GTB aulas 1 a 7; divirtam-se! rs

LIVRO DE GRANDES TEMAS EM BIOLOGIA

                                          
Módulo 1

Aula 1 ­ Exercício 5

5.5 ­ A resposta mais adequada para esta questão é sim. Pois para o estudo das células, teoria e prática devem andar juntas para melhor compreensão dos conceitos envolvidos na biologia celular.

Aula 2

1 - caracterize as 4 condições que propiciaram a Teoria Celular.

Robert Hooke aprimorou o microscópio que era conhecido na época e observou diversos materiais, entre eles a cortiça. Ao observar a cortiça ao microscópio notou muitos poros, os quais chamou de células. Após as observações de Hooke, as contribuições de Antony van
Leeuwenhock foram importantes para o desenvolvimento do conceito de célula. A forma de se desenvolver o trabalho evoluiu com o uso do microscópio. Os progressos realizados sobre o conhecimento dos seres vivos foram importantes para a formulação da Teoria Celular: A descoberta da organização celular dos vegetais e da existência do núcleo em células vegetais e em certas células animais, bem como o descobrimento do protoplasma.

2. Percebeu os pilares fundamentais nos quais se baseia a Teoria celular.

Schwann, em seu trabalho mais notável ­ Pesquisas microscópicas sobre a analogia da estrutura e do desenvolvimento entre as plantas e os animais ­ e graças a contribuição de Schleiden, desenvolveu a Teoria Celular. Ao tentar entender de onde se originavam as novas células, Schwann procurou a estrutura que regia o processo de formação celular. O núcleo já era conhecido como

estrutura, mas foi a dedução de sua função na formação de novas células que embasou a formulação da teoria. Então, segundo Schwann, os pilares conceituais da Teoria Celular são: (1) Todas as células se originam de células pré-existentes; (2) Todos os seres vivos se originam de uma ou mais células; (3) A célula é a unidade básica da vida, a menor parte de um ser vivo.

Aula 3

Depois de 3 aulas sobre a evolução do conceito da célula, faça um pequeno texto sobre cada um dos pontos abaixo, verificando se você:

1. É capaz de identificar os principais marcos históricos da evolução do conceito da célula.

O conceito de célula evoluiu a partir da Teoria Celular proposta por Schleiden e Schwann. Com o desenvolvimento da biologia houve a formulação de hipóteses como a de que todos os protozoários são unicelulares e a de que os gametas possuem natureza celular. O desenvolvimento de equipamentos melhores fabricados por firmas especializadas permitiu maior acuidade nas observações, sendo inclusive realizados estudos sobre a divisão celular. Virchow
postulou que novas células se formam a partir de células pré-existentes e Pasteur, demonstrou a inexistência de geração espontânea para os microorganismos. A descrição do comportamento dos cromossomos feita por Flemming e a posterior descrição de que as células germinativas são haplóides, deu origem a Teoria da Hereditariedade. O desenvolvimento paralelo de novos métodos de coloração e de preparo do material, o desenvolvimento de novas tecnologias como o microscópio eletrônico de transmissão e, posteriomente, o de varredura, tornaram os cientistas capazes de observar melhor, com maior fidelidade o objeto de estudo. O estabelecimento da estrutura de dupla hélice do DNA e o cultivo de células in vitro, foram ferramentas importantes para a realização de diversos estudos posteriores, como os de transgenia.

3. Já sabe diferenciar bem células procarióticas (bacterianas) das eucarióticas, tanto em termos de suas características básicas como em sua morfologia em microscopia óptica e eletrônica. A

compreensão das escalas de tamanho é muito importante.

As células procarióticas não são "compartimentalizadas", ou seja, não possuem estruturas internas como membrana nuclear e um complexo sistema de membranas. Seu DNA está presente geralmente como um único cromossomo, arranjado de forma circular, com um único conjunto de

genes. Células procarióticas se dividem por fissão binária e são células pequenas, têm em média 1 mm. Na escala evolutiva são seres mais primitivos (3,8 bilhões de anos) e se subdividem em
arquibactérias e eubactérias. As células eucarióticas possuem uma membrana nuclear que "guarda" o DNA, organizado em diversos cromossomos, que com exceção dos gametas,

está em dois conjuntos de genes (diplóides). São células compartimentalizadas, ou seja, possui organelas que são estruturas delimitadas por membranas. A divisão celular, geralmente, ocorre por meio de mitose, pois no caso dos gametas, ocorre a meiose. Possuem dimensões maiores, entre 2-100 mm. São seres mais recentes na escala evolutiva (1,5 bilhão de anos) e são subdivididos em plantas, animais, fungos e protistas (protozoários).

