Resumo Bases Biologicas, Resumos de Ciências Biologicas

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Bases

Biológicas

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Bases Biológicas

Entende-se por “produtos de base biológica” bens comerciais ou industriais compostos no

todo ou em parte significativa de produtos biológicos, materiais florestais ou materiais

agrícolas domésticos renováveis, incluindo materiais vegetais, animais ou marinhos.

Materiais que são derivados inteiramente ou parcialmente de recursos de biomassa são

considerados de base biológica. Os recursos de biomassa são materiais orgânicos disponíveis

de forma renovável ou recorrente, como resíduos de safras, resíduos de madeira, gramíneas,

e plantas aquáticas.

Abrange os conhecimentos biológicos básicos que sustentam a prática médica e do estudante: anatomia, biologia celular e molecular, histologia, fisiologia, bioquímica, patologia. Esta disciplina é uma área de estudo que se concentra na compreensão dos processos biológicos que sustentam a prática da fisioterapia. Ela fornece uma base sólida de conhecimento sobre anatomia, fisiologia, neurociência e biomecânica, permitindo que os fisioterapeutas entendam como o corpo humano funciona e como ele responde a diferentes tipos de estímulos. Através do estudo das bases biológicas, os fisioterapeutas podem desenvolver estratégias de tratamento mais eficazes e personalizadas para seus pacientes, ajudando-os a recuperar a função física e melhorar sua qualidade de vida. A anatomia é uma das áreas fundamentais desta disciplina. Ela estuda a estrutura do corpo humano, incluindo ossos, músculos, órgãos e tecidos. O conhecimento anatômico é essencial para entender como o corpo funciona e como ele pode ser afetado por lesões ou doenças. A fisiologia, por sua vez, estuda os processos biológicos que sustentam a vida, como a respiração, a circulação sanguínea, a digestão e a excreção. Ela é fundamental para entender como o corpo responde a diferentes tipos de estímulos e como ele se adapta a diferentes condições. A neurociência é outra área importante desta disciplina. Ela estuda o sistema nervoso, incluindo o cérebro, a medula espinhal e os nervos periféricos. O conhecimento neurocientífico é essencial para entender como o corpo se comunica com o cérebro e como o cérebro controla o movimento e outras funções corporais. A biomecânica é a área que estuda as forças que agem sobre o corpo humano e como elas afetam o movimento e a postura. Ela é fundamental para entender como o corpo se move e como ele pode ser afetado por lesões ou doenças. Em conjunto, essas áreas de estudo fornecem uma base sólida de conhecimento sobre o corpo humano, permitindo que os fisioterapeutas entendam como o corpo funciona e como ele pode ser afetado por diferentes tipos de lesões ou doenças. Com esse conhecimento, os fisioterapeutas podem desenvolver estratégias de tratamento mais eficazes e personalizadas para seus pacientes, ajudando-os a recuperar a função física e melhorar sua qualidade de vida. A importância desta disciplina para a fisioterapia é fundamental. Ela fornece uma base sólida de conhecimento sobre o corpo humano, permitindo que os fisioterapeutas entendam como o corpo funciona e como ele pode ser afetado por diferentes tipos de lesões ou doenças. Com esse conhecimento, os fisioterapeutas podem desenvolver estratégias de tratamento mais eficazes e personalizadas para seus pacientes, ajudando-os a recuperar a função física e melhorar sua qualidade de vida A compreensão das bases biológicas é essencial para a prática da fisioterapia em todas as suas áreas, desde a reabilitação de lesões musculoesqueléticas até o tratamento de doenças neurológicas e respiratórias. Ela permite que os fisioterapeutas entendam como o corpo responde a diferentes tipos de estímulos e como ele pode ser afetado por diferentes tipos de lesões ou doenças. Com esse conhecimento, os fisioterapeutas podem desenvolver estratégias de tratamento mais eficazes e personalizadas para seus pacientes, ajudando-os a recuperar a função física e melhorar sua qualidade de vida. Além disso, a compreensão das bases biológicas é fundamental para a pesquisa em fisioterapia. Ela permite que os pesquisadores entendam os mecanismos subjacentes aos diferentes tipos de lesões ou doenças e desenvolvam novas estratégias de tratamento. A pesquisa em fisioterapia é essencial para avançar a prática da fisioterapia e melhorar a qualidade de vida dos pacientes. Em resumo, a compreensão das bases biológicas é fundamental para a prática e a pesquisa em fisioterapia. Ela permite que os fisioterapeutas entendam como o corpo funciona e como ele pode ser afetado por diferentes tipos de lesões ou doenças, desenvolvendo estratégias de tratamento mais eficazes e personalizadas para seus pacientes. O estudo das bases biológicas para fisioterapia é uma jornada contínua de exploração e entendimento, uma busca interminável por padrões ocultos e soluções elegantes que moldam o tecido do nosso corpo. Começar a estudar esta disciplina pode parecer uma tarefa desafiadora, mas é um passo fundamental para compreender os processos biológicos que sustentam a prática da fisioterapia. Independentemente da idade ou do nível de conhecimento inicial, existem estratégias que podem facilitar esse processo. Primeiramente, familiarize-se com os conceitos básicos de anatomia, fisiologia, neurociência e biomecânica. Pratique esses conceitos no dia a dia, relacionando-os com situações cotidianas. Em seguida, explore recursos educacionais acessíveis. Livros didáticos, vídeos online, aplicativos e cursos gratuitos podem ser valiosos aliados no aprendizado. Procure materiais que expliquem os conceitos de maneira clara e gradual, oferecendo exercícios para praticar.Uma abordagem passo a passo é essencial. Comece pela anatomia básica, avançando para fisiologia, neurociência e biomecânica. Não tenha pressa; concentre-se na compreensão dos fundamentos antes de prosseguir para conceitos mais complexos. Resolver exercícios é crucial. A prática constante ajuda a consolidar o aprendizado. Comece com problemas simples e, à medida que se sentir mais confiante, avance para desafios mais complexos.

