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REVISÃO CAP 7 E 8 Profª Emanuelle Grace. CAP 7 EXPRESSÃO DOS GENES.

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1 REVISÃO CAP 7 E 8 Profª Emanuelle Grace

2 CAP 7 EXPRESSÃO DOS GENES

3 Nucleotídeo – unidade básica do DNA Nucleotídeo : pentose (desoxirribose) + base nitrogenada + fosfato Purinas Pirimidinas

4 Estrutura do DNA Os nucleotídeos se ligam uns aos outros de forma linear – ligação fosfodiéster

5 Estrutura do RNA Pentose : ribose (diferente do DNA) No lugar da timina, no caso do RNA, uracila RNA mensageiro sintetizado no núcleo a partir do DNA TRANSCRIÇÃO

6 Código genético A cada 3 nucleotídeos no DNA, forma-se um CÓDON Cada códon codifica um aminoácido, que é a unidade básica da estrutura das proteínas A seqüência destes códons no DNA é copiada em RNA mensageiro A seqüência dos aminoácidos, determinada pela sequência de códons é que dá origem às diferentes proteínas

7 Códons

8 Dogma central da biologia molecular Proteínas

9 Conceito de gene Um segmento de DNA que tem a informação necessária para a síntese de uma proteína Composto por : - regiões codificantes – éxons - regiões não-codificantes - íntrons

10 Informação para síntese protéica

11 Estrutura do gene I 5` 3` EXONS INTRONS As regiões codificadoras são chamadas de éxons e são alternadas por regiões não-codificadoras, chamadas de íntrons

12 Estrutura do gene II Posteriormente a transcrição, ocorre o splicing para retirada dos introns, ficando somente a parte codificadora do gene,exons, para orientar a tradução da proteína.

13 Processamento normal do RNA SPLICING: retirada dos introns, ficam somente os exons

14 Controle pós-transcricional : splicing alternativo Combinações diferentes de éxons – um gene, várias proteínas

15 Dogma central da biologia molecular Igual para todas as células Diferentes RNAs podem ser gerados Diferentes proteínas podem ser geradas Transcrição Tradução

16 Ciências. Aula 03 Biotecnologia O que é BIOTECNOLOGIA? EMANUELLE GRACE CAP 8 MELHORAMENTO GENÉTICO

17 Ciências. Aula 03 Biotecnologia O que é BIOTECNOLOGIA? Biotecnologia é a utilização de agentes biológicos para prover bens e assegurar serviços. Mesmo assim ficaríamos cheios de dúvidas: quais agentes biológicos? Quais os conhecimentos básicos necessários? O que devemos entender por bens ou serviços? Vejamos o quadro a seguir: Microbiologia, Bioquímica, Genética, Engenharia, Química, Informática Microrganismos, Células e Moléculas (Enzimas, Anticorpos, DNA, etc.) CONHECIMENTOAGENTES BIOLÓGICOS BIOTECNOLOGIA BENSSERVIÇOS Alimentos, Bebidas, Produtos Químicos, Energia, Produtos Farmacêuticos, Pesticidas, etc. Purificação da água, Tratamentos de resíduos, Controle de poluição, etc.

18 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Composto por duas fitas complementares, unidas por pontes de hidrogênio entre bases púricas (A,G) e bases pirimídicas (T,C). DNA: ácido desoxirribonucléico O alvo da Biotecnologia

19 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Teste de paternidade O teste de paternidade, também chamado de teste de DNA, permite comparar as informações genéticas do DNA da criança com aquelas encontradas no DNA do suposto pai. Basta uma pequena amostra de sangue dos envolvidos (suposto pai, mãe e filho) para que haja 99,99% de certeza do resultado.

20 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Teste de paternidade: como é feito? 1.As partes envolvidas na investigação (mãe, pai e filho) vão a um laboratório, onde uma pequena amostra de sangue dos três é coletada em um papel-filtro, sem utilização de seringa. No caso de morte de alguma das partes, pede-se a exumação do corpo e a coleta de uma parte do organismo; em geral, um fêmur. 2.O material pode ser coletado em laboratórios diferentes. Para que não haja confusão com troca de materiais, assim que o sangue é coletado, o papel-filtro é etiquetado e recebe a assinatura de cada envolvido. A coleta está pronta para ser mandada para um laboratório especializado em exames de DNA. 3.Do papel-filtro são retirados pequenos discos do tamanho da ponta de uma caneta. O material é levado para uma espécie de banho-maria. Através de uma espécie de aquecimento e resfriamento, faz-se com que o DNA contido na coleta seja amplificado.

21 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Teste de paternidade: como é feito? 4. Após a amplificação das moléculas de DNA, o material é levado para o seqüenciador automático, uma sofisticada máquina onde o código genético será seqüenciado. 5. Finalmente, um computador lê a seqüência e já pode dar um primeiro veredicto. Mesmo assim, as seqüências são analisadas por um especialista em genética, uma vez que mutações no código podem levar a máquina a cometer enganos. Cada teste é revisto através de um processo de prova e contraprova. Seqüenciador: Megabase Resultado liberado pelo Megabase

22 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Teste de paternidade Passos para inclusão e exclusão de paternidade pelo DNA: 1)Compare as bandas da mãe (M), criança (C) e possíveis pais (P). 2) Identifique quais bandas da criança vieram da mãe. As bandas restantes (bandas- teste) vieram do pai. 3) As bandas-teste estão presentes no possível pai? Identifique-o.

