Apostila do 3ºAno - 3ºBimestre

Aula 1: Código genético (C.G.) 

É a relação entre a sequência de bases no DNA e a sequência correspondente de aminoácidos, na proteína. A informação genética é transmitida através dos genes, porções de informação contida no DNA dos indivíduos. O C.G. forma os modelos hereditários dos seres vivos. 
Em genética, hereditariedade é o conjunto de processos biológicosque asseguram que cada ser vivo receba e transmita informações genéticas através da reprodução.
Já a Expressão génica é o processo pelo qual a informação hereditária contida em um gene (trechos de DNA), tal como a sequência de DNA, é processada em um produto gênico funcional, tal como proteínas ou RNA.
O Genótipo é conjunto dos genes de um indivíduo, ele condiciona os fenótipos totais, que é o resultado da expressão dos genes do organismo, da influência de fatores ambientais e da possível interação entre os dois. Ex: Uma mulher tem cabelos pretos, que herdou dos pais, seu genótipo para a cor dos cabelos caracteriza a cor preta, entretanto ela descoloriu com produtos e seu fenótipo agora é loiro ou ficou muito sol e o cabelo ficou avermelhado.
Nos núcleos das células encontramos dois tipos de ácidos nucleicos: o DNA (ácido desoxirribonucleico) e o RNA (ácido ribonucleico). As moléculas de DNA e de RNA são constituídas da união de unidades menores, os nucleotídeos.
Cada nucleotídeo é formado por um grupo fosfato, um açúcar (desoxirribose no DNA e ribose no RNA) e uma base nitrogenada. Existem cinco tipos diferentes de bases nitrogenadas: adenina (A), timina (T), guanina (G), citosina (C), e uracila (U). As quatro primeiras são encontradas no DNA. Já no RNA, a timina é substituída pela uracila.
Enquanto os nucleotídeos do RNA se agrupam numa cadeia simples, a molécula de DNA apresenta duas cadeias emparelhadas e enroladas uma sobre a outra, formando uma estrutura conhecida como "dupla hélice". As cadeias do DNA emparelham-se através da ligação entre as bases nitrogenadas: adenina com timina e citosina com guanina (A - T; C - G), que são unidas por pontes de hidrogênio.
Os cromossomos (estruturas presentes no núcleo das células dos seres vivos em geral e no citoplasma das bactérias) são constituídos por um longo filamento de DNA associado a certas proteínas chamadas histonas. Estes genes, presente nos cromossomos dão início a processos de fabricação de proteínas com as mais diversas funções no organismo.
A grande variação de genes aumenta as chances de sobrevivência das espécies, garantindo que um número suficiente de indivíduos consiga se adaptar às mudanças em seu meio ambiente e, assim, perpetue a espécie.

Aula 2: Síntese de proteínas

A importância em se produzir proteínas não está só em suas funções enzimática, transportadora, estrutural, hormonal, defesa, como também na regulação da expressão gênica, controlando a tradução e a transcrição.
A síntese de proteínas é um fenômeno relativamente rápido e muito complexo que ocorre em quase todos os organismos, e se desenvolve no interior das células. Este processo tem duas fases: transcrição e a tradução.
Existem três tipos de RNA: mensageiro (mRNA), ribossômico (rRNA) e transportador (tRNA). Todos eles também participam dos processos de síntese proteica, cada um apresentando diferentes funções.
O início da síntese de uma proteína se dá quando determinado trecho de DNA, um gene, tem suas duas cadeias separadas pela ação de uma enzima chamada polimerase do RNA. A polimerase do RNA orienta os nucleotídeos livres presentes no núcleo junto a uma dessas cadeias de DNA.
1)Transcrição: Os nucleotídeos de RNA agrupam-se segundo um emparelhamento de bases nitrogenadas parecido com o das duas cadeias do DNA, com a diferença de que a adenina se emparelha com a uracila (A - U). Forma-se então uma nova molécula de RNA, chamada de mRNA, que se desprende da cadeia de DNA e migra para o citoplasma.
Após esse processo a sequência de bases transcritas a partir do DNA carrega consigo a informação codificada para a construção de uma molécula de proteína. Essa codificação se dá na forma de trincas de bases nitrogenadas, chamadas códons.
As proteínas são moléculas formadas por uma sequência de unidades menores chamadas aminoácidos. Os códons do RNA formado nesse processo determinam os aminoácidos que constituirão uma determinada molécula de proteína. Eles contêm, portanto, uma mensagem para a síntese proteica.
2) Tradução: A etapa seguinte da síntese proteica ocorre no citoplasma das células, onde o mRNA formado durante a transcrição acopla-se a organelas chamadas ribossomos, que são constituídas por rRNA associado a proteínas. É nos ribossomos que ocorre a síntese e eles podem encontrar-se livres no citoplasma ou associados ao retículo endoplasmático rugoso.
Entra em ação, então, o RNA transportador, que recebe esse nome em virtude de transportar com ele os aminoácidos (unidades constituintes das proteínas). No tRNA há uma trinca de bases nitrogenadas denominadas anticódon, por meio das quais ele se liga temporariamente ao mRNA no ribossomo, pelas bases complementares (códon).
Os aminoácidos transportados em cada tRNA unem-se entre si por meio de uma ligação química conhecida por ligação peptídica. O ribossomo, que catalisa esse processo, desloca-se então sobre o mRNAe o primeiro tRNA se desliga do conjunto ribossomo-RNAm, sendo que os aminoácidos permanecem ligados.
Em seguida, uma nova molécula de tRNA se une ao ribossomo, transportando mais um aminoácido que se junta aos outros dois. O processo continua até que todos os códons do mRNA tenham sido percorridos pelo ribossomo, recebendo os tRNA complementares e formando uma cadeia de aminoácidos, ou seja, uma molécula de proteína.
Todas as proteínas presentes nos mais diferentes seres vivos são compostas por combinações entre 20 aminoácidos. Chamamos de código genético a correspondência entre os códons e os aminoácidos. Com a união dos aminoácidos temos a proteína.
As quatro bases nitrogenadas do mRNA combinam-se, três a três, formando 64 códons que correspondem a apenas 20 aminoácidos. Dois ou mais códons podem codificar um mesmo aminoácido, por isso costuma-se dizer que o código genético é degenerado. Existem também alguns códons que não correspondem a aminoácido nenhum. Neste último caso, tratam-se de códons que determinam o término do processo de tradução.