4. Compreendeu o conceito de célula quimérica e compartimentalizada.

Os estudos sobre a origem de mitocôndrias e cloroplastos sugeriram que estas organelas são antigos hóspedes bacterianos de um fagócito primitivo. A partir dessa idéia de que células eucarióticas são formadas por partes de origens diferentes foi concebido o conceito de

célula quimérica. As células compartimentalizadas possuem uma "divisão espacial", que são os compartimentos representados pelas organelas e membranas distribuídas pelo interior da célula.
Inicialmente surgiu o conceito de compartimentalização estrutural e logo depois o de compartimentalização funcional, pois devido a essa compartimentalização, atividades metabólicas podem ocorrer nas diversas organelas de forma simultânea.

Aula 4

Faça um texto sobre cada um dos pontos abaixo, verificando se você:

1. É capaz de identificar as relações que existem entre as arquibactérias, as eubactérias e os eucariotos.

Embora a origem da linhagem eucarionte seja incerta, sabe-se que o genoma da célula eucariota possui genes informacionais, similares aos das arquibactérias e genes operacionais, similares aos das arquibactérias. Segundo os estudos de seqüenciamento comparado de RNA ribossômico, concluiu-se que a linhagem eucariota possui um ancestral comum com as arquibactérias e as eubactérias, trifurcação que provavelmente ocorreu a quase 3 bilhões de anos atrás. Porém, as

relações evolutivas foram desenhadas a partir de bifurcações, e não trifurcações.

2. Sabe identificar a estrutura de bactérias Gram-negativas e Gram-positivas.

As bactérias Gram-negativas e Gram-positivas se diferenciam pela afinidade e coloração adquirida pelo método de Gram. As bactérias Gram-negativas não têm afinidade pelo corante Gram; essas bactérias possuem uma membrana externa adicional além da membrana interna e da parede celular de mureína. Essa membrana externa adicional é comumente chamada de LPS. As bactérias Gram-positivas não possuem essa membrana externa adicional, dessa forma a parece celular de
mureína é mais espessa e fica exposta, e a parede celular de mureína tem afinidade pelo corante de Gram.

3. É capaz de recontar a história do surgimento das células procarióticas e eucarióticas, segundo o ponto de vista com o qual você mais se identificou.

São muitas as teorias que tentam remontar a história da origem das células procariotas e eucariotas. A princípio, por volta de 3,7 bilhões de anos surgiram os primeiros seres vivos. Com o surgimento das células fotossintéticas, houve um aumento dos níveis de oxigênio atmosférico, o que favoreceu a seleção de células aeróbicas. Neste ponto da discussão sobre o surgimento dos organismos procariotos e eucariotos, são colocadas em evidência diferentes hipóteses sobre o

surgimento das células eucariotas. Pela análise do registro vivo e fóssil, se cogitou que o ancestral da célula eucariótica era anaeróbica e não possuía nem mitocôndria nem cloroplasto. A teoria
mais aceita sobre a transição procarioto-eucarioto foi formulada por Christian De Duve, o qual descreveu o processo de endossimbiose sequencial (estágio pré-endossimbionte e pós-endossimbionte).

Aula 5

1. O que significa a expressão "DNA-lixo"?

A função primária do genoma é especificar moléculas de RNA. Porções selecionadas da seqüência nucleotídica do DNA são copiadas numa seqüência nucleotídica de RNA correspondente, a qual codifica uma proteína (se é um RNA mensageiro) ou forma um RNA "estrutural", como
uma molécula de RNA de transferência (tRNA) ou RNA ribossomal (rRNA). Cada região da dupla-hélice do DNA que produz um molécula de RNA funcional constitui um gene.
"DNA-lixo" ou "DNA-parasita" são nomes pejorativos dados aos fragmentos de DNA não codificantes, que embora não sejam definidos como genes, essas seqüências nucleotídicas de DNA não codificantes, compõe a maior parte do genoma dos eucariotos.

