Imunidade e controlo de doenças

Sistema imunitário

“O sistema imunitário possui uma capacidade de memória invejável... Alguns estudos recentes mostram evidências de uma relação entre a capacidade do sistema imunitário e o cansaço físico e mental.”

Agentes patogénicos:
- bactérias – são organismos unicelulares e possuem uma parede celular de peptidoglicano. Reproduzem-se, autonomamente, por fissão binária, num intervalo de tempo muito curto. Algumas bactérias produzem toxinas potentes e multiplicam-se no interior das células, destruindo-as.

- vírus – são entidades acelulares, mais propriamente, parasitas celulares obrigatórios. Formados por uma molécula de um ácido nucleico envolvida por uma camada de proteína, a cápside. Os vírus não têm mecanismos de reparação do DNA e, por isso, a taxa de mutação é elevada . Existindo poucas drogas capazes de combater um vírus.
- fungos, protozoários e vermes – são organismos eucarióticos, unicelulares ou pluricelulares. Sobrevivem e reproduzem-se á custa do organismo hospedeiro, prejudicando-o.


O sistema imunitário é constituído por um conjunto de órgãos, tecidos e células capazes de reconhecer os elementos próprios e estranhos ao organismo dos agentes patogénicos (bactérias, vírus, fungos, etc.) e das células cancerosas.

Fazem parte do sistema imunitário:
- diferentes tipos de leucócitos e macrófagos;
- a medula vermelha dos ossos e o timo, onde se formam e diferenciam os leucócitos;
- o baço, os gânglios linfáticos, o apêndice, as amígdalas, e as adenóides onde se concentram os leucócitos.


Leucócitos
Produzidos na medula vermelha dos ossos e no tecido linfático, são libertados no sangue, através do qual são transportados pelo corpo, A partir do sangue passam para os tecidos onde levam a cabo funções de reconhecimento.

Para um bom desempenho das suas funções os leucócitos necessitam da ajuda das seguintes propriedades:
- diapdese – é a passagem através dos poros dos vasos sanguíneos para os tecidos envolventes.
- fagocitose – captura, por endocitose, de células ou restos de células que são destruídas em vesículas digestivas
- quimiotaxia – atracção dos leucócitos por certas substâncias químicas produzidas por microorganismos ou células injuriadas.


Existem diferentes tipos de leucócitos, são eles:
- neutrófilos – responsáveis pela realização da fagocitose, são eles os primeiros a chegar aos tecidos infectados, atraídos por quimiotaxia..
- basófilos – quando activados libertam substâncias, como a histamina, que produzem uma resposta inflamatória.
- eosinófilos – reduzem a reacção inflamatória, pela produção de enzimas que degradam as substâncias químicas produzidas pelos basófilos.
- linfócitos – podem se distinguir em linfócitos B ou em linfócitos T. Os linfócitos B quando activados diferenciam-se em plasmócitos que produzem anticorpos, e em células-memória . Os linfócitos T contribuem para a activação dos linfócitos B e destroem células infectadas por vírus e células cancerosas.

Linfócitos T

Anticorpos – são proteínas específicas que reconhecem os antigénios ligando-se a estes. São produzidos pelos plasmócitos.
Antigénios – são moléculas geralmente protaínas. que podem ser reconhecidas como estranhas pelas células do sistema imunitário.


O sistema imunitário constitui um mecanismo de defesa do organismo.

Defesa não específica ou imunidade inata

Mecanismos não específicos
Está presente desde o nascimento e não estão destinados a nenhum agressor em particular, pois são organismos que previnem a entrada de agentes estranhos e os reconhece e destrói, quando essa entrada acontece. A resposta do organismo é sempre a mesma , não se verificando especificidade nem memória.

A defesa não específica é composta pelos seguintes elementos:

- barreiras físicas e secreções - (previnem a entrada de agentes estranhos no organismo)-, são exemplo a pele, saliva, muco, cílios, suco gástrico, lisozima etc.;
- mediadores químicos - (actuam directamente contra os agentes patogénicos ou activam mecanismos que levam à sua destruição) – histamina, sistema de complemento e interferão;
- histamina- substância libertada pelos glóbulos brancos nos tecidos danificados, responsáveis pelo aumento de permeabilidade dos vasos sanguíneos.
- sistema de complemento- grupo de cerca de 20 protaínas que circulam no sangue de forma inactiva. Quando o sistema de complemento é activado, por uma série de reacções em cascata, são levados a cabo diferentes acções de defesa específica.
- interferão- conjunto de protaínas antivirais segregadas por células infectadas por vírus.
- fagócitos – ( ingerem e destroem os agentes patogénicos) – neutrófilos e macrófagos.


Reacção inflamatória

A reacção inflamatória é uma sequência específica de acontecimentos que ocorrem quando agentes patogénicos conseguem ultrapassar as barreiras físicas de defesa do organismo. Envolve mediadores químicos e fagócitos.

Os acontecimentos envolvidos na reacção inflamatória são:
- agentes patogénicos e/ou células dos tecidos lesados que libertam substâncias químicas, principalmente histamina e prostaglandinas.
- substâncias químicas libertadas causam a vasodilatação e o aumento da permeabilidade dos capilares sanguíneos da zona atingida. Como consequência, aumento do fluxo sanguíneo no local e uma maior quantidade de fluído intersticial passa para os tecidos envolventes. A zona atingida manifesta rubor, calor, edema. A dor que acompanha a reacção inflamatória é causada pela acção de substâncias químicas nas terminações nervosas locais e pela distensão dos tecidos.
- os neutrófilos e os monócitos são atraídos por quimiotaxia, deixando os vasos sanguíneos por diapdese e dirigem-se aos tecidos infectados.
- os macrófagos, fagocitam os agentes patogénicos e os seus produtos, os neutrófilos destruídos no processo e as células danificadas.

Quando os agentes patogénicos desencadeiam uma acção agressiva, é accionada uma reacção inflamatória sistémica, ocorrendo em várias partes do organismo, são elas:
- aumento do número de leucócitos em circulação resultante da acção da medula óssea por substâncias químicas produzidas pelas células afectadas.
- febre desencadeada por toxinas produzidas pelos agentes patogénicos. A febre moderada é benéfica ao processo uma vez que acelera as reacções do organismo.

