não devam, se envolver em especulação, mas sim que não havia necessidade de fazê-lo neste caso. Os teóricos freqüentemente propõem alternativas às teorias existentes e bem confirmadas.

Os estudos de caso construtivistas sempre parecem resultar no apoio de uma teoria existente e aceita (Pickering 1984a 1984b 1991 Collins 1985 Collins e Pinch 1993). Uma crítica implícita em tais casos é que as alternativas não são consideradas, que o espaço de hipóteses de alternativas aceitáveis ​​é muito pequeno ou vazio. Alguém pode questionar isso seriamente. Assim, quando o experimento de Christenson et al. (1964) detectou K o 2 decadência em dois píons, o que parecia mostrar que a simetria CP (partícula-antipartícula combinada e simetria de inversão de espaço) foi violada, nada menos que 10 alternativas foram oferecidas. Estes incluíram (1) o modelo cosmológico resultante da disimetria local da matéria e antimatéria, (2) campos externos, (3) a decadência do K o 2 em um K o 1 com a decadência subsequente do K o 1 em dois píons, o que era permitido pela simetria, (4) a emissão de outra partícula neutra, & ldquothe paritino & rdquo no K o 2 decaimento, semelhante à emissão do neutrino no decaimento beta, (5) que um dos píons emitidos no decaimento era na verdade um & ldquospião, & rdquo um píon com spin um em vez de zero, (6) que o decaimento era devido a outra partícula neutra, o L, produzida coerentemente com o K o, (7) a existência de um universo & ldquoshadow & rdquo, que interagia com o nosso universo apenas por meio de interações fracas, e que a decadência vista era a decadência do & ldquoshadow K o 2, & rdquo (8) o fracasso da lei de decaimento exponencial, 9) o fracasso do princípio de superposição na mecânica quântica, e 10) que os píons de decaimento não eram bósons.

Como se pode ver, os limites impostos às alternativas não eram muito rígidos. No final de 1967, todas as alternativas foram testadas e consideradas insuficientes, deixando a simetria do CP desprotegida. Aqui, os diferentes julgamentos da comunidade científica sobre o que valia a pena propor e perseguir levaram a uma ampla variedade de alternativas sendo testadas.

O segundo ponto crítico do hacking é o nominalismo ou nome-ismo. Ele observa que, em sua forma mais extrema, o nominalismo nega que haja algo em comum ou peculiar a objetos selecionados por um nome, como & ldquoDouglas fir & rdquo, exceto pelo fato de serem chamados de Douglas fir. Os oponentes afirmam que bons nomes, ou bons relatos da natureza, nos dizem algo correto sobre o mundo. Isso está relacionado ao debate realismo-anti-realismo sobre o status de entidades inobserváveis ​​que tem atormentado os filósofos por milênios. Por exemplo, Bas van Fraassen (1980), um antirrealista, afirma que não temos base para acreditar em entidades inobserváveis ​​como o elétron e que aceitar teorias sobre o elétron significa apenas que acreditamos que as coisas que a teoria diz sobre os observáveis ​​são verdadeiras. Um realista afirma que os elétrons realmente existem e que, como, por exemplo, Wilfred Sellars observou, & ldquoto tem uma boa razão para sustentar uma teoria é ipso facto ter boas razões para sustentar que as entidades postuladas pela teoria existem (Sellars 1962, p. 97). & rdquo Na visão de Hacking, um nominalista científico é mais radical do que um antirrealista e é tão cético quanto aos abetos quanto aos elétrons. Um nominalista acredita ainda que as estruturas que concebemos são propriedades de nossas representações do mundo e não do próprio mundo. Hacking se refere aos oponentes dessa visão como estruturalistas inerentes.

