BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR
BIOLOGIA
CELULAR E
MOLECULAR
1
SOMESB
Sociedade Mantenedora de Educação Superior da Bahia S/C Ltda.
Biologia
Celular
Presidente ♦ Gervásio Meneses de Oliveira
Vice-Presidente ♦ William Oliveira
e
Molecular
Superintendente Administrativo e
Financeiro ♦ Samuel Soares
Superintendente de Ensino, Pesquisa e Extensão ♦ Germano Tabacof
Superintendente de Desenvolvimento e>>
Planejamento Acadêmico ♦ Pedro Daltro Gusmão da Silva
FTC - EaD
Faculdade de Tecnologia e Ciências - Ensino a Distância
♦
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♦
♦
♦
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Coord. de Softwares e Sistemas ♦
Coord. de Telecomunicações e Hardware ♦
Coord. de Produção de Material Didático ♦
Diretor Geral
Diretor Acadêmico
Diretor de Tecnologia
Diretor Administrativo e Financeiro
Gerente Acadêmico
Gerente de Ensino
Gerente de Suporte Tecnológico
Waldeck Ornelas
Roberto Frederico Merhy
Reinaldo de Oliveira Borba
André Portnoi
Ronaldo Costa
Jane Freire
Jean Carlo Nerone
Romulo Augusto Merhy
Osmane Chaves
João Jacomel
EQUIPE DE ELABORAÇÃO/PRODUÇÃO DE MATERIAL DIDÁTICO:
♦PRODUÇÃO
ACADÊMICA ♦
Gerente de Ensino ♦ Jane Freire
Coordenação de Curso ♦ Letícia Machado
Autor (a) ♦ Gilcélia Araújo
Supervisão ♦ Ana Paula Amorim
Coordenação de Curso ♦ Letícia Machado
♦PRODUÇÃO
TÉCNICA
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Revisão Final ♦ Carlos Magno e Idalina Neta
Coordenação ♦ João Jacomel
Equipe ♦ Ana Carolina Alves, Cefas Gomes, Delmara Brito,
Ederson Paixão, Fabio Gonçalves, Francisco França Júnior,
Israel Dantas, Lucas do Vale e Marcus Bacelar
Editoração ♦ Francisco França Junior
Imagens ♦ Corbis/Image100/Imagemsource
Ilustrações ♦ Francisco França Junior
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da FTC EaD - Faculdade de Tecnologia e Ciências - Ensino a Distância.
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SUMÁRIO
CONSIDERAÇÕES GERAIS
SOBRE A CÉLULA
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CÉLULA: ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL E MOLECULAR
Uma Visão Geral da Célula
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Uma Visão Molecular da Célula
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07
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08
A Superfície Celular: Intercâmbio entre a Célula e o Meio
Movimentos Celulares
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METABOLISMO CELULAR
Estruturas Celulares
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Catabolismo e Anabolismo
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CÉLULA, FLUXO DE INFORMAÇÃO GENÉTICA
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ESTUDO SOBRE INFORMAÇÕES
GENÉTICAS E BIOTECNOLOGIA
Núcleo Celular
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Secreção e Digestão Celular
Metabolismo Energético
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3
Biologia
Celular
O Ciclo Celular e Replicação do DNA
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Citegenética Humana
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e
Molecular
BIOTECNOLOGIA E ENGENHARIA GENÉTICA
Mapeamento Genético e Projeto Genoma Humano
Clonagem
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Organismos Transgênicos
Bioética
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Atividade Orientada
Glossário
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Referências Bibliográficas
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Apresentação da Disciplina
Caro (a) aluno (a),
A possibilidade de se poder estudar a Biologia Celular e Molecular
no contexto do mundo atual deve subsidiar o educando no julgamento de
questões polêmicas, que dizem respeito ao desenvolvimento e à utilização
de tecnologias que implicam intensa intervenção humana, portanto, são
muitas as habilidades e competências que se pretende alcançar com a
oferta desta disciplina, tendo como objetivo geral fornecer e buscar
informações que se volte para o desenvolvimento de competências que
permitam ao estudante do curso de Licenciatura em Biologia analisar
informações, compreendê-las, elaborá-las, refutá-las, quando for o caso,
permitir a compreensão de importantes questões éticas e culturais, bem
como as limitações que podem advir do uso das novas tecnologias na área
da Biologia Celular e Molecular; enfim entender o mundo e nele agir com
autonomia, fazendo uso dos conhecimentos adquiridos da Biologia Celular
e Molecular e da tecnologia.
“O desenvolvimento da Genética e da Biologia Molecular, das
tecnologias de manipulação do DNA e de clonagem traz à tona aspectos
éticos envolvidos na produção e aplicação do conhecimento científico e
tecnológico, chamando à reflexão sobre as relações entre a ciência, a
tecnologia e a sociedade.” (PCN do Ensino Médio, v. único, p. 220)
Esse módulo disciplinar possui 72 horas e encontra-se dividido em
dois blocos temáticos, onde cada bloco será trabalhado durante duas
semanas.
O primeiro bloco temático intitula-se “Considerações Gerais sobre
a Célula” e será desenvolvido a partir dos temas “Origem e Evolução da
célula”, “Composição Química da Célula”, “Superfície Celular: intercâmbio
entre a célula e o meio”. No segundo bloco temático, que recebe o nome de
“Estudos sobre Informações Genéticas e Biotecnologia”, trataremos dos
temas “Fluxo de Informação Genética” e “Biotecnologia e Engenharia
Genética”.
Todo material didático dessa disciplina foi estruturado para
potencializar sua aprendizagem, por isso leia, atenta e rigorosamente, todos
os textos do material impresso e virtual, pois se complementam, a fim de
realizar as atividades propostas de forma instigante, interessante e
inteligente, desta forma você poderá ter um excelente proveito desse módulo
disciplinar.
Desejamos discernimento, iniciativa e grandes realizações!
Profª. Gilcélia Araújo
5
Biologia
Celular
e
Molecular
6
CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE A
CÉLULA
CÉLULA: ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL E MOLECULAR
Uma Visão Geral da Célula
As células são unidades estruturais e funcionais
dos organismos vivos, ou seja, todos os seres vivos são
formados por células – compartimentos envolvidos por
membrana, preenchidos com uma solução aquosa
concentrada de substâncias químicas. As formas mais
simples de vida são células individualizadas que se
propagam por cissiparidade.
Há muitos tipos diferentes de células, que variam
enormemente em tamanho, forma e funções
especializadas.
Os organismos superiores, como os humanos
(acredita-se que contenha pelo menos 100 trilhões de
células), são como cidades celulares, nas quais grupos
de células performam tarefas especializadas e são
ligadas por um intrincado sistema de comunicação.
Num punhado de solo ou numa xícara de água
poderá haver dúzias de diferentes tipos de organismos unicelulares. E, em cada organismo
multicelular seja ele o corpo humano ou a planta de milho, há dúzia ou centenas de diferentes
tipos celulares, todos altamente especializados funcionando juntos na forma de tecidos e
órgãos. E, não importa quão grande
e complexo seja o organismo, cada
um dos seus tipos celulares retém
alguma
individualidade
e
independência.
As células são pequenas e
complexas, o que torna difícil ver
suas estruturas, descobrir sua
composição molecular e, mais difícil
ainda, encontrar funções para seus
vários componentes.
Uma célula animal típica tem
um diâmetro de 10 a 20 micrômetros, o que é aproximadamente 05 (cinco) vezes menor
que a menor partícula visível a olho nu. Somente quando microscópios ópticos de boa
qualidade tornaram-se disponíveis, no início do século XIX pode-se descobrir que tecidos
animais e vegetais são agregados de células individuais. Esta descoberta, proposta como
a doutrina celular por SCHLEIDEN E SCHWANN, em 1838, marca o nascimento formal da
Biologia Celular.
7
As células animais não são apenas minúsculas, mas também incolores
e translúcidas e para visualizá-las é importante o desenvolvimento de técnicas
de microscopia.
Biologia
Celular
MAIORES INFORMAÇÕES SOBRE MICROSCOPIA
A CESSEM O A
VA!
AV
e
Molecular
Para refletir...
Alguns pesquisadores afirmaram e acreditaram que os
coacervados foram os primeiros seres vivos da atmosfera primitiva.
Uma Visão Molecular da Célula
A célula como qualquer ser vivo é formada por: água e sais minerais (substâncias
inorgânicas) e por outras substâncias, representadas pelos carboidratos, lipídios, proteínas
e ácidos nucléicos (substâncias orgânicas). Para uma melhor compreensão do papel dessas
substâncias na estrutura e no funcionamento das células e dos organismos, estudaremos
um pouco sobre cada uma destas substâncias.
1
Água
Em geral, indivíduos jovens têm maior quantidade de água que indivíduos adultos da
mesma espécie. Essa quantidade pode variar em função de fatores como: idade, sexo e
estado fisiológico. Até em um mesmo indivíduo, em uma mesma etapa do seu
desenvolvimento, o teor de água pode variar de tecido para tecido ou de órgão para órgão,
em função do tipo de tecido ou órgão e de sua atividade metabólica.
O surgimento e a manutenção da vida no nosso planeta estão associados à água.
Onde existe água há vida. Assim, nos desertos onde praticamente não há água, quase não
há seres vivos.
2
Sais Minerais
São compostos inorgânicos encontrados nos organismos sob duas formas básicas:
insolúvel e solúvel. Na forma insolúvel, são encontrados e mobilizados como componente
da estrutura esquelética. Nos vertebrados, podemos encontrar nos ossos os fosfatos de
cálcio que contribuem para rigidez desses órgãos; nos corais encontramos principalmente
os carbonatos de cálcio, que atuam no esqueleto externo desses organismos.
8
Na forma solúvel, os sais minerais são encontrados dissolvidos na água na forma de
íons. Desta forma, desempenham vários papéis nos seres vivos como: manutenção do
equilíbrio osmótico, componente estrutural de moléculas orgânicas fundamentais, entre outras
funções.
3
Carboidratos
São compostos orgânicos que são também chamados de glucídios, glicídios ou
açúcares. Os carboidratos têm basicamente função energética, sendo um dos compostos
orgânicos que fornecem maior fonte de energia para os seres vivos. Podem ter, ainda,
funções plásticas, participando de estruturas que constroem o corpo dos seres vivos. É o
caso da celulose, açúcar que forma a parede celular das células vegetais.
Além disso, os açúcares participam da composição química dos ácidos nucléicos,
que comandam e coordenam toda a atividade celular. Os carboidratos são divididos
basicamente em três grupos: monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos.
4
Lipídios
São substancias insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos, como: éter
e o álcool. Assim como os carboidratos, os lipídios são também compostos energéticos;
entram na composição de várias estruturas celulares como as membranas, podendo,
também, ser encontrados livres na célula atuando como material de reserva de energia,
como as gorduras. Atuam, ainda, como hormônios, como, por exemplo, os hormônios sexuais
masculino e femininos.
Os principais grupos de lipídios são: glicerídeos, fosfolipídios, cerídeos e esteróides.
CURIOSID
ADE!
CURIOSIDADE!
5
Proteínas
São substâncias formadas pela união de várias moléculas de aminoácidos, tendo
funções relevantes na organização, conservação, no crescimento, no funcionamento, na
reconstrução e reprodução dos organismos.
As proteínas constituem o componente orgânico mais abundante na célula e quando
oxidadas podem fornecer energia, apesar de ter função plástica ou estrutural. Podemos
ver, assim, que as proteínas desempenham as mais variadas funções na célula e no
organismo. São exemplos de proteínas: as enzimas que aumentam a velocidade das reações
químicas; alguns hormônios, como a insulina que atua no metabolismo de açúcares; os
anticorpos que são fundamentais no mecanismo de defesa do organismo.
9
Saiba mais...
Biologia
Celular
e
Molecular
6
As proteínas integram o grupo das
macromoléculas e quando são submetidas ao
calor e aos ácidos desnaturam-se e se tornam
inativas.
Ácidos Nucléicos
São compostos orgânicos que têm o seu nome em função da sua origem no núcleo
celular. Nas células, eles desempenham duas funções relevantes para todas as categorias
de organismos, que são: transmitir as informações genéticas e coordenar a síntese de todas
as proteínas celulares.
Existem, basicamente, dois tipos de ácidos nucléicos: o ácido desoxirribonucléico
ou DNA e o ácido ribonucléico ou RNA. O DNA é o principal constituinte dos cromossomos
e é nele que estão os genes, responsáveis por todas as características dos indivíduos. O
RNA é formado no núcleo, mas logo passa para o citoplasma, participando da síntese de
proteínas.
@
[ ]
Agora é hora de
TRABALHAR
1.
Após refletir sobre a frase do 1º subitem do tema 1, posicione-se a respeito dessa
afirmativa utilizando outras fontes de pesquisa para seu embasamento teórico.
2.
Que relação você faria entre equilíbrio hidrossalino e homeostase?
10
3.
Crie uma tabela mostrando as principais diferenças quanto à composição química e
a função entre os três grupos dos carboidratos.
4.
Os mecanismos de hereditariedade obedecem a um único padrão em todos os
sistemas viventes? Justifique sua resposta.
5.
O que a água, substância tão comum dentro e fora do corpo dos seres vivos, tem de
tão especial para que a vida dependa tanto dela?
Saiba mais...
22/07/2002 - 17h06
Britânicos anunciam projeto para estudar proteínas humanas
D
a Reuters, em Londres.
Cientistas e empresários
britânicos anunciaram, hoje, uma
nova iniciativa para mapear o corpo
humano com mais detalhes e maior
rapidez.
O Conselho de Pesquisa
Médica, o Departamento de
Comércio e Indústria e a companhia
de biotecnologia Genetix Group
anunciaram um acordo de
cooperação para acelerar o
processo de identificação do papel
das proteínas na saúde e nas
doenças humanas.
Cientistas afirmam que o
genoma
humano,
que
foi
seqüenciado há dois anos, contém
pelo menos 30 mil genes, sendo
que cada um serve como um
manual de instrução para a
produção de proteínas que fazem
com que o corpo funcione.
O projeto de três anos pretende
ajudar a responder a próxima
pergunta-chave: como essas
proteínas interagem entre si à
medida
que
ajudam
no
funcionamento de milhões de
células humanas?
Como cada célula contém
milhares de proteínas diferentes,
essa é uma tarefa difícil. Os
pesquisadores disseram que mais
de 1 bilhão de porções de dados
precisariam ser analisados.
“O objetivo final é ter mapas
mostrando como as proteínas
interagem entre si, tanto em
situações de saúde e doença”, disse
o diretor científico da Genetix, Julian
Burke.
Ele afirmou que a empresa, com
sede em Hampshire, está investindo
mais de US$ 1,5 milhão para
desenvolver equipamentos e
sistemas que vão explicar essas
interações “mais rapidamente e com
maior precisão do que qualquer
outro”. A companhia forneceu os
sistemas de robótica para o projeto
do genoma humano.
Assim como ocorreu com o
projeto
genoma,
todas
as
descobertas serão de domínio
público. Entretanto, Burke disse que
a companhia deve ganhar uma fatia
maior do mercado de equipamentos
de pesquisa molecular.
Chris Sanderson, coordenador
do projeto do conselho, em
Cambridge, informou que o
processo de geração de mapas
pode se tornar uma corrida, mas que
seria importante garantir que a
qualidade não seja sacrificada.
“O mapa final será um composto
de dados gerados por diferentes
grupos em todo o mundo. Esse
financiamento vai permitir que os
pesquisadores do Reino Unido
possam ter um papel importante
nesse processo”, acrescentou ele.
11
A Superfície Celular:
Intercâmbio entre a Célula e o Meio.
Biologia
Celular
As membranas celulares são essenciais para a vida da célula. A
e Membrana Plasmática envolve a célula, define seus limites e mantêm as
Molecular
diferenças essenciais entre o citosol e o meio extracelular. Dentro da célula,
as membranas do retículo endoplasmático, complexo golgiense, mitocôndrias,
e outras organelas envoltas por membrana, em células eucarióticas, mantêm
as diferenças, características entre os conteúdos de cada organela e o citosol.
Observe, na figura abaixo, a estrutura da membrana plasmática:
Todas as membranas
biológicas têm uma estrutura geral
comum: é um filme muito fino de
lipídeos e de proteínas mantidas
juntas principalmente por
interações não-covalentes.
As moléculas lipídicas são
arranjadas como uma dupla
camada contínua com cerca de
5nm de espessura. Essa
bicamada lipídica fornece a
estrutura básica da membrana e
atua como uma barreira relativamente
impermeável à passagem da maioria das moléculas
hidrossolúveis.
1
Proteínas da Membrana
Membrana Plasmática
A célula é isolada do meio exterior por uma membrana lipoprotéica muito fina, formada
por fosfolipídios e proteínas, que se apresentam de forma dinâmica, distribuídos conforme
o modelo do mosaico fluido, ou seja, os fosfolipídios se deslocam continuamente sem perder
o contato uns com os outros, e as moléculas de proteína “flutuam” nestes lipídios, podendo
se deslocar de um lado para o outro.
Ela é também responsável pela seleção das substâncias que devem entrar ou sair
da célula, pois a célula viva deve trocar substâncias com o meio. Portanto, se diz que a
membrana plasmática possui uma permeabilidade seletiva.
Modelo de Membrana Mosaico Fluído
12
Enquanto a bicamada lipídica determina a estrutura básica das membranas biológicas,
as proteínas são responsáveis pela maioria das funções da membrana, atuando como
receptores específicos, enzimas, proteínas transportadoras, entre outras funções. Observe
o desenho esquemático logo abaixo:
Outras proteínas associadas à membrana não cruzam a bicamada, mas, ao contrário,
são presas a um ou ao outro lado da membrana. Muitas dessas são ligadas por interações
não-covalentes (lembre-se das aulas de FQBB!) à proteína transportadora da membrana,
enquanto outras são ligadas através de grupos lipídicos ligados covalentemente (transporte).
Como as moléculas lipídicas na bicamada, muitas proteínas das membranas são capazes
de difundir-se rapidamente no plano da membrana. Por outro lado, as células têm
mecanismos para imobilizar proteínas específicas da membrana e para confinar moléculas
lipídicas e protéicas a domínios específicos.
2
Glicocálix ou cobertura celular
O termo cobertura celular ou glicocálix é freqüentemente utilizado para descrever a
região rica em carboidratos na superfície celular.
Esses carboidratos ocorrem tanto como cadeias de oligossacarídeos ligadas
covalentemente a proteínas da membrana (glicoproteínas) e lipídios (glicolipídios), e na forma
de proteoglicanos que consistem de longas cadeias de polissacarídeos ligados
covalentemente a um núcleo protéico.
Resumindo...
- GLICOCÁLIX - cobertura de carboidratos:
- Ajuda a proteger a superfície celular de lesões mecânicas e químicas. Recentemente,
descobriu-se que oligossacarídeos específicos funcionam como intermediários em diversos
processos transitórios de adesão célula-célula, inclusive aqueles que ocorrem em interações
espermatozóide-óvulo, coagulação sangüínea e recirculação de linfócitos em respostas
inflamatórias.
- Papel fundamental nas reações antigênicas e ocorre também para manter o
potencial da superfície.
13
- Permeabilidade
A membrana plasmática não isola totalmente a célula do seu meio
externo. Para garantir sua sobrevivência, como todo ser vivo, a célula precisa
Biologia de substâncias do meio externo, assim como precisa eliminar os resíduos
Celular e provenientes de seu metabolismo. Desta forma, a membrana plasmática
Molecular exerce um controle eficiente sobre as substâncias que devem entrar ou sair
da célula. Esta característica importante é denominada de permeabilidade
seletiva da membrana.
O fluxo de substâncias através da membrana pode envolver ou não dispêndio de
energia. É o que chamamos de movimentos da membrana. E, de acordo com o gasto ou
não de energia, podemos distinguir dois tipos fundamentais de transporte: passivo e ativo.
Na membrana:
- Ocorre passagem de moléculas pela bicamada lipídica;
- Passagem de íons e moléculas via proteínas transportadoras e proteínas de canais
- Passagem de íons e moléculas via substâncias carregadoras ou formadoras de
canais introduzidas na membrana.
@
[ ]
Agora é hora de
TRABALHAR
1.
Que relação você estabeleceria entre a expressão “fronteira da célula” e o papel da
membrana plasmática?
2.
Analisando, atentamente, a figura nº 07, faça uma leitura sobre a mesma.
14
Movimentos Celulares
Transporte Interno e Externo
As proteínas podem mover-se de um compartimento a outro por transporte controlado,
transporte transmembrana ou transporte vesicular, como mostra a FIGURA ABAIXO. Os
sinais que dirigem o movimento de uma dada proteína através do sistema e, portanto,
determinam sua localização eventual na célula, estão contidos em sua seqüência de
aminoácidos.