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ORIGEM E EVOLUÇÃO DAS CÉLULAS PROCARIÓTICAS E EUCARIÓTICAS

De acordo, com a hipótese da evolução das células, os primeiros eventos datados

aproximadamente a 4,5 bilhões de anos, a superfície do Planeta Terra em sua maior parte

era composta por uma enorme massa de água sendo denominados de oceanos e lagoas.

A partir, da formação desta «massa líquida» originou-se a formação do «caldo

primordial» constituído por vapor d´água, amônia, metano, hidrogênio e gás carbônico e

também neste período não havia moléculas de oxigênio livre dispersas na camada de ozônio,

dificultando a formação dos primeiros seres vivos.

A partir da formação destas células pode-se concluir que a célula é uma unidade básica e funcional para constituir qualquer ser vivo e que pode realizar todas as suas funções genética, fisiológica, metabólica e evolutiva. Importante: As células procarióticas não possuem Núcleo celular e sim Material genético (DNA e RNA), disperso no citoplasma. As células procarióticas possuem estruturas celulares denominadas : Cápsula: reveste a célula do meio externo. Parede celular: formato e proteção das células. Membrana plasmática: controla o transporte de substâncias do meio extra e intracelular. Citoplasma: substância gelatinosa responsável pelo formato da célula Células eucarióticas As células eucarióticas são células que apresentam núcleos definidos sendo o local de armazenamento do material genético. Além disso, possui organelas membranosas que desempenham várias funções vitais nos organismos como respiração celular, digestão e síntese de substâncias. Citoplasma é o meio intracelular entre a membrana plasmática e o núcleo celular, composto por água, proteínas, enzimas e lipídios. Organelas são discutidas no Tópico IV. Núcleo O núcleo celular é típico de células eucarióticas animais e vegetais, sendo o local de armazenamento do material genético (DNA e RNA) nas células. Além disso, é responsável por controlar todas as atividades fisiológicas, metabólicas e reprodutivas destes organismos eucariontes. Diferenças das células eucarióticas animais e vegetais Células eucarióticas vegetais além de possuírem membrana plasmática, citoplasma contendo diversas organelas citoplasmáticas e núcleo celular, destacam-se estas estruturas sendo: Parede celular: formato e proteção desses organismos ao meio ambiente. Vacúolos: organelas citoplasmáticas principais funções: regular o pH da célula controle de entrada e saída de água nestas células vegetais, armazenamento e digestão de alimentos. Cloroplastos: ricos em clorofila – Fotossíntese Tópico 1 Biologia Celular Membrana plasmática As membranas plasmáticas e/ou celulares desempenham diversas funções nas células referente a delimitação da célula através do meio extracelular podendo ser outras células ou até mesmo os vasos sanguíneos e o meio intracelular sendo a região interna das células constituída pelo citoplasma. Referente a composição, morfologia e tipos de transportes de substâncias através das membranas serão abordados com mais detalhes sendo no Tópico III desta unidade Para comodidade de estudo, distinguem-se dois tipos de células eucarióticas: animais e vegetais. Os lisossomas e os centríolos são organitos exclusivos das células animais. A parede celular e os cloroplastos são organitos exclusivos das células vegetais. A célula animal é aquela presente nos tecidos animais e se difere da célula vegetal pela presença de organelas conhecidas como lisossomos e a ausência de estruturas como parede celular, plastos, vacúolo de suco celular e glioxissoma. Enquanto as células procarióticas não apresentam material genético envolvido por envoltório nuclear, as eucarióticas possuem um núcleo bem definido. As eucarióticas são encontradas na maioria dos seres vivos, tais como fungos, protozoários, animais e plantas. As células animais e vegetais possuem um nÚCleo bem definido, por isso, são chamadas de EUCARIONTES, mas na célula bacteriana não encontramos um nÚCleo, então ela recebe o nome de PROCARIONTE. A membrana celular é uma parede fina, mas resistente, que envolve a célula