Defesa específica ou resposta imunitária adquirida

Mecanismos específicos
A defesa específica inclui a produção de anticorpos ou células T, em resposta a antigénios estranhos. Ao contrário do que se verifica na defesa não específica, a resposta do organismo ao agente invasor melhora a cada contacto com o mesmo. Verifica-se especificidade e memória.

As substâncias que desencadeiam uma reacção específica são os antigénios. Os antigénios estranhos ao organismo podem ser moléculas superficiais de bactérias, vírus ou outros microorganismos, toxinas produzidas por bactérias ou mesmo moléculas presentes no pólen e células de outras pessoas.
Um antigénio é reconhecido pelas células do sistema imunitário porque possui várias regiões capazes de serem reconhecidas. Cada uma dessas regiões é um determinante antigénico.

São os linfócitos B e os linfócitos T, as principais células que intervêm na defesa específica do organismo.
Ambos se formam a partir de células estaminais da medula vermelha dos ossos , mas as células precursoras dos linfócitos T migram para o timo, onde acabam por completar a sua maturação. As células precursoras dos linfócitos B concluem a sua maturação na medula vermelha dos ossos.

Imunocompetência
No decorrer da maturação dos linfócitos, estes tornam-se células imunocompetentes uma vez que adquiriram receptores superficiais para numerosos e variados antigénios. O conjunto de linfócitos com receptores para um determinado antigénio denomina-se clone.



Respostas imunitárias específicas

Os mecanismos de defesa específicos do sistema imunitário são divididos em imunidade humoral ou imunidade celular.

Imunidade Humoral
A imunidade humoral é mediada por anticorpos produzidos por linfócitos B.

Para que a defesa do organismo através da imunidade humoral ocorra sem problemas, é necessário acontecer a seguinte sequência de acontecimentos:
- um macrófago terá de fagocitar um determinado antigénio e processa-lo;
- reconhecimento do antigénio através do clone de linfócitos B que possuem um receptor específico e por linfócitos T auxiliares;
- o clone de linfócitos é activado e sofre multiplicação;
- diferenciação, em plasmócitos, de parte das células do clone de linfócitos B activado, diferenciação de outra parte de linfócitos B de memória;
- os anticorpos interagem com o antigénio e levam à sua destruição;
- após a destruição do antigénio, os plasmócitos morrem e os anticorpos são degradados, diminuindo a sua concentração no sangue.

Os linfócitos B diferenciam –se em plasmócitos e células-memória.
Os plasmócitos produzem anticorpos que irão actuar por aglutinação, neutralização e estimulação da fagocitose.
As células-memória são as responsáveis pela resposta imunitária secundária.

Os anticorpos pertencem a um grupo de protaínas globulares designadas imunoglobulinas. Estas são moléculas com estrutura em forma de Y, constituídas por quatros cadeias polipeptídicas, duas cadeias pesadas e duas cadeias leves.

As cadeias polipeptídicas possuem uma região constante, muito semelhante em todas as imunoglobulinas, e uma região variável.
O complexo antigénio – anticorpo forma-se devido à existência de sequências de aminoácidos que conferem uma conformação tridimensional particular e que permite interacções electrostáticas específicas, na região variável das imunoglobulinas.

Imunidade Celular

A imunidade celular é mediada por células, os linfócitos T, e é particularmente efectiva na defesa do organismo contra agentes patogénicos intracelulares, pela destruição de células infectadas, e contra células cancerosas. É responsável pela rejeição de excertos e de transplantes.

Na imunidade celular, estão envolvidos certos acontecimentos, são eles:
- células que apresentam na sua superfície determinantes antigénicos estranhos, reconhecidos pelos linfócitos T auxiliares. As células apresentadas podem ser macrófagos, células infectadas, células cancerosas, ou células de um outro organismo;
- o clone de linfócitos T auxiliares, divide-se e diferencia-se em linfócitos T citotóxicos e linfócitos T de memória. Também os linfócitos T auxiliares libertam mediadores químicos que estimulam a fagocitose;
- os linfócitos T citotóxicos ligam-se às células estranhas ou infectadas e libertam perforina, que é uma proteínas que forma poros na membrana citoplasmática provocando a lise celular;
- os linfócitos T de memória desencadeiam uma resposta mais rápida e vigorosa num segundo contacto com o mesmo antigénio.

Memória imunitária e imunidade artificial

Resposta imunitária primária
A resposta imunitária primária surge do primeiro contacto do organismo com um antigénio. Neste primeiro contacto são activados os linfócitos B e T que se irão diferenciar em células efectoras (plasmócitos e linfócitos T citotóxicos) e células de memória.

Resposta imunitária secundária
É mais rápida, intensa e prolongada quando em contacto uma segunda vez com o mesmo antigénio. Apesar, do antigénio ter sido eliminado, as células efectoras desaparecerem depois de um primeiro contacto com os antigénios, as células-memória permanecem no organismo dando origem à resposta imunitária secundária. Esta propriedade designa-se memória imunitária.

É a memória imunitária que está na base da imunização artificial através da vacinação.

A vacina é uma solução que contém um antigénio, normalmente com reduzido poder virulento, provocando uma resistência imunitária.
A vacinação confere imunidade ao organismo. A imunidade é o estado de protecção do organismo em relação a determinados antigénios, os quais conseguem ser reconhecidos e eliminados.

Existem dois tipos de imunidade, a imunidade activa e a imunidade passiva.
A imunidade activa verifica-se quando o sistema imunitário do indivíduo responde ao antigénio e produz anticorpos e células de memória.
A imunidade passiva é o sistema imunitário do indivíduo não responde ao antigénio. São transferidos anticorpos produzidos por outra pessoa ou por um animal.


Desequilíbrios e doenças

Os desequilíbrios e as doenças são por vezes originadas devido a deficiências no sistema imunitário. As doenças são na sua maioria resultantes da incapacidade do sistema imunitário responder, com eficácia aos agentes patogénicos que ameaçam o organismo.