A viagem começa com a síntese da proteína nos ribossomos e termina
quando o destino final é atingido. Em cada estação intermediária (caixas), uma
decisão é tomada ou a proteína é retida ou transportada adiante. Em princípio,
um sinal pode ser necessário tanto para a retenção como para a saída de
cada um dos compartimentos mostrados, sendo o destino alternativo a via
default (aquele que não exige sinal especial). O transporte vesicular de
proteínas do RE, através do complexo golgiense para a superfície celular,
por exemplo, parece não necessitar sinais de distribuição específicos;
estes sinais de localização específicos são, portanto, necessários
para reter no RE e no complexo golgiense àquelas proteínas
especializadas que aí residem.
1
Princípios de transporte transmembrana
A permeabilidade de bicamadas lipídicas para uma determinada substância depende
em parte do seu tamanho e, principalmente, de sua solubilidade relativa em óleo. Em geral,
quanto menor a molécula e quanto mais solúvel ela for a óleo, isto é, quanto mais hidrofóbica,
ou não polar ela for, (relembre os conhecimentos construídos em FQBB), mais rapidamente
ela se difundirá através de uma bicamada. Moléculas não-polares pequenas, tais como o
oxigênio (32 daltons) e o gás carbônico (44 daltons), facilmente se dissolvem em bicamadas
15
lipídicas e, portanto, difundem-se rapidamente através delas. Moléculas
polares sem carga também se difundem rapidamente através de uma
bicamada se forem o suficientemente pequenas. A água (18 daltons), o etanol
Biologia (46 daltons), e a uréia (60 daltons), por exemplo, passam rapidamente, o
Celular e glicerol (92 daltons) difunde-se menos rapidamente, e a glicose (180 daltons),
Molecular praticamente não se difunde.
As bicamadas lipídicas são altamente impermeáveis moléculas
carregadas (íons), não importa o quão pequenas: a carga e o alto grau de hidratação de
tais moléculas impede-as de entrar na fase hidrocarboneto da bicamada.
À semelhança das bicamadas lipídicas sintéticas, as membranas celulares permitem
a passagem da água e de moléculas não polares por simples difusão, também devem
permitir a passagem de várias moléculas polares, tais como íons, açúcares, aminoácidos,
nucleotídeos e muitos metabólicos celulares. Proteínas especiais na membrana são
responsáveis pela transferência de tais solutos através das membranas celulares. Estas
proteínas, denominadas proteínas transportadoras da membrana, existem em muitas
formas e em todos os tipos de membranas biológicas. Cada proteína tem sua especificidade
e transporta uma classe particular de moléculas e, freqüentemente, apenas uma determinada
espécie molecular de uma classe.
Existem duas classes principais de proteínas transportadoras de membrana: as
proteínas carregadoras ligam um soluto específico a ser transportado e sofrem uma série
de mudanças conformacionais, de modo a transferir através da membrana o soluto a elas
ligado. As proteínas-canal, por outro lado, não necessitam ligar o soluto. Ao contrário, elas
formam poros hidrofílicos que se estendem através da bicamada lipídica. Quando esses
poros estão abertos, eles
permitem que solutos
específicos (geralmente íons
inorgânicos do tamanho e da
carga apropriados) passem
através deles e, portanto,
cruzem a membrana. Como
é de se esperar, o transporte
através de proteínas-canal
ocorre a uma velocidade
muito maior do que o
transporte mediado por
proteínas carregadoras.
2
Tipos de transporte realizados pelas membranas celulares
Transporte passivo através da membrana
Todas as proteínas canal e muitas proteínas
carregadoras permitem os solutos cruzarem a
membrana apenas passivamente num processo
denominada transporte passivo ou difusão facilitada.
A diferença de concentração e o gradiente elétrico
entre os dois lados da membrana (o seu gradiente
eletroquímico) é que impulsiona o transporte passivo
e determina a sua direção.
16
Transporte ativo através da membrana
As células também necessitam de proteínas que ativamente bombeiem certos solutos
através da membrana contra seus gradientes eletroquímicos. Esse processo, conhecido
como transporte ativo, é sempre mediado por proteínas carregadoras. No transporte ativo,
proteínas carregadoras podem agir como bombas para transportar um soluto contra o seu
gradiente eletroquímico, usando energia fornecida pela hidrólise de ATP (trifosfato de
adenosina).
A energia livre liberada durante o movimento de um íon inorgânico a favor de seu
gradiente eletroquímico é usada como a fonte de energia para bombear outros solutos contra
seus gradientes eletroquímicos. Assim, essas proteínas funcionam como transportadores
acoplados - algumas como sim-portadores outras como anti-portadores. Na membrana
plasmática de células animais, o sódio é o íon usualmente co-transportador, cujo gradiente
eletroquímico fornece a força impulsora para o transporte ativo de uma segunda molécula.
O sódio que entra na célula durante o transporte é subseqüentemente bombeado para fora
pelo sódio potássio ATPase a qual, por manter o gradiente de sódio, indiretamente fornece
energia para o transporte.
Por essa razão, diz-se que os carreadores impulsionados por íons mediam o
transporte ativo secundário, enquanto as ATPases transportadoras mediam o transporte
ativo primário.
Assim, o transporte por proteínas carregadoras pode ser ativo ou passivo enquanto
o transporte por proteínas-canal é sempre passivo.
A clonagem de DNA e os estudos de seqüenciamento mostraram que as proteínas
carregadoras pertencem a um pequeno número de famílias, cada uma das quais
compreende proteínas com seqüências similares de aminoácidos e que se supõem terem
evoluído de uma proteína ancestral comum atuarem através de um mecanismo similar.
A família de ATPases transportadoras de cátions, a qual incluem a bomba de sódio e
potássio, é um exemplo importante. Cada uma dessas ATPases contém uma subunidade
catalítica grande, que é seqüencialmente fosforizada e desfosforilada durante o ciclo de
bombeamento.
A superfamília de transportadores ABC é particularmente importante do ponto de
vista clínico: ela inclui proteínas que são responsáveis pela fibrose cística, bem como pela
resistência a drogas em células cancerosas e em parasitas causadores de malária.
Transporte de pequenas moléculas
- Endocitose (Pinocitose e Fagocitose)
Endocitose é o processo através do qual as células captam macromoléculas,
substâncias particuladas e, em casos especializados, outras células.
O material a ser ingerido é, progressivamente, envolvido por uma pequena região da
membrana plasmática, que primeiro invagina e depois se fecha e se desprende formando
uma vesícula intracelular, que contém a substância ou material ingerido. Dois tipos principais
de endocitose podem ser distinguidos com base no tamanho das vesículas endocíticas
formadas:
A pinocitose (“célula bebendo”),
A fagocitose (“célula comendo”), que
que envolve a ingestão de fluidos e envolve a ingestão de partículas grandes
solutos através de vesículas pequenas como microorganismos e pedaços de
(150nm de diâmetro)
células, via vesículas grandes, denominadas
fagossomos, geralmente maior que 250nm
de diâmetro.
17
Embora a maioria das células eucarióticas esteja, continuamente,
ingerindo fluidos e solutos por pinocitose, partículas grandes são ingeridas,
principalmente, por células especializadas em fagocitose.
A fagocitose, em protozoários, é uma forma de alimentação: partículas
Biologia
Celular e grandes captadas por endossomos chegam até os lisossomos e os produtos
Molecular do processo de digestão subseqüente chegam ao citosol para serem utilizados
como alimento. Entretanto, poucas células em organismos multicelulares são
capazes de ingerir, eficientemente, partículas grandes e, no intestino dos animais, por
exemplo, partículas grandes de alimento são quebradas no meio extracelular antes de serem
importadas para a célula.
A fagocitose é importante, para a maioria dos animais, para outros processos que
não de nutrição. Em mamíferos existem dois tipos de glóbulos brancos no sangue
especializados em fagocitose: macrófagos e neutrófilos que nos defendem contra infecções,
ingerindo os microorganismos invasores. Para que sejam fagocitadas as partículas devem,
em primeiro lugar, ligar-se a superfície do fagócito.
Em muitas células, a endocitose é tão extensiva que uma grande fração da membrana
plasmática é internalizada a cada hora. Os componentes da membrana plasmática (proteínas
e lipídeos) são continuamente retornados à superfície celular em um ciclo endocítico-exocítico
em grande escala, que é, em sua maior parte, mediado por cavidades e vesículas recobertos
por clatrina. Muitos receptores da superfície da célula, que ligam macromoléculas
extracelulares específicas, localizam-se em cavidades recobertas com clatrina, num processo
denominado endocitose mediado por receptores.
As vesículas endocíticas recobertas rapidamente perdem sua cobertura de clatrina e
se fundem com os endossomos prematuros. Muitos ligantes se dissociam de seus receptores
no ambiente ácido do endossomo e acabam chegando aos lisossomos, enquanto muitos
dos receptores são reciclados, via vesícula de transporte, de volta para a superfície da
célula para serem reutilizadas. Mas, o complexo ligante-receptor pode seguir outras vias, a
partir do compartimento endossomal. Em alguns casos, ambos, receptor e ligante, acabam
sendo degradados nos lisossomos, causando a “down regulation” dos receptores.
Resumindo...
- Os lipídios não são imóveis, mas dotados de um movimento de
origem térmica e livre para mudar de lugar na superfície da membrana;
- As proteínas da membrana são igualmente dotadas de
deslocamentos permanentes que podem ser diversos;
- Estes movimentos se juntam à renovação incessante de diferentes
compostos resultantes;
- Os fragmentos da membrana estão em constante reciclagem;
- As membranas celulares são estruturas dinâmicas;
- Fluidas;
- Maior parte de suas moléculas são capazes de mover-se no plano
da membrana;
- As moléculas individuais de lipídios são capazes de difundirem-se
rapidamente dentro de sua própria monocamada e, raramente, saltam de
uma monocamada para outra.
18
Agora, você já conhece sobre os tipos de
transporte através da Membrana . Leia
um pouco mais sobre a função desta
importante estrutura celular.
3 Funções da membrana
A membrana plasmática cumpre uma vasta gama de funções. A primeira, do ponto
de vista da própria célula, é que ela dá individualidade a cada célula, definindo meios intra
e extra celular. Ela forma ambientes únicos e especializados, cuja composição e
concentração molecular são conseqüência de sua permeabilidade seletiva e dos diversos
meios de comunicação com o meio extracelular. Além de delimitar o ambiente celular,
compartimentalizando moléculas, a membrana plasmática representa o primeiro elo de
contato entre os meios intra e extracelular, traduzindo informações para o interior da célula
e permitindo que ela responda a estímulos externos que podem, inclusive, influenciar no
cumprimento de suas funções biológicas. Também nas interações célula-célula e célulamatriz extracelular a membrana plasmática participa de forma decisiva. É, por exemplo,
através de componentes da membrana que células semelhantes podem se reconhecer para,
agrupando-se, formar tecidos.
A manutenção da individualidade celular, assim como o bom desempenho das outras
funções da membrana, requer uma combinação particular de características estruturais da
membrana plasmática: ao mesmo tempo em que a membrana precisa formar um limite
“estável”, ela precisa também ser dinâmica e flexível. A combinação destas características
é possível devido a sua composição química.
Resumindo...
- BARREIRA (impede o conteúdo de se misturar).
- LUGAR DE INTERCÂMBIO (permeabilidade seletiva).
- ESTRUTURA ELÉTRICA (+ sobre sua face, e – sobre sua face
interna).
-TRANSMISSÃO DE INFORMAÇÃO (entre o meio exterior e a
intimidade da célula, onde agem os transmissores, passando mensagens à
célula).
-ELEMENTO SECRETÓRIO (efetua suas sínteses a partir de sua
própria substância).
PAREDE CELULAR
A parede celular é uma estrutura semi-rígida presente nas células vegetais
externamente à membrana citoplasmática. É basicamente formada por celulose, mas contém
igualmente polissacarídeos complexos e proteínas.
19
A parede permite a manutenção da forma da célula vegetal, impedindo
a sua lise (quebra), sendo uma barreira bastante eficaz contra ataques de
microrganismos patogênicos e ajuda na união entre células vizinhas.
Biologia
Celular
e
Molecular
@
[ ]
Agora é hora de
TRABALHAR
1.
Que tal desenvolver sua habilidade lúdica? Trabalhando seu imaginário, construa
uma rodovia com as estruturas celulares citadas acima respeitando as leis de trânsito.
METABOLISMO CELULAR
Estruturas Celulares
As organelas que compõem o Sistema de Endomembranas são formadas por
membranas bilipídicas similares à membrana plasmática. São elas: Retículo Endoplasmático
Rugoso, Retículo Endoplasmático Liso, Complexo golgiense, Endossomas, Lisossomos e
Peroxissomas. A parte externa da membrana de cada organela, relacionada com o Citosol,
é chamada face citosólica; e a interna, face luminal.
20
O retículo rugoso deve o seu nome ao fato de as suas membranas conterem
ribossomos, locais de síntese protéica. As proteínas são lançadas para o interior das
membranas, onde serão transformadas ou dirigidas a outras localizações da célula.
O retículo liso não apresenta ribossomos nas suas membranas e nele as proteínas
sintetizadas no retículo rugoso são quimicamente alteradas. Ocorrem, ainda, no seu lúmen
as hidrólises do glicogênio, síntese de esteróides e alteração de drogas e outras substâncias
nocivas ao corpo.
O complexo golgiense recebe do retículo endoplasmático rugoso (R.E.R.), proteínas,
transportadas em vesículas membranosas. Essas moléculas são então separadas e
modificadas quimicamente, sendo depois encaminhadas para as suas localizações
definitivas. Destinam-se ao exterior da célula, sendo “embaladas” em vesículas que se irão
fundir com a membrana plasmática e libertadas para o exterior. Destinando-se ao
citoplasma, as vesículas irão fundir-se com outros organitos.
As vesículas formadas pelo R.E.R. são recebidas pela face cis, ou de recepção, do
Golgi, as proteínas alteradas no lúmen das cisternas e libertadas pela face trans, ou de
formação, virada para a membrana plasmática.
Sinais Relacionados ao Complexo Golgiense
As proteínas depois de endereçadas e encapsuladas em vesículas, podem seguir
os seguintes caminhos:
21
Desta forma, os mecanismos de secreção celular podem ser
classificados em duas vias distintas:
Biologia
Celular
e
Molecular
As mitocôndrias têm duas membranas, como o núcleo ou os cloroplastos. A
membrana externa é lisa e fornece proteção, embora seja bastante permeável à passagem
de substâncias. A membrana interna contém grandes complexos protéicos embebidos,
envolvidos na síntese de ATP e na respiração celular. Esta membrana está dobrada em
pregas achatadas designadas cristas, que aumentam grandemente a sua área. O número
de cristas varia muito com a taxa metabólica da célula em que a mitocôndria se encontra.
A matriz é a região interna da mitocôndria, rodeada pela membrana interna. Contém
numerosas proteínas envolvidas nos processos respiratórios, bem como ribossomos e DNA,
usados na síntese da maioria das suas proteínas.
O peroxissoma é um organito relativamente pouco conhecido, em que produtos tóxicos
para a célula, como peróxido de hidrogênio (água oxigenada), são degradados em produtos
inofensivos, como água e oxigênio. Exclusivamente em células vegetais existem organitos
semelhantes, designados glioxissomas. O centrossoma é uma região mais ou menos amorfa,
localizada perto do envelope nuclear em células animais. Ao centro desta zona está um par
de estruturas cilíndricas designadas centríolos e dispostas em ângulo reto, como um L.
Os centríolos estão intimamente relacionados com o movimento celular, seja por meio
de flagelos ou de cílios, em cuja base existe sempre um corpo basal, em tudo semelhante
ao centríolo típico. Esta relação é confirmada pelo fato de muitas vezes os flagelos ou cílios
serem reabsorvidos e os seus corpos basais deslocados para o interior da célula, passando
a funcionar como centríolos.
A estrutura do centríolo é formada por nove grupos de três microtúbulos fundidos.
Estes nove conjuntos formam a “parede” da estrutura, ligeiramente rodados para o interior,
22
como hélices de uma turbina. Cada conjunto está ligado longitudinalmente ao adjacente por
outro tipo de proteínas.
Característico das células eucarióticas (e talvez, por ausência das bactérias, um fator
fundamental no sucesso dos eucariontes), o citosqueleto é formado por um emaranhado de
longas fibras de vários tipos, fornecendo suporte e permitindo o movimento (seja da célula
ou de organitos ou cromossomos no seu interior) e a alteração de forma.
Devido ao seu elevado dinamismo e interação com o ambiente, poderia, com a
mesma facilidade, designar-se citomusculatura. O citosqueleto é responsável pelo deslizar
sobre o substrato, contração muscular e pelas alterações de forma durante o desenvolvimento
embrionário dos animais.
O citosqueleto contém 3 tipos principais de fibras:
Microfilamentos - formados por subunidades de actina, têm a forma
de hélices duplas desta proteína. São estruturas muito flexíveis que podem
ser encontrados em toda a célula, mas são mais freqüentes logo abaixo da
membrana plasmática;
Filamentos intermédios - formados por subunidades de vimentina
ou lamina, entre outras proteínas muito heterogêneas, estes filamentos são
encontrados por toda a célula. Um tipo de filamento intermédio forma a lâmina
nuclear, um emaranhado de fibras logo abaixo da membrana interna do
envelope nuclear, enquanto outros fornecem força mecânica estendendo-se
através do citoplasma e associando-se aos desmossomas que unem células
vizinhas;
Microtúbulos - formados por subunidades de tubulina, estas
estruturas são polares: existe uma extremidade (ponta +) capaz de rápido
crescimento e outra (ponta -) que tende a perder subunidades se não for
estabilizada. Na maioria das células tal é conseguido ligando a ponta - do
microtúbulos ao centrossoma, localizado perto do núcleo, no centro da célula.
Por este motivo, o centrossoma é um dos MTOC conhecidos (microtubule
organizing center).
Os plastídeos são característicos das células vegetais e têm uma estrutura
característica: são envolvidas por um envelope com duas membranas, as mais internas das
quais se diferencia num sistema complexo, e que rodeia uma matriz mais ou menos
homogênea, o estroma. Os plastídeos são geralmente classificados segundo o tipo de
pigmentos que contêm.
23
As células animais, heterotróficas, não produzem cloroplastos, mas
podem apresentá-los, perfeitamente funcionais, retirados da digestão parcial
de células vegetais ou devido a algas verdes que vivem em simbiose nesses
Biologia tecidos. Esta situação é bastante comum em corais e anêmonas.
É o local onde se realiza a fotossíntese, contendo grande quantidade
Celular e
de
pigmentos,
nomeadamente clorofilas. Uma única célula do mesófilo pode
Molecular
conter até 50 cloroplastos, pelo que 1mm2 de folha contém cerca de 500000.
Geralmente, localizam-se nos lados longos das células, perto da parede celular.
A sua estrutura faz lembrar a da mitocôndria, pois também apresenta duas
membranas. A membrana externa é bastante permeável, permitindo a passagem da maioria
das pequenas moléculas. A membrana interna é bem mais seletiva e é onde se localizam
os complexos que captam a luz para as reações fotossintéticas. Forma dobras designadas
tilacóides. Quando os tilacóides aparecem empilhados como moedas designam-se grana.
O espaço interno do cloroplasto designa-se estroma e é rodeado pela membrana
interna. Neste espaço, tal como na mitocôndria, encontra-se DNA e ribossomos, capazes
de comandar numerosas proteínas presentes no cloroplasto. No entanto, o controle é
nitidamente do núcleo, sendo a maior parte do material sintetizado com DNA nuclear e
transferido para os plastídios.
Em algas verdes e plantas é freqüente encontrar no estroma grãos de amido e/ou
pequenas gotas de lipídios. Estes são produtos de armazenamento temporário, quando o
organismo fotossintetiza ativamente.
Secreção e Digestão Celular
Complexo Golgiense (ou complexo de Golgi)
O Complexo Golgiense (cujo nome é uma homenagem ao cientista que o descobriu,
Camillo Golgi) é um conjunto de saquinhos membranosos achatados e empilhados como
pratos. Estas pilhas, denominadas dictiossomos, encontram-se no citoplasma perto do
núcleo. O complexo é a estrutura responsável pelo armazenamento, transformação,
empacotamento e “envio” de substâncias produzidas na célula. Portanto, é o responsável
pela exportação de substâncias na célula. É comum compará-lo a uma agência do correio,
devido ambos terem funções semelhantes. Este processo de eliminação de substâncias é
chamado de secreção celular. Praticamente todas as células do corpo sintetizam e exportam
uma grande quantidade de proteínas que atuam fora da célula.
24
Lisossomos - Reciclando Resíduos
As células possuem no citoplasma, dezenas de saquinhos cheios de enzimas capazes
de digerir diversas substâncias orgânicas. Com origem no complexo golgiense, os
lisossomos existem em quase todas as células animais. As enzimas são produzidas no
RER , depois são transferidas para o dictiossomos do complexo golgiense. Lá, são
identificadas e enviadas para uma região especial do complexo e por fim serão empacotadas
e liberadas como lisossomos.
