Escola Bรกsica e Secundรกria de Mora Ano Lectivo 2010/2011
Fichas Informativas Biologia 12
Ana Rita Rainho
Escola EB 2,3/S de Mora Ano Lectivo 2010/2011
BIOLOGIA – 12º ANO
OOGÉNESE VS. ESPERMATOGÉNESE
ASPECTOS COMUNS Os gâmetas derivam de células germinativas primordiais. Os processos iniciam-se nas gónadas e envolvem várias mitoses e uma meiose. A uma fase de multiplicação seguem-se as de crescimento e de maturação.
A produção de gâmetas ocorre durante um período limitado de vida, embora esse período não seja igual nos dois sexos.
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Oogénese
Espermatogénese
Tem início no período embrionário, é interrompida na profase I. Continua na puberdade, é novamente interrompida na metafase II. Só termina se houver fecundação.
Tem início na puberdade e ocorre de um modo contínuo durante toda a vida de um homem.
É um processo cíclico.
É um processo contínuo.
Durante este processo o oócito sofre uma fase de acentuado crescimento.
O crescimento dos espermatócitos é insignificante.
Não ocorre fase de diferenciação. O oócito apenas aumenta de volume como consequência da acumulação de substâncias de reserva.
A fase de diferenciação ou espermiogénese, conduz à formação de espermatozóides a partir de espermatídios após um complicado processo de transformações.
A partir de um oócito II a meiose origina apenas um óvulo.
A partir de um espermatócito II a meiose origina quatro espermatozóides.
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ESPERMATOGÉNESE
OOGÉNESE
ASPECTOS DIVERGENTES
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BIOLOGIA – 12º ANO
MÉTODOS CONTRACEPTIVOS ARTIFICIAIS 1 – Preencha a tabela que se segue, que resume os métodos contraceptivos abordados na aula. MÉTODOS CONTRACEPTIVOS
Barreira
MECÂNICOS
Classificação
Método
Local onde actua
Modo(s) de acção
Preservativo Vagina - Torna o muco cervical demasiado espesso para permitir a passagem dos espermatozóides Espermicidas
QUÍMICOS
- Impedem a ovulação. - Alteram o endométrio e o muco cervical, tornando-o demasiado espesso para os espermatozóides. Trompas de Falópio
CIRÚRGICOS Vasectomia
Alguns métodos contraceptivos menos comuns. Nas páginas 60 a 63 do manual encontra informação mais pormenorizada sobre cada um.
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Contracepção Hormonal A contracepção hormonal é aplicada sobretudo a mulheres, uma vez que actua directamente sobre o ciclo sexual feminino. Actualmente, este tipo de contracepção é um dos métodos reversíveis mais eficazes, desde que aconselhado pelo médico e administrado correctamente. Com base no resultado de investigações sobre fisiologia humana e nas propriedades das hormonas sexuais, Gregory Pincus (1903-1967), médico norte-americano, procurou desenvolver um processo de contracepção feminino. Em 1954 elaborou a primeira pílula, uma mistura de estrogéneos e progesterona de síntese artificial. A primeira pílula foi testada em mulheres voluntárias. Os resultados foram positivos, embora se tenham verificado efeitos secundários consideráveis. As investigações prosseguiram e em 1960 foi autorizada a venda de pílulas contraceptivas nos EUA. Desde a invenção da primeira pílula, grandes progressos têm sido efectuados. Não só foram produzidos novos derivados sintéticos das hormonas ováricas, mas também foram sendo reduzidas as dosagens em que são ministradas, reduzindo assim os efeitos secundários. As pílulas contraceptivas diferem na composição e na dosagem dos derivados hormonais que as constituem. Pílula
Combinada
Progestativa
Estrogéneos e progesterona de síntese
Sem estrogéneos. Contêm apenas progesterona de síntese, em doses mais baixas.
Tipo de toma
21 dias consecutivos com pausa para ocorrer menstruação
Contínua, sem interrupções.
Modo de acção
- Impede a ovulação por retrocotrolo negativo sobre o hipotálamo (figura).
- Impede a ovulação *. - Actua apenas sobre o endométrio. O muco cervical torna-se impermeável à passagem dos espermatozóides.
Outras caraterísticas
Não pode ser utilizado durante a amamentação. Pode provocar alteração na quantidade e qualidade do leite produzido
Pode ser utilizada por mulheres em amamentação ou intolerantes ao estrogéneo.