Aula 3 – Genética

Muito falo hoje em dia é o Projeto Genoma, que é o nome de um trabalho conjunto realizado por diversos países visando desvendar o código genético de um organismo (podendo ser animal, vegetal, de fungos, bactérias ou de um vírus) através do seu mapeamento. Para compreendê-lo é preciso conhecer um pouco de genética.
A genética é um estudo dos meios com os quais as espécies se preservam, passando suas características próprias e as diferenças entre pais e filhos. Vamos ao principais termos:
1)Cariótipo → Conjunto de cromossomos de cada célula de um organismo.
2)Cromossomo → Cada um dos longos filamentos presentes no núcleo das células eucarióticas, constituídos basicamente por DNA e proteínas.
3)Cromossomos Homólogos → Cada membro de um par de cromossomos geneticamente equivalentes, presentes em uma célula diplóide, apresentando a mesma seqüência de lócus gênico.
4)Lócus Gênico → Posição ocupada por um gene no cromossomo.
5)Alelo → são as formas alternativas do mesmo gene. Ex: A ou a
6)Homozigótico → Indivíduo em que os dois genes alelos são idênticos. Ex: AA ou aa
7)Heterozigóticos → Indivíduos em que os dois alelos de um gene são diferentes entre si. Ex: Aa
9)Gene Dominante → Propriedade de um alelo (dominante) de produzir o mesmo fenótipo tanto em condição homozigótica quanto heterozigótica. Ex: Genótipo AA ou Aa produzindo fenótipo olhos escuros.
10)Gene Recessivo → Propriedade de um alelo (recessivo) de produzir seu fenótipo tanto somente em condição homozigótica. Ex: Genótipo aa produzindo fenótipo olhos claros.
11)Interação Gênica → Ação combinada de dois ou mais genes na produção de uma mesma característica. Ex: 4 diferentes tipos de cristas de galinhas.
12)Genoma → é toda a informação hereditária de um organismo que está codificada em seu DNA.
A comprovação da hipótese de dominância e recessividade nos vários experimentos efetuados pelo grande Cientista Mendel levou, mais tarde à formulação da sua:
-1º lei de Mendel: Lei da Segregação dos Fatores - Cada característica é determinada por dois fatores que se separam na formação dos gametas, onde ocorrem em dose simples isto é, para cada gameta masculino ou feminino encaminha-se apenas um fator. Ex: Pelagem de ratos. Quando o Fenótipo for Preto o genótipo é BB ou BB e quando for Branca é bb. Se o rato tiver o genótipo Bb ele produzirá gametas B e b.
* Quando a Dominância é incompleta (Co-Dominância) temos o fenótipo intermediário. Ex: Flores VV (vermelha), VB (rosa), BB (branca).
- 2º lei de Mendel: Lei da Segregação Independente dos Fatores - Os fatores para duas ou mais características segregam-se no híbrido (ser “misturado”), distribuindo-se independentemente para os gametas, onde se combinam ao acaso. Uma fruta sendo considerada simultaneamente a cor (amarela ou verde) da sua casca, a textura (lisa ou rugosa) dela. Sendo a dominância para a cor verde e textura rugosa teríamos genótipos AALL, AALl, AaLL, AaLl para essas características e genótipo aall para a recessiva de cor amarela e lisa. Mas também poderíamos ter combinações para verde e lisa ou amarela e rugosa. Ex: Um ser com genótipo AaBB produz gametas AB, AB, aB e AB.