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Moléculas inorgânicas em sua estrutura molecular não apresentam ligações químicas com o

carbono, sendo exemplos as moléculas de água e sais minerais. As moléculas orgânicas

apresentam em sua estrutura molecular ligações químicas com o carbono constituindo as

moléculas de proteínas, enzimas, lipídios, carboidratos, vitaminas e os ácidos nucleicos

(DNA e RNA). Estas moléculas inorgânicas e orgânicas são essenciais para a formação das

estruturas das membranas celulares, citoplasma e suas respectivas organelas e o núcleo

celular auxiliando nas reações, constituições e formações de todas as atividades celulares,

sendo a nível estrutural, fisiológico, morfológico e genético. Os carboidratos denominados de

açúcares estão presentes nas células, gerando fonte energética e constituição estrutural das

células.

Além disso, são os principais componentes das estruturas das membranas celulares formando-se uma bicamada lipídica através dos fosfolipídios sendo o mesmo um tipo de lipídios. Por fim, as proteínas são moléculas formadas por aminoácidos (aa) que se ligam um a um através de ligações químicas denominadas de ligações peptídicas, formando-se uma estrutura proteica. Suas principais funções: auxiliar na composição estrutural destas células produzindo colágenos e elastinas, nas membranas celulares auxiliando no transporte de nutrientes através das proteínas integrais e/ou de canais, na contração dos músculos esqueléticos através da presença de proteínas contráteis e motoras sendo as proteínas actinas e miosinas, na formação e produção de hormônios como a insulina, entre outros exemplos que estão presentes nos organismo dos seres humanos, sendo as mesmas essenciais para as funções vitais das células. MEMBRANA PLASMÁTICA E TRANSPORTES DE MEMBRANA As membranas celulares e/ou plasmáticas envolvem a célula, garantindo a proteção e separação do conteúdo celular do meio externo para o meio interno. Constituída por moléculas de fosfolipídios sendo moléculas que possuem uma cabeça polar ou hidrofóbica tendo afinidade com moléculas de água e outra estrutura chamada de cauda formadas por cadeias de ácidos graxos (lipídios) sendo de região apolar ou hidrofóbica sem afinidade com moléculas de água (Figura 3), formando-se uma estrutura molecular denominada de bicamada lipídica e de permeabilidade seletiva, além de proteínas dos tipos integrais e/ ou periféricas que auxiliam estas moléculas a transitarem do meio extracelular para o meio intracelular e vice versa. Transportes através da membrana As membranas plasmáticas controlam a entrada e saída de solutos (partículas dissolvidas) e solventes (meio líquido) do meio extracelular para o meio intracelular e vice- -versa, através de transportes dos tipos passivo e/ou ativo Transporte Passivo Transporte passivo ocorre por moléculas que têm afinidade com a membrana plasmática e não necessitam de energia ATP (adenosina trifosfato) para transitarem dentro ou fora das células, podendo ocorrer dos tipos de Difusão simples, facilitada e Osmose. Difusão Simples As moléculas se movem de um local mais concentrado para um menos concentrado, denominando este movimento de gradiente de concentração. Este transporte tem como exemplo transportar na membrana moléculas de oxigênio e gás carbônico. Difusão facilitada As moléculas são transportadas por meio da participação de proteínas integrais e/ ou carreadores que facilitam o movimento espontâneo dessas moléculas sem gerar gasto de energia (ATP). Este transporte tem como exemplo o transporte de aminoácidos e glicose. Osmose Transporte específico para as moléculas da água. Estas moléculas transitam nas membranas do meio menos concentrado para o mais concentrado equilibrando os dois lados da membrana plasmática, fazendo com que o meio rico em soluto seja diluído pela água (solvente) e sem gasto de energia (ATP) (Figura 6). Além disso, a osmose tem como finalidade igualar as concentrações das células gerando um equilíbrio, com isso, este transporte apresenta 3 tipos de soluções. Tópico 1 Biologia Celular