Conteúdo
ACÇÃO DAS PÍLULAS COMBINADAS Durante a utilização das pílulas combinadas, o aumento da quantidade de hormonas sexuais em circulação irá exercer um retrocontrolo negativo sobre o complexo hipotálamo-hipófise, inibindo a libertação de FSH e LH. Nos ovários, sem o estímulo das gonadoestimulinas, os folículos não experimentam maturação, não ocorrendo ovulação nem formação do corpo amarelo. No útero, uma vez que existem hormonas em circulação, existe um certo desenvolvimento do endométrio e ocorre menstruação quando se deixa de tomar a pílula. No entanto, o endométrio não se apresenta apto para a nidação. Estas hormonas também têm algum efeito sobre o muco cervical, impedindo que fluidifique e dificultando assim a passagem dos espermatozóides. Nos contraceptivos de baixa dosagem, seja pílula combinada ou progestativa, existem alguns estudos que apontam para que alguns folículos se cheguem a desenvolver, ocorrendo assim a ovulação. Contudo, a eficácia mantém-se, pois a passagem dos espermatozóides continua impedida. Apesar do seu grau de eficácia, a pílula tem a desvantagem de requerer um compromisso diário na toma. Página 4
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Nos últimos anos, à contracepção regulada por hormonas através de pílulas vieram juntar-se outras técnicas com o mesmo grau de eficácia, mas que não exigem um compromisso diário. É o caso do adesivo transdérmico, anel vaginal e o implante subcutâneo.
Adesivo transdérmico
Anel Vaginal
Implante subcutâneo
ADESIVO TRANSDÉRMICO – Actua como uma pílula combinada em que as hormonas são absorvidas pela pele. Aplica-se uma vez por semana, durante três semanas seguidas, com uma semana de descanso.
ANEL VAGINAL – É um anel flexível que contém hormonas em baixa dosagem, que se libertam gradualmente. É aplicado pela própria mulher apenas uma vez em cada ciclo. Mantém-se por três sema nas e deve ser retirado na quarta semana para que ocorra menstruação.
IMPLANTE SUBCUTÂNEO – Tem a forma de um bastonete e é implantado pelo médico sob a pele do antebraço mediante anestesia local. Mantém um bom grau de eficácia durante três anos.
Apesar de os métodos contraceptivos químicos terem uma elevada taxa de eficácia, não estão isentos de efeitos secundários: PROCESSOS HORMONAIS DE CONTRACEPÇÃO
VANTAGENS Boa tolerância pela maioria das mulheres. Impedem a ovulação ou a fecundação. Os ciclos menstruais passam a ser mais regulares e, geralmente, sem dores.
DESVANTAGENS Problemas de hipertensão. Problemas de diabetes. Insuficiências de circulação sanguínea. Os riscos podem ser agravados por interacção com outros factores como o tabaco, o álcool e outras drogas.
A utilização regular dos contraceptivos químicos deve efectuar-se sob prescrição médica e com vigilância durante a sua administração. Quando não se utiliza regular ou adequadamente um dos métodos contraceptivos já considerados, uma relação sexual pode determinar uma gravidez não desejada. Para estas situações excepcionais existe a contracepção de emergência – a pílula do dia seguinte. A pílula do dia seguinte É composta por um derivado de progesterona ou de estrogéneos e progesterona. Deve ser tomada o mais cedo possível e no máximo até 72h após a relação sexual. Conforme o momento em que é tomada pode impedir a ovulação, a fecundação ou a nidação do embrião. A pílula do dia seguinte apresenta efeitos secundários graves devido à elevadíssima concentração hormonal que contém, e por isso não deve ser adoptada como método de contracepção regular.
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BIOLOGIA – 12º ANO
O Factor Rhesus Lidar com as grandes perdas de sangue de uma pessoa ferida foi durante muito tempo um desafio difícil para a medicina. A solução era sujeitar o paciente a uma transfusão sanguínea. Em alguns casos o paciente recuperava, mas noutros, sem que soubesse porquê, a transfusão piorava o estado do doente e frequentemente levava-o à morte. Até cerca de 1900 não era possível aos médicos e aos cientistas prever o resultado de uma transfusão sanguínea. Por isso, em muitos países europeus esta prática foi abandonada no início do século XIX. Em 1901 o cientista Karl Landsteiner (1868-1943) descobriu que era possível distinguir quatro tipos sanguíneos: A, B, AB e O, com base no tipo de antigénios presentes nas hemácias e reacções de aglutinação que ocorriam. Mais tarde, em 1927 Landsteiner, em conjunto com Alexander Wiener, descobriu um outro factor, ao qual chamou Factor Rhesus, ou Rh. Os seus trabalhos nesta área valeram-lhe o prémio Nobel da Medicina em 1930. A figura que se segue resume a experiência de Landsteiner. Foi injectado sangue de um macaco do género Rhesus, espécie hoje identificada como Macaca mulatta, em coelhos cobaias. Ao entrar em contacto com o sangue proveniente do macaco, foram detectados anticorpos novos no sangue das cobaias.
1. Caso se colocasse uma gota de soro de cobaia numa amostra de sangue de macaco, que espera que aconteça? 2. Caso fosse fosse extraído sangue de uma cobaia normal, a reacção seria a mesma? Justifique.