Aula 4: Impactos do Desenvolvimento, Qualidade de Vida e Biotecnologia

Há algum tempo atrás era impossível pensar que uma pessoa com necessidade especial poderia ter uma vida comum. Hoje, com o avanço tecnológico, a pessoa com deficiência visual pode ter acesso a textos por meio de softwares. Surdos e mudos usam telefones especiais e os deficientes físicos participam de esportes com ajuda de cadeiras , cura de diversas doenças foram descobertas, ... Podemos ressaltar que este avanço está diretamente ligado a melhores condições de vida e maior acessibilidade.
Hoje, testes seguros de paternidade são realizados utilizando sangue, saliva, dentes, bulbo capilar, igualmente análises dos resultados comparando os fragmentos de DNA amplificados das amostras do pai, mãe e filho ocorrem com amostras encontradas na cena do crime, em corpos ou vítimas com as de suspeitos.
Contudo a busca incessante pelo desenvolvimento acabou causando a contaminação do meio ambiente tanto por materiais químicos como por materiais radioativos. Materiais este que podem causar: Irritação na pele, vômitos, alergias, asfixia, inconsciência, alterações nervosas, tumores malignos, malformação no feto e mutações.
As mutações causam defeito no mecanismo de duplicação do DNA, exposição a radiações ionizantes raio X, raios gama e radiação ultravioleta, radioatividade) causam a formação de íons dentro das células. Os produtos químicos como benzimidazol, ácido nitroso, hidrazina, gás mostarda e metanol aumentam os níveis de mutação dos genes de qualquer organismo vivo, desde vírus e bactérias até vegetais e animais. Contudo nos seres vivos existem enzimas de reparação que corrigem os erros de duplicação do DNA, diminuindo muito as mutações.
A Biotecnologia é a aplicação de conhecimentos químicos e biológicos e de novas tecnologias nas áreas da saúde, de alimentos, química e ambiental que originem produtos úteis e contribuam para a resolução de problemas.
- Em laboratório, ele estuda o melhoramento genético, a criação e o gerenciamento de novos produtos, que podem ser medicamentos, ingredientes para alimentos industriais ou até mesmo uma planta.
- Na área da microbiologia, estuda fungos, bactérias, vírus e protozoários e as moléstias que eles causam em plantas e no organismo do homem e de animais, além de pesquisar métodos de utilização desses microrganismos na produção de alimentos e bebidas, como laticínios, cerveja e vinho.
- O especialista em imunologia emprega os microrganismos na produção de vacinas e medicamentos.
- Em indústrias alimentícias e farmacêuticas, cuida do controle do crescimento microbiano e da segurança e higiene no ambiente de trabalho, assim como controla a qualidade do produto final.
- No controle ambiental, na avaliação e prevenção da contaminação da água e do solo.
– Na engenheira, projetando, construindo e operando equipamentos que reproduzem, em escala industrial, processos que envolvam células vivas, empregados na fabricação de medicamentos, cosméticos, alimentos ou química em geral.