Imunodeficiência
As imunodeficiências são doenças que afectam o sistema imunitário, originando falhas que podem ser aproveitadas por organismos patogénicos oportunistas.

As principais doenças do sistema imunitário são:
- imunodeficiência inata – é a falta de linfócitos T traduzindo-se numa maior sensibilidade a infecções extracelulares. É exemplo a imunodeficiência grave combinada (SCID) caracterizada pela ausência de linfócitos B e T.
- imunodeficiência adquirida (SIDA) – a SIDA é causada pelo vírus da imunodeficiência humana , HIV. Este é um vírus de RNA que infecta principalmente os linfócitos T., mas também pode afectar outros linfócitos como o caso dos linfócitos B. Macrófagos e células do sistema nervoso.
- alergias – são reacções de hipersensibilidade a certos antigénios ambientais, designados por alergénicos, como o pólen, o veneno de insectos, os ácaros e o pêlo de animais.
- doenças auto-imunes – resultam de uma reacção de hipersensibilidade do sistema imunitário contra antigénios próprios.Existem vários tipos de doenças auto–imunes, são exemplo:
- esclerose múltipla – linfócitos T destroem a maioria dos neurónios. Os sintomas incluem várias alterações neurológicas.

- artrite reumatóide – inflamação dolorosa das cartilagens articulares, que são destruídas.
- lúpus – o sistema imunitário produz anticorpos contra vários tipos de moléculas próprias, incluindo histonas e DNA. Caracteriza-se por erupções da pele, febre, artrite e disfunção renal.

- diabetes insolinodependente – são destruídas as células do pâncreas que produzem insulina.


Dentro das reacções alérgicas existe a hipersensibilidade imediata e a hipersensibilidade tardia.
A hipersensibilidade imediata – ocorre quando um indivíduo produz grandes quantidades de IgE que se vão ligar a uma molécula ou a uma estrutura do alimento, ao pólen ou ao veneno de um insecto.
A hipersensibilidade tardia - não se inicia nas horas seguintes à exposição ao antigénio.


Biotecnologia no diagnóstico e na terapêutica de doenças

A biotecnologia consiste na manipulação de organismos, células ou moléculas biológicas com aplicações específicas.
O diagnóstico e a terapêutica de doenças constituem campos de aplicação da biotecnologia , nomeadamente através da imunoterapia, que permite amplificar ou dirigir a resposta imunitária, e da produção de substâncias, como antibióticos, esteróides, vitaminas e vacinas.

É importante a utilização dos anticorpos na biotecnologia aplicada à saúde, porque os anticorpos devido à sua elevada especificidade conseguem combater alguns antigénios.
A utilização de anticorpos permite:
- reconhecimento de antigénios específicos mesmo quando presentes em quantidades reduzidas.
- o ataque dirigido às células que apresentam antigénios específicos, o que acaba por aumentar a eficácia da terapêutica e reduzir eventuais adversos sobre outras células.

Anticorpos policlonais
Estes anticorpos são um conjunto de anticorpos com diferentes especificidades, produzidos em resposta a um antigénio ou determinante antigénico.

Anticorpos monoclonais
São anticorpos produzidos em laboratório com elevada especificidade para um determinado antigénio ou determinante antigénico.
Estes anticorpos são produzidos laboratorialmente, em grande quantidade, através de um processo de fusão in vitro que consiste no isolamento a partir do baço de um animal inoculado com um antigénio para activar o linfócito B , posteriormente dá-se a fusão "in vitro" deste linfócito com o mieloma que é uma célula tumoral do sistema imunitário que se divide continuamente.

O resultado desta fusão é o hibridoma que possui como características:- produzir grandes quantidades de anticorpos específicos para um único determinante antigénico;

- dividir-se activamente, dando origem a um grande número de células;

A utilização de animais em laboratório é um mal necessário, pois as pesquisas desenvolvidas na área da medicina visam, entre outras coisas a optimização de métodos de diagnóstico e de terapias para determinadas doenças. Antes da administração de um qualquer medicamento em humanos, é necessário testar a sua funcionalidade, e eventuais efeitos secundários. Esses estudos são efectuados em animais para a segurança de uma eventual falha.



A Bioconversão consiste na transformação de um determinado composto noutro composto estruturalmente relacionado, e com valor comercial, por células ou microorganismos. Esta técnica apresenta vantagens como:
- permite a obtenção de produtos que resultam de vias metabólicas complexas;
- diminui o número de etapas necessárias para a obtenção do produto, o que torna a sua produção mais rápida e económica;
- aumenta o grau de pureza dos produtos obtidos, diminuindo o risco de alergias;

Apresenta também as seguintes aplicações:

- Antibióticos
- Esteróides
- Vitaminas
- Vacinas
- Proteínas humanas

NOTÍCIAS: Pequim muda o sexo das árvores para evitar alergias

Plantas soltam penugem que se espalha facilmente e causa vários tipos de alergia.
PEQUIM - O Consistório de Pequim começou a intervir na genética das 370 mil árvores da capital chinesa com o objetivo de conseguir uma "mudança de sexo" que impeça a proliferação da penugem de suas folhas, que agrava a "contaminação biológica" da cidade.
O jornal Beijing News publicou nesta quarta-feira, 21, que o Instituto Municipal de Jardins e Florestas aplica o experimento no bairro residencial de Anzhen Xili, no norte da cidade, onde fica um dos maiores parques da capital. Lá, dezenas de chineses passeiam, jogam tênis de mesa e cartas entre fileiras de estátuas de Confúcio.
O salgueiro branco (Salix alba) é uma das espécies mais abundantes em Pequim e a penugem desprendida pela árvore - que se espalha pela cidade na primavera - causa alergias, erupções cutâneas, inchaço e asma, entre outros danos à saúde, segundo as autoridades municipais.
Para combater o "efeito penugem", cientistas do instituto começaram a abrir buracos nos salgueiros brancos e inserir neles galhos de salgueiro chorão (Salix babylonica), além de injetar nas árvores um inibidor do crescimento de penugem nos frutos.
O jornal classificou o experimento como uma "mudança de sexo", e uma alternativa eficiente à poda de árvores e à "contaminação biológica", que na primavera intoxica os moradores da capital, obrigando-os a usar máscaras para evitar doenças.
As autoridades municipais responsáveis pelas áreas verdes da cidade pretendem estender a "mudança de sexo" aos salgueiros das áreas residenciais e comerciais mais populosas.
As árvores de Pequim costumam assombrar muitos biólogos estrangeiros, surpresos pela falta de vida das cascas, devido aos altos níveis de poluição que atingem a capital chinesa.