Eles são as organelas responsáveis pela digestão da célula (a chamada digestão
intracelular). Num certo sentido, eles podem ser comparados a pequenos estômagos
intracelulares. Além disso, os lisossomos tem a função de ajudar no processo de autofagia.
Também podem ser comparados à centros de reciclagem, ou até mesmo a desmanches
pois digerem partes celulares envelhecidas e desgastadas, de modo a reaproveitar as
substâncias que as compõem.
Características Morfológicas de Algumas Células Secretoras
A ultra-estrutura das células com intensa atividade protéica varia de acordo com o
destino das proteínas sintetizadas. Veja, no quadro abaixo, alguns exemplos:
25
Catabolismo e Anabolismo
Biologia
Celular
Artigo: Metabolismo, Anabolismo e Catabolismo
Prof. Benito Olmos
e
Molecular
Para o funcionamento do organismo é necessário a ocorrência de
inúmeras reações bioquímicas em nível celular. O conjunto destas reações é definido como
metabolismo.
Basicamente o metabolismo esta dividido em duas partes que contém objetivos e
resultados opostos, o anabolismo e o catabolismo.
As reações que acarretam o armazenamento de energia e construção de tecidos
são conhecidas coletivamente como anabolismo.
Neste processo, moléculas mais complexas são sintetizadas a partir de moléculas
menos complexas. Estas moléculas menos complexas recebem a denominação de
substratos.
Um exemplo deste processo anabólico reside na síntese de proteínas dentro do tecido
muscular a partir dos aminoácidos e na formação de estoques de glicogênio por intermédio
do agrupamento de moléculas de glicose. Isto ocorre, por exemplo, quando, após uma
sessão de treinamento, temos a ingestão adequada de nutrientes. Principalmente
carboidratos e proteínas, onde os carboidratos serão convertidos em glicose e parte desta
armazenada como glicogênio, e as proteínas fornecerão os aminoácidos necessários à
hipertrofia muscular.
O anabolismo demanda para sua ocorrência a oferta de energia e substratos
necessários às suas reações, sendo responsável pelo crescimento, regeneração e
manutenção dos diversos tecidos e órgãos presentes no organismo.
Em um pólo diametralmente oposto temos o catabolismo, onde o organismo irá
desmembrar moléculas mais complexas para, assim, obter as moléculas mais simples e,
por intermédio disto aumentar a disponibilidade de nutrientes ao organismo.
Como exemplo de catabolismo, temos o processo de digestão dos alimentos, onde
o organismo realiza o “desmonte” dos nutrientes presentes nos alimentos em moléculas
mais simples que serão posteriormente usadas pelo metabolismo.
As proteínas presentes em uma refeição à base de carnes irão ser desmembradas
em aminoácidos e estes serão lançadas à corrente sanguínea para serem utilizados pelo
organismo.
O catabolismo também ocorre quando o organismo está sem energia suficiente e
busca obter esta por intermédio da destruição de seus próprios tecidos e reservas,
acarretando a liberação de aminoácidos e glicose que serão convertidos em energia.
Durante um treinamento para manter a oferta de energia necessária, o organismo
estará utilizando o processo anteriormente descrito.
Devido a isto, dizemos que ninguém está “crescendo” ou aumentando a sua
performance durante uma sessão de treinamento, já que essa é essencialmente catabólica.
A melhora virá nos períodos de descanso onde o organismo, caso tenha a oferta
adequada de nutrientes, estará em anabolismo.
Anabolismo e Catabolismo acontecem alternadamente no organismo, para aferirmos
o resultado final destas reações teremos que analisar o balanço metabólico.
A diferença entre a quantidade total de anabolismo e a de catabolismo em um período
de tempo determina o balanço metabólico:
26
a) Caso a quantidade de anabolismo tenha sido maior do que a de catabolismo, teremos
um balanço metabólico positivo.
b) Caso a quantidade de catabolismo tenha sido maior do que a de anabolismo, teremos
um balanço metabólico negativo.
c) Caso a quantidade de anabolismo tenha sido igual à de catabolismo, teremos um
balanço metabólico nulo.
O catabolismo e anabolismo são regulados pelo sistema hormonal, onde alguns
hormônios específicos atuam como sinalizadores e desencadeadores destes estados
metabólicos.
Dentre os principais hormônios catabólicos temos a adrenocorticotropina (ACTH),
que ocasiona a secreção dos hormônios glucocorticóides, dentre os quais figura o tão
conhecido cortisol.
Os principais hormônios anabólicos são o hormônio do crescimento (GH), a
testosterona, a insulina e o IGF-1.
Em nossa próxima edição estarei discutindo a atuação destes hormônios dentro
das reações de catabolismo e anabolismo, para que assim entendamos um pouco mais
sobre estes fascinantes processos metabólicos.
Como e
vitar o Ca
ta
bolismo
evitar
Cata
tabolismo
É comum observarmos atletas defendendo sua modalidade esportiva preferida,
colocando-a como a mais completa. É difícil concordar com isto, na visão dos especialistas,
nenhuma modalidade esportiva tem esta dinâmica.
Na maioria dos esportes, predomina apenas uma das 4 capacidades físicas: a
velocidade, a resistência, a força ou a flexibilidade, mas não é por este motivo que devemos
excluir do treinamento capacidades e habilidades menos importantes.
Em uma visão técnico-ciêntifica, o “heteroclonismo” (treinamento modular de
variação) vem mostrando ótimos resultados, melhorando a performance de inúmeros atletas,
que antes apenas treinavam especificamente sua modalidade.
Atletas que praticam modalidades extenuantes como o triatlo e a maratona, por
exemplo, entram constantemente num processo chamado catabolismo (utilização do músculo
como fonte energética), desencadeando alguns problemas como: perda de peso, queda
da resistência orgânica e perda da força muscular.
Uma das formas de evitar o catabolismo seria a prática do treinamento de força que
por sua vez, estimula o anabolismo (construção do músculo). O estímulo provocado na
musculatura através da sobrecarga do exercício aumenta naturalmente a produção dos
hormônios, testosterona, insulina e o GH.
A testosterona é o hormônio sexual masculino, produzida pelos testículos, necessita
para sua construção alem do estímulo da força, uma ingestão adequada de gordura. A insulina
é sintetizada pelo pâncreas a partir de aminoácidos é estimulada pela ingestão de
carboidratos. O hormônio do crescimento (GH), é sintetizado pela hipófise, também a partir
dos aminoácidos, principalmente durante o sono. O cansaço moderado produzido pelos
exercícios, aumenta a faixa de sono, havendo uma maior produção de GH.
27
O excesso de treino de força também pode causar catabolismo. O
estresse físico e emocional faz com que as glândulas supra-renais secretem
o cortizol, proporcionando a degradação do tecido muscular.
Baixos níveis de glicose durante competições ou treinamentos de longa
Biologia
Celular e duração também colaboram com o catabolismo. Para evitar este processo
Molecular de perda de proteína, chamado de balanço hidrogenado negativo,
normalmente relacionado a queda de rendimento do atleta, é aconselhável
uma suplementação de carboidrato durante as atividades acima de 60 minutos. Esta
suplementação é geralmente feita com carboidratos de alta absorção como: maltodextrina,
o carb-up ou exceed gel, entre outros.
É bom lembrar: a ingestão de proteína durante as refeições é fundamental, sendo
necessário aproximadamente 2g de proteína por kg corporal/dia, e pode ser aumentada
em torno de 3g, caso o atleta, além de sua modalidade competitiva, pratique treinamentos
de força.
[
Á
]
Para saber mais acesse:
http://pitboorei.vilabol.uol.com.br/nutricao/CATABOLISMO.htm
Metabolismo Energético
Mitocôndria: a produção da energia aeróbia
Estrutura Morfológica
Qualquer mitocôndria é formada por duas unidades de membrana separadas por
um espaço intermembranoso, cada qual com funções e proteínas diferentes associadas à
sua bicamada lipídica. A membrana interna emite numerosas cristas para o interior da
organela, aumentando substancialmente a sua superfície. Nessas cristas podem-se visualizar
ao microscópio eletrônico, em grande aumento, partículas em forma de raquete,
denominadas corpúsculos elementares. São encontrados a intervalos de 10 nm, podendo
haver 104 a 106 corpúsculos por mitocôndria.
Na intimidade da mitocôndria, delimitada pela membrana interna, está a matriz
mitocondrial. A matriz contém material protéico granular de alta densidade, capaz de se
ligar a fosfatos de cálcio e magnésio, precipitando-se na forma de grânulos elétron-densos.
É por isso que as mitocôndrias são o segundo destino preferencial de acúmulo do cálcio
intracelular (o primeiro sendo o retículo endoplasmático liso). A matriz possui todas as
enzimas necessárias ao ciclo de Krebs.
A membrana externa mitocondrial é semelhante às demais membranas da célula
eucarionte. A membrana interna possui os elementos da cadeia respiratória necessários
para a respiração aeróbia.
28
RESPIRAÇÃO AERÓBIA : uma visão do processo
Pode-se dividir a respiração aeróbia em três fases:
- Glicólise
A primeira via do metabolismo energético da glicose é a glicólise. A glicólise ocorre
totalmente por enzimas dissolvidas no hialoplasma. Este processo metabólico não exige
oxigênio molecular e pode ocorrer na sua ausência. A glicólise produz duas moléculas de
ATP (por fosforilação pelo nível de substrato) para cada molécula de glicose consumida.
Em geral, nas células, a concentração de glicose é muito menor que a do líquido extracelular.
Essa diferença de concentração (=gradiente de concentração) é mantida por regulação
homeostática. Quando as moléculas de glicose adentram no hialoplasma muito rapidamente,
vão para a via de oxidação (glicólise) ou são armazenadas sob a forma de glicogênio.
Como resultado final, a concentração hialoplasmática de glicose é muito baixa, o que faz
com que exista sempre um gradiente de concentração que favorece a difusão de glicose
para o interior da célula. A glicose é uma molécula muito polar, de modo que, mesmo havendo
um gradiente de concentração, ela não atravessa a membrana plasmática. Na maioria dos
tecidos, o transporte de glicose exige a ação do hormônio pancreático insulina, que regula
a entrada de glicose e aminoácidos nas células.
Primeiramente, na glicólise, a molécula de glicose é convertida em glicose-6-fosfato,
numa reação dependente do gasto de ATP. A segunda reação é a conversão da glicose-6fosfato em frutose-6-fosfato, com o gasto de uma segunda molécula de ATP. Nas diversas
etapas que seguem, a cadeia de seis carbonos da glicose original são quebrados em dois
fragmentos, cada um com três carbonos, as moléculas de gliceraldeído-3-fosfato e estas,
por fim, em duas moléculas de ácido pirúvico ou piruvato. A conversão de duas moléculas
de gliceraldeído em duas de piruvato produz duas moléculas de ATP, duas moléculas de
NADH e 56 kcal de calor. Como duas moléculas de ATP foram gastas no início do processo,
o resultado efetivo é de duas moléculas de ATP para cada molécula de glicose.
A conversão de um mol de glicose em dois moles de piruvato resulta na produção de
dois moles de NADH. Esse NADH deve ser reoxidado para que a glicólise continue. Se o
piruvato vai para a mitocôndria (metabolismo aeróbico), o NAD+ será regenerado por essa
via. Se a célula não possui enzimas para o metabolismo aeróbico ou não há oxigênio
disponível, a célula regenera o NAD+ pela conversão de piruvato em ácido láctico, processo
em que o NADH transfere o hidrogênio para o piruvato. As células musculares esqueléticas,
em ausência de oxigênio molecular, podem realizar esta glicólise anaeróbica com produção
final de ácido láctico ou lactato.
Após a glicólise, o piruvato vai para a mitocôndria onde é transformado em grupo
acetil (molécula com dois carbonos), que, por sua vez, é degradado no ciclo de Krebs, onde
se produz mais 36 moléculas de ATP para cada molécula de glicose processada.
- Ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs, ou ciclo do ácido cítrico, é uma seqüência circular de oito reações
que ocorre na matriz mitocondrial. Nessas reações, os grupos acetil (que provêm dos dois
piruvatos que, por sua vez, vieram da glicose) são degradados em duas moléculas de gás
carbônico, ao mesmo tempo em que quatro elétrons são transferidos para três NAD e um
FAD, e uma molécula de ATP é formada por fosforilação pelo nível de substrato. A degradação
total dos grupos acetil pelo ciclo de Krebs é explanada na figura a seguir. (figura retirada de
Alberts et al., 1997, p. 661).
29
Biologia
Celular
e
Molecular
Para entrar no ciclo do ácido cítrico, o piruvato deve ser, primeiramente,
descarboxilado, liberando CO2 e formando NADH. A molécula de gás carbônico produzida
será, tal qual outras resultantes do ciclo de Krebs, excretada no nível dos alvéolos pulmonares,
no processo conhecido como respiração sistêmica. A molécula com dois carbonos (grupo
acetil) combina-se com a coenzima A, formando a acetil-CoA. Radicais acetil provindos de
lipídios também entram no ciclo de Krebs como acetil-CoA. Alguns aminoácidos oriundos
do catabolismo de proteínas podem ser convertidos em intermediários do ciclo de Krebs.
Durante as reações do ciclo, são retirados hidrogênios do acetil e estes são passados
para os nucleotídeos NAD+ e FAD, que levam estes hidrogênios para as cristas
mitocondriais, onde acontece a fosforilação oxidativa, que gera ATP. No processo de
fosforilação oxidativa ocorrem: o transporte de elétrons; a síntese de ATP por meio de uma
enzima; o consumo de oxigênio molecular e a produção de moléculas de água.
Cadeia Respiratória e a Fosforilação Oxidativa
A maior parte do ATP formado na respiração celular provém do processo de
fosforilação oxidativa que ocorre nas cristas mitocôndrias. Nas membranas internas da
mitocôndria existe uma série de enzimas contendo ferro (chamadas citocromos) que
constituem a cadeia respiratória. Os citocromos da cadeia respiratória, inicialmente,
transferem os elétrons do NADH e do FADH2 para si e, após, cedem estes elétrons para o
oxigênio, reduzindo-o a água. No processo de transporte de elétrons ao longo da cadeia
respiratória, acontece liberação de energia. Parte dessa energia é perdida (dissipada) sob
30
a forma de calor, outra parte é usada para transportar prótons (H+), através da membrana
interna, da matriz até o espaço intermembranoso. Deste modo, a energia é guardada sob a
forma de um gradiente de prótons entre a matriz e o espaço intermembranas. Os prótons
acumulados tendem a voltar para a matriz e o fazem atravessando a enzima ATP-sintase,
situada na membrana interna mitocondrial. A ilustração a seguir (retirada de Alberts et al.,
1997, p. 673) esquematiza a enzima ATP-sintase:
Quando os prótons atravessam a enzima, sua energia é utilizada para produzir ATP
a partir de ADP e um fosfato inorgânico (PO4—).Esta teoria que procura explicar a síntese
de ATP a partir da energia do gradiente de prótons é conhecida como hipótese
quimiosmótica. O fluxo de prótons do gradiente pode ser comparado à água de uma represa
que tem sua energia potencial transformada em energia elétrica quando da passagem da
água por uma turbina.
A próxima figura (retirada de Alberts et al., 1997, p. 674) representa a passagem dos
prótons do gradiente através da ATP-sintase com a conseqüente produção de ATP:
Ao final do transporte de elétrons pela cadeia respiratória, estes elétrons liberaram
uma energia suficiente para, por meio da ATP-sintase, regenerar trinta e seis moléculas de
ATP; somando-se os 36 ATP às duas moléculas de ATP sintetizadas pela glicólise, no
hialoplasma, temos o total de 38 moléculas de ATP formadas a partir da energia química
oriunda de uma molécula de glicose.
31
A figura seguinte (retirada de Alberts et al., 1997, p. 662) esquematiza
o processo geral da oxidação da glicose pela mitocôndria. Note o detalhe do
transporte de elétrons e a formação do gradiente de prótons e a síntese das
Biologia moléculas de ATP.
Celular
e
Molecular
No catabolismo de lipídios, os ácidos graxos passam a ser a fonte principal de
cadeias carbônicas a serem oxidadas para obter energia para a produção de ATP. Cada
radical de dois carbonos de um ácido graxo gera uma molécula de acetil-CoA ,que entra
para o ciclo de Krebs. Um triglicerídio, por exemplo, é formado por três ácidos graxos unidos
a uma molécula de glicerol. Portanto, a partir de uma única molécula de triglicerídio pode-se
obter muitos grupos acetil, o que faz com que o teor de armazenamento de energia dos
lipídios seja bem maior do que o dos glicídios.
Fermentação
Uma mudança química em matéria animal e vegetal provocada por leveduras
microscópicas, bactérias ou mofos é chamada de fermentação. Exemplos de fermentação
são o azedamento de leite, o crescimento da massa de pão e a conversão de açúcares e
amidos em álcool. Muitas substâncias químicas industriais e vários antibióticos usados em
medicamentos modernos são produzidos através de fermentação sob condições
controladas. O resultado da fermentação é que uma substância seja quebrada em compostos
mais simples. Em alguns casos a fermentação é usada para modificar um material cuja
modificação seria difícil ou muito cara se métodos químicos convencionais fossem
escolhidos. A fermentação é sempre iniciada por enzimas formadas nas celas dos
organismos vivos. Uma enzima é um catalisador natural que provoca uma mudança química
sem ser afetado por isto.
A levedura comum é um fungo composto de minúsculas células tipos vegetais similares
às bactérias. Suas enzimas invertase e zimase quebram açúcar em álcool e gás carbônico.
Elas crescem o pão e transformam suco de uva em vinho. Bactérias azedam o leite
produzindo ácidos láctico e buturico. Células do corpo humano produzem enzimas digestivas,
como pepsina e renina que transformam comida em uma forma solúvel.
Os produtos de fermentação foram usados desde a Antigüidade. Habitantes das
cavernas descobriram que a carne envelhecida tem um sabor mais agradável que a carne
fresca. Vinho, cerveja, e pão são tão velhos quanto a agricultura. Queijo, que envolve a
fermentação de leite ou creme, é outra comida muito antiga. O valor medicinal de produtos
fermentados é conhecido de há muito tempo. Os chineses usavam coalho de feijão-soja
mofado para curar infecções de pele há 3.000 anos atrás. Os índios da América Central
tratavam feridas fétidas com fungos.
32
A verdadeira causa de fermentação, porém, não era compreendida até o século XIX.
O cientista francês Louis Pasteur, enquanto estudando problemas dos cervejeiros e
vinicultores da França, encontrou que um tipo de levedura produz vinho bom, mas um segundo
tipo torna-o azedo. Esta descoberta conduziu à teoria da origem de doenças de Pasteur.
A química das fermentações é uma ciência nova que ainda está em suas fases mais
iniciais. É a base de processos industriais que convertem matérias-primas como grãos,
açúcares e subprodutos industriais em muitos produtos sintéticos diferentes. Cepas
cuidadosamente selecionadas de mofos, leveduras e bactérias são usadas.
A penicilina é um antibiótico que destrói muitas bactérias causadoras de doenças. É
derivado de um mofo que cresce em uma mistura fermentativa de substâncias
cuidadosamente selecionadas para este propósito. A penicilina industrial e muitos outros
antibióticos se tornaram uma área muito importante da indústria farmacêutica.
O Ácido cítrico é uma das muitas substâncias químicas produzidas por
microorganismos. É usado em limpadores de metal e como um preservativo e agente de
sabor em alimentos. O ácido cítrico é responsável pelo sabor azedo de frutas cítricas. Poderia
ser obtido delas, mas necessitaria muitos milhares de frutos para produzir a quantia de
ácido cítrico atualmente feita pela fermentação de melado com o mofo aspergillus niger.
Um produto de fermentação, Terramicina, é adicionado a rações animais para acelerar
o crescimento dos animais e os proteger de doenças. Certas vitaminas são feitas através
de fermentação de mofos; e as próprias enzimas, extraídas de vários microorganismos,
têm muitos usos na fabricação de alimentos e medicamentos.
Cloroplasto
Nos cloroplastos ocorre a reação da mais fundamental
importância para a vida das plantas e, indiretamente, para a vida
dos animais: a fotossíntese. Os cloroplastos são geralmente
discoidais. Sua cor é verde devido a presença de clorofila. No seu
interior existe um conjunto bem organizado de membranas, as quais
formam pilhas unidas entre si, que são chamadas de grana. Cada
elemento da pilha, que tem o formato de uma moeda, é chamado
de tilacóide. Todo esse conjunto de membranas encontra-se
mergulhado em um fluído gelatinoso que preenche o cloroplasto,
chamado de estroma, onde há enzimas, DNA, pequenos ribossomos e amido. As moléculas
de clorofila se localizam nos tilacóides, reunidas em grupos, formando estruturas chamadas
de “complexos de antena”.
Fotossíntese
Os vegetais clorofilados têm o
equipamento bioquímico necessário para
transformar substâncias pouco energéticas
(CO2 e H2O) em substância rica em energia
(glicose). Na fotossíntese, a energia luminosa
absorvida pela clorofila é transformada em
energia química de ligação, que fica
armazenada no carboidrato.