23 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Transgênicos Transgênicos são organismos que, mediante técnicas de engenharia genética, contêm material genético de outros organismos. A geração de transgênicos visa à obtenção de características específicas por um organismo de interesse. A manipulação genética recombina características de um ou mais organismos de uma forma que provavelmente não aconteceria na natureza. Por exemplo, podem ser combinados os DNAs de animais e plantas. O primeiro transgênico foi a bactéria Escherichia coli, que sofreu adição de genes humanos para a produção de insulina na década de 1980.

24 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Como cortar e colar fitas de DNA de diferentes seres vivos?

25 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Alimentos transgênicos São alimentos cujas sementes tiveram seu material genético modificado em laboratório. Essas sementes são modificadas para que as plantas possam resistir às pragas de insetos e à grandes quantidades de pesticida.

26 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Alimentos transgênicos Aspectos positivos: Aumento na produção de alimentos. Alteração do valor nutricional dos alimentos. Desenvolvimento de espécies com características desejáveis. Maior resistência dos alimentos ao armazenamento por períodos maiores. Aspectos negativos: A maior resistência a agrotóxicos e antibióticos nas pessoas e nos animais. A eliminação de populações benéficas como abelhas, minhocas e outros animais e espécies de plantas. O empobrecimento da biodiversidade. O desenvolvimento de ervas daninhas muito resistentes que podem causar novas doenças e o desequilíbrio da natureza. O desconhecimento das conseqüências da utilização dos alimentos geneticamente alterados a longo prazo.

27 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Alimentos 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. 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. Embora existam muitos argumentos contrários, a técnica, como já mencionado, pode aumentar a produtividade e resistência em relação à planta tradicional.

28 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Clonagem: definição e técnica básica Clonagem é basicamente a produção de indivíduos geneticamente iguais. É um processo de reprodução assexuada que resulta na obtenção de cópias geneticamente idênticas de um mesmo ser vivo.

29 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Clonagem da Dolly A ovelha Dolly (5 de julho de fevereiro 2003) foi o primeiro mamífero a ser clonado com sucesso a partir de uma célula adulta. Dolly foi gerada a partir de células mamárias de uma ovelha adulta com cerca de seis anos, através de uma técnica conhecida como transferência somática de núcleo. Apesar das suas origens, Dolly teve uma vida normal de ovelha e deu à luz dois filhotes, sendo cuidadosamente observada em todas as fases. Em 1999, foi divulgado na revista Nature que Dolly poderia desenvolver formas de envelhecimento precoce, uma vez que os seus telômeros (partes de alguns cromossomos) eram mais curtos que os das ovelhas normais. Esta questão iniciou uma acesa disputa na comunidade científica sobre a influência da clonagem nos processos de envelhecimento, que está ainda hoje por ser resolvida. Em 2002 foi anunciado que Dolly sofria de um tipo de artrite degenerativa, o que foi interpretado por alguns sectores como sinal de envelhecimento. Dolly foi abatida em fevereiro de 2003 para evitar a sua morte dolorosa por uma infecção pulmonar incurável.

30 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Clonagem da ovelha Dolly

31 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Vacina gênica Apontada pelos cientistas como promessa no combate a doenças infecciosas como a malária, a dengue e, até mesmo, a AIDS, a vacina gênica é uma nova estratégia para a prevenção de doenças onde o conhecimento das técnicas relacionadas ao DNA tem um papel essencial.

32 E como esta vacina é feita? Retira-se de uma seqüência de DNA do agente causador Essa sequencia codifica uma proteína capaz de estimular o nosso sistema imune. O fragmento de DNA é clonado e inserido em vetores. Aplica-se em animais, os quais passam a traduzir as seqüências do agente causador da doença, Ocorre a produção da proteína do causador O sistema imune irá reconhecê-la como não-própria do organismo, Desencadeia-se a formação de anticorpos e células de memória. Vacina gênica Vacina gênica

33 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Vacina gênica

34 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Vacina gênica O método é considerado mais eficaz e seguro (oferece além de segurança uma resposta imunológica duradoura, não sendo necessária a aplicação de outras doses). do que o de determinadas vacinas convencionais, que inoculam vírus ou bactérias vivas e atenuadas na pessoa para obrigar o sistema imunológico a produzir anticorpos ou imunidade celular. Essas vacinas de organismos vivos e atenuados, embora funcionem muito bem, oferecem uma certa margem de risco de que a pessoa acabe contaminada pela doença que se pretende prevenir. Com a vacina de DNA isso não acontece.