Fonte: - www.google.pt

- Osório, Lígia Silva - Preparar os testes 12º ano - Areal Editores;

- Ribeiro, Elsa; Silva, João Carlos; Oliveira, Óscar - Biodesafios 12ºano - Edições Asa;

Alterações do material genético

Mutações

Uma mutação é uma modificação casual ou induzida na informação genética. A mutação só é passada para os descendentes de organismos complexos se ocorrer em células germinativas.
Para que haja mutação, é primeiro necessário que ocorra um dano na seqüência de nucleotídeos do DNA. As células possuem um arsenal de mecanismos de reparação do DNA encarregados de anular o possível dano, mas ocasionalmente pode ocorrer uma falha nesses mecanismos (ou o dano é simplesmente irreparável), e as células replicam-se nestas condições. Ainda, as células replicadas com danos no DNA raramente persistem. Apenas uma pequena proporção de células sobrevivem carregando os danos genéticos da célula-mãe, passando a apresentar estas novas características: enfim ocorre uma mutação.

Mutações génicas

Alteram a sequência de nucleótidos do DNA, por substituição, adição ou remoção de bases.

- substituição-existe uma substituição de uma só base de DNA, podendo ser :
- mutações silenciosas-substituição de uma base de DNA por outra, mas que resulta num codão que codifica o mesmo aminoácido.Não tem efeito sobre o fenótipo.

- mutações com perda de sentido-substituição de uma base de DNA por outra, que tem como consequência a substituição de um aminoácido por outro na protaína codificada. A conformação da proteína pode ser alterada.

- mutações sem sentido-substituição de uma base de DNA por outra, de tal modo que, no mRNA, um codão que especifica um aminoácido é alterado para um codão de STOP, ou o contrário. Origina uma protaína mais cuta ou mais longa do que a proteína normal.

-delecção-remoção de uma ou mais bases de DNA.

-inserção-adição de uma ou mais bases ao DNA.

Mutações cromossómicas
Traduzem-se numa alteração da estrutura ou do número de cromossomas.

Mutações cromossómicas estruturais

Causas:

- delecção - perda de um segmento cromossómico em que parte do material genético é removido. A causaé o cruzamento de cromossomas e a quebra nos pontos de cruzamento, a que se segue uma reconstituição em que um segmento é eliminado.

- duplicação - existência de duas cópias de uma dada região cromossómica, frequentemente associada à delecção no correspondente cromossoma homólogo.

- inversão - remoção de um segmento de DNA e inserção numa posição invertida num outro local do cromossoma.

- translocação - transferência de segmentos entre cromossomas não homólogos.

Mutações cromossómicas numéricas

Tipo de mutação:

-poliploidia- existe pelo menos um conjunto completo de cromossomas a mais.

-aneuploidia-existem cromossomas a mais ou a menos em relação ao número normal. Geralmente, envolve apenas um único par de cromossomas, e pode ser heterossómica ou autossómica. São principalmente causadas pela não disjunção dos cromossomas homólogos ou dos cromatídeos na anafase da meiose I ou II.

As aneuploidias podem ser classificadas em:

-nulissomia- é a ausência de um par de cromossomas homólogos, não sendo viável no Homem.

-monossomia- ausência de um dos cromossomas homólogos num dado par. Exemplo: Síndrome de Turner (45, x0).

-trissomia-ocorrência de um cromossoma extra num dado par de cromossomas homólogos. Exemplo: trissomia 21 (47,XX + 21 ou 47, XY + 21)

síndrome de Klinefelter (47,XXY)

síndrome de Edwards ( 47, XX + 18 ou 47,XY + 18)

síndrome de Patau (47,XX + 13 ou 47,XY +13)

As mutações podem ser:

-mutações somáticas- são mutações que ocorrem nas células não sexuais do organismo, durante a replicação do DNA que precede uma divisão mitótica. Estas mutações não são transmitidas à descendência, excepto em seres vivos que se reproduzem assexuadamente.

-mutações nas células germinativas-ocorrem nas células que originam os gâmetas, durante a replicação de DNA que precede a meiose. A mutação afecta os gâmetas e todas as células que deles descendem após a fecundação.

As mutações podem ocorrer espontaneamente ou podem ser induzidas por exposição a um agente mutagénico.

-mutações espontâneas-podem ocorrer em qualquer gene e em qualquer local do gene, sem que haja qualquer influência externa.Pode ocorrer devido:

- ao facto da cadeia de DNA emparelhar consigo própria durante a replicação;

- erros na meiose pela não disjunção dos cromossomas homólogos;

- erros na replicação de DNA motivados pela DNA polimerase;

- mutações induzidas-podem ocorrer provocadas por agentes mutagénicos externos que causam alterações pemanentes no DNA. Pode ocorrer devido:

- à danificação do material genético por exposição a agentes mutagénicos como raios X, raios UV, gás mostarda,etc;

- alterações de bases nucleotídicas por agentes químicos como ácido nítrico;

Mutações e cancro

Caso a mutação ocorra a nível das células somáticas, pode ocorrer uma das diversas formas de cancro.

O cancro é uma doença genética que resulta da perda de controle do ciclo celular. A divisão de uma célula com mais frequência do que o normal dá origem a uma população de células em proliferação descontrolada e forma uma massa de células, ou tumor. O cancro surge devido a mutações nos proto-oncogenes, que acabam por se transformar em oncogenes, ou em genes supressores de tumores, estes são genes que codificam produtos que controlam o ciclo celular.