A luz utilizada nessa formação é
absorvida por uma série de pigmentos. Cada
pigmento
absorve
determinados
comprimentos de ondas, refletindo os que não
absorve. A cor do pigmento é dada pelo
comprimento de onda refletido, podendo-se
33
determinar o espectro de absorção de cada pigmento através de um
espectrofotômetro.
Os tipos de pigmentos utilizados na fotossíntese variam nos diferentes
Biologia grupos de organismo fotossintetizantes. Nos vegetais superiores, os
Celular e pigmentos mais importantes são a clorofila a e a clorofila b, pigmentos verdes
Molecular que absorvem a luz no violeta, no azul e no vermelho, refletindo no verde; por
isso, são verdes.
Colocando-se em um gráfico os diferentes comprimentos de onda em função da
taxa em que se processa a fotossíntese, pode-se verificar o espectro de ação da luz na
fotossíntese:
Observando-se os gráficos apresentados, pode-se notar que os picos do espectro
de ação da luz na fotossíntese e os dos espectros de absorção da luz pela clorofila têm
padrão semelhante, evidenciando que a clorofila é o pigmento mais importante na recepção
da luz na fotossíntese.
A absorção da luz pela clorofila se faz com intensidade máxima nas faixas de
comprimento de onda de 450 nm (nanômetros), que é correspondente à luz azul, e 700 nm
que corresponde, à luz vermelha. O nanômetro ainda é muito conhecido como milimícron. A
absorção da luz verde é quase nula. A clorofila reflete-a quase integralmente. E é por isso
que nós a vemos dessa cor.
As curvas indicam:
1. espectro de absorção da luz pela clorofila a;
2. espectro de absorção da luz pela clorofila b;
3. O espectro de ação da fotossíntese não corresponde rigorosamente ao espectro
de absorção da luz pelas clorofilas. Considerando o fenômeno fotossíntese em termos gerais,
a resposta à luz vermelha é maior do que à luz azul. Isso se explica porque os pigmentos
acessórios (xantofila, licopeno e caroteno) absorvem intensamente certas radiações de
forma mais eficiente que as clorofilas, transferindo depois a elas a energia absorvida.
Em certas plantas aquáticas, outros pigmentos, como a ficoeritrina e a ficoxantina,
também absorvem a luz eficientemente. Nesses casos, o espectro de ação da luz na
fotossíntese é diferente daquele apresentado anteriormente, estando os picos de maior
taxa de fotossíntese praticamente coincidentes com os de absorção pelos pigmentos citados.
34
A equação tradicional da fotossíntese é:
Essa reação, no entanto, não pode mais ser aceita como correta, tendo em vista que
o oxigênio liberado na fotossíntese provém da água e não do gás carbônico. Isto foi
confirmado por um experimento clássico (década de 40), no qual o oxigênio da água foi
18
marcado com o isótopo O, verificando-se que todo o oxigênio liberado na fotossíntese era
isótopo –18.
Dessa forma, a reação aceita é:
Essa equação mostra o processo de síntese de compostos orgânicos a partir de
substâncias inorgânicas, utilizando-se a energia luminosa e com liberação de oxigênio.
Hoje, sabemos que a fotossíntese se processa em duas etapas. Na primeira, a luz
cede energia para a clorofila. Portanto, essa etapa não ocorre sem a presença de luz. Ela é
conhecida como fase luminosa da fotossíntese ou reações de claro. Na segunda etapa, a
energia retida por certos compostos, vai permitir uma série de reações que vão levar ao
aparecimento da glicose. Essa etapa pode ocorrer mesmo na ausência da luz. É a fase
escura ou reações de escuro da fotossíntese.
Fase clara
A fotossíntese é dividida em duas fases: clara e escura. A fase clara, também chamada
de fotoquímica, consiste na incidência da luz solar sob a clorofila A. Elétrons são liberados
e recebidos pela plastoquinona (aceptor primário de elétrons). Estes elétrons passam por
uma cadeia transportadora liberando energia utilizada na produção de ATP. Os elétrons
com menos energia entram na molécula de clorofila A repondo os liberados pela ação da
luz. A molécula de clorofila absorve energia luminosa. Este energia é acumulada em elétrons
que, por este fato, escapam da molécula sendo recolhidos por substâncias transportadoras
de elétrons. A partir daí, estes irão realizar a fotofosforilação, que, dependendo da substância
transportadora, poderá ser cíclica ou acíclica. Em todos os dois processos, os elétrons
cedem energia, que é utilizada para a síntese de ATP através de fosforilação (processo em
que adiciona um fosfato rico em energia no ADP).
Fotofosforilação acíclica
Está relacionada basicamente com a fotólise da água Fotofosforilação cíclica: O
elétron sai da clorofila A, é captado pela ferrodoxina e passa por transportadores de elétrons,
havendo nos cloroplastos. Liberação de energia, que será utilizada na síntese de ATP. É
importante citar que estes processos acontecem simultaneamente nos cloroplastos.
Fase escura
Ocorre no estroma dos cloroplastos e é nesta fase que se forma a glicose, pela
reação inicial entre o gás carbônico atmosférico e um composto de 5 carbonos, a ribulose
difosfato (RDP), que funciona como “suporte” para a incorporação do CO2.
35
Ciclo de Calvin
A molécula de CO2 se liga ao suporte de RDP desencadeando um
ciclo de reações no qual se formam vários compostos de carbono. Para
Biologia formação de uma molécula de glicose é necessário que ocorram 6 ciclos
Celular e destes. Os átomos de Hidrogênio da água são adicionados a compostos de
Molecular carbonos, obtidos a partir de CO2, havendo uma redução de gás, com produção
de glicose.
Plantas C4
O mecanismo de fixação do CO2 não representa o único, descoberto por Calvin,
utilizado pelas plantas verdes para fixar este elemento. Em 1960, foram encontradas
evidências de que o primeiro produto fotossintético da cana de açúcar não era o PGA de 3
carbonos, mas um composto de 4 carbonos. Este aspecto se distingue das plantas C 3 nas
quais o produto intermediário da fotossíntese é um composto de 3 carbonos, o PGA.
Plantas Canr
Um terceiro modo de fixação, a fotossíntese com metabolismo ácido evoluiu
independentemente em muitas plantas como os cactos. Utilizam-se também moléculas de
4 carbonos. Nestas plantas, os ácidos málicos e isocítrico acumulam-se nas plantas durante
a noite e são novamente convertidos em gás carbônico na presença de luz. Este processo
é claramente favorável em condições de alta luminosidade e escassez de água. Estas plantas
dependem muito deste processo, pelo fato de seus estômatos estarem fechados durante o
dia a fim de retardar a perda de água. As células estomáticas são as únicas células
epidérmicas que fazem fotossíntese e produzem glicose.
Fatores que afetam a Fotossíntese
A fotossíntese é afetada por vários fatores, tais como a intensidade luminosa, a
temperatura e a concentração de gás carbônico no ar. Por exemplo: em uma planta mantida
em um ambiente com temperatura e concentração de CO2 constantes, a quantidade de
fotossíntese realizada passa a depender exclusivamente da luminosidade.
Temperatura
Qualquer temperatura abaixo ou acima da “ótima”
resulta em condição limitante para as reações de
fotossíntese. Abaixo da temperatura “ótima” a energia cinética
das moléculas reagentes (CO2, H2O) é insuficiente para
conseguir o rendimento químico. Acima da “temperatura
ótima” as enzimas vão se desnaturando, podendo até parar
as reações.
Concentração de CO2
No ar atmosférico há uma mistura de gases: N2 78% ; O2 21% ; CO2 0,035%.
A construção do gráfico acima utiliza dados obtidos
em condições experimentais de laboratório. Observa-se que
a concentração ótima é atingida em 0,2% de CO2, pois
acima dessa concentração a taxa de fotossíntese já não
poderá melhorar. Conseqüentemente, qualquer
concentração abaixo desse ótimo (0,2%) está funcionando
como limitante para o melhor rendimento do processo.
36
A concentração do CO2 no ar atmosférico exerce contribuição importante para a
temperatura ambiente. Os estudiosos estimam que se essa concentração chegar em torno
de 0,05% o calor será suficiente para descongelar parcela das calotas polares, fazendo
subir o nível dos mares, o que provocaria inundações catastróficas.
Intensidade luminosa
Sendo a energia luminosa de natureza ondulatória eletromagnética, a freqüência (ou
comprimento de onda) determina as diferenças de cores no espectro visível, enquanto a
amplitude é responsável pela intensidade luminosa forte ou fraca.
Durante o dia, entre 11 horas e 14 horas, a intensidade luminosa é muito forte, enquanto
ao amanhecer ou ao entardecer essa intensidade é fraca.
A observação do gráfico acima demonstra que as
intensidades luminosas abaixo do ponto de saturação
luminosa são valores limitantes do processo fotossintético.
Acima dessa “intensidade ótima” já não haverá mais
melhoria na taxa de rendimento.
Os fatores analisados estão todos presentes ao
mesmo tempo no ambiente e os componentes limitantes
podem ser dois ou mais concomitantemente. O que se
procura analisar, nas condições naturais, é qual deles estará influindo de maneira mais
decisiva como fator limitante da fotossíntese.
Quimiossíntese
Certas bactérias que vivam no solo são capazes de construir suas cadeias de carbono
a partir de gás carbônico, água e outras substâncias minerais sem utilizar energia luminosa.
Elas provocam a oxidação de substâncias minerais do solo e, então, aproveitam a energia
liberada nessas reações químicas para sintetizar suas substâncias orgânicas da seguinte
maneira:
Se comparado à fotossíntese, este processo, chamado quimiossíntese, representa
uma fração muito pequena do processo de produção de cadeias de carbono. Entretanto,
ele tem importância fundamental no ciclo dos compostos nitrogenados. É graças a um tipo
especial de quimiossíntese que os compostos nitrogenados, originados da decomposição
da matéria orgânica dos cadáveres, podem ser aproveitados pela planta.
Todas as células vivas possuem uma elevada organização interna que é composta
pela associação de substâncias orgânicas e inorgânicas. O estado de organização interna
não é espontâneo nem permanente; e, por ser instável, pode reverter muito facilmente ao
estado inanimado. O que mantém as características que diferem o vivo do não-vivo é uma
entrada constante de energia. Segundo a Termodinâmica, há duas formas de energia: a
energia livre ou utilizável e a entropia ou energia não utilizável.
Em qualquer transformação de energia, a energia livre (mais organizada e
concentrada) tende a passar para uma forma menos organizada e menos concentrada, a
entropia. As células precisam de energia para não se desestruturar e para promoverem
seus processos mecânicos, elétricos, osmóticos, bioquímicos. Mas, ao utilizar esta energia,
a célula a desorganiza e a dissipa, de modo que não pode voltar a usá-la. Portanto, as
células, como unidades metabólicas, precisam de um fluxo de energia exterior que venha
37
de uma fonte até elas. Pela natureza destas fontes, dividimos os seres vivos
em autótrofos e heterótrofos. Os autótrofos têm a capacidade metabólica de
sintetizarem, para o seu sustento, moléculas orgânicas a partir de substâncias
Biologia inorgânicas de baixo peso molecular, como a água e o gás carbônico. A
Celular e fotossíntese é um exemplo de processo anabólico realizado por seres
Molecular autótrofos. Os seres heterótrofos não têm esta capacidade metabólica e, por
isso, precisam obter matéria orgânica pronta para sua nutrição.
@
[ ]
Agora é hora de
TRABALHAR
1.
Como podemos comprovar a origem do oxigênio como sendo da fotossíntese?
Explique.
2.
Analise a frase abaixo e em, seguida, faça um comentário, justificando.
38
ESTUDO SOBRE INFORMAÇÕES
GENÉTICAS E BIOTECNOLOGIA
CÉLULA, FLUXO DE INFORMAÇÃO GENÉTICA
Núcleo Celular
Uma das principais características da célula
eucarionte é a presença de um núcleo de forma variável,
porém bem individualizado e separado do restante da
célula.
Ao microscópio óptico o núcleo tem contornos
nítidos, sendo o seu interior preenchido por elementos
figurados. Dentre os elementos distinguem-se o nucléolo
e a cromatina.
Na célula ao lado, nota-se o nucléolo formando
uma estrutura enovelada. Entre as malhas do nucléolo
observa-se a cromatina. No restante do núcleo, a
cromatina está uniformemente dispersa; o envoltório
nuclear é bem visível.
Quando uma célula se divide, seu material
nuclear (cromatina) perde a aparência relativamente
homogênea típica das células que não estão em
divisão e condensa-se numa série de organelas em
forma de bastão, denominadas cromossomos. Nas células somáticas
humanas são encontrados 46 cromossomos.
Há dois tipos de divisão celular: mitose e meiose . A mitose é a divisão habitual das
células somáticas, pela qual o corpo cresce se diferencia e realiza reparos. A divisão mitótica
resulta normalmente em duas células-filhas, cada uma com cromossomos e genes idênticos
aos da célula-mãe. A meiose ocorre somente nas células da linhagem germinativa e apenas
uma vez numa geração. Resulta na formação de células reprodutivas (gametas), cada uma
das quais tem apenas 23 cromossomos.
O Ciclo Celular e Replicação do DNA
Em organismos unicelulares, a célula cresce ao absorver substâncias do meio e
utilizando esses materiais na síntese de compostos celulares. Quando essas células atingem
um dado tamanho dividem-se, obtendo-se duas células filhas com metade do tamanho, que
crescerão e assim sucessivamente.
Em organismos multicelulares, pelo contrário, a divisão celular e o aumento do volume
celulares são os meios pelo qual o organismo cresce. Em todos os casos, as células filhas
são geneticamente iguais à célula progenitora.
39
A divisão celular consiste em dois processos sobrepostos ou
consecutivos: mitose e citocinese. A mitose origina dois núcleos geneticamente
idênticos, enquanto a citocinese separa o citoplasma, colocando os núcleos
Biologia filhos em células separadas.
As células que se dividem ativamente passam por uma seqüência
Celular e
definida
de acontecimentos, que se designa ciclo celular. Dependendo do
Molecular
tipo de célula, o ciclo requererá tempos diferentes. Fatores externos, como a
temperatura ou a disponibilidade de nutrientes também afeta a duração do ciclo e respectivas
etapas.
O ciclo celular divide-se em interfase e mitose (ocupando geralmente entre 5 e 10%
do ciclo).
A interfase, ou seja, a fase entre duas divisões mitóticas, já foi considerada a fase de
repouso da célula, mas tal não é, de todo, verdade. Esta parte do ciclo pode ser subdividida
em três partes:
Fase G1 - a designação desta etapa
deriva de gap = intervalo, e decorre
imediatamente após a mitose. É um
período de intensa atividade bioquímica,
no qual a célula cresce em volume e o
número de organitos aumenta. Para que
a célula passe para a fase seguinte do
ciclo é necessário que atinja um ponto
crítico designado ponto de restrição ou
start, momento em que se dão mudanças
internas;
Fase S - esta é a fase de síntese (S) de
DNA e, aparentemente, requer um sinal
citoplasmático para que se inicie. Cada cromossomo
é duplicado longitudinalmente, passando a ser formado
por dois cromatídeos. Nesta etapa, numerosas proteínas (histonas, por exemplo) são
igualmente sintetizadas;
Fase G2 - esta fase conduz diretamente à mitose e permite formar estruturas com ela
diretamente relacionadas, como as fibras do fuso acromático.
40
Processos de Divisão Celular
Mitose
A mitose é um processo contínuo, mas geralmente considera-se, por uma questão
de facilidade, quatro etapas: Prófase, Metáfase, Anáfase e Telófase. No decorrer destas
etapas, o material genético sintetizado na fase S do ciclo celular é dividido igualmente por
dois núcleos filhos. Este processo está associado à divisão de células somáticas.
A mitose é iniciada apenas em presença de um fator promotor da mitose (MPF)
protéicos citoplasmáticos, que provoca a condensação dos cromossomos. As variações
de concentração de MPF estão relacionadas com as variações de uma outra proteína
conhecida por ciclina. Aparentemente, quando a ciclina atinge uma certa concentração no
citoplasma, o MPF é ativado. Durante a mitose a ciclina é rapidamente destruída, aumentando
novamente durante o ciclo seguinte.
Um dos primeiros sinais do próximo início da mitose é o surgimento de uma faixa
relativamente densa de microtúbulos logo abaixo da membrana citoplasmática. Esta faixa
envolve o núcleo num plano que corresponderá ao plano equatorial do fuso acromático
mitótico. Esta faixa desaparece após a formação do fuso acromático, mas corresponderá
ao local onde se forma a separação entre as duas células filhas.
A duração da mitose varia com o tipo de célula, de tecido e de organismo. Em células
vegetais de raiz de Angiospérmica, os tempos medidos foram os seguintes: Prófase 1-2
horas, Metáfase 5-15 minutos, Anáfase 2-10 minutos e Telófase 10-30 minutos. Ainda neste
tipo de célula, a interfase pode durar de 12 a 30 horas.
As etapas da mitose, propriamente dita, decorrem da seguinte forma:
Prófase - vista ao M.O.C. a transição entre a fase G2 e a Prófase não é nítida. Durante
esta etapa, a mais longa de todo o processo mitótico, a cromatina condensa-se gradualmente
em cromossomos bem definidos. Durante este processo é visível que cada cromossomo é
compostos por dois cromatídeos enrolados um no outro, pois o DNA foi duplicado durante a
fase S. No final da Prófase os cromatídeos estão visíveis lado a lado, unidos pelo centrômero,
uma seqüência específica de DNA que ligará a molécula às fibras do fuso acromático. A
presença do centrômero divide cada cromatídeo em dois braços. É durante esta fase que
surge em volta do núcleo a chamada zona clara, que contém os microtúbulos. Estes,
inicialmente, estão orientados ao acaso, mas no fim da etapa estão alinhados paralelamente
á superfície do núcleo, ao longo do eixo do fuso acromático. O nucléolo desintegra-se e,
determinando o final da etapa, o envelope nuclear desaparece;
Metáfase - esta etapa inicia-se com a formação do fuso acromático, uma estrutura
tridimensional larga no centro e afilada nas extremidades, que ocupa a área anteriormente
ocupada pelo núcleo. As fibras do fuso são feixes de microtúbulos e vão-se ligar a complexos
protéicos especializados - cinetócoros - desenvolvidos nos centrômeros durante a Prófase.
Estes microtúbulos dos cinetócoros estendem-se, juntamente com os microtúbulos polares,
para os pólos da célula. Através deles vai ocorrer o alinhamento dos cromossomos no centro
do fuso, formando a placa equatorial. Nesta situação os cromatídeos estão em posição de
se separarem. O alinhamento das fibras do fuso acromático ocorre a partir dos centros de
organização dos microtúbulos. Em animais e protistas, esse centro organizador é o
centrossoma, uma nuvem de material amorfo que rodeia o par de centríolos. Em células
vegetais, que não contêm centrossoma, os organizadores existem e garantem a formação
do fuso, mesmo que os pólos sejam pouco definidos;
41
Anáfase - esta etapa, muito breve, começa bruscamente, com a
separação simultânea de todos os cromatídeos pelos centrômeros. Cada
cromatídeo toma, agora, para si a designação de cromossomo. À medida
Biologia que os cinetócoros se deslocam em direção a pólos opostos, os braços dos
Celular e cromossomos são arrastados, sendo as pontas dos braços mais longos as
Molecular últimas a serem separadas. Este movimento em direção aos pólos parece
dever-se ao encurtamento dos microtúbulos junto ao cinetócoro, como se este
“comesse” o caminho ao longo das fibras. No final da Anáfase dois conjuntos idênticos de
cromossomos encontram-se em cada pólo;
Telófase - nesta etapa final da mitose, a separação dos dois conjuntos de
cromossomos é finalizada pela formação da membrana nuclear, a partir de retículo
endoplasmático rugoso. O fuso acromático desaparece e os cromossomos relaxam
novamente, tornando-se indistintos. O nucléolo é reconstituído e cada núcleo entra na
interfase.
Tal como referido anteriormente, a citocinese é um processo que se sobrepõe à
mitose e corresponde à divisão do citoplasma.
Na maioria das células, decorre por invaginação da parede celular (se presente) e
pela constrição da membrana citoplasmática. No entanto, em células vegetais, a separação
ocorre através da formação do fragmoplasto.
Esta estrutura é um sistema de fibras semelhantes às do fuso, formadas por
microtúbulos, mas organizados perpendicularmente ao eixo do fuso. A esta rede de fibras
vêm juntar-se vesículas do Golgi contendo substâncias pépticas para formar a lamela média.
As suas membranas fundem-se para formar a membrana plasmática em formação, do centro
para o exterior, em direção à parede celular já existente. Os plasmodesmos forma-se
igualmente neste momento, quando túbulos de retículo endoplasmático liso são apanhados
nomeio desta rede. Por último, cada célula filha deposita a sua parede celular sobre a
lamela média assim formada.