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3. Explique porque é que o coelho produziu anticorpos (aglutininas) ao entrar em contacto com o sangue proveniente do macaco. 4. Como explica que na espécie humana também exista aglutinação? As conclusões obtidas levariam à descoberta de um antigénio de membrana (presente no glicocálix que reveste as hemácias) que foi denominado Rh (Rhesus), que existia nesta espécie de macaco e não em outras como as de cobaia e, portanto, estimulavam a produção de anticorpos, denominados anti-Rh. Ao misturarem soro extraído da cobaia (com anticorpos anti-Rh) com hemácias humanas, verificaram aglutinação em grande parte dos casos. Tal facto explica-se por encontrarmos nas hemácias humanas o mesmo antigénio encontrado nas hemácias do macaco Rhesus. A estes indivíduos + denominamos Rh positivo (Rh ). Os indivíduos testados onde não se observava reacção de aglutinação foram denominados Rh negativo (Rh ), pois não possuíam esta proteína específica na membrana das suas hemácias. O sistema Rh é condicionado por um par de alelos em que o gene que condiciona o aparecimento do factor Rh é dominante relativamente ao que condiciona a sua ausência. Fenótipo Rh
Genótipo
+
Rh Rh ou Rh Rh
-
Rh Rh
Rh
+
+
+
-
+
-
-
Aglutinogénios
Aglutininas Anti-Rh
Factor Rh
Ausentes
Ausentes
Podem formar
-
Os indivíduos Rh não possuem, evidentemente, aglutininas anti-Rh. Os indivíduos Rh também não possuem à partida estas aglutininas. No entanto, podem formá-las se entrarem em contacto com o antigénio Rh. Numa primeira transfusão sanguínea, as hemácias do dador (Rh+), que possuem o antigénio na sua membrana, provocam a produção de alguns anticorpos anti-Rh, que no entanto, não são suficientes para provocar qualquer tipo de complicação. Diz-se que o receptor ficou sensibilizado para o antigene Rh, isto é, no seu plasma passaram a existir algumas aglutininas anti-Rh. Numa segunda transfusão com o mesmo tipo de dador, a reacção imunitária do receptor é muito extensa, uma vez que o indivíduo já se encontrava sensibilizado. Desta resposta resulta a aglutinação em grande escala das hemácias do dador, resultando em complicações para a saúde do receptor (esquema 1).
Esquema 1 - Quando um indivíduo Rh- recebe pela primeira vez uma transfusão de sangue do tipo Rh+ ocorre sensibilização. Na segunda transfusão a reacção de aglutinação já ocorre de forma muito acentuada.
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O sistema Rh também influencia a gravidez. Vamos imaginar um casal em que a mãe é do tipo Rh- e o pai Rh+.
1. Determine os genótipos dos progenitores e os possíveis genótipos da descendência. Através da placenta ocorrem trocas entre mãe e filho. Na fase final da gravidez, ou mesmo na altura do parto, a mãe tomará contacto com o sangue do feto. Suponha que o primeiro filho desta mulher é Rh+.
2.
Que espera que aconteça quando a mãe toma contacto com o sangue do filho?
3.
Esta reacção é suficiente para pôr em causa a sobrevivência da criança? Justifique.
Imagine que esta mulher engravida de novo. 4. Determine a probabilidade de o segundo filho ser do tipo Rh- se o pai for heterozigótico. 5. Que acontecerá desta vez quando a mãe tomar contacto com o sangue do feto? Numa primeira gravidez, vai ocorrer sensibilização. O contacto da mãe com as hemácias do bebé vão desencadear a produção de algumas aglutininas anti-Rh. Contudo, a sua quantidade não será suficiente para pôr em risco a vida da criança. Contudo, numa segunda gravidez em que o filho seja novamente Rh+, as hemácias do filho ao passarem para a corrente sanguínea da mãe desencadeiam uma elevada produção de aglutininas anti-Rh. Estes anticorpos, ao passarem através da placenta para a corrente sanguínea do feto, provocam a destruição das hemácias, pois estas possuem o antigénio Rh. Neste caso surge a eritroblastose fetal ou doença hemolítica do recém-nascido (DHRN). (esquema 2).
Esquema 2 – Influência do factor Rh na gravidez. Página 8
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A imagem que se segue representa de forma esquemática o tipo de reacções que ocorrem durante a segunda gravidez.
Figura 3 – Eritroblastose fetal. Durante a primeira gravidez a mãe produz algumas aglutininas anti-Rh, mas em pequenas quantidades. Na segunda gravidez, uma vez que já ocorreu sensibilização, a reacção é muito mais violenta e rápida, pondo em risco a vida do feto.
Desta forma, as hemácias do feto, ainda nucleadas, não conseguem assegurar o correcto transporte de gases, o que pode provocar a morte na fase final da gestação ou logo após o parto. As poucas crianças que conseguem sobreviver ficam com graves consequências como anemia profunda, icterícia (pele amarelada devido ao depósito de bilirrubina), aumento do volume do fígado e do baço ou possíveis perturbações mentais decorrentes de lesões em centros nervosos. As suas hemácias foram em grande parte destruídas e substituídas por outras ainda imaturas.