Genes relacionados com o aparecimento do cancro:

- proto – oncogenes - são genes normais que codificam protaínas que estimulam o crescimento e a divisão celular.
- oncogenes - resultam da mutação de proto – oncogenes.

A activação de um oncogene resultante de um proto – oncogene pode decorrer durante exposições a factores ambientais de natureza física, química ou biológica (agentes mutagénicos).

- genes supressores de tumores - os produtos destes genes inibem a divisão celular. A perda destes genes ou a diminuição da sua actividade contribui para o aparecimento de um cancro.

- genes que codificam proteínas reparadoras do DNA – as mutações nestes genes permitem a acumulação de outras mutações, algumas das quais em proto – oncogenes ou genes supressores de tumores.


As células cancerosas têm as seguintes características:
- são pouco especializadas e com forma arredondada;
- dividem – se continuamente;
- invadem os tecidos adjacentes;
- podem instalar-se noutros locais do organismo originando novos tumores designados metástases.

Engenharia genética

A engenharia genética permite manipular directamente os genes de determinados organismos com objectivos práticos. São várias as aplicações da engenharia genética.

A engenharia genética inclui as técnicas de:
- DNA recombinante (rDNA);
- DNA complementar (cDNA);
- Reacções de polimerase em cadeia (PCR);
- DNA fingerprint.

Tecnologia de DNA recombinante
Esta técnica baseia-se na utilização de ferramentas moleculares como as enzimas de restrição, as ligases de DNA e os vectores.
- enzimas de restrição – reconhecem determinadas sequências de DNA e cortam a molécula nesses locais, designadas zonas de restrição.
- ligases de DNA – são enzimas que ligam covalentemente as duas cadeias de DNA, depois de estas se terem emparelhado por complementaridade de bases.
- vectores – fragmento de DNA, que transfere o DNA de uma célula do organismo dador para uma célula ou organismo receptor.

A técnica de DNA recombinante permite obter organismos geneticamente modificados (OGM). E torna possível isolar genes de organismos complexos e estudar as suas funções a nível molecular.

Tecnologia de DNA complementar
A produção do DNA complementar é obtida a partir de um mRNA pela acção da transcriptase reversa.

O processo de obtenção processa-se da seguinte forma:
- isolamento de uma molécula mRNA funcional das células;
- adição da transcriptase reversa e nucleótidos livres. A transcriptase reversa catalisa a síntese de uma cadeia simples de DNA a partir de um molde de mRNA;
- junção da enzima que degrada o mRNA que serviu de molde e do DNA polimerase que catalisou a formação da cadeia complementar do DNA.

Assim, o c DNA pode ser inserido através de um vector contendo o promotor e sequências reguladoras.

Esta técnica permite obter cópias de genes que codificam produtos com interesse, tornando possível a produção de proteínas humanas por procariontes que podem ser cultivados facilmente em biorreactores.

Reacções de polimerase em cadeia (PCR)
Técnica que permite amplificar qualquer porção de DNA fora das células.
Nesta técnica necessitamos de:
- fragmentos de DNA a amplificar, para ser aquecido de modo a separar as duas cadeias de dupla hélice;
- adição de nucleótidos livres e DNA polimerase resistentes ao calor. E a DNA polimerase catalisa a formação das cadeias complementares reconstituindo a dupla hélice;
- procedimento repetido inúmeras vezes, e em cada circuito a quantidade de DNA duplica.

É uma técnica que permite obtenção de grandes quantidades de DNA em pouco tempo, a partir de uma quantidade muito pequena.


DNA fingerprint ou impressões digitais genéticas
É uma técnica submetida á acção de enzimas de restrição, o DNA divide-se em fragmentos cujas dimensões e composição de nucleótidos varia de pessoa para pessoa. Diferentes fragmentos de DNA movimentam-se de diferente modo quando submetidos à electroforese e o resultado é um padrão de bandas que difere de indivíduo para indivíduo.

DNA fingerprint é utilizado em investigação criminal, forense e histórica, permitindo a partir de material biológico deixado num local comparar com a dos suspeitos,
Também é utilizada na determinação da paternidade.

Excepções às leis de Mendel

Dominância incompleta ocorre em indivíduos heterozigóticos que apresentam fenótipos intermédios entre os seus progenitores de linhagens puras, isto acontece porque uma única cópia do gene funcional não ser suficiente para assegurar o fenótipo, em outras palavras a expressão génica de um único gene não é suficiente para produzir uma quantidade mínima de enzima, por exemplo.

Exemplo:
A "Flor maravilha", cuja cor das pétalas pode ser, quando em homozigose, vermelha ou branca. O cruzamento de linhas puras dos dois tipos origina uma flor com características intermédias ao dos progenitores, ou seja, originam flores de cor rosa. Isto acontece porque a expressão gênica de um único alelo para pétalas vermelhas, não é capaz de produzir uma quantidade de enzima, consequentemente, pigmento vermelho suficiente para dar a pétala a cor vermelha; a pouca quantidade de pigmento vermelho origina a cor rosa.

Codominância é um tipo de interação entre alelos de um gene onde não existe relação de dominância, o indivíduo heterozigoto que apresenta dois genes funcionais, produz os dois fenótipo, isto é, ambos os alelos do gene em um indivíduo diplóide se expressam.

Exemplo: O tipo sanguíneo humano, apresenta 3 alelos IA, IB e i. Portanto apresenta 6 genótipos diferentes que originam 4 fenótipos diferentes: o tipo A, B, AB e O.

IA/IA; IA/i --> Tipo A

IB/IB; IB/i --> Tipo B
IA/IB --> Tipo AB
i/i --> Tipo O

Reparar que quando o indivíduo for heterozigoto (IA/IB), são expressos os dois antígenos de membrana.

Alelos são formas alternativas de um mesmo gene e que, consequentemente ocupam mesmo loco em cromossomos homólogos. Os efeitos genéticos destes alelos dependem de suas relações de dominância. Estes alelos têm origem nas mutações, que são capazes de causar alterações estruturais nos genes de tal forma que é possível ocorrer mais de um par de alelos para um determinado gene.