42
Meiose
A meiose ocorre apenas em células diplóides especializadas e apenas em ocasiões
determinadas do ciclo de vida de um organismo. Através deste fenômeno nuclear, uma
única célula diplóide dá origem a quatro células haplóides, designadas gametas ou esporos.
Um gameta é uma célula que se une a outra semelhante para formar um zigoto
diplóide. Pelo contrário, um esporo pode formar um organismo haplóide sem se fundir com
outra célula.
A meiose consiste em duas divisões nucleares sucessivas, designadas I e II. Cada
uma destas divisões apresenta na sua essência as mesmas etapas que a mitose:
Prófase I - nesta etapa os pares de cromossomos tornam-se visíveis com longos
filamentos delgados. Tal como na mitose, já foram duplicados durante a interfase precedente,
logo são constituídos por dois cromatídeos unidos pelo centrômero. No entanto, nesta fase,
o grau de condensação é tal que parecem estruturas unas. Os cromossomos homólogos
emparelham de forma muito precisa, que se inicia em vários pontos e depois vão progredindo
como um zíper que se fecha. Cada homólogo provém de um progenitor diferente. Este
emparelhamento - sinapse - é fundamental para a ocorrência de meiose, pelo que este
fenômeno não pode ocorrer em células haplóides. Nesta altura, os pares de homólogos
designam-se bivalentes. Durante a sinapse, pedaços de cromatídeos soltam-se e voltam a
ligar-se, ao acaso, entre os quatro cromatídeos presentes, processo designado crossingover. Estas trocas podem ser vistas ao microscópio pela formação de figuras em forma de
X designadas quiasmas. Ao longo da Prófase os quiasmas e sinapses desaparecem, tal
como o nucléolo;
Metáfase I - nesta etapa, tal como na mitose, o fuso acromático torna-se visível e os
microtúbulos ligam-se aos centrômeros dos bivalentes. Estes cromossomos emparelhados
deslocam-se, então, para o centro da célula formado a placa equatorial, agora com cada
centrômero do par em lados opostos da placa;
Anáfase I - esta etapa inicia-se com a separação dos cromossomos homólogos,
que se deslocam para pólos opostos da célula;
Telófase I - nesta etapa a espiralização dos cromossomos diminui, dando-lhes uma
aparência alongada. Novas membranas nucleares são sintetizadas a partir de retículo
endoplasmático rugoso enquanto se para gradualmente para a interfase. Finalmente, o fuso
acromático desaparece e o nucléolo reorganiza-se. Saliente-se, no entanto, que estes
acontecimentos podem não ser tão distinto, passando diretamente da Telófase I para a
Prófase II;
Prófase II - no início da segunda divisão, as cromátides continuam unidos pelo
centrômero, pelo que esta divisão se parece muito com a mitose. Se a membrana nuclear
tiver sido refeita na Telófase I, irá desaparecer, tal como o nucléolo, e os cromossomos irão
condensar novamente;
Metáfase II - forma-se novamente o fuso acromático e os cromossomos alinham-se
na placa equatorial;
Anáfase II - os centrômeros dividem-se e afastam-se, levados pelos microtúbulos
do fuso acromático, levando os cromossomos simples para cada um dos pólos;
43
Telófase II - reorganização da membrana nuclear e nucléolo, com
relaxação dos cromossomos, formando núcleos interfásicos.
Biologia
Celular
e
Molecular
Conseqüências da Meiose
Durante a meiose, o material nuclear foi duplicado uma vez e dividido duas vezes,
pelo que cada célula filha apresenta metade do número de cromossomos da célula diplóide
inicial.
No entanto, mais importante que a redução do número de cromossomos é a
conseqüência genética do processo:
- Na metáfase I, a orientação ao acaso dos bivalentes causa uma mistura de material
materno e paterno pelos dois núcleos filhos;
- Devido ao crossing-over, cada cromossomo contém genes de origem materna e
paterna.
Se a célula inicial apresentar dois pares de cromossomos, existirão 4
combinações possíveis; se tiver três pares, serão 8; e se forem 4 pares de cromossomos,
16 combinações possíveis. A fórmula geral será 2n, o que na espécie humana corresponde
a 223 combinações possíveis, ou seja, 8388608 possibilidades (e existem muitos
organismos com número superior de pares de cromossomos!). Acresce ainda o crossingover para baralhar as coisas e pode-se considerar impossível que uma célula resultante de
meiose seja igual á célula que lhe deu origem.
A meiose difere da mitose em três aspectos fundamentais:
- Consiste em duas divisões sucessivas, originando 4 núcleos;
- Cada um dos 4 núcleos é haplóide, contendo metade do número de cromossomos
da celula-mãe diplóide;
- Os núcleos haplóides produzidos contêm combinações gênicas inteiramente novas.
44
Por este motivo, as conseqüências genéticas e evolutivas da meiose são
profundas. Devido á meiose e á fecundação os organismos diplóides existem numa
variedade de formas, mesmo os da mesma espécie.
Resumindo...
Citogenética Humana
Os cromossomos Humanos
Nas células somáticas humanas são encontrados 23 pares de cromossomos. Destes,
22 pares são semelhantes em ambos os sexos e são denominados autossomos. O par
restante compreende os cromossomos sexuais, de morfologia diferente entre si, que
recebem o nome de X e Y. No sexo feminino existem dois cromossomos X, e no masculino
existem um cromossomo X e um Y.
Cada espécie possui um conjunto cromossômico típico ( cariótipo ) em termos do
número e da morfologia dos cromossomos. O número de cromossomos das diversas
espécies biológicas é muito variável. A figura abaixo ilustra o cariótipo feminino humano
normal:
45
O estudo morfológico dos cromossomos mostrou que há dois
exemplares idênticos de cada em cada célula diplóide. Portanto, nos núcleos
existem pares de cromossomos homólogos . Denominamos n o número básico
Biologia de cromossomos de uma espécie, portanto as células diplóides apresentarão
Celular e em seu núcleo 2 n cromossomos e os haplóides n cromossomos. Cada
Molecular cromossomo mitótico apresenta uma região estrangulada denominada
centrômero ou constrição primária que é um ponto de referência citológico
básico dividindo os cromossomos em dois braços: p (de petti) para o braço curto e q para
o longo. Os braços são indicados pelo número do cromossomo seguido de p ou q; por
exemplo, 11p é o braço curto do cromossomo 11.
Além da constrição primária descrita como centrômero, certos cromossomos
apresentam estreitamentos que aparecem sempre no mesmo lugar: São as constrições
secundárias.
De acordo com a posição do centrômero, distinguem-se alguns tipos gerais de
cromossomos:
46
Metacêntrico: Apresenta um centrômero mais ou menos central e braços de
comprimentos aproximadamente iguais.
Submetacêntrico: O centrômero é excêntrico e apresenta braços de comprimento
nitidamente diferentes.
Acrocêntrico: Apresenta centrômero próximo a uma extremidade. Os cromossomos
acrocêntricos humanos (13, 14, 15, 21, 22) têm pequenas massas de cromatina conhecidas
como satélites fixadas aos seus braços curtos por pedículos estreitos ou constrições
secundárias.
Cromossomos Sexuais e Determinação do Sexo
Tjio e Levan estabeleceram, em 1956, que o número diplóide correto de
cromossomos do cariótipo humano era 46, sendo composto de 23 pares de cromossomos
homólogos: 22 pares autossomas + XY (no sexo masculino) ou XX (no sexo feminino). Três
anos mais tarde, foi descoberta uma alteração no cariótipo normal, era um trissomia em
indivíduos portadores da síndrome de Down (comentada a seguir), descoberta por Lejeune.
Foi a partir de então que foi possível explicar aproximadamente 12 síndromes
congênitas humanas e demonstrar que cerca de 5 entre 1000 recém-nascidos apresentam
algum tipo de aberração cromossômica.
Técnica de cariotipagem
Diversas técnicas são usadas no estudo do cariótipo humano, são empregadas
culturas de fibroblastos de medula óssea, sangue periférico e pele. As mitoses são
bloqueadas com colchicina (substância que bloqueia a formação dos microtúbulos do fuso)
durante a metáfase. O cariótipo é habitualmente obtido através de fotomicrografia.
Cada cromossomo é recortado e alinhado com o seu homólogo em uma ordem
decrescente de tamanho. Esta técnica é facilitada pela determinação do índice centromérico,
razão entre os comprimentos dos braços longos e curtos do cromossomo.
É possível a obtenção de células para cariotipagem e diagnóstico de aberrações
cromossômicas mesmo antes do nascimento da criança. Isto é possível através da
amniocentese, ou seja, punção da parede uterina com uma agulha para obtenção do fluido
amniótico, que é analisado para determinar se o feto possui alguma aberração e até mesmo
o sexo deste.
Cromossomas sexuais
Um dos sexos possui um par de cromossomos sexuais idênticos (XX). No caso do
ser humano é o sexo feminino; o outro pode ter um único cromossomo sexual, que pode
encontrar-se não-pareado (XO) ou pareado com um cromossomo Y (XY). No caso do ser
humano é o sexo masculino.
Os gametas humanos não são idênticos no que diz respeito aos crimissimas sexuais.
Os indivíduos do sexo masculino (XY) produzem 50% de gametas que transportam o
cromossomo X e 50% de gametas que transportam o cromossomo Y, enquanto os indivíduos
do sexo feminino (XX) só produzem gametas que transportam o cromossomo X, por esta
razão, os indivíduos do sexo masculino são chamados de sexo heterogamético sendo que
eles determinam o sexo da prole.
Cromatina X
Em 1949, Barr e Bertram descobriram que no núcleo interfásico de células de
indivíduos do sexo feminino existe um pequeno corpúsculo de cromatina que não aparece
nas células do sexo masculino. Este corpúsculo foi chamado de cromatina sexual ou
47
corpúsculo de Barr e a partir da conferência de Paris, cromatina X. A cromatina
X pode ser encontrada em diferentes posições no núcleo, ela deriva de um
dos cromossomos X presentes na célula, o número de cromatina X é dado
Biologia por: nX - 1, ou seja, número de cromossomos X menos uma unidade. Por
Celular e exemplo, um indivíduo normal do sexo feminino (XX) possui apenas 1 cromatina
Molecular X. nX = 2.
Cromatina Y
Estudos realizados com cromossomos Y revelaram que grande parte do cromossomo
Y é heterocromático, e aparece na interfase como um corpúsculo altamente fluorescente,
denominado cromatina Y. O número de cromatina Y é igual ao número de cromossomos Y,
por exemplo um indivíduo XYY tem 2 cromatina Y.
Anormalidades Cromossômicas
Anomalias cromossômicas
O funcionamento normal do sistema genético depende da estabilidade do material
genético contido nos cromossomas. O cariótipo pode modificar-se levando a alterações
genéticas, tais alterações podem ser no número de cromossomas quanto na sua estrutura.
As alterações no número de cromossomos pode levar a euploidia ou aneuploidia. A
euploidia é uma modificação onde todos os cromossomos do cariótipo estão aumentados
ou diminuídos. E a aneuploidia é uma alteração no fato da presença de números anormais
de um ou mais cromossomos do cariótipo.
A aneuploidia pode ser resultado de uma falha na separação de um par de
cromossomas¹ durante a meiose. Nos indivíduos ditos monossômicos, um dos cromossomos
do par não chegou ao pólo da célula; e nos trissômicos, existe um cromossoma a mais,
existindo 3 cromossomas do mesmo tipo. Quando a não-disjunção ocorre na meiose, todas
as células ficam comprometidas, ou seja, todas as células apresentam o mesmo cariótipo,
cariótipo anormal. Caso a não-disjunção ocorra na mitose, somente certas células somáticas
são anormais.
Alterações no número de cromossomas
Síndrome de Down
A síndrome de Down é uma anomalia cromossômica ligada à presença de um
cromossomo idêntico aos do par 21, por esta razão a Síndrome de Down é chamada de
trissomia do 21. É a mais freqüente das anomalias cromossômicas.
O portador da Síndrome de Down apresenta um fenótipo característico: fenda
palpebral oblíqua, baixa estatura, cabelos lisos e macios, retardo no desenvolvimento mental
e outras.
48
Síndrome de Klinefelter
A síndrome de Klinefelter é causada pela constituição genética anômala. O cariótipo
mais freqüente é do tipo 47, XXY. Os indivíduos portadores desta síndrome apresentam
pênis normal ou diminuído, testículos sempre pequenos e duros, são estéreis.
Síndrome de Turner
Caracterizada pela falta total ou parcial de um cromossomo X. O cariótipo é do tipo
45,XO, fenotipicamente são fêmeas. Os portadores apresentam estatura retardada, ovários
rudimentares, não apresentam menstruação e não apresentam características sexuais
secundárias.
Alterações na estrutura dos cromossomos
A aberração cromossômica é uma desorganização na estrutura cromossômica que
pode ser observada ao microscópio. Quando ocorre uma mutação gênica, ocorre alteração
na seqüência de bases do DNA; tais alterações podem ser observadas através da
expressão do gene, podendo ser intra ou intercromossômicas.
As principais aberrações cromossômicas são:
·
Deleção ou deficiência: envolve a perda de material cromossômico;
·
Duplicação: um segmento do cromossoma é representado duas ou mais vezes, se o
fragmento duplicado incluir o centrômero ele pode ser incorporado ao cariótipo como um
cromossoma extra;
·
Inversão: envolve a inversão de 180° de um segmento cromossômico.
Considerações sobre o material genético da célula
49
Biologia
Celular
e
Molecular
50
Manipulação Gênica:Avanços e Ética na
Pesquisa de Células-tronco Adultas
Voltando à definição geral de células-tronco, tem-se que é uma célula com capacidade
de auto-renovação ilimitada e/ou prolongada, capaz de produzir pelo menos um tipo
altamente diferenciado de célula que tem a capacidade de se dividir em células idênticas a
ela ou em diferentes tipos de células. As CTs embrionárias são as células-tronco mais
primordiais, possuindo a capacidade de se diferenciar em qualquer tipo de tecido. Contudo,
outros tipos de células-tronco existem em diferentes tecidos. Para que haja a distinção
entre elas e as CTs embrionárias, chamam-nas de CTs adultas. Dentre as mais conhecidas,
existem as células-tronco hematopoiéticas, na medula óssea, que dão origem a todos os
tipos de células do sangue.
Podemos encontrar as CTs adultas em diferentes tecidos, e cada um deles dá origem
aos diferentes tipos celulares que constituem aquele tecido. Essa CTs tecido-específicas
são responsáveis pela regeneração parcial que nossos órgãos sofrem ao longo da nossa
vida, dividindo-se em outras células-tronco e em células mais diferenciadas daquele tecido.
Até 1999, acreditava-se que, uma vez que uma CT tivesse sido programada para produzir
um determinado tecido, seu destino estava selado, e ela não poderia se reprogramar para
produzir outro tipo de tecido. Desde então, uma série de experimentos vem demonstrando
que as CTs adultas são mais maleáveis do que imaginava-se. Por exemplo, em
camundongos, células-tronco do cérebro são capazes de se diferenciar em vários tipos
diferentes de células. E células do músculo, quando transplantadas em camundongos
irradiados, conseguem reconstituir toda a linhagem de células hematopoiéticas desses
animais.
As CTS hematopoiéticas parecem ser ainda mais reprogramáveis. Essas células
retiradas de crianças e adultos podem ser transformadas no laboratório em células
precursoras de cérebro e de fígado, e em células do músculo, osso e cartilagem. Já existem
diversos testes clínicos de terapia reparadora em seres humanos de enfarto utilizando as
CTS de diferentes tecidos. Os primeiros resultados mostraram que essas células são
51
capazes de diferenciar-se em células do músculo cardíaco, regenerando
parcialmente esse músculo em um coração enfartado.
O sangue do cordão umbilical e da placenta de recém-nascidos são
Biologia tipos de tecido particularmente ricos em CTs hematopoiéticas. Como ainda
Celular e são células imaturas, as CTs do sangue contido no cordão umbilical causam
Molecular menos reação imunológica e, dessa forma, apresentam um menor risco de
rejeição nesses transplantes. Ao nascimento, são coletados de 80 a 100
mililitros desse sangue contido no cordão umbilical e na placenta, que podem ser estocados
e congelados a – 135º C. Dessa forma, em muitos países, inclusive no Brasil, foram criados
bancos de sangue de cordão umbilical para servir de fonte de doação para transplantes de
medula óssea.
Como as derivadas da medula óssea, as CTs do sangue do cordão umbilical também
podem se diferenciar em outros tipos de células em cultura, representando uma fonte potencial
de CTs adultas para transplante. Por isso, algumas empresas já oferecem o serviço de
coleta e estoque dessas células, retiradas do sangue do cordão umbilical e da placenta
logo após o nascimento da criança. Caso o indivíduo necessite durante sua vida de um
transplante de medula óssea, essas células podem ser utilizadas como fonte de transplante,
sem que se corra o risco de rejeição.
Quem sabe se no futuro essas células também não possam servir como fonte para
transplantes de outros tecidos, promovendo a regeneração de órgãos?
CTs Embrionárias ou Adultas?
Assim como as CTs embrionárias, as CTs adultas possuem um grande potencial
terapêutico. Contudo, podem ser isoladas de tecidos do próprio paciente, eliminando o
problema da rejeição e da destruição de embriões.
Se essas células-tronco são tão versáteis e não é preciso nenhum embrião para
obtê-las, por que não trabalhar só com elas e deixar as polêmicas CTs embrionárias para
lá? Por algumas razões. Primeiro, porque essas CTs adultas são raras – estima-se, por
exemplo, que somente em cada um milhão de células da medula óssea tenha de fato um
grande potencial de diferenciação em diversos tipos celulares. Segundo, ao contrário das
CTs embrionárias, que podem ser multiplicadas quase ilimitadamente no laboratório sem
perder seu potencial de diferenciação, após algum tempo, as CTs adultas perdem sua
capacidade de se dividir e de se diferenciar – isso pode limitar seu uso como fonte de
tecido para transplante. E, finalmente, apesar de essas CTs serem de fato uma fonte de
diferentes tipos de célula, ainda não se sabe se elas podem se diferenciar em qualquer tipo
de célula como as CTs embrionárias. Logo, ainda não se sabe se as CTs adultas serão
substitutas perfeitas para as CTs embrionárias e se devemos continuar investindo em
pesquisas nessas duas categorias de Cts.
52
@
[ ]
Agora é hora de
TRABALHAR
1.
Leia o artigo abaixo:
Condenação por DNA
O ex-policial civil José Pedro da Silva foi condenado na terça-feira 11, em Brasília
pelo Tribunal do Júri, a 15 anos de prisão. Ele matou a estudante Michele de Oliveira Barbosa,
16 anos, em 1998. Foi a primeira condenação do País sem que tenha sido achado o corpo
da vítima – caiu o secular princípio de que não há homicídio sem cadáver. A sentença baseouse num exame de DNA que comprovou que o sangue encontrado no carro de Silva era da
garota. Eles mantinham um romance sigiloso porque Silva era casado. Michele engravidou,
ele não quis assumir a paternidade e ela ameaçou tornar público o seu envolvimento amoroso
fora do casamento. Por isso morreu.
Revista Isto é, pág.24, nº 1781- 19/11/2003.
Com base no texto, apresente justificativas científicas que levam o perito criminal a
ter respostas que auxiliam em investigações de crimes como o citado no artigo, tendo como
parâmetro os estudos sobre o material genético da célula.
2.
Os ribossomos são estruturas formadas por proteínas associadas a um tipo de ácido
nucléico, denominado ácido ribonucléico ribossômico (RNA r). Sabendo que os ribossomos
tem a formação de RNA e proteínas, sintetizados pelos processos de transcrição e tradução,
respectivamente. Justifique o que acontecerá com esses processos, se ocorrer uma
inativação na Região Organizadora do Nucléolo.
53
BIOTECNOLOGIA E ENGENHARIA GENÉTICA
Biologia
Celular
e
Molecular
Mapeamento Genético e Projeto Genoma Humano
O Projeto Genoma Humano é um empreendimento internacional, iniciado formalmente
em 1990 e projetado para durar 15 anos, com os seguintes objetivos:
- Identificar e fazer o mapeamento dos cerca de 80 mil genes que se calculava
existirem no DNA das células do corpo humano;
- Determinar as seqüências dos 3 bilhões de bases químicas que compõem o DNA
humano;
- Armazenar essa informação em bancos de dados, desenvolver ferramentas
eficientes para analisar esses dados e torná-los acessíveis para novas pesquisas biológicas.
Como parte deste empreendimento, paralelamente está sendo desenvolvido estudos
com outros organismos selecionados, principalmente microorganismos, visando desenvolver
tecnologia e também como auxílio ao trabalho de interpretar a complexa função genética
humana. Como existe uma ordem subjacente a toda a diversidade da vida e como todos
os organismos se relacionam através de semelhanças em suas seqüências de DNA, o
conhecimento adquirido a partir de genomas não-humanos freqüentemente leva às novas
descobertas na biologia humana.
O que significa mapeamento e
seqüenciamento do genoma?