35 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Vacina gênica Um exemplo de vacina de DNA que vem trazendo bons resultados é a da raiva. Testada em macacos, os pesquisadores obtiveram 100% de imunização dos animais. Eles foram expostos (desafiados) à doses letais do vírus da raiva e não desenvolveram a doença. Esta é uma boa notícia, tendo em vista que surgem no mundo, a cada ano, mais de novos casos de raiva. A vacina de DNA abre novas portas, trazendo esperança para a solução de doenças como a AIDS e a malária, para as quais ainda não foram obtidas vacinas eficazes.

36 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Terapia gênica A terapia gênica consiste basicamente na introdução de genes em células ou tecidos com o intuito de corrigir deficiências genéticas. Esses genes são colocados dentro de células através da utilização de vetores, que podem ser de origem viral ou não-viral. Devido à capacidade intrínseca dos vírus de invadir e fazer com que seu genoma seja transcrito pela maquinaria celular, alguns tipos de vírus são modificados e utilizados como vetores para terapia gênica. Apesar da maioria dos protocolos de terapia gênica estar em estágios iniciais de desenvolvimento, essa área desperta interesse por seu potencial para o tratamento de uma grande diversidade de doenças.

37 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Terapia gênica Um gene normal é colocado dentro do genoma para substituir um gene anormal, causador de alguma doença. A molécula carreadora, denominada vetor, é usada para levar o gene terapêutico para as células- alvo do paciente. O vetor viral, portanto, leva o material contendo o gene humano terapêutico para dentro da célula-alvo. A geração de uma proteína funcional, produto do gene terapêutico, restabelece a célula-alvo, o que pode representar a cura da doença.

38 PROJETO GENOMA HUMANO Constituído por cerca de 3 bilhões de pares de nucleotídeos. 3 % correspondem a genes e 97% a seqüências não codificantes. O tamanho do genoma não é diretamente proporcional ao numero de proteínas traduzidas.

39 Ciências. Aula 03 Biotecnologia Bioética Bioética é o estudo transdisciplinar entre biologia, medicina e filosofia (desta, especialmente as disciplinas de Ética, Moral e Metafísica), que investiga todas as condições necessárias para uma administração responsável da vida humana (em geral), da pessoa (em particular) e da biotecnologia. Considera, portanto, a responsabilidade moral de cientistas em suas pesquisas, bem como de suas aplicações. São temas dessa área questões delicadas como a clonagem, os transgênicos, a terapia gênica, dentre outras. BIOTECNOLOGIA, um trilho perigoso?

40 Exercício a) Quais são as duas enzimas usadas na obtenção do DNA recombinante e como atuam nesse processo? 02. O que é clonagem molecular?

41 RESPOSTA a) Enzimas de restrição, usadas para cortar o DNA em segmentos. DNA – ligase, enzima que une segmentos de DNAs diferentes formando o DNAr em bactérias. 02. É a replicação do DNAr em bactérias.

42 Exercício 2. Explique, sucintamente, como pode-se manipular geneticamente a bactéria E.coli de modo a produzir o hormonio de crescimento humano, usando o seguinte material: E.coli com plasmídeos, DNA com o gene para o hormônio do crescimento, enzima de restrição, ligase de DNA, equipamento para cultura de bactérias e para extrair e purificar o hormonio do crescimento.

43 RESPOSTA Deve-se clivar o DNA (plasmídio) da bactéria com a enzima de restrição, bem como o gene de interesse. Com a ajuda da DNA ligase, se faz a união dos dois DNAs em seguida inocula o DNAr na bactéria que será cultivada em meio de cultura apropriado para seu crescimento e multiplicação. Posteriormente deve ser feito o isolamento e purificação do produto resultante da expressão do gene de interesse.

44 Exercício 3 O que são organismos transgênicos? Aponte 2 pontos positivos e 2 negativos dos transgenicos.

45 RESPOSTA São organismos que tiveram seu material genético modificado, pela inserção de outros genes estranhos à sua linhagem. Aumento da produtividade e valor nutricional de alimentos. A maior resistência a agrotóxicos e antibióticos nas pessoas e nos animais. A eliminação de populações benéficas como abelhas, minhocas e outros animais e espécies de plantas.

46 Exercício 4 Nas técnicas do rDNA transfere-se DNA de uma espécie para outra, bactéria por exemplo, com dois principais objetivos: obter múltiplas cópias de certos genes e obter proteínas úteis codificadas por certos genes. Dê um exemplo da utilização, na medicina e agricultura, de cada um destes objetivos.

47 Exercício 5 Enzimas de restrição são fundamentais à Engenharia Genética porque permitem: a)a passagem de DNA através da membrana celular; b)inibir a síntese de RNA a partir de DNA; c) inibir a síntese de DNA a partir de RNA; d) cortar DNA onde ocorrem seqüências específicas de bases; e) modificar seqüências de bases do DNA.

48 Exercício 6 As enzimas de restrição são sintetizadas: a) apenas pelas bactérias; b) apenas pelos vírus; c) por vírus e bactérias; d) por todas as células procarióticas; e) por qualquer tipo de célula.


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