Hacking também observa que este ponto está relacionado à questão dos & ldfatos científicos. & Rdquo Assim, os construtivistas Latour e Woolgar intitularam originalmente seu livro Vida de laboratório: a construção social de fatos científicos (1979). Andrew Pickering intitulou sua história do modelo de quark Construindo Quarks (Pickering 1984a). Os físicos argumentam que isso rebaixa seu trabalho. Steven Weinberg, um realista e físico, criticou o título de Pickering ao notar que nenhum montanhista jamais daria o nome de um livro Construindo Everest. Para Weinberg, os quarks e o Monte Everest têm o mesmo status ontológico. Ambos são fatos sobre o mundo. Hacking argumenta que os construtivistas, apesar das aparências, não acreditam que os fatos não existam ou que não exista realidade. Ele cita Latour e Woolgar & ldqu que & lsquoout-there-ness 'é um consequência do trabalho científico ao invés de sua causa (Latour e Woolgar 1986, p. 180). & rdquo Hacking razoavelmente conclui que,

Pode-se acrescentar, entretanto, que as razões que Hacking cita como suporte a essa crença nos são fornecidas por evidências experimentais válidas e não pelos interesses sociais e pessoais dos cientistas. Latour e Woolgar podem não concordar. Franklin argumenta que temos boas razões para acreditar nos fatos e nas entidades envolvidas em nossas teorias, sempre lembrando, é claro, que a ciência é falível.

O terceiro ponto crítico do hacking são as explicações externas de estabilidade.

O construcionista sustenta que as explicações para a estabilidade da crença científica envolvem, pelo menos em parte, elementos externos ao conteúdo da ciência. Esses elementos normalmente incluem fatores sociais, interesses, redes ou como eles forem descritos. Os oponentes sustentam que qualquer que seja o contexto da descoberta, a explicação da estabilidade é interna à própria ciência (Hacking 1999, p. 92).

Os racionalistas pensam que a maior parte da ciência prossegue como o faz à luz de boas razões produzidas pela pesquisa. Alguns corpos de conhecimento se tornam estáveis ​​devido à riqueza de boas razões teóricas e experimentais que podem ser aduzidas a seu respeito. Os construtivistas pensam que as razões não são decisivas para o curso da ciência. Nelson (1994) conclui que essa questão nunca será decidida. Os racionalistas, pelo menos retrospectivamente, sempre podem apresentar razões que os satisfaçam. Os construtivistas, com igual engenhosidade, podem sempre encontrar, para sua própria satisfação, uma abertura em que o resultado da pesquisa é determinado por algo diferente da razão. Algo externo. Essa é uma maneira de dizer que encontramos um ponto de & ldquosticking irresolúvel & rdquo (pp. 91 & ndash92)

Assim, há uma discordância bastante severa sobre as razões para a aceitação dos resultados experimentais. Para alguns, como Staley, Galison e Franklin, é por causa de argumentos epistemológicos. Para outros, como Pickering, as razões são a utilidade para a prática futura e a concordância com os compromissos teóricos existentes. Embora a história da ciência mostre que a derrubada de uma teoria bem aceita leva a uma enorme quantidade de trabalho teórico e experimental, os proponentes dessa visão parecem aceitá-la como não problemática que está sempre de acordo com a teoria existente que tem mais utilidade futura. Hacking e Pickering também sugerem que resultados experimentais são aceitos com base no ajuste mútuo de elementos que inclui a teoria do fenômeno.

No entanto, todos parecem concordar que um consenso surge sobre os resultados experimentais.


3. Conclusão

Neste ensaio, vários pontos de vista sobre a natureza dos resultados experimentais foram apresentados. Alguns argumentam que a aceitação dos resultados experimentais é baseada em argumentos epistemológicos, enquanto outros baseiam a aceitação na utilidade futura, nos interesses sociais ou no acordo com os compromissos existentes da comunidade. Todos concordam, no entanto, que por quaisquer razões, um consenso é alcançado sobre os resultados experimentais. Esses resultados, então, desempenham muitos papéis importantes na física e examinamos vários desses papéis, embora certamente não todos eles. Vimos experimentos decidindo entre duas teorias concorrentes, pedindo uma nova teoria, confirmando uma teoria, refutando uma teoria, fornecendo evidências que determinaram a forma matemática de uma teoria e fornecendo evidências para a existência de uma partícula elementar envolvida em uma teoria aceita . Também vimos que o experimento tem vida própria, independente da teoria. Se, como acredito, os procedimentos epistemológicos fornecem bases para uma crença razoável em resultados experimentais, então o experimento pode legitimamente desempenhar os papéis que discuti e pode fornecer a base para o conhecimento científico.


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