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NÚCLEO

O núcleo é a maior organela existente em uma célula eucarionte, pois ele é responsável por

armazenar o material genético, o DNA do ser vivo e comandar tudo que acontece dentro da

célula.

CENTRÍOLOS

Os centríolos são organelas formadas por microtúbulos que auxiliam os cromossomos homólogos

a se separarem na hora da divisão celular (mitose e meiose). Além disso, estas organelas

podem gerar morfologia sendo chamados de cílios e flagelos auxiliando na locomoção,

captura de alimento e defesa destes organismos.

NÚCLEO CELULAR O núcleo celular é um componente essencial para as células eucarióticas. Nestas células, o núcleo corresponde a 10% do volume total e nele se encontra o DNA (ácido desoxirribonucleico). Além disso, o núcleo é delimitado pela carioteca ou envoltório nuclear formadas por duas membranas concêntricas que continuam sua delimitação até a membrana do retículo endoplasmático rugoso. O envoltório nuclear é composto por inúmeras perfurações denominadas de poros que tem a função de se comunicar no interior do núcleo ao citosol, além disso, possui duas malhas de filamentos intermediários que auxiliam na estrutura deste núcleo compondo a superfície interna deste envoltório denominada de lâmina nuclear e o outro filamento recobre a superfície externa do núcleo. Apresentam também distribuídos no interior do núcleo moléculas de RNAs (ácido ribonucleico), dos tipos de RNAm (mensageiro) e RNAr (ribossômico) que auxiliam as etapas de Transcrição e Tradução, sintetizando genes de proteínas para estas células. As moléculas de DNA armazenam as informações genéticas dos seres vivos. Esta molécula é formada por nucleotídeos e sua forma corresponde um modelo helicoidal ou dupla-hélice que será abordada com mais detalhes na Unidade II, tópico 1. são constituídas por duas fitas pareadas contendo nucleotídeos e bases nitrogenadas, proteínas e enzimas. A partir do momento que as células entram nas divisões celulares para produção de novas células-filhas idênticas a elas, ou para produção de gametas masculino (espermatozoides) e feminino (óvulos), esta molécula de DNA, com adição de proteínas histônicas e não histônicas formam a estrutura de cromatina. Esta cromatina compõe o material dos cromossomos sendo formados a partir do mecanismo de condensação da cromatina aumentando o nível máximo de compactação desta molécula de DNA. O DNA (ácido desoxirribonucleico) é um ácido nucleico que se relaciona com a hereditariedade, pois apresenta informações genéticas de cada indivíduo e garante sua transmissão. O DNA (ácido desoxirribonucleico) é um ácido nucleico essencial para a transmissão das nossas características para nossos descendentes.

CROMOSSOMOS

Os cromossomos são estruturas formadas por uma molécula de DNA associada a moléculas protéicas histônicas e não histônicas, permitindo que esta molécula de DNA se compacte ao seu nível máximo de condensação formando-se os Cromossomos. Sua estrutura contém regiões denominadas de Centrômero ou constrição primária, que participa da repartição das células- filhas e das duas cópias cromossômicas sendo geradas como consequência da replicação do DNA. Esta região é denominada de região centromérica, sendo permitido dividir o cromossomo em braços, os quais podem ter tamanhos diferentes a depender da posição do centrômero, permitindo classificá-los estes cromossomos em metacêntrico (centrômero na posição mediana), submetacêntrico (centrômero deslocado para um dos braços do cromossomo), acrocêntrico (centrômero localizado mais próximo da extremidade) e telocêntrico (o centrômero localiza-se muito próximo da extremidade, dando a ideia de que o cromossomo possui apenas um braço), conforme mostram as Figuras 12 e 13. Por fim, em cada extremidade de cada cromossomo apresenta uma região denominada de Telomérica, sendo uma região contendo pequenas repetições de nucleotídeos, garantindo a proteção dos cromossomos. Tópico 1 Biologia Celular