Hoje em dia, uma situação destas pode ser solucionada. A prevenção do desenvolvimento de anticorpos Rh durante os cuidados pré-natais é a melhor forma de protecção para o feto. Se a mãe for Rh- , o médico prescreve uma dose de imunoglobulina anti-Rh (RhoGAM) na 28ª semana de gestação, independentemente do tipo sanguíneo do feto. Essa vacina irá destruir quaisquer glóbulos sanguíneos vermelhos que tenham entrado na corrente sanguínea materna antes de o seu corpo ter hipótese de criar novos anticorpos. Se o bebé nascer Rh+ , será administrada outra dose dentro de 72 horas após o parto. Isso irá evitar que o corpo da mãe crie futuros anticorpos que poderiam causar danos durante uma subsequente gestação Rh incompatível. Por segurança, toda mulher Rh- deve tomar num prazo máximo de 72 horas após o parto, uma "vacina" de imunoglobulina anti-Rh para prevenir a formação dos anticorpos anti Rh+ no seu sangue. Nem todas as mulheres Rh- com bebés Rh+ se tornam sensibilizadas mas, como medida de precaução, todas devem tomar a imunoglobina.
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BIOLOGIA – 12º ANO
OPERÃO INDUTIVO – O CASO DA LACTOSE As enzimas que degradam a lactose são codificadas por uma porção de ADN.
Quando a lactose existe em pouca quantidade, convém que essas enzimas não sejam produzidas.
Existe a produção de um REPRESSOR ACTIVO (1), que se liga ao gene operador (2) impedindo a ligação da RNA polimerase ao gene promotor. A transcrição não se efectua.
(1) (2)
Quando existe muita quantidade de lactose, a célula permite que sejam sintetizadas as proteínas que degradam lactose.
A lactose liga-se ao repressor (inicialmente produzido na forma activa), inactivando-o (3).
Inactivo, o repressor não se pode ligar ao gene operador, permitindo a ligação da RNA polimerase(4) ao gene promotor. Dá-se início à transcrição e consequente síntese proteica (5). (4)
(5)
(3)
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OPERÃO REPRESSIVO – O CASO DO TRIPTOFANO As enzimas que produzem o triptofano são codificadas por uma porção de ADN.
Quando o triptofano existe em pouca quantidade, essas enzimas estão a ser produzidas para aumentar a quantidade de triptofano.
Existe a produção de um repressor, que se encontra no estado INACTIVO, pelo que não se liga ao gene operador (1). Assim, dá-se a ligação da RNA polimerase ao gene promotor (2). A transcrição e consequente síntese proteica decorre normalmente (3).
(3) (2)
(1)
Quando o triptofano existe em muita quantidade, a célula tem de inibir a transcrição do DNA que codifica as enzimas de produção de triptofano para evitar que a sua quantidade aumente ainda mais para níveis que poderiam ser perigosos.
O triptofano em excesso liga-se ao repressor, activando-o (4).
O repressor liga-se ao gene operador, impedindo a ligação da RNA polimerase ao gene promotor (5). A transcrição não se efectua e as enzimas não são produzidas.
(5)
(4)
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RESUMO: MUTAÇÕES Mutação Qualquer modificação ou alteração brusca de genes ou de cromossomas, podendo provocar uma variação hereditária ou uma mudança no fenótipo.
As mutações são importantes do ponto de vista evolutivo. São as mutações que dão origem à variabilidade de indivíduos de uma população sobre a qual actua a selecção natural.
A mutação pode produzir uma característica favorável num dado ambiente e desfavorável noutro.
1 – Classificação das mutações:
o
Génicas – Afectam um número reduzido de genes. Alteram a sequência de nucleótidos do DNA, por substituição, adição ou remoção de bases. Podem conduzir à modificação da molécula de RNAm que é transcrita a partir do DNA e, consequentemente, à alteração da proteína produzida, o que tem, geralmente, efeitos no fenótipo.
o
Cromossómicas – traduzem-se numa alteração da estrutura (mutação cromossómica estrutural) ou do número (mutação cromossómica numérica) de cromossomas. Podem afectar uma determinada região de um cromossoma, um cromossoma inteiro ou todo o complemento cromossómico de um indivíduo.
As mutações podem ocorrer em células somáticas ou germinativas:
o
Mutação somática – ocorre durante a replicação do DNA que precede uma divisão mitótica. Todas as células descendentes são afectadas, mas podem localizar-se apenas numa pequena parte do corpo. As mutações somáticas estão na origem de certos cancros. Não são transmitidas à descendência.
o
Mutação nas células germinativas – ocorre durante a replicação do DNA que precede a meiose. A mutação afecta os gâmetas e todas as células que deles descendem após a fecundação – é transmitida à descendência.
As mutações podem ocorrer espontaneamente ou podem ser induzidas por exposição a um agente mutagénico.
2 – Mutações espontâneas: o
Podem ocorrer devido: ao facto de que as quatro bases nucleotídicas podem existir sob duas formas diferentes, uma usual e outra muito rara. Quando uma base adquire, temporariamente, a sua forma rara, pode emparelhar-se com uma base diferente. a erros na replicação do DNA motivados pela DNA polimerase. Quase sempre estes erros são reparados durante o processo de replicação do DNA, contudo, alguns persistem. a erros na meiose ou mitose (não disjunção de homólogos ou cromatídeos, tendo como consequência a formação de células com excesso ou falta de cromossomas).
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o
Onde ocorrem? Podem ocorrer em qualquer gene e em qualquer local do gene, no entanto são mais frequentes em: regiões com sequências de DNA repetitivas ou simétricas, os chamados pontos quentes. Nestes locais, aumenta o risco de uma cadeia de DNA emparelhar consigo própria durante a replicação; genes de maior tamanho, que, assim, têm uma maior probabilidade de sofrer alterações na sua sequência de bases; genes do genoma mitocondrial que não tem mecanismos de reparação do DNA.