Aula 5: Engenharia genética

O seu consiste em transferir um gene de células de uma espécie para células de outra espécie, de maneira a dar às células receptoras uma propriedade nova ligada ao gene transferido.
O objetivo desta transferência é a produção em grande quantidade de enzimas, proteínas, hormônios como insulina e GH, vacinas, fatores de coagulação do sangue, ativadores das defesas orgânicas para o tratamento do câncer, obtenção de variedades de animais e plantas que apresentem potencialidades novas ligadas ao gene transferido tornando-se mais resistentes as condições climáticas, ao solo, aos predadores, maior longevidade, mais nutritivas, correção de defeitos hereditários, entre outros.
Os alimentos transgênicos são constituídos ou admitem na sua composição material com origem em organismos geneticamente modificados (organismos transgênicos). Esta manipulação é levada a cabo pela engenharia genética com a sua enorme capacidade para criar espécies novas a partir da combinação de genes de espécies existentes, por tanto, combinando também as suas características. Culturas de vegetais com genes de insetos para que produzam toxinas inseticidas, ou tomates com genes de peixes para atrasar a maturação são uma realidade que temos de enfrentar nos nossos dias.
A transferência de um gene, qualquer que seja o objetivo, implica sempre três grandes etapas:
a) Recombinação in vitro de DNA, em que ocorre a soldagem artificial de um gene a outro fragmento genético (vetor), que serve para introduzir o gene na célula receptora. O vetor mais usado é o plasmídios, que são seqüências circulares de DNA de bactérias, que se auto reproduzem. A soldagem é feita com intervenção de enzimas específicas.
b) Clonagem da bactéria portadora do plasmídio recombinado. A bactéria modificada, com um gene estranho no seu plasmídio, vai reproduzir-se fazendo assim cópias desse gene.
c) Expressão do gene estranho, após a sua transferência, isto é, a obtenção da síntese protéica codificada no gene introduzido.
*São usados bactérias, pois o tipo de reprodução dela é assexuada, ou seja, formam seres idênticos ao original.
* Ao invés de plasmídios poderiam ser usados vírus bacteriófago.
A produção de vegetais transgênicos consiste em infectá-los com a bactéria geneticamente modificada, por exemplo, com um gene responsável pela resistência aos herbicidas. Um tratamento com herbicida fará com que sobrevivam apenas as células que incorporaram o DNA introduzido. A partir de cada uma destas células induz-se, pela ação de hormônios, a formação de uma planta completa.
Já na produção de animais a técnica usada para introduzir genes estranhos em determinado genomas utiliza-se partículas de metal impregnadas com esses genes. Estas são bombardeadas sobre as células a modificar, fazendo com que os novos genes se liguem, no núcleo, ao DNA próprio. Tratando-se de células ovo é claro que os embriões e animais resultantes do desenvolvimento de células com genoma modificado serão transgênicos.

Aula 6: Técnica de obtenção de animais por meio de clonagem e a Ética

A clonagem de certos animais poderia facilitar a reprodução desses com certas características genéticas vantajosas como maior produção de leite, ovos, lã de melhor qualidade, mais músculos, produção de órgãos compatíveis com o ser humano fazerem transplantes, evitar que espécies sejam extintas.
Pela sua natureza, os avanços dos processos genéticos convivem com problemas legais e éticos. Um dos principais fatores que exigem um controle rígido pela sociedade organizada, e tem gerado polêmicas ético-morais, é a manipulação do genoma de seres vivos com fins de depuração da espécie.
Na clonagem humana, os maiores benefícios esperados pela comunidade científica estão no campo da terapia de órgãos e tecidos. É através dessa técnica, que pesquisadores esperam estudar as chamadas células-tronco (células primordiais no embrião que têm multipotencialidade para gerar os mais de 200 tipos celulares do nosso corpo), que poderiam gerar células cardíacas, hepáticas, hemácias, epiteliais e resolver ou amenizar problemas causados por enfarto, cirrose, leucemia e queimaduras da pele.
No Brasil, muito se tem feito no ramo de pesquisas com células-tronco adultas, extraídas do cordão-umbilical de bebês ou da nossa medula, mas essas células já sofreram algum processo de diferenciação e, portanto, têm potencial restrito para se transformarem em outros tipos celulares. Por isso as células-tronco cultivadas a partir de células retiradas de embriões despertam mais interesse, embora sejam muito mais polêmicas. Esse é o grande dilema ético, porque se estaria produzindo embriões exclusivamente para fins terapêuticos. O que é vida para grupos religiosos é apenas um emaranhado de células para alguns cientistas.
A técnica de clonagem ainda está em aperfeiçoamento. A alta taxa de mortalidade em experimentos com animais (90%), diagnósticos pré-implantacionais (antes do útero) e pré-natais, ainda em definição, alarmam para o fato de ninguém saber determinar a normalidade dos embriões. "Do ponto de vista científico a clonagem humana é inevitável, mas não sei se a sociedade como um todo vai permitir que isso aconteça, porque a ciência avança e não pensa nas conseqüências, o avanço é feito. Mas quem impõe os limites é a sociedade. Os aspectos jurídicos, morais, religiosos vão ser determinados pela sociedade.
A clonagem em animais pode ser feita de duas maneiras:
1) Consiste em utilizar o material genético (núcleo) extraído de uma célula não reprodutiva ou somática de um indivíduo e inseri-lo em um óvulo cujo núcleo com DNA tenha sido retirado. Essa célula pode ser originada de um embrião, feto ou adulto que estejam vivos, mantidos em cultura em um laboratório ou de tecido que esteja congelado.
2) As células somáticas são retiradas do doador e serão cultivadas em laboratório. De uma doadora colhe-se um óvulo não fertilizado e o núcleo é retirado. A célula cultivada é fundida ao óvulo por meio de corrente eléctrica, e assim temos o óvulo fertilizado com nova informação genética.