Biologia IFNMG: Genética e Biotecnologia na atualidade

CAPITULO 23 - GENÉTICA E BIOTECNOLOGIA NA ATUALIDADE

1. TEXTO

Natureza Química dos genes

Há pouco mais de 60 anos os cientistas descobriram que os genes – informação hereditárias passadas de geração a geração – são constituídos pelo ácido desoxirribonucleico, abreviadamente chamado de DNA.

O DNA é constituído por dois longos filamentos (cadeias) enroladas um sobre o outro, formando uma estrutura helicoidal que lembra uma escada de corda torcida.Cada uma das cadeias do DNA é constituída por milhares ou mesmo milhões de unidades de nucleotídeos, ligados em sequência.

Quando o ácido nucléico foi separado da proteína, muitos pesquisadores, especialmente Levene, mostraram que ele poderia ser quebrado em pequenas partes denominadas nucleotídeos. Cada nucleotídeo contém:

Caracterização	DNA	RNA
1. Açúcar	Desoxirribose	Ribose
2. Grupo Fosfato	H3PO4	H3PO4
3. Bases nitrogenadas	Pirimidinas: Citosinas e Timinas Purinas Adenina e Guanina	Pirimidinas: Citosinas e Uracil Purinas Adenina e Guanina

O DNA se diferencia do RNA nos seguintes aspectos:

a. O açúcar do DNA é a desoxirribose, enquanto o do RNA é a ribose.

b. O DNA contém a timina e o RNA a uracil.

c. O DNA é um filamento duplo e o RNA é um monofilamento.

d. O DNA apresenta uma molécula longa e o RNA, uma molécula curta.

Replicação do material genético

O modelo de replicação do DNA é dito ser semiconservativo, ou seja, uma fita de DNA dá origem a outras duas em que cada uma delas apresenta um filamento da fita original.

A replicação ocorre na intérfase da divisão celular e é dirigida pela enzima DNA polimerase. Na replicação, as pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas se rompem e a enzima DNA polimerase catalisa a adição de novos nucleotídeos complementares às bases expostas, de maneira que duas novas fitas de DNA sejam formadas.

Transcrição gênica

Todo RNA celular é produzido a partir de um molde de DNA. No processo de produção do RNA, denominado transcrição gênica, as duas cadeias do DNA se separam e apenas uma delas serve de molde para o RNA; a outra cadeia de DNA não participa da síntese. A produção de RNA a partir de DNA é catalisada pela polimerase do RNA.

O RNA - Ácido ribonucléico

O RNA é encontrado tanto no núcleo quanto no citoplasma. Têm sido reconhecidos vários tipos de RNA:

a. RNA mensageiro - mRNA

É o RNA envolvido pela transcrição da informação genética contida no DNA, no núcleo e condução da mesma até os sítios ribossômicos.

b. RNA transportador - tRNA

Caracteriza-se por ser uma molécula pequena, contendo cerca de 75 a 85 nucleotídeos e por assumir forma de trevo. Sua função principal é a de conduzir os aminoácidos requeridos na síntese protéica até as subunidades do ribossomo.

c. RNA ribossômico - rRNA

Participa na composição do ribossomo. Sua função não é bem definida.

Transcrição

Processo que ocorre no núcleo da célula, no qual a mensagem genética é passada do DNA para uma fita de mRNA, com auxílio da ação catalítica da enzima RNA polimerase.

A informação do DNA é transcrita em uma seqüência codificada do mRNA, através do uso, com gabarito, de um filamento do DNA. Até hoje, o mecanismo de seleção do filamento apropriado é desconhecido.

O mRNA transcrito solta-se do modelo de DNA e desloca-se do núcleo para o citoplasma. Após o mRNA se desacoplar, as pontes de hidrogênio que haviam sido desfeitas, voltam a se ligar.

A enzima RNA polimerase tem as seguintes funções:

a. Reconhecer as bases do DNA.

b. Selecionar os ribonucleotídeos apropriados.

c. Catalisar a formação de ligações entre os ribonucleotídeos.

d. Escolher o filamento correto a ser transcrito.

A RNA polimerase é constituída de seis cadeias polipeptídicas (2 alfa, beta, beta', gama e sigma), sendo o fator sigma o responsável pela transcrição no local e fio correto.

