Moléculas, células e tecidos - biotecnologia Prof. Enrico Blota

Matéria: Biologia
Assunto: Moléculas, células e tecidos - biotecnologia
Prof. Enrico Blota
Biologia
Moléculas, células e tecidos - Biotecnologia
É a área da biologia que estuda o conjunto de técnicas que permite à Indústria cultivar
microrganismos para produção. A Biotecnologia abrange diferentes áreas do conhecimento
que incluem a ciência básica (Biologia Molecular, Microbiologia, Biologia celular, Genética,
Genômica, Embriologia etc.), a ciência aplicada (Técnicas imunológicas, químicas e bioquímicas)
e outras tecnologias (Informática e Robótica, por exemplo). A Engenharia Genética ocupa um
lugar de destaque como tecnologia inovadora, pois permite substituir métodos tradicionais de
produção (Hormônio de crescimento, Insulina) e permite obter produtos inteiramente novos
(Organismos transgênicos). A Biotecnologia transforma nossa vida cotidiana e o seu impacto
atinge vários setores produtivos, oferecendo novas oportunidades de emprego e inversões.
Hoje contamos com plantas resistentes a doenças, plásticos biodegradáveis, detergentes
mais eficientes, biocombustíveis, processos industriais e agrícolas menos poluentes, novos
medicamentos e um futuro promissor no tratamento de diversas doenças.
(adaptado de http://www.ort.org.br/biotecnologia)
Leitura obrigatória
Fatores importantes a se considerar em biotecnologia
Um gene é um fragmento de DNA que apresenta uma cadeia de bases nitrogenadas. É
caracterizado por sua função e também a proteína que irá formar a partir do dogma central da
biologia DNA – RNA – PROTEÍNAS. A ordem das bases nigrogenadas dos ácidos nucléicos é o
que determina o o código genético. Assim, temos a formação de RNAm e proteínas. Ao criarem
proteínas, os genes “constroem características”.
Um genoma de um ser vivo é o seu conjunto de genes guardado no núcleo (no caso dos
eucariontes) ou disperso no citoplasma (no caso dos procariontes).
A transcrição gênica de um RNA tem início quando a enzima polimerase do RNA se encaixa em
uma sequência especial de bases do DNA denominada região promotora de um gene e termina
em uma sequência de término da transcrição. Estudos mostram que transcrição e tradução
em bactérias e eucariotos apresentam aspectos bastantes distintos. Um deles é quanto ao
número de polipeptídios traduzidos a partir de um RNA mensageiro. Em bactérias, a molécula
de RNAm contém, em geral, a instrução para a síntese de mais de uma cadeia polipeptídica. Em
escherichia coli, por exemplo, as enzimas betagalactosidase, galactosidio-permease e acetilase
são traduzidas a partir de uma única molécula de RNAm. Por outro lado, nos eucariontes, a
regra é cada RNAm ser traduzido em um único tipo de polipeptídio.
Nos humanos há em torno de 3 bilhões de bases do DNA, porém há porções desse DNA que não
são codificantes (não formam proteínas - DNA lixo). Essas porções são chamadas de “introns”.
As porções que codificam proteínas são chamadas de “exons” e representam uma pequena
porcentagem do DNA. Entre as modificações sofridas no RNAm, a mais notável é a remoção
dos introns, processo que recebeu a denominação, em inglês, de splicing, que significa “corte
e emenda”. O processo de splicing do RNAm é realizado por um complexo de partículas e
enzimas nucleares conhecido como spliciossomo. As partículas que compõe o spliciossomo são
2
Biologia – Prof. Enrico Blota
constituídas por proteínas e por pequenas moléculas de um tipo especial de RNA encontrado
no núcleo, conhecido como snRNA (small nuclear RNA, pequeno RNA nuclear).
Diz-se que o código genético é universal, ou seja, os mesmos códons estão relacionados aos
mesmos aminoácidos em todos os seres vivos do planeta; é não ambíguo, ou seja, uma trinca
ou códon só determina um único aminoácido e nunca outro; é degenerado ou redundante,
ou seja, mais de um códon pode codificar o mesmo aminoácido, ou seja, várias trincas podem
codificar o mesmo aminoácido.
A ENGENHARIA GENÉTICA é a área da genética que envolve a manipulação dos genes e a
criação de diversas combinações entre os genes de organismos diferentes. As possibilidades são
as mais variadas, sendo possível produzir e até modificar os seres vivos, bem como aumentar
sua produção.