2. Em que observação Mendel baseou-se para propor que havia duas unidades de hereditariedade?

Mendel utilizou a ervilha (Pisum sativum) como modelo experimental. Durante os cruzamentos entre as plantas, Mendel observava as características morfológicas externas das plantas (cor e forma das sementes, altura da planta). Mendel observou que nas gerações sucessivas, algumas características predominavam sobre as outras, o que levou a descrição do comportamento recessivo ou dominante dos caracteres da planta. A partir dessa observação, Mendel postulou que

cada planta deveria conter duas unidades de hereditariedade para cada característica.

3. Como foi realizada a experiências de Avery, Macleod e McCarty para mostrar que o DNA era a molécula que continha a informação genética?

Em seus experimentos, esses cientistas utilizaram duas cepas de bactéria, uma não-patogênica e outra patogênica, que causava pneumonia. Ao injetarem as duas cepas em cobaias (ratos), notaram que a cepa patogênica causava a doença. A cepa não-patogênica passava a

transmitir a doença depois de entrar em contato com a cepa patogênica. Numa série de experiências, os pesquisadores procuraram degradar seletivamente as classes de macromoléculas, e ao degradarem o DNA, perceberam que a doença não era mais transmitida, e que as

bactérias não-patogênicas continuam não-patogênicas. Dessa maneira, os pesquisados concluíram que a molécula de DNA é que continha a informação genética.

4. Quais são as principais forças que mantêm unidas as cadeias do DNA? Existem forças de repulsão entre as cadeias?

Várias forças agem em conjunto para estabilizar a dupla-hélice do DNA. É fundamental que essas forças sejam fortes o suficiente para manter sua integridade, mas devem permitir sua flexibilidade

conformacional que é essencial para sua atividade. As pontes hidrogênio estabelecem ligações entre as duas cadeias. A associação das muitas pontes de hidrogênio que ocorrem ao longo do DNA, produz uma força forte, capaz de manter a cadeia unida. Outras forças mais fracas atuam no DNA. Efeitos hidrofóbicos (interações hidrofóbicas) estabilizam o pareamento. O empilhamento das bases no interior da hélice permite o estabelecimento de forças de Van der Walls entre os

anéis aromáticos de bases adjacentes que são fracas, mas aditivas na manutenção da estrutura.

Os anéis cíclicos e heterocíclicos das bases nitrogenadas possuem uma natureza apolar, isso significa que têm pouca afinidade pela água (são hidrofóbicos). Por isso, quando o DNA se encontra em uma solução aquosa, as bases nitrogenadas espontaneamente se voltam para o

interior do polímero, uma região pobre em moléculas de água. Finalmente, as cadeias de açúcar-fosfato, que são carregadas negativamente, interagem com cátions (principalmente Mg2+) em
solução, o que neutraliza a repulsão entre as cadeias e estabiliza a dupla-hélice.

5. O que significa a desnaturação do DNA?

A desnaturação ocorre quando as pontes de hidrogênio entre as cadeias complementares de DNA são rompidas e as fitas se separam. O processo inverso ocorre na renaturação.

Aula 6

1. O que é um análogo didesoxi e como ele é utilizado no seqüenciamento dos ácidos nucleicos?

O ácido desoxirribonucleico (DNA) é um polímero formado dedesoxirribonucleotídeos. Cada nucleotídeo é composto por um açúcar ­ a desoxirribose; uma base nitrogenada (base nitrogenada

heterocíclica) ligada ao carbono 1' da pentose (pentose = açúcar); e um ou até 3 grupos fosfato (PO4 -) ligados ao carbono 5' da pentose. Na molécula de DNA, os nucleotídeos formam cadeias ligadas entre si por fontes fosfodiéster estabelecidas entre o grupo fosfato e o grupo OH (hidroxila) do carbono 3' do nucleotídeo adjacente. O análogo didexosi não possui o grupo OH do carbono 3' da pentose e o que impede que a DNA polimerase incorpore outros nucleotídeos a cadeia,
pois estes não conseguem se "ligar" ao análogo didesoxi, interrompendo a cadeia.
O análogo didesoxi, quando utilizado no següenciamento do ácido nucleico, permite a produção de diversos fragmentos do DNA, ora terminados em adenina, citosina, guanina ou tiamina. Esses fragmentos possuem tamanhos diferentes e, portanto podem ser separados por eletroforese. Fragmentos menores percorrem distâncias maiores no gel de eletroforese. O gel pode ser processado de modo que seja possível visualizar a distribuição dos fragmentos do DNA, e através da distribuição desse fragmento no gel, a seqüência pode ser "lida".