Alelos múltiplos referem-se a uma série, constituída de três ou mais alelos, pertencentes a um mesmo gene e que ocorre dois a dois em um organismo diplóide. Nas células somáticas de um indivíduo diplóide pode existir dois alelos diferentes de uma determinada série, enquanto que no gameta existe apenas um. Assim, considerando uma série constituída de 8 alelos, existiriam na célula somática e gamética de um hexaplóide, 6 e 3 alelos, respectivamente e na de um tetraplóide, 4 e 2, respectivamente.


Alelos letais

Nesse caso a manifestação fenotípica do alelo é a morte do indivíduo, seja na fase pré-natal ou pós-natal, anterior a maturidade. Os alelos letais dominantes surgem de mutações de um alelo normal. Os portadores morrem antes de deixar descendente, sendo rapidamente removido da população.


Os alelos letais recessivos só resultam na morte do indivíduo quando em homozigose. Os heterozigotos podem não apresentar efeitos fenotípicos deletérios, e assim permitem que esses alelos permaneçam na população, mesmo que em baixa freqüência. Como ilustração cita-se o gene C/c que controla a quantidade de clorofila na flor ornamental boca-de-leão. Assim, tem-se:


CC = folha verde
Cc = folha verde claro
cc = letal



O gene é a unidade fundamental da hereditariedade. Cada gene é formado por uma seqüência específica de ácidos nucleicos, que está associada com funções reguladoras e funções codificantes. Assim o gene que codifica para uma determinada proteína tem a sequência de bases que codifica para essa proteína, mas também regiões que permitem regular a produção dessa proteína. O conjunto dos genes de um organismo, população ou espécie constitui o genoma.

O gene é um dos fatores que determinam a forma ou função de uma ou várias característica dos seres vivos, pois é por meio de genes que são determinadas proteínas.


Um cromossomo ou cromossoma é uma longa sequência de DNA, que contém vários genes, e outras sequências de nucleótidos (nucleotídeos) com funções específicas nas células dos seres vivos.

Nos cromossomos dos eucariontes, o DNA encontra-se numa forma semi-ordenada dentro do núcleo celular, agregado a proteínas estruturais, as histonas, e toma a designação de cromatina.


Os procariontes não possuem histonas nem núcleo. Na sua forma não-condensada, o DNA pode sofrer transcrição, regulação e replicação.

Durante a mitose, os cromossomos encontram-se condensados e têm o nome de cromossomos metafásicos e é a unica ocasião em que se podem observar com um microscópio óptico.

O primeiro investigador a observar cromossomas foi Karl Wilhelm von Nägeli em 1842 e o seu comportamento foi descrito em detalhe por Walther Flemming em 1882. Em 1910, Thomas Hunt Morgan provou que os cromossomos são os portadores dos genes.


Thomas Hunt Morgan (25 de Setembro, 1866 - 4 de Dezembro, 1945) trabalhou em História natural, Zoologia, e macromutação da Drosophila. Devido ao seu trabalho, a Drosophila tornou-se num dos principais modelos animais na area da genética. As suas contribuições mais importantes foram para a genética, pelas quais ganhou o prémio Nobel da Medicina em 1933 por provar que os cromossomas são portadores de genes.

O Género Drosophila é formado por um grande número de espécies de pequenas moscas. Atualmente há cerca de duas mil espécies descritas no género.

Durante muito tempo as drosófilas foram conhecidas como moscas-das-frutas, entretanto essa nomenclatura já não é mais utilizada por referir-se mais apropriadamente às moscas da família Tephritidae, que causam prejuízo aos fruticultores. As drosófilas se alimentam de leveduras em frutos já caídos em início de decomposição, e portanto não causam prejuízo. Algumas espécies se alimentam em outros substratos como cactáceas, também em início de decomposição, e guano de morcego, entre outros.

Dentre todas as espécies do género, a mais conhecida é a Drosophila melanogaster. Esta espécie foi usada como modelo em pesquisas que contribuiram para o desenvolvimento de importantes conceitos de Genética.


Uma árvore genealógica é um histórico de certa parte dos ancestrais de uma pessoa ou família. Mais especificamente, trata-se de uma representação gráfica genealógico para mostrar as conexões familiares entre indivíduos, trazendo seus nomes e, algumas vezes, datas e lugares de nascimento, casamento e morte.



Uma árvore genealógica também pode representar o sentido inverso, ou seja, de um ancestral comum sendo a raiz da árvore até todos seus descendentes colocados nas suas inúmeras ramificações.

• Características ligadas ao sexo

O daltonismo é um defeito na visão em que o indivíduo confunde cores. Comumente a confusão se faz entre o verde e o vermelho e daí o nome, dado em relação ao químico Dalton, que sofria desta anomalia. Este defeito é provocado por um alelo recessivo ligado ao sexo.

Fenótipo...........Homem..............Mulher
Normal..............XDY..............XDXD ou XDXd
Daltónico..........XdY....................XdXd


A hemofilia é uma anomalia na capacidade de coagulação do sangue, regulada por um alelo recessivo ligado ao sexo. É uma doença que causou grande mal às famílias reais européias, depois de ser introduzida pelos descendentes da rainha Vitória. Os sintomas apresentados pelo hemofílico são: hemorragia quer por ferimento ou não; sangramento de natureza de fluxo lento e persistente; sangramento duradouro. Pode durar semanas e então levar a uma anemia profunda. Verificou-se que a coagulação em tubo de ensaio poderia levar 30 minutos ou horas se o sangue fosse de um hemofílico. Com relação a este caráter são verificados os seguintes genótipos e fenótipos:

Fenótipo............Homem.............Mulher
Normal................XHY..........XHXH ou XHXh
Hemofílico...........XhY.................XhXh

Os zigotos hemofílicos femininos tem possibilidades teóricas para existirem, entretanto nunca foram convenientemente admitidos. Estes zigotos seriam formados a partir do casamento entre um homem XhY e uma mulher XHXh. A chance do homem hemofílico, vir a se casar é pequena e, mesmo que o casamento ocorra, a probabilidade de surgir uma mulher hemofílica é de apenas 25%.