3 – Mutações induzidas: Agentes mutagénicos – substâncias químicas ou radiações que aumentam a probabilidade de ocorrência de mutações. o
Principais agentes mutagénicos:
radiação artificial ou fontes naturais de radiação como raios cósmicos, luz solar e minerais radioactivos da crosta terrestre. Certos minerais da crosta (urânio, rádio, carbono 14...) emitem radiações ionizantes, os raios α, β e γ. Estas radiações, especialmente os raios γ, têm energia suficiente para remover electrões dos átomos e quebrar o esqueleto de açucares e fosfato do DNA;
substâncias químicas, como agentes aquilantes, acridinas, drogas usadas em quimioterapia, nitrosaminas e nitrito de sódio.
o
Formas de actuação dos agentes mutagénicos:
alteração das bases nucleotídicas por agentes químicos. No caso do ácido nítrico e dos seus derivados, podem transformar a citosina presente no DNA, na sua forma rara; para tal, ocorre a conversão de -NH2 em =NH. Tem por consequência a alteração do emparelhamento das bases;
adição de grupos químicos às bases por agentes químicos, como, por exemplo, o benzopireno, um dos componentes do fumo do tabaco, que adiciona um grupo químico à guanina, tornando-a indisponível para o emparelhamento das bases;
danificação do material genético por radiações. As radiações ionizantes (raios X) produzem radicais livres, altamente reactivos, e que podem alterar as bases do DNA para formas não reconhecíveis, ou causar anormalidades cromossómicas. As radiações ultravioletas do Sol são absorvidas pela timina do DNA, promovendo o estabelecimento de ligações covalentes entre bases adjacentes, o que causa grandes problemas durante a replicação do DNA.
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TIPOS DE MUTAÇÕES
1 - Mutações Génicas: Mutações Génicas
Mutação silenciosa
Substituição de uma base do DNA por outra (no 3º nucleótido de cada codão), mas que resulta num codão que codifica o mesmo aminoácido, devido à redundância do código genético. São muito comuns e responsáveis pela diversidade genética que não é expressa fenotipicamente.
Mutação com perda de sentido
Substituição de uma base do DNA por outra, que tem como consequência a substituição de um aminoácido por outro na proteína codificada. A conformação da proteína pode ser alterada. (ex: anemia falciforme)
Mutação sem sentido (nonsense)
Substituição de uma base do DNA de tal modo que, no RNAm, um codão que especifica um aminoácido é alterado para um codão de STOP, ou o contrário. Origina uma proteína mais curta ou mais longa do que a proteína normal.
Substituição (substituição de uma só base do DNA)
Delecção (remoção de uma ou mais bases do DNA) Inserção (Adição de uma ou mais bases ao DNA)
Pode ser removida uma única base do DNA ou milhares delas. A remoção de um número de bases que não seja múltiplo de três altera completamente a mensagem do gene.
O número de bases adicionadas ao DNA pode variar. A adição de um número que não seja múltiplo de três altera completamente a mensagem do gene. Quando é inserida uma sequência igual a outra ocorre uma duplicação.
2 – Mutações Cromossómicas: Podem ser estruturais ou numéricas 2.1. Mutações Cromossómicas Estruturais: o
o
Delecção: Falta uma porção de um cromossoma.
Causa: cruzamento de cromossomas e quebra nos pontos de cruzamento, a que se segue uma reconstituição em que um segmento é eliminado.
Consequências/exemplos: As delecções variam muito em tamanho, mas as maiores têm efeitos mais nefastos pois removem mais genes.
Translocação: Transferência de segmentos entre cromossomas não homólogos.
Pode ser: Translocação simples – transferência de um segmento de um cromossoma para outro não homólogo.
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Translocação recíproca – troca de partes entre dois cromossomas.
Se não houver quebra de genes, o fenótipo não é afectado, pois as proteínas continuam a ser codificadas.
A mutação apenas se fará sentir nas gerações futuras, pois a alteração da estrutura dos cromossomas traz dificuldades no emparelhamento da meiose.
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o
Duplicação: Existência de duas cópias de uma dada região cromossómica, frequentemente associada à delecção no correspondente cromossoma homólogo.
o
Os efeitos variam em função da extensão e do tipo de informação repetida.
Inversão:
Remoção de um segmento de DNA e inserção numa posição invertida num outro local do cromossoma.
A inversão pode ser: paracêntrica – não inclui o centrómero; pericêntrica – inclui o centrómero.
Causa: quebra de um cromossoma, seguida da sua reconstituição na orientação incorrecta.
As consequências de uma inversão dependem dos genes envolvidos
No caso de a inversão incluir parte de um segmento de DNA que codifica para uma proteína, esta será muito diferente e não funcional, na maioria das situações; Certas inversões não têm efeitos sobre o fenótipo, mas causam problemas reprodutivos. O emparelhamento, na meiose, de um cromossoma com uma inversão com um cromossoma normal implica que um dos cromossomas tenha de se dobrar. O crossing-over nessa região pode originar duplicações ou delecções nos cromossomas recombinantes.