Etapas da transcrição

1 – Reconhecimento da fita molde de DNA

O DNA e as polimerases do RNA (enzimas catalizadoras da reação) estão livres na célula e podem se encontrar ao acaso, porém a transcrição só tem início quando a enzima encontra e liga-se fortemente ao sítio promotor. Quando isso acontece, a dupla-hélice é desenrolada e as fitas são separadas.

2 – Início da transcrição

A polimerase ligada à região promotora inicia o processo de transcrição, adicionando os primeiro nove nucleotídeos da sequência de RNA. Essa fase é chamada de fase de iniciação.

3 – Elongação

Após a produção de aproximadamente nove nucleotídeos, a polimerase do RNA passa a se deslocar pela molécula de DNA, desenrolando sua hélice e produzindo uma molécula de RNA, cada vez mais alongada. O DNA já transcrito volta a ser enrolado, quase que imediatamente, recompondo a sua dupla-hélice. Esse processo é chamado de fase de elongação. A fita de RNA produzida é simples e livre. Cerca de 40 nucleotídeos podem ser produzidos por segundo, a uma temperatura de 37ºC em bactérias.

4 – Término

Quando a polimerase do RNA encontra a sequência de terminalização, o RNA para de ser transcrito. A partir desse momento, nenhuma outra base nitrogenada é incorporada ao RNA. Neste momento, a bolha de transcrição se desprende, liberando uma molécula de RNA e imediatamente a molécula de DNA se enrola completamente. A sequência de DNA que contém os genes sinalizadores do término é chamada de região terminalizadora.

O código genético

A correspondência entre os códons do RNAm e os aminoácidos por eles determinados constitui o código genético. As quatro bases nitrogenadas presentes no RNAm (A, U, C e G), reunidas três a três, formam 64 códons distintos.

Dos 64 códons, 61 correspondem aos vinte tipos de aminoácido que entram na constituição das proteínas. Os três códons restantes não correspondem a nenhum aminoácido e funcionam como pontuaçõ, indicando o final da informação genética na molécula do RNAm.

Tradução

A tradução é um processo que ocorre no citoplasma da célula, no qual a mensagem trazida pela fita de mRNA é traduzida em uma seqüência de aminoácidos.

O processo de tradução envolve as seguintes etapas:

a. Após a chegada da fita de mRNA no citoplasma, ocorre a complexação das subunidades do ribossomo (nos procariotas o ribossomo é 70 s = 50 s + 30 s, e nos eucariotas é de 80 s = 50 s + 40 s) com essa fita. Polissomos é a denominação que se dá à complexação de vários ribossomos a uma mesma fita de mRNA. No caso da síntese da hemoglobina, os ribossomos reúnem-se em quatro ou cinco polissomos.

b. São iniciadas a leitura e a tradução da fita de mRNA. Nos procariotas, em geral, a primeira trinca a ser lida (fator de inicialização) é a AUG, que corresponde à metionina formilada (As trincas GUU, GUC, GUA e GUG que correspondem à valina também são fatores iniciadores), enquanto nos eucariotas o primeiro aminoácido é também a metionina, mas não formilada. Nem todas as proteínas se iniciam com a metionina (ou valina), e isso se dá pelo fato de a proteína final ser o resultado de uma reestruturação, incluindo quebras, da estrutura linear de aminoácido.

Após a leitura da trinca, ocorre a transferência do aminoácido requerido para os sítios ribossômicos. Esse transporte é realizado pelo tRNA. No tRNA é encontrado o anticódon, que é uma seqüência de três bases adjacentes complementares ao códon do mRNA.

c. O tRNA, penetrando por uma abertura da subunidade 50s, ocupa o sítio aminoacil. Pela ação da enzima translocase, o tRNA ativado passa para o sítio peptidil, permitindo a leitura, pelo complexo ribossomo-mRNA, da trinca consecutiva.

d. Após a leitura da nova trinca, um novo tRNA é ativado e deslocado do suco citoplasmático para o sítio aminoacil do complexo, levando o aminoácido especificado pelo códon.

e. Pela ação da enzima peptidil transferase, o aminoácido (ou seqüência de aminoácidos) que pertencia ao tRNA do sítio peptidil é transferido e ligado ao aminoácido acoplado ao tRNA do sítio aminoacil.