O PGH tem como um objetivo principal construir uma série de diagramas descritivos
de cada cromossomo humano, com resoluções cada vez mais apuradas. Para isso, é
necessário dividir os cromossomos em fragmentos menores para que possam ser
propagados e caracterizados; e, depois, ordenar estes fragmentos de forma a
corresponderem às suas respectivas posições nos cromossomos (mapeamento).
Depois de completo o mapeamento, o passo seguinte é determinar a seqüência
das bases de cada um dos fragmentos de DNA já ordenados. O objetivo é descobrir todos
os genes na seqüência do DNA e desenvolver meios de usar esta informação para estudo
da biologia e da medicina.
Um mapa genômico descreve a ordem dos genes ou de outros marcadores e o
espaçamento entre eles, em cada cromossomo. Existem mapas de baixa resolução, como
os mapas de associações genéticas, que indicam as posições relativas dos marcadores
de DNA (genes e outras seqüências identificáveis de DNA) através de seus padrões de
hereditariedade; e existem os mapas físicos, que descrevem as características químicas
da própria molécula de DNA. Um nível maior de resolução é obtido associando-se os genes
a cromossomos específicos.
Quem participa do PGH?
O projeto Genoma Humano começou como uma iniciativa do setor público, tendo a
liderança de James Watson, na época chefe dos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA
(NIH). Numerosas escolas, universidades e laboratórios participam do projeto usando
54
recursos do NIH e Departamento de Energia norte-americano. Só este órgão financia cerca
de 200 investigadores separados nos EUA.
Em outros países, grupos de pesquisadores em universidades e institutos de pesquisa
também estão envolvidos no Projeto Genoma.
Além destes, muitas empresas privadas, grandes e pequenas, também conduzem
pesquisa sobre o genoma humano.
Que países estão participando do PGH?
Basicamente, 18 países iniciaram programas de pesquisas sobre o genoma humano.
Os maiores programas desenvolvem-se na Alemanha, Austrália, Brasil, Canadá, China,
Coréia, Dinamarca, Estados Unidos, França, Holanda, Israel, Itália, Japão, México, Reino
Unido, Rússia, Suécia e União Européia.
Alguns países em desenvolvimento, não incluídos na relação acima, participam através
de estudos de técnicas de biologia molecular de aplicação à pesquisa genética e estudos
de organismos que têm interesse particular para suas regiões geográficas.Informações
sobre estes países e suas pesquisas de contribuição para o PGH podem ser obtidas através
da HUGO (Human Genome Organization), que conta com cerca de 1000 membros de 50
países para ajuda a coordenar a colaboração internacional ao projeto.
Qual a diferença entre a abordagem ao PGH feita pelo
setor público e pelo setor privado?
Lançando mão de uma imagem que já se tornou clássica, pode-se comparar o
mapeamento e seqüenciamento genético ao mapeamento de uma estrada que se
estendesse, digamos, de Porto Alegre a Manaus. O Projeto Genoma Humano, conduzido
pelos órgãos do governo tem obtido dados de alta qualidade e precisão, registrando os
detalhes das células humanas — inclusive as porções do DNA que não contêm gene algum
e que constituem 97% do seu total. É como se alguém fosse percorrendo o trajeto a pé,
registrando cada montanha, cada curva, cada posto de gasolina, encontrado ao longo do
caminho. A iniciativa privada, porém, juntou-se ao projeto em vista do potencial de lucro que
as pesquisas podem trazer, especialmente para as indústrias farmacêuticas. A rapidez na
obtenção de resultados, que podem ser transformados em patentes, tornou-se crucial para
elas. Então, optaram por um método mais objetivo: concentrar-se apenas nos pontos
principais, as “cidades”, deixando de lado as árvores, os rios, ou cada pedra do caminho.
Isso significa, em termos científicos, dirigir a pesquisa para os genes específicos, buscando,
através da comparação do DNA de diferentes indivíduos, aqueles genes “defeituosos” que
causam as doenças. Supõe-se que as 20 doenças mais comuns, que matam cerca de 80%
da população, estejam associadas com aproximadamente 200 genes, entre as dezenas de
milhares de genes que compõem o corpo humano. Concentrar-se apenas nestes, deixando
de lado os demais, é uma abordagem mais rápida, evidentemente, embora menos precisa.
Com a iniciativa privada ocupando-se apenas dos genes mais interessantes e os
pesquisadores do governo dedicando-se ao seqüenciamento dos demais, as duas formas
de trabalho podem se complementar, em benefício do conhecimento geral.
55
Qual a situação atual do conhecimento obtido
através do PGH?
Biologia
Em 1990, ao iniciar-se o Projeto Genoma, apenas 4550 genes
humanos
haviam sido identificados; cerca de 1500 genes haviam sido
Molecular
associados a localizações específicas nos 46 cromossomos, e apenas
algumas, dentre cerca de 4000 doenças genéticas existentes, haviam sido entendidas em
um nível molecular.
Em 1998, oito anos depois, chegou-se aos seguintes resultados:
Mapeamento genético: mais de 7000 genes foram mapeados a cromossomos
particulares. Além destes, o Banco de Dados do Projeto Genoma guarda informação sobre
outros genes identificados, cuja localização nos cromossomos ainda não foi inequivocamente
determinada.
Seqüenciamento: mais de 4% das bases do genoma humano foi seqüenciado.
Até este ponto, o Projeto Genoma havia se concentrado mais em desenvolver
tecnologia eficiente para seqüenciamento de DNA do que propriamente em fazer um
seqüenciamento de larga-escala.
Com a entrada da iniciativa privada no Projeto Genoma, dando preferência a uma
abordagem dirigida apenas aos genes que apresentam interesse para a cura de doenças,
o setor público passou a rever seu cronograma e o processo de seqüenciamento foi
acelerado.
Em fevereiro de 2001, simultaneamente ao anúncio da empresa norte-americana
Celera, o PGH anunciou as primeiras transcrições quase completas do código genético
humano. O número de genes existentes, segundo os cálculos de ambas as equipes de
pesquisadores, não chega a 40 mil. Os resultados foram publicados em duas revistas
diferentes. A revista inglesa Nature publicou o trabalho dos pesquisadores do PGH, liderados
por Francis Collins, e a norte-americana Science, o dos pesquisadores da Celera, liderados
pelo empresário-cientista Craig Venter.
Em 14 de abril de 2003, o consórcio internacional que constituiu o Projeto
Genoma Humano anunciou oficialmente a conclusão do seqüenciamento dos 3 bilhões
de bases do DNA da espécie humana.
Celular
e
Quais os benefícios potenciais do PGH?
Pode-se antecipar alguns dos benefícios que o Projeto Genoma poderá trazer para
a humanidade, sem esquecer que alguns poderão nos surpreender. As informações
detalhadas sobre o DNA e o mapeamento genético dos organismos devem revolucionar as
explorações biológicas que serão feitas em seguida.
Na Medicina, por exemplo, o conhecimento sobre como os genes contribuem para a
formação de doenças que envolvem um fator genético — como o câncer, por exemplo —
levarão a uma mudança da prática médica. Ênfase será dada à prevenção da doença, em
vez do tratamento do doente. Novas tecnologias clínicas deverão surgir, baseadas em
diagnósticos de DNA; novas terapias baseadas em novas classes de remédios; novas
técnicas imunoterápicas; prevenção em maior grau de doenças pelo conhecimento das
condições ambientais que podem desencadeá-las; possível substituição de genes
defeituosos através da terapia genética; produção de drogas medicinais por organismos
geneticamente alterados.
O conhecimento da genética humana auxiliará muito o conhecimento da biologia de
outros animais, uma vez que não esta não é muito diferente da biologia humana, permitindo
56
também seu aperfeiçoamento e tornando os animais domésticos, por exemplo, mais
resistentes a doenças
As tecnologias, os recursos biológicos e os bancos de dados gerados pela pesquisa
sobre o genoma terão grande impacto nas indústrias relacionadas à biotecnologia, como a
agricultura, a produção de energia, o controle do lixo, a despoluição ambiental.
http://www.geocities.com/~esabio/genoma/projetogenoma3.htm
Manipulação Gênica: Avanços e Ética
na Pesquisa de Células-Tronco Adultas
Célula-tronco é promessa para medicina do futuro*
Antonio Carlos Campos de Carvalho
O ano de 2004 está apenas começando, mas
o estudo e a utilização de células-tronco continuam
sendo uma das grandes polêmicas no campo da
bioética. Desde que o fisiologista alemão Theodor
Schwann lançou, em 1839, as bases da teoria celular,
pesquisadores de todo o mundo sentiram-se
instigados com a possibilidade de gerar um organismo
adulto completo a partir de apenas uma célula.
Pesquisas com células-tronco avançam na busca de
tratamentos para muitas doenças que afetam milhões
de pessoas, mas o entendimento sobre os detalhes
de como um organismo completo, com inúmeros tipos
diferentes de células, forma-se a partir de apenas uma
célula, já data do início do século 20. Foi nesse
período que vários embriologistas, entre eles os
alemães Hans Spermann e Jacques Loeb começaram
a decifrar os segredos das células-tronco por meio
de experimentos com células de embriões.
As pesquisas de Spermann e Loeb
mostraram que quando as duas primeiras células de
um embrião de anfíbio são separadas, cada uma é
capaz de gerar um girino normal, e que, mesmo após
as quatro primeiras divisões celulares de um embrião
de anfíbio, o núcleo dessas células embrionárias ainda
pode transmitir todas as informações necessárias à
formação de girinos completos. Em 1996, o
nascimento da ovelha Dolly, primeiro mamífero
clonado a partir do núcleo de uma célula adulta
diferenciada, trouxe a resposta sobre a possibilidade
de um núcleo de uma célula totalmente diferenciada
ser capaz de gerar um indivíduo adulto normal. Foi a
primeira demonstração de que a vida animal poderia
surgir de outra forma, a partir do núcleo de uma única
célula do corpo de um indivíduo adulto.
Todo organismo pluricelular é composto por
diferentes tipos de células. Todos os 200 tipos
celulares distintos encontrados entre as cerca de 75
trilhões de células existentes em um homem adulto,
derivam das células precursoras denominadas
células-tronco, também denominadas células-mãe.
São células mestras que têm a capacidade de se
transformar em outros tipos de células, incluindo as
do cérebro, coração, ossos, músculos e pele. O
processo de geração das células especializadas do sangue, dos ossos, dos músculos, do sistema
nervoso e dos outros órgãos e tecidos humanos - é
controlado pelos genes específicos na célula-tronco,
mas os pesquisadores ainda não dominam todos os
fatores envolvidos no processo. Compreender e
controlar esse processo é um dos grandes desafios
da ciência na atualidade.
É fundamental que as pesquisas com célulastronco embrionárias e adultas continuem a ser feitas
para que possamos ter respostas para perguntas
como: qual o melhor tipo de célula-tronco para ser
usada em cada doença degenerativa? qual a melhor
via de introdução dessas células? por quanto tempo
duram os efeitos benéficos das terapias com célulastronco? será necessário e possível repetir-se os
procedimentos de injeção de células-tronco no
mesmo paciente? Ter uma legislação permitindo o
uso de células-tronco embrionárias humanas em
pesquisa é de fundamental importância.
Pesquisas recentes mostraram que célulastronco apresentam duas características básicas: são
indiferenciadas e têm a capacidade de gerar não só
novas células-tronco como também grande variedade
de células de diferentes funções. Para realizar esta
dupla tarefa (replicação e diferenciação), a célulatronco pode seguir dois modelos básicos de divisão:
o determinístico, no qual sua divisão gera sempre
uma nova célula-tronco e uma diferenciada, ou
aleatório (ou estocástico), no qual algumas célulastronco geram somente novas células-tronco e outras
geram apenas células diferenciadas.
Existem diferentes tipos de células-tronco,
mas a diferença básica está na existência de célulastronco embrionárias e células precursoras do
organismo já desenvolvido, chamadas células-tronco
adultas. Estas últimas recebem também a
denominação pós-natal por alguns cientistas, por
estarem presentes em recém-nascidos e no cordão
umbilical.
57
Células-tronco embrionárias
Em 1998 a equipe do biólogo James Thomson, na Universidade de
Wisconsin (instituição que detém a maioria das patentes sobre linhagens de
Biologia células-tronco humanas nos Estados Unidos) tornou o sonho biotecnológico
Celular e um pouco mais real, quando conseguiu isolar as primeiras células-tronco de
Molecular embriões humanos. No mesmo ano, também foram isoladas células
embrionárias germinativas humanas, derivadas das células reprodutivas
primordiais de fetos, pelo embriologista John Geahart, da Universidade Johns Hopkins
(EUA). Como as ES, as EG também são pluripotentes, ou seja, podem gerar qualquer célula
do organismo adulto. A disponibilidade de células ES e EG humanas abriram horizontes
impensáveis para a medicina, mas também trouxe complexos problemas ético-religiosos.
As células-tronco embrionárias têm a capacidade de se transformar em praticamente
qualquer célula do corpo, com exceção da placenta, e são encontradas somente nos
embriões. É essa capacidade que permite que um embrião se transforme em um organismo
pluricelular formado. Cerca de cinco dias após a fertilização, o embrião humano se torna
um blastócito - uma esfera com aproximadamente 100 células. As encontradas em sua
camada externa vão formar a placenta e outros órgãos necessários ao desenvolvimento
fetal do útero. Já as existentes em seu interior, células-tronco embrionárias, formam quase
todos os tecidos do corpo. Apesar de estudadas desde o século 19, há apenas 20 anos
pesquisadores conseguiram cultivar em laboratório células retiradas da massa celular interna
de blastócitos de camundongos. Essas células conhecidas como ES podem se proliferar
indefinidamente in vitro sem se diferenciar, mas também podem se diferenciar se forem
modificadas as condições de cultivo. A grande conquista dos cientistas foi encontrar as
condições adequadas para que as células ES proliferem e continuem indiferenciadas.
Outra característica especial dessas células é que, quando reintroduzidas em
embriões de camundongo, dão origem a células de todos os tecidos de um animal adulto,
mesmo as germinativas (óvulos e espermatozóides). Apenas uma célula ES, no entanto,
não é capaz de gerar um embrião. Isso significa que tais células não são totipotentes, como
o óvulo fertilizado. O fato de as células ES reintroduzidas em embriões de camundongo
gerarem tipos celulares integrantes de todos os tecidos do animal adulto revela que elas
têm potencial para se diferenciar também in vitro em qualquer desses tipos, de uma célula
da pele a um neurônio. Vários laboratórios já conseguiram a diferenciação de células ES
de camundongos, em cultura, em tipos tão distintos quanto as células hematopoiéticas
(precursoras das células sangüíneas) e as do sistema nervoso (neurônios, por exemplo),
entre outras. A capacidade de direcionar esse processo de diferenciação permitiria que, a
partir de células-tronco embrionárias, fossem cultivados controladamente os mais diferentes
tipos celulares, abrindo a possibilidade de construir tecidos e órgãos in vitro, na placa de
cultura, tornando viável a chamada bioengenharia.
O potencial terapêutico das células-tronco não pode e nem deve ser desprezado. O
não benefício da utilização das células-tronco sempre existe, mas é preciso distingui-lo do
malefício. Este, sim, seria um problema. Os testes clínicos realizados no mundo até o momento
tiveram como objetivo principal afastar a possibilidade de malefícios. Até por este motivo
não se realizaram ainda testes clínicos com as células-tronco embrionárias, pois ainda não
há segurança de que se injetadas em pacientes no seu estado indiferenciado elas não
possam levar ao surgimento de tumores.
Células-tronco adultas
Em 1998, a equipe italiana liderada pela bióloga Giuliana Ferrari, do Instituto San
Rafaelle-Tellethon, apresentou o primeiro relatório sobre as propriedades das células-tronco
adultas. Os pesquisadores estabeleceram que células-tronco de medula óssea podem dar
58
origem a células musculares esqueléticas e podem migrar da medula para regiões lesadas
no músculo. Estudos recentes constataram que, além da pele, do intestino e da medula
óssea, outros tecidos e órgãos humanos - fígado, pâncreas, músculos esqueléticos
(associados ao sistema locomotor), tecido adiposo e sistema nervoso - têm um estoque de
células-tronco e uma capacidade limitada de regeneração após lesões.
Mais recente ainda é a idéia de que essas células-tronco adultas são não apenas
multipotentes (capazes de gerar os tipos celulares que compõem o tecido ou órgão específico
onde estão situadas), mas também pluripotentes (podem gerar células de outros órgãos e
tecidos). A pluripontecialidade foi demonstrada pela equipe de cientistas liderados pelos
neurobiólogos Christopher Bjornson, da Universidade de Washington, Seattle, USA e Ângelo
Vescovi, do Instituto Nacional Neurológico de Milão, Itália, em janeiro de 1999. Os
pesquisadores demonstraram que uma célula-tronco adulta derivada de um tecido altamente
diferenciado e com limitada capacidade de proliferação pode seguir um programa de
diferenciação totalmente diverso se colocada em um ambiente adequado. Também deixou
claro que o potencial de diferenciação das células-tronco adultas não é limitado por sua
origem embriológica: células neurais têm origem no ectoderma e células sangüíneas vêm
do mesoderma embrionário. Essa pluripotencialidade das células-tronco adultas elimina
não só as questões ético-religiosas, envolvidas no emprego das células-tronco embrionárias,
mas também os problemas de rejeição imunológica, já que células-tronco do próprio paciente
adulto podem ser usadas para regenerar seus tecidos ou órgãos lesados. Infelizmente, a
pluripotencialidade das células-tronco adultas tem sido contestada por estudos desenvolvidos
em diversos laboratórios, tornando ainda mais necessário que os cientistas possam
investigar o uso de células-tronco embrionárias humanas nas terapias celulares,
comparando-as com as células-tronco adultas.
Gostaria de enfatizar que as células-tronco autólogas (do próprio indivíduo) de qualquer
fonte não curam as doenças, pois não corrigem as causas da doença, seja ela infecciosa,
ambiental ou genética. Elas permitem que se regenere os órgãos afetados, mas se a causa
da doença não for removida, o órgão será novamente lesado. Sendo assim, é importante
que se possam conjugar as terapias celulares com a gênica, por exemplo, na cura de doenças
de origem genética. Isto requer a manipulação genética das células-tronco do indivíduo
para corrigir o defeito genético antes de injetá-las no paciente. Se a doença for de causa
infecciosa ou ambiental é preciso que além da terapia celular se remova o agente infeccioso
ou ambiental causador da doença.
Existe a possibilidade da utilização de células-tronco heterólogas (de indivíduos
diferentes do receptor) mas ainda há muita discussão a respeito de problemas de rejeição
imunológica com estas células. Aqui novamente há ainda necessidade de muita pesquisa.
Antonio Carlos Campos de Carvalho é professor de Fisiologia e
Biofísica da Universidade Federal do Rio de Janeiro e um dos responsáveis
pelo Instituto de Bioengenharia Tecidual do Instituto do Milênio.
·
Adaptação por Margareth Franco, do artigo de Antonio Carlos
Campos de Carvalho, publicado originalmente na revista Ciência Hoje (SBPC),
vol. 29, n. 172, junho de 2001, com autorização, revisão e atualização do autor.
59
Clonagem
O que é clonagem?
Biologia
Celular
Podemos definir a clonagem
Molecular como um método científico artificial de
reprodução que utiliza células somáticas
(aquelas que formam órgãos, pele e ossos) no lugar
do óvulo e do espermatozóide. Vale lembrar que é um
método artificial, pois, como sabemos, na natureza,
os seres vivos se reproduzem através de células
sexuais e não por células somáticas. As exceções
deste tipo de reprodução são os vírus, as bactérias e
diversos seres unicelulares.
A primeira experiência com clonagem de animais ocorreu no ano de 1996, na Escócia,
no Instituto de Embriologia Roslin. O embriologista responsável foi o doutor Ian Wilmut. Ele
conseguiu clonar uma ovelha, batizada de Dolly. Após esta experiência, vários animais foram
clonados, como, por exemplo, bois, cavalos, ratos e porcos.
e
Clonagem de seres humanos
Embora as técnicas de clonagem terem avançado nos últimos anos, a clonagem de
seres humanos ainda está muito longe de acontecer. Além de alguns limites científicos, a
questão ética e religiosa tem se tornado um anteparo para estas pesquisas com seres
humanos. De um lado, as religiões, principalmente as cristãs, colocam-se radicalmente
contra qualquer experiência neste sentido. Por outro lado, governos de vários países proíbem
por considerar um desrespeito à ética do ser humano.
A técnica da clonagem
A clonagem ainda não foi entendida por completo
pelos médicos e cientistas, no que se refere aos
conhecimentos teóricos. Na teoria, seria impossível
fazer células somáticas atuarem como sexuais, pois
nas somáticas quase todos os genes estão
desligados. Mas, a ovelha Dolly, foi gerada de células
somáticas mamárias retiradas de um animal adulto. A
parte nuclear das células, onde encontramos genes,
foram armazenadas. Na fase seguinte, os núcleos das
células somáticas foram introduzidos dentro dos óvulos de
uma outra ovelha, de onde haviam sido retirados os núcleos.