2.2. Mutações Cromossómicas Numéricas: (Poliploidia e Aneuploidia) o
São mutações que envolvem a alteração no número de cromossomas.
Quando existe alteração global do genoma:
Haploidia – perda de metade do material genético, em que o indivíduo passa a possuir n cromossomas. Os indivíduos resultantes são, no geral, estéreis, devido a irregularidades na meiose, decorrentes da dificuldade de emparelhamento cromossómico.
Poliploidia – ganho de material genético, em que o indivíduo passa a possuir x.2n cromossomas.
Causas: - fecundação de um oócito por dois espermatozóides (muito raro); - fecundação de um gâmeta diplóide; - citocinese anormal na meiose; - cruzamento de duas espécies próximas para geração de um híbrido. Se ocorrer duplicação cromossómica esse híbrido passa a ser fértil.
Consequências/exemplos:
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Nas plantas, a poliploidia é comum. As plantas poliplóides podem autopopolinizar-se ou cruzar-se com outras semelhantes.
Nos humanos, os embriões popiplóides não se desenvolvem e são abortados espontaneamente. Algumas células somáticas humanas podem ser poliplóides (mosaicismo).
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o
Aneuploidia: existem cromossomas a mais ou a menos em relação ao número normal. Geralmente envolve apenas um único par de cromossomas e pode ser autossómica ou heterossómica.
Pode ser:
Nulissomia – faltam os dois cromossomas de um par de homólogos (2n2). Muito raro aconter. A nulissomia é letal se for afectando o par sexual no homem.
Monossomia – ausência de um dos homólogos num dado par (2n-1).
Polissomia – um ou mais cromossomas extra (ex: trissomias).
Causas: não-disjunção dos homólogos ou dos cromatídeos na anafase da meiose I ou II. Um gâmeta recebe dois cromossomas do mesmo par e outro não recebe nenhum.
Consequências/Exemplos: As aneuploidias mais comuns em seres humanos são as trissomias 21, 13 e 18, a monossomia do X e outras alterações numéricas dos cromossomas sexuais. Aneuploidias de outros cromossomas não permitem o desenvolvimento até ao nascimento, resultando em abortos espontâneos.
As aneuploidias dos cromossomas sexuais são melhor toleradas do que as dos autossomas.
MUTAÇÕES E ONCOGÉNESE
O cancro é uma doença genética que resulta da perda de controlo 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.
As alterações genéticas que conduzem à doença podem afectar os mecanismos de regulação da proliferação ou da morte celular. o
Quando são afectados os mecanismos que regulam a proliferação celular, as alterações surgem devido a um aumento do estímulo da divisão celular ou devido a deficiências nos mecanismos que impedem a divisão das células. No primeiro caso, as alterações surgem nos proto-oncogenes e no segundo caso, surgem nos genes supressores tumorais.
Características das células cancerosas: são pouco especializadas (desdiferenciadas) e com forma arredondada; dividem-se continuamente; invadem os tecidos adjacentes; podem instalar-se noutros locais do organismo, onde chegam através da corrente sanguínea ou linfática, originando novos tumores que se chamam metástases.
Na maior parte das situações, as mutações ocorrem em células somáticas ao longo da vida, embora também possam ocorrer em células germinativas. Geralmente, é um acumular de mutações que desencadeia o desenvolvimento de um cancro.
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GENES RELACIONADOS COM O APARECIMENTO DE CANCRO E SUAS MUTAÇÕES: 1. Oncogenes: Resultam da mutação de proto-oncogenes.
Os proto-oncogenes codificam proteínas que estimulam o crescimento e a divisão celular e têm uma função essencial nas células normais, por exemplo, durante o desenvolvimento embrionário e na reparação de tecidos lesados.
Quando indevidamente activados, promovem uma proliferação celular excessiva que conduz ao desenvolvimento de um cancro.
A activação de um oncogene pode resultar de diferentes tipos de mutações:
Substituição de bases no DNA, e consequente alteração na sequência de aminoácidos da proteína formada, que resulta numa proteína com maior actividade ou resistente à degradação;
Amplificação do proto-oncogene - Traduz-se numa maior quantidade do produto codificado pelo gene, ou seja, aumenta o número de proteínas que estimulam o crescimento e proliferação celular;
inversões ou translocações que levam à alteração do local que o proto-oncogene ocupa no genoma. Se o proto-oncogene for deslocado para junto de um gene activamente transcrito ou para junto de um DNA viral, a sua taxa de transcrição também aumenta.
2. Genes supressores de tumores:
Os produtos destes genes inibem a divisão celular, impedindo que as células se multipliquem descontroladamente.
Os genes supressores de tumores podem estar na origem do cancro quando sofrem mutações como as seguintes: - delecções, que causam a sua perda; - substituição de bases do DNA que resulta numa proteína onde se verifica perda de função relativamente à proteína normal.
3. 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.
Os agentes mutagénicos podem activar oncogenes ou desactivar genes supressores de tumores e causar cancro.