f. O tRNA desativado, que ocupa o sítio peptidil, deixa o complexo ribossomo-mRNA, podendo ser novamente ativado quando se fizer necessário.

g. Novamente, pela ação da enzima translocase, o tRNA ativado passa do sítio aminoacil para o sítio peptidil, permitindo a leitura de uma nova trinca. A leitura da nova trinca implica ativação de um outro tRNA.

h. O processo continua até que todos os aminoácidos necessários para a confecção da proteína estejam ligados. A última trinca lida na fita de mRNA deverá ser um fator de terminalização (UAA, UAG ou UGA), que não codifica nenhum aminoácido mas indica o término da síntese protéica.

i. A síntese protéica termina com a desativação do complexo ribossomo-mRNA e formação da proteína que ainda se encontra em forma linear. Para adquirir a especificidade, é necessário que essa estrutura primária atinja uma estrutura terciária ou quaternária.

Biotecnologia

Biotecnologia é o conjunto de conhecimentos que permite a utilização de agentes biológicos (organismos, células, organelas, moléculas) para obter bens ou assegurar serviços.

O que são transgênicos

Ultimamente, com o avanço da engenharia genética, vários estudos e trabalhos científicos tem demonstrado avanços significativos na manipulação de material genético de plantas e outros seres vivos. Alvos de discussões sobre suas vantagens e desvantagens, a ciência dos transgênicos está em pleno desenvolvimento. Ambientalistas acusam os alimentos transgênicos de causar impactos irreversíveis ao meio ambiente.

Transgênicos na agricultura

Os alimentos transgênicos são modificados geneticamente em laboratórios com o objetivo de conseguir melhorar a qualidade do produto. Os genes de plantas e animais são manipulados e muitas vezes combinados. Os organismos geneticamente modificados, depois da fase laboratorial, são implantados na agricultura ou na pecuária. Vários países estão adotando este método como forma de aumentar a produção e diminuir seus custos.

Através da modificação genética, técnicas que incluem DNA recombinante, introdução direta em um ser vivo de material hereditário de outra espécie, incluindo micro-injeção, micro-encapsulação, fusão celular e técnicas de hibridização com criação de novas células ou combinações genéticas diferenciadas, ou seja, que não encontramos na natureza.

Na agricultura, por exemplo, uma técnica muito utilizada é a introdução de gene inseticida em plantas. Desta forma consegue-se que a própria planta possa produzir resistências a determinadas doenças da lavoura. A Engenharia Genética tem conseguido muitos avanços na manipulação de DNA e RNA.

Aplicação das técnicas

A biotecnologia aplica essas técnicas também na produção de alimentos. A engenharia genética tem usado e pesquisado determinados métodos de produção de tecidos e órgãos humanos. Até mesmo seres vivos tem surgido destas pesquisas. O caso mais conhecido foi da ovelha Dolly. A técnica da clonagem foi utilizada gerando um novo ser vivo.

O que é clonagem

Podemos definir a clonagem como um método científico artificial de reprodução que utiliza células somáticas (aquelas que formam órgãos, pele e ossos ) no lugar do óvulo e do espermatozóide. Vale lembrar que é um método artificial, pois, como sabemos, na natureza, os seres vivos se reproduzem através de células sexuais e não por células somáticas. As exceções deste tipo de reprodução são os vírus, as bactérias e diversos seres unicelulares.

A primeira experiência com clonagem de animais ocorreu no ano de 1996, na Escócia, no Instituto de Embriologia Roslin. O embriologista responsável foi o doutor Ian Wilmut. Ele conseguiu clonar uma ovelha, batizada de Dolly. Após esta experiência, vários animais foram clonados, como por exemplo, bois, cavalos, ratos e porcos.

Clonagem de seres humanos

Embora as técnicas de clonagem terem avançado nos últimos anos, a clonagem de seres humanos ainda está muito longe de acontecer. Além de alguns limites científicos, a questão ética e religiosa tem se tornado um anteparo para estas pesquisas com seres humanos. De um lado, as religiões, principalmente cristãs, colocam-se radicalmente contra qualquer experiência neste sentido. Por outro lado, governos de vários países proíbem por considerar um desrespeito a ética do ser humano.