Desta forma, formaram-se células artificiais. Através de um
choque elétrico, as células foram estimuladas, após um estado em
que ficaram “dormindo”. Os genes passaram a agir novamente e formaram
novos embriões, que introduzidos no útero de uma ovelha acabou por gerar a ovelha Dolly.
A ovelha Dolly morreu alguns anos depois da experiência e apresentou características
de envelhecimento precoce. O telômero (parte do cromossomo responsável pela divisão
celular) pode ter sido a causa do envelhecimento precoce do animal. Por isso, o telômero
tem sido alvo de pesquisas no mundo científico. Os dados estão sendo até hoje analisados,
com o objetivo de se identificar os problemas ocorridos no processo de clonagem.
60
A embriologia e a engenharia genética tem feito pesquisas também com célulastronco e na produção de órgãos animais através de métodos parecidos com a clonagem.
Organismos Transgênicos
O que são transgênicos?
Os organismos geneticamente modificados (OGMs), também conhecidos como
transgênicos, são frutos da engenharia genética criada pela moderna biotecnologia. Um
organismo é chamado de transgênicos, quando é feita uma alteração no seu DNA - que
contém as características de um ser vivo. Por meio da engenharia genética, genes são
retirados de uma espécie animal ou vegetal e transferidos para outra. Esses novos genes
introduzidos quebram a seqüência de DNA, que sofre uma espécie de reprogramação,
sendo capaz, por exemplo, de produzir um novo tipo de substância diferente da que era
produzida pelo organismo original.
O que é a engenharia genética aplicada aos alimentos?
A engenharia genética permite que cientistas usem os organismos vivos como
matéria-prima para mudar as formas de vida já existentes e criar novas. Um gene é um
segmento de DNA que, combinado com outros genes, determina a composição das células.
Um gene possui uma composição química que vai determinar o seu comportamento. Como
isso é passado de geração em geração, a descendência herda estes traços de seus pais.
Desenvolvendo-se constantemente, os genes permitem que o organismo se adapte ao
ambiente. Este é o processo da evolução.
A engenharia genética utiliza enzimas para quebrar a cadeia e DNA em determinados
lugares, inserindo segmentos de outros organismos e costurando a seqüência novamente.
Os cientistas podem “cortar e colar” genes de um organismo para outro, mudando a forma
do organismo e manipulando sua biologia natural a fim de obter características específicas
(por exemplo, determinados genes podem ser inseridos numa planta para que esta produza
toxinas contra pestes). Este método é muito diferente do que ocorre naturalmente com o
desenvolvimento dos genes. O lugar em que o gene é inserido não pode ser controlado
completamente, o que pode causar resultados inesperados uma vez que os genes de outras
partes do organismo podem ser afetados.
O aumento da preocupação com a ética e os riscos envolvendo a engenharia genética
são muitos. Primeiro, porque os genes são transferidos entre espécies que não se
relacionam, como genes de animais em vegetais, de bactérias em plantas e até de humanos
em animais. Segundo, porque a engenharia genética não respeita as fronteiras da natureza
- fronteiras que existem para proteger a singularidade de cada espécie e assegurar a
integridade genética das futuras gerações.
Quanto mais os genes são isolados de suas fontes naturais, maior é o controle dos
cientistas sobre a vida. Eles podem criar formas de vida próprias (animais, plantas, árvores
e alimentos), que jamais ocorreriam naturalmente.
O que a engenharia genética está fazendo?
A maioria dos alimentos mais importantes do mundo é o grande alvo da engenharia
genética. Muitas variedades já foram criadas em laboratório e outras estão em
desenvolvimento. O cultivo irrestrito e o marketing de certas variedades de tomate, soja,
algodão, milho, canola e batata já foram permitidos nos EUA. O plantio comercial intensivo
também é feito na Argentina, Canadá e China. Na Europa, a autorização para
comercialização foi dada para fumo, soja, canola, milho e chicória, mas apenas o milho é
61
plantado em escala comercial (na França, Espanha e Alemanha, em pequena
escala, pela primeira vez em 1998). Molho de tomate transgênicos já é vendido
no Reino Unido e a soja e os milhos transgênico já são importados dos EUA
Biologia para serem introduzidos em alimentos processados e na alimentação animais.
Celular e De fato, estima-se que aproximadamente 60% dos alimentos processados
Molecular contenham algum derivado de soja transgênico e que 50% tenham ingredientes
de milho transgênico. Porém, como a maioria destes produtos não estão
rotulados, é impossível saber o quanto de alimentos transgênicos está presente na nossa
mesa. No Canadá e nos EUA não há qualquer tipo de rotulagem destes alimentos. Na
Austrália e Japão a legislação ainda está sendo implementada. Em grande parte do mundo,
os governos nem sequer são notificados se o milho ou a soja que eles importam dos EUA
são produtos de um cultivo transgênico ou não.
Além dos transgênicos já comercializados, algumas variedades aguardam
autorização:
- salmão, truta e arroz que contém um gene humano introduzido;
- batatas com um gene de galinha;
- pepino e tomates com genes de vírus e bactérias.
Até o momento, há uma grande oposição à contaminação genética dos alimentos.
São consumidores, distribuidores e produtores de alimentos que exigem comida “de
verdade”, sem ingredientes transgênicos. Apesar da preocupação, a introdução
descontrolada de transgênicos continua a crescer em níveis alarmantes. A menos que a
oposição se sustente e ganhe força nos próximos anos, um aumento drástico destes alimentos
pode ocorrer e a opção de evitá-los poderá ficar cada vez mais difícil.
Quais são os impactos da engenharia genética?
Enquanto a engenharia genética continua a criar novas formas de vida que se
desenvolveriam naturalmente, ela se recusa a reconhecer o quão sérios são seus riscos
potenciais.
Riscos para a saúde:
Os cientistas já introduziram genes de bactérias, escorpião e água-viva
em alimentos cultiváveis. Os testes de segurança sobre estes novos
alimentos contendo genes estrangeiros - e as regulamentações para
sua introdução - até agora têm sido extremamente inadequados. Os
riscos são muito reais. Alguns exemplos:
· Os alimentos oriundos de cultivos transgênicos poderiam
prejudicar seriamente o tratamento de algumas doenças de
homens e animais. Isto ocorre porque muitos cultivos possuem genes de resistência
antibiótica. Se o gene resistente atingir uma bactéria nociva, pode conferir-lhe imunidade
ao antibiótico, aumentando a lista, já alarmante, de problemas médicos envolvendo doenças
ligadas a bactérias imunes.
· Os alimentos transgênicos poderiam aumentar as alergias. Muitas pessoas são
alérgicas a determinados alimentos em virtude das proteínas que elas produzem. Há
evidências de que os cultivos transgênicos podem proporcionar um potencial aumento de
alergias em relação a cultivos convencionais. O laboratório de York, no Reino Unido, constatou
que as alergias à soja aumentaram 50% naquele país, depois da comercialização da soja
transgênica.
Apesar destes riscos, alimentos transgênicos já estão à venda. No entanto, como os
cultivos transgênicos não são segregados dos tradicionais - e como a regulação de rotulagem
é inadequada - os consumidores estão sendo impedidos de exercer o seu direito de escolha,
uma vez que não há como identificá-los.
62
Quem disse que é seguro?
Embora a engenharia genética possa causar uma grande variedade de problemas
para o meio ambiente e para a saúde, os testes para provar sua segurança são muito
superficiais. Experimentos conduzidos para testar a segurança ambiental são normalmente
de curta duração e realizados em pequena escala. Raramente eles duram mais do que uma
estação, enquanto os danos ambientais podem levar anos para tornarem-se aparentes. Os
testes sequer mostraram as conseqüências que poderão acontecer quando estes
organismos forem introduzidos na natureza, por não reproduzirem as condições reais do
meio ambiente. Eles reproduzem as condições que as plantas terão quando forem cultivadas,
uma vez introduzidas no ambiente. O Professor John Beringer, presidente do British Advisory
Committee on Releases to the Environment admitiu que “nós não podemos aprender nada
de fato dos experimentos”.
As medidas que tentam garantir a segurança dos alimentos transgênicos são tão
fracas quanto as que tratam dos riscos ambientais. No entanto, autoridades que
regulamentam este tipo de produto nos EUA, como o Departamento de Agricultura
Americano e a FDA, continuam a aprovar o uso e a distribuição de produtos transgênicos.
Na maioria dos casos, as decisões foram baseadas nas evidências apresentadas pelas
próprias empresas. No Brasil, a CTN-Bio, órgão do governo que avalia a segurança dos
alimentos geneticamente modificados, adotou o mesmo procedimento para dar o parecer
positivo, em setembro de 1998, para variedades de soja da Monsanto. Na União Européia,
há um critério mais rigoroso. Em função da pressão dos consumidores, a autorização para
o plantio e comercialização para novos organismos transgênicos está suspensa até que a
legislação seja reestruturada, porque esta não consegue assegurar padrões de segurança
para o meio ambiente e a saúde humana.
Nós estamos testemunhando um experimento global com a natureza e a evolução,
cujos resultados são impossíveis de se prever. Testes inadequados e meios de controle
regulatórios superficiais, que potencializam os efeitos danosos dos cultivos e alimentos
transgênicos, talvez só sejam descobertos quando for tarde demais.
Quem ganha?
Em razão dos riscos associados à engenharia genética e a preocupação da opinião
pública em geral a respeito da segurança de alimentos transgênicos, é difícil entender
exatamente quem se beneficiará dos produtos desta tecnologia. As multinacionais
agroquímicas, - ou as “empresas de ciência da vida” como elas se autoproclamam - que
estão desenvolvendo e promovendo a biotecnologia, levantaram uma série de argumentos
a respeito das vantagens a serem ganhas, mas poucas delas se sustentam.
Eles argumentam, por exemplo, que os cultivos transgênicos aumentam a
produtividade e que trarão benefícios, particularmente para pequenos agricultores nos países
em desenvolvimento. Ao mesmo tempo, porém, estas mesmas companhias - muitas das
quais são enormes corporações químicas - estão patenteando genes usados na produção
de novos organismos.
Uma vez as patentes protegidas, as sementes só estarão disponíveis através do
pagamento de royalties anuais. Como resultado, os produtores não poderão mais guardar
as melhores sementes para plantarem na estação seguinte, abandonando uma longa
tradição. Além disso, como já está ocorrendo nos EUA, contratos legais estão forçando
agricultores a usar a semente e o herbicida produzidos pela mesma empresa. As empresas
de “ciências da vida” sabem que, atrás do controle sobre os cultivos básicos plantados no
mundo (incluindo milho, arroz e trigo) e patenteando suas sementes, há uma margem de
lucro muito grande a ser ganha. Se a corrente tendência de fusões continuar, um número
pequeno de empresas controlará quase toda a produção mundial de alimentos. Clamando
a posse destes genes, elas estarão gradualmente tomando conta da vida.
63
Bioética
Bioética?
Biologia
Celular
William Saad Hossne*
Dos neologismos nascidos nas últimas 3 décadas, dois deles, em
Molecular
particular, vêm se tornando lugar comum: Globalização e Bioética. Ambos
conquistaram os meios de comunicação, os ambientes acadêmicos, políticos e sociais.
Recentemente, com a perspicácia própria de escritor, Ubaldo Ribeiro, quando
perguntado por jornalista, disse não saber definir o que é globalização e achava que ninguém,
honestamente, sabia.
Com a palavra Bioética, algo semelhante, mas ao mesmo tempo diferente, vem
ocorrendo.
Sabemos como nasceu e conhecemos seu significado, no momento do parto.
No início da década de 70, o oncologista Potter juntou Bio (vida) com Ética, para
alertar os pesquisadores, em particular, os da área biomédica, quanto ao eventual uso
eticamente inadequado dos avanços da biologia molecular e, em conseqüência, da
biotecnologia (outro neologismo).
Essa é a certidão de nascimento e o significado inicial da Bioética.
À época, isso fazia sentido. Receava-se (como aliás se receia, com razão) o
aparecimento e ou desenvolvimento de uma “Bomba Molecular”.
Pode, à primeira vista parecer
estranho que fundador da Sociedade
Desde então, tanto se tem falado
Brasileira de Bioética faça considerações
em Bioética que se corre seriamente o risco
aparentemente descabidas sobre Bioética.
de se estar falando de coisas semelhantes
(ou até mesmo diferentes) mas não
É exatamente o contrário - é para
necessariamente iguais. “Bioeticistas”,
defender e assegurar o devido lugar de
autoproclamados como tal, apresentam a
destaque a Bioética. Ela é tão importante que
Bioética como se nunca tivesse existido a
não se pode correr o risco de torná-la apenas
palavra (e o conceito) ética. Parece que a
um “rótulo”, nem modernismo ou melhor um
ética nasceu há 30 anos, com a palavra
Bioética; nova panacéia, novo “rótulo
“vedetismo” inconseqüente.
moderno” que serve para reivindicar o que
Por essa razão, rogo ao prezado leitor,
quer que seja, para instrumentalizar
que se este artigo merecer qualquer
ideologias dos mais variados naipes, para
referência, não a faça fragmentariamente.
“tudo explicar” e tudo justificar ou impedir;
Mas, afinal, o que é Bioética? Como
um neologismo com sabor de grande
descoberta conceitual? Enfim, um
se pode defini-la?
significado que confere sabedoria e
Não importa definir. Aliás, a
seriedade a quem o emprega?
Enciclopédia de Bioética (Reich) com 2000
páginas dedica ao Verbete Bioética 13
páginas para concluir, em suma, que não dá
para definir Bioética. O nosso Aurélio registra o verbete em sua última edição (1999): “estudo
dos problemas éticos suscitados pelas pesquisas biológicas e pelas suas aplicações por
pesquisadores, médicos, etc”.
O que importa, isso sim, é caracterizar e salientar algumas das conseqüências trazidas
pela Bioética e a ela inerentes, e o seu profundo significado.
e
A Bioética é, na essência e no fundo, a ética nas (e das)
ciências da vida, da saúde e do meio ambiente.
64
Mas esse conceito não é suficiente para caracterizar a Bioética. Ele implica,
obrigatoriamente, em diversos desdobramentos, todos eles imprescindíveis para a
compreensão, para a prática e para a caracterização da Bioética.
Os principais:
- A Bioética não é mais apenas a análise e a discussão dos dilemas
éticos, (feita por médicos) relacionados aos avanços da bio-medicina.
Ela abrange os dilemas de avanços, sim, e também do “cotidiano”
(expressão feliz criada por Berlinguer) das ciências da vida, da saúde e
do meio ambiente.
- A Bioética, enquanto ética, se preocupa com a reflexão crítica sobre
valores; um juízo sobre valores diante dos dilemas. Nesse sentido, o
advento da Bioética muito contribuiu para estabelecer a distinção entre
moral e ética. A moral diz respeito a valores consagrados pelos usos e
costumes de uma determinada sociedade. Daí a origem da palavra moral.
Valores morais são, pois, valores eleitos pela sociedade e que cada
membro a ela pertencente recebe (digamos passivamente) e os respeita.
Ao passo que a ética é um juízo de valores -é um processo ativo que vem
de “dentro de cada um de nós” para fora, ao contrário de valores morais
que vêm de “fora para dentro” de cada um. A ética exige um juízo, um
julgamento, em suma, uma opção diante dos dilemas. Nesse processo
de reflexão crítica, cada um de nós vai por em jogo seu patrimônio
genético, sua racionalidade, suas emoções e, também, os valores morais.
- A Bioética é ética; nesse sentido, não se pode dela esperar uma
padronização de valores - ela exige uma reflexão sobre os mesmos, e
como dito, implica opção. Ora, opção implica liberdade. Não há Bioética
sem liberdade. Liberdade para quê? Para se poder fazer opção, por
mais “angustiante” que possa ser.
O exercício da Bioética exige pois liberdade e opção. E esse exercício deve ser
realizado sem coação, sem coerção e sem preconceito. A Bioética exige também humildade
para se respeitar à divergência, e grandeza para reformulação, quando ocorre a
demonstração de ter sido equivocada a opção.
Condição sine qua non exigida pela Bioética, enquanto tal, diz respeito à visão
pluralista e interdisciplinar dos dilemas éticos nas ciências da vida, da saúde e do meio
ambiente. Em outras palavras, a análise do dilema pressupõe sempre, em Bioética, não
apenas a participação multi, mas interdisciplinar (isto é, incorporação em cada disciplina a
visão das outras).
Um problema de saúde, na prática Bioética, exige que o mesmo não seja avaliado
apenas pelas profissionais de saúde, mas também por diversos outros participantes,
inclusive os próprios pacientes envolvidos.
Compreende-se, assim, a improcedência da afirmativa de que a Bioética é a nova
ética médica, por exemplo. É ao contrário; a ética médica precisa ser avaliada dentro da
Bioética.
Diante do exposto, há de se convir que a Bioética com tais pressupostos e tais
características, oferece excelentes condições para o desenvolvimento da própria cidadania
e da “evolução” de cada um de seus participantes. Um dos grandes méritos da Bioética é o
de levar a ética à sociedade e trazer a sociedade para a ética, criando os fundamentos
éticos do controle social nas ciências da vida.
65
Apenas para ilustrar, aí está o Projeto Genoma Humano suscitando
diversas questões de natureza ética que não podem ser analisadas apenas
por médicos, por biólogos, por economistas, por políticos, etc. O enfoque há
Biologia que ser o da Bioética, envolvendo os diversos segmentos da sociedade.
É digno de destaque o fato de que a Bioética nessa sua trajetória,
Celular e
buscando
seu caminho, foi também abrindo novas vias, novos horizontes,
Molecular
novas perspectivas em diversas outras disciplinas (principalmente naquelas
que atuam na interdisciplinaridade da Bioética). A própria ética das corporações (idealmente
não corporativista) passa a ser reavaliada não só de “dentro para fora”, mas também de
fora para dentro. A onda da Bioética vem atingindo diversos setores relacionados à atividade
humana, aí incluídos também a esfera cultural.
A meu ver, excelente peça, altamente demonstrativa do que vem a ser Bioética, é a
Resolução 196/96-MS, referente à pesquisa envolvendo seres humanos, no Brasil. A peça
é toda ela de Bioética, desde sua concepção, sua elaboração, suas disposições e suas
práticas e, por isso mesmo, se reveste de pioneirismo nesse campo.
Bioética? Bioética, sim.
*Médico, professor titular da Faculdade de Medicina da Unesp/Botucatu.
Bioética e Reprodução Humana
Profº. José Roberto Goldim
O objetivo da reprodução é a geração de novos indivíduos. Uma questão de extrema
atualidade é a caracterização do momento em que o novo ser humano passa a ser
reconhecido como tal. Atualmente podem ser utilizados dezenove diferentes critérios para
o estabelecimento do início da vida de um ser humano.
As tentativas de realizar procedimentos de reprodução medicamente assistida foram
iniciadas no final do século XVIII. Em 1978 estes procedimentos ganharam notoriedade
com o nascimento de Louise Brown, na Inglaterra, que foi o primeiro bebê gerado in vitro. O
Governo Inglês, em 1981, instalou o Committee of Inquiry into Human Fertilization and
Embriology, que estudou o assunto por três anos. As suas conclusões foram publicadas, em
1984, no Warnock Report. Neste mesmo ano, nascia na Austrália um outro bebê, denominado
de Baby Zoe, que foi o primeiro ser humano a se desenvolver a partir de um embrião
criopreservado. Em 1987, a Igreja Católica publicou um documento - Instrução sobre o
respeito à vida humana nascente e a dignidade da procriação - estabelecendo a sua posição
sobre estes assuntos.
A partir de 1990, inúmeras sociedades médicas e países estabeleceram diretrizes
éticas e legislação, respectivamente, para as tecnologias reprodutivas. A Inglaterra, por
exemplo, estabeleceu os limites legais para a reprodução assistida em 1991, com base
nas proposições do Warnock Report.
No Brasil, Conselho Federal de Medicina, através da Resolução CFM 1358/92,
instituiu as Normas Éticas para a Utilização das Técnicas de Reprodução Assistida, em
1992.
Os aspectos éticos mais importantes que envolvem questões de reprodução humana
são os relativos à utilização do consentimento informado; a seleção de sexo; a doação de
espermatozóides, óvulos, pré-embriões e embriões; a seleção de embriões com base na
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evidência de doenças ou problemas associados; a maternidade substitutiva; a redução
embrionária; a clonagem; pesquisa e criopreservação (congelamento) de embriões.
Um importante assunto, de crescente discussão ética, moral e legal é o aborto.
Independentemente da questão legal, existe nesta situação um conflito entre a autonomia, a
beneficência, a não-maleficência e a justiça da mãe, do feto e do médico. Os julgamentos
morais sobre a justificativa do aborto dependem mais das convicções sobre a natureza e
desenvolvimento do ser humano do que das regras e princípios.