2. Por que é importante conhecer o genoma das várias espécies de interesse?

De um modo geral, os organismos cujos genomas foram seqüenciados ou estão sendo seqüenciados, possuem importância econômica ou médica. São microorganismos importantes para agricultura em aspectos como controle de pragas ou rendimento das colheitas. Espera-se que

conhecendo os genomas desses organismos seja possível controlar o desenvolvimento deles e dessa forma impedir ou promover a ação deles, sempre visando a vantagens como produção de medicamentos, controle de pragas, controle de diversas doenças causadas por agentes patogênicos(vírus, bactérias, etc...).

3. O que significa o seqüenciamento do tipo shotgun?

O grande desafio do método shotgun são os computadores muito poderosos necessários para organizar a gigantesca "bagunça" das combinações possíveis de todos as pequenas seqüências em um único genoma coerente. É como picotar um livro de milhares de páginas em um monte de recortes de frases e depois ter que montar tudo de volta na forma de um livro que faça sentido. É por isso que o sucesso do método shotgun se deveu mais ao desenvolvimento de novas técnicas
computacionais do que a descoberta de um novo método bioquímico de seqüenciamento.

4. De que modo o seqüenciamento do DNA mitocondrial é útil?

O DNA mitocondrial passou a constituir uma ferramenta muito útil para medir tanto a evolução, como a identificação de indivíduos. Um indivíduo pode ser identificado através das seqüências polimórficas (seqüência da alça D ­ HV1 e HV2) presentes no DNA mitocondrial. Essa região não codifica nenhuma proteína, mas pode sugerir relações de parentesco entre indivíduos. O DNA mitocondrial também possui uma herança exclusivamente materna. Isso ocorre porque, por ocasião da fecundação, a cauda do espermatozóide, que contém a maioria de suas mitocôndrias não penetra na célula. Mitocôndrias que não sejam de origem materna são degradadas e assim, pela análise do DNA mitocondrial, mais especificamente da alça D, é possível traçar a linhagem materna da pessoa.

5. O que são exons? E introns?

Em eucariotos e em arquibactérias, muitos genes apresentam uma estrutura descontínua. Esses genes são interrompidos, dentro de sua seqüência codificante, por seqüências intervenientes (não-

codificantes). As seqüências codificantes são chamadas de exons, enquanto que as não-codificantes são chamadas de introns. A evidência primária da existência dessas interrupções veio da comparação entre a estrutura de DNA e do seu RNA correspondente. A molécula de RNA
sintetizada a partir de um gene organizado dessa maneira (chamada de transcrito de RNA), durante a sua conversão para uma molécula de mRNA, é alterada pela remoção da seqüência dos introns, no processo de splincing de RNA.

Aula 7

1. Quais foram os principais argumentos contrários ao projeto do Genoma Humano?
R: A de que a imensa quantidade de dinheiro e tempo empregados em sua execução iria prejudicar outros ramos da pesquisa em Biologia.

2. O que significa a terapia gênica?

R: A introdução de genes funcionais dentro das células de indivíduos que possuíssem cópias defeituosas desses genes.

3. Quais são os maiores benefícios práticos dos resultados obtidos no Genoma Humano?
R: Com eles se tornou muito mais fácil descobrir em que parte dos cromossomas se encontram genes que influenciam as mais diversas características do ser humano. Além disso, ele ajudou no

desenvolvimento de métodos mais rápidos e eficientes de sequenciamento do DNA (como o método "shotgun")

4. Quais são os principais problemas éticos envolvidos no projeto do Genoma Humano?
R: Existe a preocupação de pessoas possam vir a serem descriminadas em função de seus genes. Companhias poderiam exigir, por exemplo, que os candidatos a um emprego fizessem um teste genético para verificar se eles tem chances de desenvolver doenças no futuro antes de
contratá-los.