O plasmídio bacteriano é o DNA extra, circular e relacionado à reprodução sexuada (conjugação).
usado em biotecnologia na produção de diversas moléculas.
O sucesso da produção de animais transgênicos abriu a perspectiva de correção de doenças
genéticas, procedimento chamado de geneterapia. Teoricamente, seria possível substituir ou
adicionar às células de uma pessoa doente uma cópia correta do alelo alterado, causador da
doença genética. Mas apesar desse tipo de tratamento ainda não ser uma realidade prática,
muitos já se preocupam com os problemas éticos que ele possa trazer. Alguns argumentam que
a geneterapia poderia levar a um controle da distribuição de genes humanos. Outros acreditam
que não haveria nenhuma diferença entre a engenharia genética de células humanas e outros
métodos convencionais de terapia.
* Enzimas de restrição (Endonucleases de restrição)
São enzimas bacterianas que atuam como “tesouras moleculares“, reconhecendo sequências
de pares de bases específicas em moléculas de DNA e cortando-as nesses pontos. Elas são
altamente específicas: cada tipo de enzima reconhece e corta apenas uma determinada
sequência de nucleotídios, em geral constituída por 4 ou 6 pares de bases nitrogenadas.
Endonucleases de restrição são comparáveis e ferramentas que permitem cortar moléculas de
DNA de forma controlada e previsível.
www.enemquiz.com.br
3
* Eletroforese – Separação eletroforética de fragmentos de DNA.
É realizada em uma placa de gelatina especial (gel). A solução contendo os fragmentos de DNA
é colocada em fendas em uma das extremidades do gel, à qual é conectado o pólo negativo de
uma fonte geradora de corrente elétrica; à extremidade oposta do gel é ligada o pólo positivo
da fonte. A aplicação de uma diferença de potencial na placa de gel faz os fragmentos de DNA
se deslocarem em direção ao pólo positivo, uma vez que eles possuem carga elétrica negativa.
O deslocamento dos fragmentos de DNA no gel é comparável a uma corrida de obstáculos,
representados pelas fibras que formam o gel; o DNA movimenta-se entre as fibras e, quanto
menor o tamanho do fragmento, maior a velocidade com que ele se desloca. Quando o campo
elétrico é desligado, fragmentos do mesmo tamanho estacionam juntos em determinada
posição na placa de gel, formando uma faixa ou banda. As bandas podem ser visíveis com
auxílio de uma substância especial (brometo de etídio) que forma um complexo que se torna
visível quando iluminado com raios ultravioleta.
4
www.enemquiz.com.br
Biologia – Prof. Enrico Blota
* Expressão de genes em bactérias
www.enemquiz.com.br
5
* Genoma humano
Teve início em outubro de 1990, com a publicação de um plano de pesquisa cujo o objetivo
principal era determinar a sequência de todos os nucleotídios dos 24 cromossomos
constituintes do genoma humano (os 22 autossomos e os cromossomos sexuais X e Y). Outro
objetivo era identificar todos os genes humanos. Em 26 de junho de 2000, os pesquisadores
Francis Collins (líder do consórcio público do projeto) e Craig Venter (presidente da Celera
Genomics) anunciaram na Casa Branca (EUA), a conclusão de um esboço geral do genoma
humano. Os trabalhos foram publicados em revistas científicas importantes como a Cience
e Nature em fevereiro de 2001. Com o final do sequenciamento conclui-se que o genoma
humano é constituído por cerca de 3 bilhões de pares de nucleotídios, distribuídos nos 22
autossomos e nos cromossomos sexuais X e Y. Para se ter idéia de tudo isso, se escrevêssemos
a sequência de iniciais das bases (A,T,C e G) de apenas uma das cadeias do DNA constituintes
dos 24 cromossomos humanos em tipos bem pequenos, preencheríamos mais de 200 volumes
equivalentes a grossas listas telefônicas. Apenas 3% disso corresponde a genes; 97% são
sequências não codificantes, isto é, não transcritas para moléculas de RNA. O número total de
genes humanos (cerca de 20.000) é bem menor do que o previsto antes do sequenciamento do
genoma humano. Quanto a esse número, estamos em pé de igualdade com os camundongos
e pouco acima das moscas, cujo genoma possui 13.000 genes. Assim, a quantidade de genes
não é o que faz a diferença entre o grau de complexidade dos organismos, mas sim como
esses genes funcionam, suas relações entre si e com o ambiente. Muitos de nossos genes são
semelhantes aos de bactérias e vírus. Cerca de 40% de nossos genes são semelhantes aos
de vermes nematoideos, 60% são semelhantes aos de Drosophilas e nada menos que 90%
de nossos genes são semelhantes aos dos camundongos. Diferimos do nosso parente mais
próximo, o Chimpanzé, em apenas 1% das sequências de DNA, ou seja, em apenas 1 par de bases
nitrogenadas a cada 100 pares. Vale lembrar que proteoma é um conjunto de todas proteínas
produzidas por uma espécie. A partir do sequenciamento do genoma humano estuda-se agora
as milhares de proteínas que o homem pode produzir, bem como sua composição, estrutura e
funções que podem desempenhar. Não é suficiente enumerar a sequência de aminoácidos que
formam as proteínas, pois sua estrutura tridimensional também é importante para sabermos o
papel que elas realizam.