Património Genético

• Primeira Lei de Mendel
  

Johann Mendel nasceu a 22 de Julho de 1822, em Heinzendorf, na parte da Silésia que então pertencia à Áustria. Em 1843 entrou no Mosteiro Agostiniano de São Tomás, em Brünn, hoje Brno, na República Checa, onde foi ordenado padre com o nome de Gregório (Gregor), e tornou-se, mais tarde, abade (Superior).Não conseguindo aprovação no exame para professor ginasial (hoje 5ª a 8ª série do ensino fundamental), ainda como suplente, foi leccionar Filosofia em Ormutz. Saiu dali entre 1851 e 1853, enviado à Universidade de Viena por seu superior, que queria dar ao jovem clérigo uma oportunidade de desenvolver seu interesse pela ciência. Após três anos de dedicação à física, química, biologia e matemática, voltou a província. E dividiu o tempo entre leccionar numa escola técnica (Física e História Natural em Staatsrealschule) e plantar ervilhas no jardim no mosteiro. Com alguns colegas de magistério, fundou em 1862 a Sociedade de Ciências Naturais de Brno. E paradoxalmente, enquanto tentava ser aprovado oficialmente como professor de Biologia - o que nunca conseguiu - Mendel fez descobertas que criaram um novo ramo dentro das ciências biológicas: a genética, ciência que estuda a herança e a variação.Tinha a seu cargo a supervisão dos jardins do mosteiro, o que lhe proporcionava inúmeros passeios, onde observou que plantas da mesma espécie apresentavam diferentes aspectos. A partir destas observações, Mendel delineou um estudo com o objetivo de descobrir como apareciam as diferentes características nos indivíduos. Realizou estudos com plantas e animais, mas os melhores resultados que obteve foram com a ervilheira Pisum Sativum, que ele criava no jardim do mosteiro. Entre 1856 e 1863 cultivou, cruzou e anotou a distribuição dos descendentes, num total de 28.000 pés de ervilhas.

Os seus dois grandes trabalhos, hoje clássicos, são:

-Ensaios sobre a Hibridação das Plantas e sobre algumas bastardas das Hieráceas obtidas pela Fecundação Artificial.

As leis de Mendel (ou mendelismo) são a base da moderna genética.Mendel apresentou os resultados de suas pesquisas pela primeira vez em duas conferências para a Sociedade de História Natural de Brno, nos dias 8 de Fevereiro e 8 de Março de 1865. Existem duas versões para esses acontecimentos. A primeira relata que as conferências foram assistidas por um público muito pequeno, o que fez com que o monge cientista se limitasse à leitura de seus manuscritos. Portanto, sua apresentação teria sido considerada pouco interessante. Uma segunda versão relata que o público era numeroso, e que ele não só apresentou seus dados como também os demonstrou com fórmulas matemáticas. A propósito, ele era considerado um excelente professor. Os textos das duas conferências foram publicados em 1866 na revista Relatórios dos Trabalhos da Sociedade Natural de Brno. Algumas cópias foram enviadas para Alemanha, Áustria, Estados Unidos e Inglaterra. Não houve receptividade e foram recebidos, por alguns, friamente. Mesmo sendo ignorado pela comunidade científica da época, ele manteve o optimismo e a confiança no seu trabalho. Em 1900, a obra do monge cientista foi revista, adquirindo a importância que lhe era devida. Essa valorização, ainda que tardia, deve-se a três biólogos: o holandês Hugo de Vries (1848-1935), o alemão Carls Correns (1864-1933) e o austríaco Erich Tschermak (1871-1962), que obtiveram resultados idênticos aos de Mendel em seus experimentos. Esses pesquisadores, através de uma consulta bibliográfica, verificaram que o trabalho do monge sobre hereditariedade tinha sido publicado 35 anos antes de seus próprios estudos. Em sua homenagem, baptizaram as leis da hereditariedade de Leis de Mendel.Razões para o sucesso de Mendel:Material escolhido: grande número de descendentes e rápida reprodução, permitindo ao mesmo observador a análise de várias gerações sucessivas. O que ocorria em somente uma geração era considerado acidental e somente a repetição, em várias gerações, permitia transformar uma observação num fato.Método de estudo: um caráter por vez, ignorando os demais detalhes.Mendel destacou-se por ter adotado procedimentos metodológicos científicos e criteriosos. Destacam-se os fatos de ter analisado um carácter por vez; trabalhado com geração parental pura, isolados em canteiros diferentes do Mosteiro; e ter quantificado os dados. Para executar seus experimentos, Mendel adquiriu em casas especializadas sementes de 34 variedades puras de ervilhas. Para assegurar-se de que lidava com variedades verdadeiramente puras, cultivou-as durante vários anos, antes de iniciar as suas experiências. Os cruzamentos foram feitos com grande cuidado, quando as ervilhas estavam em flor. Para prevenir a autofertilização nas "flores-teste", as anteras daquelas flores escolhidas para serem as flores paternais eram removidas antes que suas estruturas receptoras de pólen estivessem completamente maduras. O pólen do progenitor escolhido era transferido na época apropriada para o estigma da flor designada para ser a geradora da semente. Ao realizar experiências com sete características diferentes de variedades puras de ervilhas, Mendel deduziu a existência de unidades hereditárias, que actualmente chamamos de genes, os quais expressam, frequentemente, caracteres dominantes ou recessivos.

Uma das características estudadas por Mendel foi a "cor da semente" das ervilhas. Mendel cruzou ervilhas de sementes amarelas, consideradas puras por serem obtidas por autofecundação natural, com ervilhas de sementes verdes, também puras. Esta primeira geração é denominada parental e simbolizada pela letra P. Como resultado obteve na geração seguinte, simbolizada por F1 (filhos da primeira geração), apenas ervilhas de sementes amarelas. Em seguida deixou que os indivíduos da geração F1 se autofecundassem naturalmente. Obteve assim os filhos da segunda geração, simbolizados por F2. Na geração F2 encontrou 8023 descendentes, assim distribuídos: 6022 eram ervilhas de sementes amarelas e 2001 ervilhas de sementes verdes. Ou seja, há em F2 uma proporção de 3 ervilhas de sementes amarelas (6022/2001) para 1 de sementes verdes (2001/2001) ou 75% para 25%.