As infecções por vírus contribuem para o aparecimento de cancro pela integração do material genético do vírus no DNA das células afectadas. O DNA viral pode ser inserido num local onde destrua a actividade de um gene supressor de tumores ou converta um proto-oncogene num oncogene.
Material compilado e adaptado a partir de: http://biohelp.blogs.sapo.pt/2939.html Não esquecer de complementar a informação com as imagens presentes nos powerpoints e no manual adoptado.
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Escola EB 2,3/S de Mora Ano Lectivo 2010/2011
BIOLOGIA – 12º ANO
Fundamentos de Engenharia Genética A Engenharia Genética permite manipular directamente os genes de determinados organismos com objectivos práticos.
Tecnologia de DNA recombinante
Permite combinar na mesma molécula de DNA genes provenientes de fontes diferentes, mas não necessariamente de espécies diferentes, dando origem a uma molécula de DNA recombinante (DNAr).
Baseia-se na utilização de ferramentas moleculares como as enzimas de restrição, as ligases do DNA e os vectores. Enzimas de restrição – reconhecem determinadas sequências de DNA e cortam a molécula nesses locais. As zonas de restrição correspondem a sequências de DNA curtas e simétricas que se lêem da mesma forma nas duas cadeias na direcção 5'-3'.
As enzimas de restrição são bastante específicas e ocorrem naturalmente em bactérias. Protegem as bactérias dos ataques dos vírus, uma vez que reconhecem e cortam sequências específicas do DNA viral, inactivando-o. O DNA bacteriano está protegido da actividade das enzimas de restrição.
A actividade das enzimas de restrição dá origem a fragmentos de DNA em dupla hélice – fragmentos de restrição - com extremidades em cadeia simples – extremidades coesivas.
Verifica-se complementaridade de bases do DNA nas extremidades coesivas de diferentes fragmentos de restrição obtidos com a mesma enzima.
As extremidades coesivas emparelham através de ligaçõe sde hidrogénio entre bases complementares e podem unir-se pela actividade de ligases do DNA que catalizam a formação de ligações fosfodiéster.
Vector – entidade, constituída por DNA, que transfere o DNA de uma célula ou de um organismo dador para uma célula ou um organismo receptor.
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Os vectores mais utilizados são os plasmídeos e os bacteriófagos.
Os plasmídeos são pequenas moléculas circulares de DNA que ocorrem naturalmente em algumas bactérias, leveduras e células vegetais.
Os plasmídeos ligam-se a determinados compostos, tornando-os mais densos, permitindo a sua separação por centrifugação.
Processo de obtenção e expressão de uma molécula de DNAr: 1.
Selecciona-se uma molécula de DNA dadora, contendo o gene com interesse que se pretende transferir e clonar, e um vector adequado.
2.
A molécula de DNA e o vector são tratados com a mesma enzima de restrição, que corta as duas moléculas em regiões com a mesma sequência de nucleótidos.
Fichas Informativas de Biologia e Geologia
3.
Misturam-se os fragmentos de restrição da molécula de DNA e o vector e juntam-se ligases do DNA. O vector e os fragmentos de restrição emparelham pelas extremidades coesivas, que são complementares, e a ligase estabelece a ligação.
4.
O vector, contendo o DNA dador, é transferido para uma célula ou organismo receptor.
5.
O DNA dador é incorporado no genoma da célula ou organismo receptor, que passa a possuir um DNA recombinante.
6.
Um meio selectivo ou testes químicos permitem identificar as células que exprimem o gene desejado. No processo descrito formam-se fragmentos de restrição que não têm o gene desejado e nem todas as células receptoras incorporam o DNA dador.
DNA Complementar - DNAc
Os procariontes são organismos muito utilizados em Engenharia Genética como receptores de DNA estranho porque são fáceis de cultivar, têm um crescimento rápido e processos bioquímicos bem conhecidos. No entanto, não processam o RNAm e, quando recebem genes com intrões, estes não são retirados e a proteína produzida não é funcional.
DNA complementar (DNAc) – molécula de DNA sem intrões que é directamente transcrita numa molécula de RNAm funcional.
O processo de obtenção de DNAc é o seguinte: 1.
Isola-se uma molécula RNAm funcional das células.
2.
Adiciona-se transcriptase reversa e nucleótidos livres. A transcriptase reversa catalisa a síntese de uma cadeia simples de DNA a partir de um molde de RNAm.
3.
Junta-se uma enzima que degrada o RNAm que serviu de molde e DNA polimerase que catalisa a formação da cadeia complementar do DNA.
O DNAc pode ser inserido através de um vector contendo o promotor e sequências reguladoras.
Todos os DNAc que se sintetizam a partir do RNA podem ser clonados em bactérias, originando uma biblioteca de DNAc, em que toda a informação (genes que se encontravam a ser transcritos – expressos – num dado momento), fica armazenada em bactérias por longos períodos de tempo, desde que sejam fornecidas todas as condições indispensáveis para a sua manutenção.
Reacção de Polimerização em Cadeia – PCR
Técnica que permite amplificar qualquer porção de DNA fora das células.