Clonagem
É um termo usado para a reprodução que forma indivíduos geneticamente iguais. O resultado
são cópias idênticas de um ser vivo que se deseja cultivar. Um exemplo muito comum é o
cultivo de estacas de vegetais a partir de uma planta mãe. As plantas descendentes podem ser
chamadas de clones, já que possuem o mesmo material genético da planta mãe. No caso de
muitos microorganismos é comum a formação de clones naturais a partir da reprodução por
divisão binária, como o que ocorre em bactérias e muitos unicelulares. Os clones não chamaram
atenção durante anos, pois a clonagem se restringia principalmente a plantas e protozoários.
Mas em 1996, um anúncio marcou a história da ciência, onde um escocês chamado Ian Wilmut,
do instituto Roslin, de Edimburgo, com colaboradores, conseguiu mostrar que era possível, a
partir de uma célula somática diferenciada, clonar um mamífero. Tratava-se da ovelha Dolly, da
raça Finn Dorset. O maior feito dos cientistas, foi fazer com que uma célula adulta se tornasse
totipotente (células-tronco) de novo. As células-tronco (ou totipotentes) possuem a capacidade
de se diferenciarem em diferentes tipos de células, em um processo antes considerado
6
www.enemquiz.com.br
Biologia – Prof. Enrico Blota
irreversível. Esse foi um dos casos de clonagem reprodutiva mais importantes de todos os
tempos, pois foi inovador e abriu novos caminhos para essa área da ciência.
(http://www.ghente.org/imagens/temas/clonagem/clonagem_dolly.gif)
Comentário
A Clonagem terapêutica baseia-se na
formação de tecidos ou órgãos a partir
de células tronco com imenso potencial
para ser usada no futuro com muita
eficácia, já que temos possibilidade de
formação de órgãos reais humanos.
www.enemquiz.com.br
7
* Clonagem molecular de DNA
8
www.enemquiz.com.br
Biologia – Prof. Enrico Blota
* Transgênicos
As técnicas de engenharia genética tornaram possível introduzir, por exemplo, genes humanos
em camundongos e até bactérias, ou genes de insetos em plantas, dentre outros casos. Os
organismos que recebem e incorporam em seu genoma genes de outra espécie são chamados
de organismos transgênicos. Diversos são os organismos transgênicos produzidos na atualidade,
tendo destaque a produção de soja transgênica e outros vegetais. Experimentos envolvendo
genes que estão envolvidos na bioluminescência foram feitos com sucesso, como é o caso
de camundongos com genes de cnidários que produzem luz e da planta tabaco com gene de
vagalume.
Células tronco (embrionárias ou adultas)
São tipos especiais de células capazes de se diferenciar e constituir diferentes tecidos do
organismo.
Possuem uma enzima chamada telomerase, que torna as células capazes de se dividir
indefinidamente, o que não ocorre com outras células.
www.enemquiz.com.br
9
* Os tipos de células tronco:
- Totipotentes
São células que produzem todas as células embrionárias e extraembrionárias (como os anexos
embrionários).
- Pluripotentes
São as células que podem produzir todos os tipos celulares de um embrião.
- Multipotentes
Podem produzir células de várias linhagens diferentes.
“Alguns autores usam os termos pluripotentes e multipotentes como sendo da mesma classe
de células tronco”
- Oligopotentes
Produzem células de apenas uma linhagem celular.
- Unipotentes
Podem produzir apenas um único tipo de célula madura.
10
www.enemquiz.com.br