A técnica da clonagem

A clonagem ainda não foi entendida por completo pelos médicos e cientista, no que se refere aos conhecimentos teóricos. Na teoria seria impossível fazer células somáticas atuarem como sexuais, pois nas somáticas quase todos os genes estão desligados. Mas, a ovelha Dolly, foi gerada de células somáticas mamárias retiradas de um animal adulto. A parte nuclear das células, onde encontramos genes, foram armazenadas. Na fase seguinte, os núcleos das células somáticas foram introduzidos dentro dos óvulos de uma outra ovelha, de onde haviam sido retirados os núcleos. Desta forma, formaram-se células artificiais. Através de um choque elétrico, as células foram estimuladas, após um estado em que ficaram "dormindo". Os genes passaram a agir novamente e formaram novos embriões, que introduzidos no útero de uma ovelha acabou por gerar a ovelha Dolly.

A ovelha Dolly morreu alguns anos depois da experiência e apresentou características de envelhecimento precoce. O telômero (parte do cromossomo responsável pela divisão celular) pode ter sido a causa do envelhecimento precoce do animal. Por isso, o telômero tem sido alvo de pesquisas no mundo científico. Os dados estão sendo até hoje analisados, com o objetivo de se identificar os problemas ocorridos no processo de clonagem.

A embriologia e a engenharia genética tem feito pesquisas também com células-tronco e na produção de órgãos animais através de métodos parecidos com a clonagem.

Tipos de clonagem:

- Clonagem natural

- Clonagem induzida

- Clonagem reprodutiva

- Clonagem terapêutica

Enzimas de restrição

A partir da década de 1970, ficou mais fácil analisar a molécula de DNA com o isolamento das enzimas de restrição. Estas enzimas são endonucleases, ou seja, no interior (daí o prefixo endo- dentro) das moléculas de DNA, cortando-as em locais bem definidos.

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 nucleotídeos, em geral constituída por 4 ou 6 pares de bases nitrogenadas.

Uma das primeiras enzimas de restrição a ser isolada foi a EcoRI, produzida pela bactéria Escherichia coli. Essa enzima reconhece apenas a sequência GAATTC e atua sempre entre o G e o primeiro A.

O local do “corte”, o local de uma enzima, é conhecido como sítio alvo. Você pode perguntar por que essa enzima não atua no DNA da própria bactéria? Isso não ocorre devido à existência de outras enzimas protetoras, que impedem a ação das enzimas de restrição no material genético da bactéria.

As enzimas de restrição reconhecem e atuam sobre sequências específicas de DNA, catalisando a destruição de uma ligação fosfodiéster entre dois nucleotídeos consecutivos ligados a determinadas bases. Os nucleotídeos entre os quais a enzima corta, ou seja, entre os quais promove a hidrólise, encontram-se no interior dessas mesmas sequências específicas de reconhecimento.

2. MAPA CONCEITUAL

3. LINKS ÚTEIS

· O programa GBOL foi desenvolvido com o propósito de auxiliar os alunos a aprenderem temas de genética básica.

http://www.ufv.br/dbg/gbol/gbol.htm

· A revista Genética na Escola é um espaço dedicado ao educador na área de genética. A revista se propõe a difundir experiências educativas na área de genética, sejam elas práticas inovadoras ou enfoques metodológicos, a proporcionar reflexões sobre conceitos de genética e a discutir os desdobramentos na tecnologia na qualidade de vida das populações e a divulgar materiais destinados ao trabalho em sala de aula. A periodicidade é semestral.

http://geneticanaescola.com.br/linha-editorial/

· Lista de exercícios de vestibular:

http://anucleicos.blogspot.com.br/p/questoes-de-vestibular.html

· Jogos

Síntese Proteica

Este software apresenta uma atividade interativa a respeito da síntese de proteínas, favorecendo a compreensão dos conceitos envolvidos neste processo. Este material faz parte de uma série de conteúdos digitais voltados ao ensino de Biologia, produzidos pelo Projeto EMBRIAO, da Universidade Estadual de Campinas com recursos do FNDE, MCT e MEC.

https://play.google.com/store/apps/details?id=air.lte.ib.unicamp.br.sinteseproteica&hl=pt_BR

Show da Genética: um jogo interativo para o ensino de Genética

http://www.ibb.unesp.br/Home/Departamentos/Morfologia/DifundindoePopularizandoaCiencianaUnesp/Show_da_Genetica.ppt