Material necessário: sequências de DNA que se pretende amplificar; um par de iniciadores (primers); os quatro tipos de nucleótidos; uma polimerase DNA (Taq); solução-tampão que impeça variações de pH e que contenha Mg² , ião essencial para a actividade da polimerase.
Uma reacção de PCR corresponde a um conjunto de ciclos, envolvendo cada um destes ciclos: o
Desnaturação da dupla hélice – é conseguida com a incubação do DNA a uma temperatura de 95°C, formando duas cadeias simples a partir de uma dupla cadeia;
o
Emparelhamento dos iniciadores – diminuição da temperatura aproximadamente para os 55°C, para ocorrer a ligação dos primers;
o
Polimerização (síntese) de DNA – ocorre a 70°C, temperatura óptima de actividade da Taq polimerase. Esta liga-se na região dos iniciadores, e promove a polimerização, com elongação da cadeia de DNA, servindo a outra como molde.
Prof. Ana Rita Rainho
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Este ciclo é repetido dezenas de vezes, para obter milhões de cópias de DNA, em poucas horas e sem intervenção manual. No final, leva à produção de 2^n moléculas de DNA de interesse, em que n representa o número de ciclos.
A Taq polimerase é uma polimerase extraída da Thermus aquaticus, uma bactéria que habita fontes termais com água extremamente quente, resistindo às variações de temperatura e contribuindo significativamente para o sucesso da técnica de PCR (o aquecimento para desnaturar as cadeias de DNA provocava a inactivação definitiva da polimerase, obrigando a adicionar mais enzima por ciclo de aquecimento).
Um dos aspectos mais negativos desta técnica é a grande sensibilidade ``a contaminação com DNA estranho, podendo ocorrer emparelhamento entre os iniciadores e este DNA estranho, amplificando sequências não pretendidas.
DNA Fingerprint
No genoma humano existem sequências de DNA repetitivas que são reconhecidas e cortadas por determinadas enzimas de restrição. Estas enzimas dividem o DNA em fragmentos cujas dimensões e composição em nucleótidos variam de pessoa para pessoa e reflectem as diferenças entre os alelos dos vários loci.
Diferentes fragmentos de DNA movimentam-se de modo diferente quando submetidos a electroforese (técnica em que determinadas moléculas são sujeitas à acção de um campo eléctrico num meio poroso) e o resultado é um padrão de bandas que difere de indivíduo para indivíduo.
Aplicações das Técnicas de Engenharia Genética DNA recombinante(DNAr): o
Investigação fundamental: torna possível isolar genes de organismos complexos e estudar as suas funções a nível molecular.
o
Obtenção de OGM: os OGM são organismos em cujo genoma foram introduzidos genes que conferem características vantajosas.
Os animais transgénicos, normalmente, são produzidos através de microinjecção de DNA de um determinado gene em células de um ovo fertilizado, ou através de células colocadas no útero de uma fêmea, decorrendo assim o seu desenvolvimento.
Os OGM são utilizados para: produção de alimentos em maior quantidade e qualidade; produção de grandes quantidades de substâncias com aplicação médica ou farmacêutica, como a insulina, hormona do crescimento ou factores de coagulação sanguínea; produção de substâncias com aplicação industrial; biorremediação – modificação de organismos no sentido de degradarem poluentes.
DNA complementar (DNAc): o Obtenção de cópias de genes que codificam produtos com interesse – torna possível a produção de proteínas humanas por procariontes que podem ser cultivados facilmente em biorreactores.
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Fichas Informativas de Biologia e Geologia
PCR: o
Obtenção de grandes quantidades de DNA em pouco tempo, a partir de uma quantidade muito pequena. Esse DNA pode ser posteriormente utilizado em técnicas de recombinação de DNA ou em fingerprint.
DNA fingerprint: o Investigação criminal, forense e histórica – a técnica permite partir de material biológico deixado num local (cabelo, sangue, esperma...) e compará-lo com o dos suspeitos; permite a identificação de cadáveres. o
Determinação de paternidade – a comparação das impressões digitais genéticas dos progenitores e do descendente permite excluir a paternidade ou confirmá-la com um elevado grau de certeza.
Problemas:
Há alguns obstáculos na expressão de genes eucariontes em bactérias. o
Deve associar-se o gene às sequências promotoras e reguladoras mais apropriadas e que possam ser reconhecidas pela RNA polimerase da bactéria (as zonas de regulação da expressão génica em procariontes são diferentes dos eucariontes).
o
A resolução deste problema pode ser obtida pela combinação de uma determinada sequência nucleotídica com um promotor da própria bactéria, permitindo a expressão da sequência eucarionte inserida.
Quando se transferem genes para uma bactéria, é aconselhável que o DNA transferido já esteja processado, uma vez que as bactérias hospedeiras não possuem enzimas para o processamento e remoção dos intrões, introduzindo uma cópia de DNAc do gene.
A utilização e introdução no mercado dos OGM é um assunto controverso e que levanta problemas éticos. Apesar das vantagens associadas a estes organismos, o impacto que podem vir a ter sobre o ambiente e a saúde humana é desconhecido e imprevisível.
A professora
Ana Rita Rainho
Prof. Ana Rita Rainho
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