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NÚMEROS DE CROMOSSOMOS

Cada organismo e suas respectivas espécies, possuem um número específico de cromossomos.

Nós seres humanos observa-se a presença de 46 cromossomos. Além disso, para compor e

constituir um ser humano as células se dividirão em dois tipos de divisões celulares

denominadas de Mitose formando-se células somáticas para gerar a formação e constituição

dos tecidos e dos órgãos sendo consideradas células diplóides (2n=46 cromossomos), e

células gamética/germinativas, irá formar células gaméticas (espermatozóide e óvulo), sendo

encontrado apenas (n=23 cromossomos), denominada de células haplóides. Esta redução

nas células sexuais é importante para restabelecer o número de cromossomos da espécie após

o processo de fecundação. Assim, as células somáticas são diplóides (2 conjuntos de

cromossomos homólogos, 2n=46), e as células sexuais/gaméticas são haplóides (apenas 1

conjunto de cromossomos 2n=23 cromossomos). Por fim, os seres humanos possuem 46

cromossomos sendo denominados em 44 cromossomos autossômicos (Não diferem da morfologia

em relação ao sexo) e 2 cromossomos denominados de cromossomos sexuais (Homem: XY e

Mulher: XX)

DIVISÃO CELULAR (MITOSE E MEIOSE) As células possuem a capacidade fundamental de crescer e reproduzir, gerando- -se um processo básico denominado de gênese a partir da formação de novas células obedecendo a um padrão cíclico que começa pelo crescimento celular, gerando-se um aumento quantitativo coordenado por milhares de tipos diferentes de moléculas, incluindo seu material genético. Este padrão cíclico é denominado de Ciclo celular, ou seja, o ciclo de vida de uma célula, que se inicia na formação de divisões da célula-mãe formando- -se duas células-filhas. Além disso, o ciclo celular pode ser considerado como uma série complexa de fenômenos que irá ocorrer a duplicação do material genético da célula, o mesmo distribuído para as células-filhas. Antes destas células se dividirem é iniciada a fase denominada de Interfase, sendo o período mais longo do ciclo celular e ocorrendo diversos fatores que possibilitam a divisão celular sendo a replicação do DNA, a divisão dos centríolos e a produção de proteínas. A Interfase é subdividida em três fases sendo, G1, S e G2. Na fase G1, ocorre o aumento de tamanho da célula e ativação do metabolismo celular para gerar energia para a célula e produzir RNA e sintetizar as proteínas. Na fase S, ocorre a síntese de DNA, sendo o mesmo duplicando sua quantidade de DNA e a fase G2, a célula continua crescendo de tamanho e produzindo proteínas. Após a célula ter passado por todas as fases da Interfase, ela encontra-se pronta para entrar em divisão. Esta divisão celular poderá formar células-filhas idênticas à célula original pelo processo de divisão celular Mitose ou para produção de gametas masculinos e femininos pela divisão celular Meiose. MITOSE A divisão celular Mitose é o período em que a célula se divide por igual o seu DNA,sendo o mesmo duplicado na interfase, produzindo em cada divisão duas células-filhas idênticas à célula original. Esta fase é denominada de divisão equacional. As principais funções da Mitose é o crescimento e regeneração das células que compõem os tecidos, além disso, no processo de cicatrização e divisões do zigoto durante o desenvolvimento embrionário. FASES DA MITOSE Suas fases correspondem a Prófase, Prometáfase, Metáfase, Anáfase e Telófase. Prófase: é a fase mais longa da mitose. Nela se verificam alterações no núcleo e no citoplasma celular aumentando seu volume devido a ocorrer o aumento de água para o núcleo. Esse fato faz com que o citoplasma se torne mais denso. No começo da prófase cada cromossomo se apresenta constituído por dois filamentos denominados cromátides, unidos pelo centrômero. À medida que a prófase progride, os cromossomos tornam-se curtos e aumentam sua espessura, ocorrendo a espiralação cromossômica. Enquanto os cromossomos estão se