Uma área bastante complexa é a que envolve aspectos reprodutivos de casais
homossexuais. Casais homossexuais femininos podem solicitar que um serviço de
reprodução assistida possibilite a geração de uma criança, em uma das parceiras utilizando
sêmen de doador. O médico deve realizar este procedimento equiparando esta solicitação
a de um casal heterossexual? Ou deve ser dada uma abordagem totalmente diversa? A
própria questão de adoção de crianças por homossexuais tem sido admitida em vários
países, inclusive no Brasil.
As reflexões utilizadas na reprodução medicamente assistida podem ser transpostas
às questões de adoção (reprodução legalmente assistida)? A adoção, com as suas inúmeras
maneiras de realização, desde as legais ou oficialmente mediadas pelo Estado até as
realizadas de maneira informal, comporta um grande questionamento ético. A seleção de
crianças por parte dos futuros pais adotivos, o estabelecimento de critérios sociais por
parte das autoridades, a invasão de privacidade que os pretendentes sofrem em suas vidas,
com a finalidade de preservar possivelmente o melhor bem-estar para acriança adotada,
são algumas questões que merecem reflexão.
Por fim, uma outra questão que está propondo desafios éticos é do prosseguimento
de gestações em mães com critério de morte encefálica. Já existem casos relatados,
inclusive no Brasil, de situações onde a mãe ou seus familiares solicitam que todas as
medidas de suporte vital sejam utilizadas para que a gestação possa resultar em um bebe
viável. As equipes médicas podem atender a um demanda destas? Como fica o critério
encefálico de morte nestas situações? Esta paciente, já considerada morta, continua sendo
paciente, ou o seu bebe é que assume este status? Neste caso, quando que a mãe será
considerada morta? Estas questões merecem ser refletidas e discutidas nos seus aspectos
mais amplos.
@
[ ]
Agora é hora de
TRABALHAR
Bioética divide a sociedade
Polêmica em todo o mundo, a aplicação de novas tecnologias no plantio, reprodução
e em pesquisas divide a comunidade científica, organizações em defesa da vida e religiosos.
Transgenia, clonagem e estudos com células-tronco geram um intenso debate entre ética e
ciência, que já modificou a legislação de diversos países.
67
No Brasil, o Senado aprovou em outubro passado o projeto de Lei de
Biossegurança. O novo texto substituirá uma lei de 1995 e mantém a
possibilidade do plantio de transgênicos no país e de pesquisas com células
Biologia embrionárias de seres humanos. O projeto exige, entretanto, que os embriões
Celular e tenham, no mínimo, três anos de estocagem, descarta sua produção para a
Molecular retirada de células-tronco com objetivo terapêutico e proíbe a clonagem
humana.
Segundo o coordenador do curso de Biomedicina da Universidade Metodista de
São Paulo, Rogério Gentil Bellot, a legislação brasileira ainda burocratiza e encarece as
novas técnicas de reprodução, como a assistida, por exemplo, quando os casais são
inférteis.
“Tiram-se oito óvulos da mãe e os fecundam com o esperma do pai. Metade é
implantada na mãe e metade fica congelada a -200ºC em nitrogênio líquido. Eles ficam
guardados porque a legislação os considera vivos e não permite descarte. Se são vidas ou
não, é uma discussão muito ampla, mas isso gera um custo enorme de manutenção desses
zigotos, que talvez pudessem ser utilizados para pesquisa, porque eles são formados
praticamente por células-tronco”, explicou Bellot.
Em outros países, as posições em relação a esses temas também variam quanto às
crenças locais. Nos Estados Unidos, por exemplo, o plantio de alimentos transgênicos é
liberado desde 1993. Lá, o agricultor que cultiva essas sementes recebe incentivo e até
subsídio do Governo. Quanto ao estudo com células-tronco, apenas recentemente o
presidente George W. Bush liberou recursos para essas pesquisas. “França, Alemanha,
Itália e outros países europeus avançam bem nesses estudos”, disse o coordenador. “Já os
EUA são mais tradicionais”, afirmou Bellot ao se referir ao conservadorismo do Governo
norte-americano.
A controvérsia se resume basicamente entre o avanço científico e suas conseqüências
na vida humana. Ao mesmo tempo em que busca a cura de doenças degenerativas e
progressivas, a evolução científica também pode agredir o meio ambiente e destruir a
camada de ozônio com a emissão de poluentes biológicos. “O que tem de ser colocado na
balança, assim como acontece com o uso dos medicamentos, é [a relação] custo-benefício.
Por um lado, podem-se aplicar as novas descobertas para a melhoria da qualidade de
vida, mas, ao mesmo tempo, corremos o risco de alterar o ciclo natural das coisas”, salientou
Bellot.
Questões econômicas
Alimentos geneticamente modificados em laboratórios com a utilização
de genes de espécies diferentes de animais, vegetais ou micróbios, os
transgênicos são bastante polêmicos porque envolvem questões econômicas,
de saúde e aspectos ambientais. No Brasil, a soja, produto de maior exportação
nacional (cerca de US$ 10 bilhões em 2004, segundo o Ministério da Agricultura),
teve sua comercialização transgênica liberada até 31 de janeiro de 2006.
De acordo com laboratórios e empresas internacionais, que detêm a
patente de produtos transgênicos, os alimentos geneticamente modificados
não apresentam riscos à saúde humana. Eles afirmam que a transgenia faz
parte do cotidiano, já que há grãos alterados em laboratórios em produtos
comercializados, como cereais e bolachas.
Já o Greenpeace, uma das maiores entidades de proteção ao meio
ambiente do mundo, é contra os alimentos transgênicos. A Organização
desenvolve campanhas em diversos países contra o uso e comercialização de
produtos geneticamente modificados.
Fabio Leite
68
1.
Após leitura do texto acima, retire as idéias centrais do mesmo e relacione-as aos
aspectos que você considera ético e moral.
- Os Riscos dos Transgênicos:
Como os transgênicos podem afetar a saúde:
- Superbactérias:
1. Algumas plantas geneticamente modificadas recebem um gene de resistência a
antibióticos. É uma forma de saber se a transformação foi bem sucedida.
2. Esse gene provoca o aumento da taxa de transferência do DNA, ou seja, da
facilidade com que pedaços do código genético da planta passam de um organismo para
outro.
3. Há um risco teórico de que as bactérias do intestino humano absorvam esse gene,
tornando-se resistentes aos antibióticos. Aí, qualquer doença, mesmo simples, pode se
tornar um problema grave.
- Alergias:
1. Para se defender de agressores, a planta produz diversas substâncias que podem
ser tóxicas ao homem, provocando alergia.
2. Um único gene “alienígena” poderia alterar o equilíbrio de várias dessas substâncias,
aumentando sua produção. Um estudo feito com soja transgênica mostrou que ela é mais
alergênica que a soja normal.
3. Como ninguém conhece todos os genes das plantas, alguns especialistas afirmam
que faltam estudos para avaliar a segurança dos transgênicos.
Como os transgênicos podem afetar o ambiente.
- Superpragas:
1. Boa parte dos chamados transgênicos de primeira geração recebem um gene
que os tornam resistentes a herbicidas e inseticidas. Assim, podem receber mais agrotóxicos
que o usual.
2. A quantidade exagerada de veneno pode, teoricamente, criar ervas-daninhas e
insetos extremamente resistentes, que não poderiam mais ser combatido pelos defensivos
agrícolas comuns.
3. Para evitar o problema, discute-se nos EUA um sistema de refúgio de espécies.
Ou seja, o agricultor plantaria uma certa porcentagem (entre 10% e 50%) de plantas nãomodificadas para garantir o cruzamento entre espécies de pragas e, assim, diminuir a
resistência.
- Cruzamento perigoso:
1. Em lugares onde há espécies agrícolas selvagens (como é o caso do milho no
México), o pólen de um transgênico poderia fecundar espécies nativas, reduzindo a
biodiversidade.
- Alvo errado:
1. Uma variedade de milho transgênico recebe um gene de bactéria para produzir
uma toxina mortal para as pragas mais comuns da lavoura.
2. Acontece que essa toxina é pouco seletiva: ela pode atingir também espécies
não-alvo, que habitam o milharal, mas não atacam a lavoura. O caso é crítico no Brasil, onde
há muitas espécies desconhecidas.
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Atividade
Orientada
Biologia
Celular
e
Molecular
Caro(a) aluno(a),
Esta atividade deverá ser desenvolvida, por você, ao longo do desenvolvimento da
disciplina Biologia Celular e Molecular, sob assistência e orientação do tutor no ambiente
de tutoria. Vale ressaltar, que a atividade orientada não se restringe, apenas, a uma atribuição
quantitativa, mas, principalmente, prima por avaliar qualitativamente seu aprendizado e
desempenho na disciplina. Além disso, objetivamos contribuir para o desenvolvimento e
aprimoramento do futuro profissional do licenciando em Biologia de maneira instigante,
interessante e inteligente, alinhando o tema transversal deste 3º período “A educação na
formação de valores morais” com os conteúdos específicos trabalhados nesta disciplina.
A atividade proposta é formada de 03 etapas e constará da construção de um Mapa
Conceitual e uma história em quadrinhos sobre os temas citados acima, fazendo uso
do artigo “Britânicos anunciam projeto para estudar proteínas humanas” que se encontra no
tema 1 do material impresso.
É bom lembrar que essa atividade é obrigatória e que você deve ler atentamente e
seguir as instruções.
Etapa
1
(INDIVIDUAL, VALOR = 3,0)
É importante que a primeira etapa seja feita individualmente para elencar os
conceitos relacionados à disciplina Biologia Celular e Molecular e o tema transversal deste
3º período “A educação na formação de valores morais”, para depois ser partilhada pelo
grupo. Apesar de trabalhosa, é nesta etapa, quando estamos de frente com os conhecimentos
construídos durante a disciplina, é que temos uma análise real daquilo que, individualmente
realmente sabemos.
Para isto, é necessário que você saiba a distinção entre objetos e eventos. Siga
passo-a-passo e tudo dará certo.
DISTINÇÃO ENTRE OBJETOS E EVENTOS
a) Liste todas as palavras que você relaciona aos temas citados, fazendo uso do
artigo e separe uma lista de objetos (por exemplo, cachorro, gato, cadeira, célula,
cromossomo etc.) e outra de eventos (por exemplo, jogo, chuva, amor, reprodução,
pensamento, etc.).
b) Estabeleça critérios que diferenciem as duas listas. Cite os critérios que você
utilizou. Uma vez feito isto, o que você percebeu? A que conclusão você chegou?
c) O que você pensa quando ouve as palavras da primeira e as da segunda lista?
Agora você já pode ter a sua própria noção de conceito, enfatizando que as imagens mentais
que temos de cada palavra são nossos conceitos.
d) Perceba, também, o fato de que, a despeito de usarem as mesmas palavras, as
pessoas podem pensar coisas ligeiramente diferente sobre elas, ou seja, os conceitos,
além de seu caráter geral, também reúnem aspectos individuais e pessoais. Os conceitos
se ampliam à medida que nosso conhecimento se expande, uma vez que novos conceitos
70
estão sempre se incorporando à nossa rede conceitual. Célula, por exemplo, é um conceito.
O termo “célula” designa os pequenos objetos microscópicos que compõem a estrutura da
quase totalidade dos seres vivos. Eventos são processos ou fenômenos, como, por exemplo,
fotossíntese.
Etapa
2
(EQUIPE, VALOR = 4,0)
A construção do mapa conceitual será realizada em grupos, sendo a sua organização
sob a orientação de seu tutor. Antes de começar o trabalho conheça um pouco sobre mapas
conceituais: o mapa de conceitos tem o objetivo de representar conceitos relacionados a
um tema escolhido, dentro de molduras e conectá-los por setas que indicam a relação entre
eles, ampliando assim os conhecimentos relativos ao assunto e sua interação.
MAPA CONCEITUAL
Ou MAPA DE CONCEITOS, é uma maneira esquemática de representar
relações entre conceitos. Em sua forma mais simples, um mapa consiste de dois
conceitos unidos por uma ou mais palavras de ligação. “Célula tem metabolismo”,
por exemplo, representa um mapa de conceitos simples, com uma proposição
válida sobre os conceitos célula e metabolismo. Mapas mais complexos consistem
em um conjunto de conceitos organizados de forma hierárquica e conectados por
setas que indicam as relações entre eles. Auxiliam o professor a planejar seu curso
e a escolher as estratégias pedagógicas mais adequadas ao ensino de cada
assunto. Permitem separar as informações significativas das supérfluas ou menos
importantes, o que é muito útil na organização de currículos escolares. Ajudam o
estudante a distinguir os conceitos-chaves em determinado assunto, além de tornar
claras as relações entre os novos conhecimentos adquiridos e aqueles que o
estudante já possui. Segundo Amabis & Martho (1986) a técnica de mapeamento
de conceitos é apresentado por J. D. Novak e D. B. Gowin, no livro Learning how to
learn e que resume os princípios básicos da construção dos mapas de conceitos
e contêm exemplos e sugestões para a aplicação desses princípios no trabalho
pedagógico.
Você pode baixar um programa para construir mapas conceituais no site
http://novaescola.abril.com.br/index.htm?ed/170_mar04/html/software, que
lhe ajudará a construir o seu. O software trabalha com a montagem do mapa
conceitual (veja figura abaixo), espécie de organograma de idéias com um conjunto
de substantivos inter-relacionados. Os grandes conceitos aparecem dentro de
caixas — que podem ser linkadas com imagens ou outros mapas — enquanto as
relações entre eles são feitas por frases e verbos de ligação.
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CONSTRUÇÃO DO MAPA CONCEITUAL
a) Com base nos estudos realizados na disciplina Biologia Celular e
Biologia Molecular e o tema transversal deste 3º período “A educação na formação de
Celular e valores morais”, além de fazer uso do artigo “Britânicos anunciam projeto para
Molecular estudar proteínas humanas” selecione os conceitos e eventos sobre os temas
acima;
b) Organize os conceitos selecionados;
c) Construa o mapa; você pode utilizar qualquer editor de texto ou, se quiser, use o
programa do site:
http://novaescola.abril.com.br/index.htm?ed/170_mar04/html/software;
d) Faça a reorganização do mapa partindo dos conceitos mais simples para os
mais complexos;
e) Agora, com o conjunto de conceitos e eventos organizados de forma hierárquica,
conecte-os utilizando-se de setas, indicando frases com no máximo 3 palavras que servirão
de elemento de união e indicarão a relação entre eles, conforme o mapa da figura acima;
f) Faça uma revisão final para se certificar da coerência da relação dos conceitos,
eventos e elementos de ligação e ele está pronto para ser entregue.
Etapa
3
(DUPLA, VALOR = 3,0)
Nesta etapa, formem duplas e elabore uma história em quadrinhos, utilizando o artigo
“Britânicos anunciam projeto para estudar proteínas humanas” e o tema transversal deste
período. A história deve conter, no máximo, 20 quadrinhos ilustrados (desenhos ou colagens)
e seja direcionada para o Ensino Fundamental.
Esperamos que para a realização deste trabalho, você cumpra as etapas de forma
criativa, interessante e inteligente. Sucesso!
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Glossário
Ácido desoxirribonucléico (DNA): (1) material genético primário da maioria dos
organismos, constituído de duas fitas complementares de polinucleotídeos. (2) A base da
vida. Uma grande macromolécula cuja seqüência de subunidades (os nucleotídeos) codifica
a informação genética.
Ácido ribonucléico (RNA): ácido nucléico envolvido na transferência da informação
genética e sua decodificação em uma cadeia polipeptídica. Em alguns vírus ele é o material
genético primário.
Anabolismo: metabolismo sintético e construtivo.
ATP (trifosfato de adenosina): substância formada pela união química de adenina,
ribose e três grupos fosfato; participa dos processos energéticos fundamentais dos seres
vivos.
Autofagia: nutrição à custa da própria carne.
Catabolismo: conjunto dos atos de desassimilação fisiológica.
Cromossomos: cada um dos filamentos presentes no núcleo das células eucariontes,
constituído basicamente por DNA e proteínas; nele situam-se os genes.
Colesterol: substância cristalizada dos cálculos biliares do homem e que é
encontrada no sangue ao mesmo tempo.
Eucarionte: célula ou ser vivo que apresenta o núcleo organizado.
Fagocitose: processo pelo qual certas células englobam partículas relativamente
grandes, com o auxílio de pseudópodes.
Gametas: célula cuja função é a de se unir a outro gameta, dando origem ao ovo ou
zigoto; faz parte do ciclo sexuado de reprodução.
Genoma: lote completo de gene, típico da espécie; uma célula haplóide tem um
genoma; uma diplóide tem dois genomas.
Hemácea: glóbulo vermelho ou eritrócito; célula vermelha do sangue; possui
hemoglobina e é responsável pelo transporte de gás oxigênio
Hipertônico: diz-se da solução cuja concentração em soluto é relativamente maior
que a de outra (hipotônica).
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Hipotônico: diz-se da solução cuja concentração em soluto é
relativamente menor que a de outra(hipertônica).
Isotônica: diz-se de uma solução de concentração equivalente a uma
Celular e outra, usada como referência.
Biologia
Molecular
Permease: enzima associada à membrana plasmática, que facilita a
entrada de substâncias na célula.
Pinocitose: processo pelo qual a célula engloba gotículas líquidas ou pequenas
partículas através dos canalículos que se aprofundam na célula.
Pluricelulares: diz-se do organismo que é formado por muitas células.
Unicelulares: diz-se do organismo que é formado por uma única célula.
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Referências
Bibliográficas
ALBERTS, B. ; Bray, D. ; Lewis, J. ; Raff, M. ; Roberts, K. ; Watson, J. - Biologia Molecular
da Célula. 3a edição - Artes Médicas - 1997. 1294pp.
BRUCE, A et al.Biologia Molecular da Célula; terceira edição, Ed. ArtMed,1997.p.11.cap.1.
CORMACK, D.H. - Histologia. 9a edição - Guanabara Coogan - 1991. 570pp.
DE ROBERTIS, E.D.P. e De Robertis Jr., EMF - Bases da Biologia Celular e Molecular.
2a edição - Guanabara Coogan - 1993. 307pp.
FAWCETT, D.W. – Bloom and Fawcett – A Textbook of Histology. W.B. Saunders Company
– eleventh edition – 1986. 1017pp.
Fox, E.L., and Mathews, D.K. Bases fisiológicas da educação física e dos desportos.
Rio de Janeiro: Guanabara, 1986.
GARTNER, Leslie P. & HIATT, James L. Tratado de Histologia. 1 ed. Rio de Janeiro: Ed.
Guanabara Koogan S. A. 1999.
JUNQUEIRA, L.C. e Carneiro, J. - Biologia Celular e Molecular. 6a edição - Guanabara
Coogan - 1997. 299pp.
JUNQUEIRA, & CARNEIRO. Biologia Celular e Molecular.
KARP, G. - Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. Second edition - John
Wiley & Sons, Inc. - New York, 1999. 816pp.
MAJNO, G. e Joris, I. - Cells, Tissuesand Disease: Principles of General Patology. Blackwell
Cience, 1996. 974pp.
McCardle,W.D., Katch,F.I. and Katch, V.L. Exercise physiology: energy nutrition and human
performance. 3rd ed., Lea & Febiger, Phyladelphia, 1991.
ROBERTIS, E. M. F. De. & HIB, Jose. Bases da Biologia Celular e Molecular. 3 ed. Rio
de Janeiro: Ed. Guanabara Koogan S. A. 2001.
Warren, M.P.,Constantini, N.M., Sports Endocrinology , Totowa, Humana Press, 2000.
WEISS, L. - Cell Tissue Biology - A textbook of histology. Sixth edition - Urban &
Schwarzenberg - 1988. 1158pp.
Texto. Disponível em: http:// www.greepeace.org.br. Acesso em: 01 dez 2005.
75
Figuras. Disponível on-line em: www.elettra200.it/scienza/immagini. Acesso
em: 06 jan. 2004b.
Biologia ________. Disponível on-line em: www.orion.ufrgs.br/HCPA/gppg/
Celular e biorepr.htm. Acesso em: 15 nov 2005.
Molecular
Figuras. Disponível on-line em: www.biomania.com.br/citologia/
respiracao.php Acesso em: 14 jan. 2004b.
_______. Disponível on-line em: www.ficharionline.com.br. Acesso em: 17 jan. 2004b.
______. Disponível em:
http://www.superzap.com/biblioteca/?cat=biologia&page2=citogenetica_humana.
Entrevista. Folha Online. Disponível on-line em: www.folhaonline.com.br. Acesso em: 22
jul. 2002b.
_______. Especial “Transgênicos”
S.Paulo, ago/2000. Disponível em:
www.folhaonline.com.br. Acesso em: 22 ago 2005.
76
Anotações
77
Anotações
Biologia
Celular
e
Molecular
78
Anotações
79
Biologia
Celular
e
Molecular
FTC - EaD
Faculdade de Tecnologia e Ciências - Educação a Distância
Democratizando a Educação.
www.ftc.br/ead
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