Observando que todos os indivíduos da primeira geração de descendentes apresentavam sementes amarelas, e que provinham do cruzamento de linhagens puras amarela e verde, Mendel denominou a característica amarela de dominante. Para o carácter verde reservou o termo recessivo, pois essa característica permanecia em recesso na geração F1.Para explicar a proporção obtida na segunda geração de descendentes, Mendel elaborou a hipótese de que as características hereditárias são determinadas por factores ou elementos que não se misturam. Concluiu ainda que: “cada característica é determinada por um par de factores ou elementos. Estes se separam ou segregam-se entre si durante a formação dos gâmetas, indo apenas um factor para cada gâmeta. Ocorrida a união dos gâmetas, esses factores voltam a se juntar reconstituindo o par”. O experimento mendeliano aqui apresentado pode ser esquematizado. Para isso representam-se os factores mendelianos (actualmente genes) por letras, de acordo com a seguinte regra: “toma-se à letra inicial do caráter recessivo. Esta letra, minúscula, representará o factor recessivo. A mesma letra, maiúscula, representará o factor dominante”. Como no cruzamento apresentado o caráter recessivo é a cor verde das sementes de ervilha, e o dominante, a cor amarela, usam-se: v para representar o factor verde e V para o factor amarelo. O factor para amarelo (V) domina o factor para verde (v).

Cruzando 2 linhagens puras (homozigóticos), todos os descendentes serão heterozigóticos.Trabalhamos com probabilidades: cruzando dois heterozigóticos (Vv) a probabilidade de nascerem homozigóticos dominantes (VV) é de 1/4 ou 25%, de nascerem heterozigóticos (Vv), como os pais, é de 2/4 ou 50% e a de nascerem homozigóticos recessivos (vv) é de 1/4 ou 25%.Utiliza-se a primeira lei de Mendel ou lei da segregação, ou ainda lei da pureza dos gâmetas, sempre que representamos os anterozóides ou as oosferas que uma ervilha pode produzir ou os espermatozóides ou óvulos que um animal pode produzir para certa característica. Hoje ela é conhecida como Meiose e corresponde ao final da metáfase e início da anáfase I. Hoje também sabemos que os factores propostos por Mendel são os genes alelos. Por isso, com base nos actuais conhecimentos biológicos, podemos enunciar a primeira lei de Mendel da seguinte forma:“Cada caráter é condicionado por um par de genes alelos que se segregam entre si, com a mesma probabilidade, na formação dos gâmetas, indo apenas um gene para cada gâmeta”. Lembrar sempre que os gâmetas são células haplóides e jamais apresentarão, enquanto normais, genes aos pares para uma característica, de modo que qualquer gâmeta recebe apenas um dos alelos pareados, para cada característica.

• Segunda Lei de Mendel

Lei que Johann Gregor Mendel estabeleceu, analisando a transmissão simultânea de dois pares de factores (modernamente, alelos), e que pode ser assim enunciada: "Os factores para duas características segregam-se independentemente, combinando-se ao acaso nos gâmetas". Esta lei pode ser estendida para a transmissão de mais de dois pares de factores mas somente é aplicada aos genes que se localizam em pares de cromossomas diferentes. O que acontece quando estudamos cruzamentos de plantas puras que diferem em duas características? Utilizaremos, para treinamento, letras convencionadas para os genes, como é comum, alterando a regra da letra inicial do recessivo, em minúscula para representá-lo e em maiúscula para representar o dominante; convencionaremos para um dos caracteres, cor, e seguiremos a regra em outro, a superfície.Y: determina cor amarela da semente.y: determina cor verde da semente.R: determina a superfície lisa da semente.r: determina a superfície rugosa da semente.Uma linhagem pura YYRR, ao se autopolinizar, vai produzir sementes amarelas e lisas apenas. Já uma linhagem pura yyrr, ao se autopolinizar produz somente sementes verdes e rugosas. Mendel cruzou estas duas linhagens e obteve na geração F1 sementes amarelas e lisas apenas, como era de se esperar.

P: ervilhas amarelas e lisas X ervilhas verdes e rugosas

YYRR x yyrr

YR e yr

F1: 100% (YyRr)-amarelas e lisas(diíbridas ou duplamente heterozigotas).

Mendel, em seguida, quis comparar a proporção de cada característica, na geração F2, num cruzamento diíbrido para ver se era equivalente a proporção observada num cruzamento monoíbrido. Por exemplo: será que a relação entre amarela e verde num cruzamento diibrido (entre heterozigóticos para dois caracteres) é igual a relação entre amarelo e verde num cruzamento monoíbrido (entre heterozigóticos para um carácter)?

P(F1): descendente da F1 X descendente da F1

YyRr x YyRr

YR , Yr , yR , yr e YR , Yr , yR , yr

F2: 9/16 de amarelas-lisas : 3/16 de amarelas-rugosas : 3/16 de verdes-lisas : 1/16 de verdes-rugosas.

Ao cruzar os indivíduos desta geração F1, ele obteve sementes amarelas e lisas; amarelas e rugosas; verdes e lisas, e, verdes e rugosas, na proporção 9:3:3:1. Ele repetiu este experimento para outros pares de características e obteve a mesma relação.Mendel contou todas as sementes amarelas (12/16= 3/4) da F2, não importando se eram rugosas ou lisas. O mesmo ele fez para as verdes (4/16= 1/4). Depois ele contou as lisas (12/16) e as rugosas (4/16), da mesma maneira. Ele chegou as seguintes proporções: 3:1 (amarelas e verdes) e 3:1 (lisas e rugosas). A mesma proporção encontrada para as mesmas características analisadas num cruzamento monoíbrido. Mendel concluiu que os dois sistemas de herança (transmissão hereditária da cor e transmissão hereditária da superfície) são independentes. A relação 9:3:3:1 seria uma combinação aleatória de duas proporções 3:1. O resultado seria o mesmo se tivessemos analisado um carácter por vez e depois multiplicado as proporções de um pelas proporções do outro.