condensando, o nucléolo começa a se tornar menos evidente, desaparecendo ao final da prófase. Além disso, a modificação ocorrida no citoplasma gera a duplicação dos centríolos (auxiliará no deslocamento dos cromossomos na fase de Metáfase) indo em direção aos pólos da célula. Após chegarem aos pólos são envolvidos por fibras que constituem o áster. Entre os centríolos que se afastam, aparecem as fibras do fuso mitótico. Ocorrem dois tipos de fibras: as fibras contínuas, que vão de centríolos a centríolos e as cromossômicas ou cinetocóricas, que só surgirão na prometáfase. Prometáfase: ocorre a desintegração da carioteca. Quando isso acontece, os cromossomos caem no citoplasma e dirigem-se à região equatorial da célula, onde vão se prender as fibras do fuso por meio de centrômero. Metáfase: os cromossomos chegam a posição mediana da célula e condensam-se ao seu nível máximo de condensação. Nesse momento, a contagem de cromossomos e a verificação das alterações estruturais é possível. Formam a Placa Equatorial por meio do alinhamento na região equatorial da célula, além disso, nessa fase o fuso acromático se desenvolve e algumas fibrilas se conectam aos centrômeros. Anáfase: os centrômeros começam a se duplicar e as fibras do fuso, conectados aos centrômeros, encurtam e puxam os cromossomos para os pólos opostos da célula. Depois da clivagem dos centrômeros, os cromátides-irmãs se separam e originam dois cromossomos independentes. Telófase: nessa etapa as fibras do fuso desaparecem e a membrana celular se desenvolve em volta dos cromossomos de cada pólo da célula e passam a existir dois números com informação genética igual. Além disso, os cromossomos se descondensam e têm início a citocinese (divisão do citoplasma). MEIOSE Diferentemente da mitose, na meiose a célula-mãe diploide (2n), com cromossomos duplos, dá origem a quatro células-filhas com metade do número de cromossomos da primeira a partir de duas divisões sucessivas, formando-se gametas masculinos e femininos. Fases da Meiose Suas fases correspondem a Meiose I: Prófase I, Metáfase I, Anáfase I e Telófase I e Meiose II: Prófase II, Metáfase II, Anáfase II e Telófase II. Tópico 1 Biologia Celular

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ESTRUTURA E FUNÇÃO MOLECULAR DOS ÁCIDOS NUCLEICOS (DNA E RNA)

Os geneticistas James Watson e Francis Crick, descobriram a estrutura do DNA (ácido

desoxirribonucleico) em 1953. Este modelo da estrutura do DNA foi revolucionário e

propuseram a definição de gene em termos químicos, abriram o caminho para a compreensão

da ação gênica e da hereditariedade a nível molecular. A história começa no século XX,

quando o resultado de vários experimentos levou estes cientistas a concluírem que o DNAé o

material genético e não outra molécula biológica como um carboidrato, proteína ou um

lipídio. Este modelo da dupla hélice, proposto por Watson e Crick, foi realizado com base

nos resultados de outros experimentos através de outros pesquisadores. Watson e Crick se

basearam nas descobertas anteriores referentes a composição química do DNA e proporções

de suas bases nitrogenadas, e as imagens de difração de raios X revelaram que a DNA é

uma hélice de dimensões parecidas, concluindo que a molécula de DNA, é composta por

dupla hélice e por duas cromátides de nucleotídeos ligados que se enrolam uma a outra

fita, formando esta estrutura de dupla hélice.

Estrutura do DNA A molécula do DNA é constituída por 3 blocos estruturais básicos compondo três tipos de componentes químicos, sendo: (1) fosfato – um radical de ácido fosfórico, (2) açúcar que apresenta moléculas formadas por 5 átomos de carbono denominado de pentose e (3) Bases nitrogenadas – Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) e Guanina (G). As bases Adenina (A) e Guanina (G) possuem uma estrutura química de dois anéis característico de um tipo de substância chamada de purina. As outras duas bases sendo Citosina (C) e Timina (T) têm uma estrutura com um só anel chamada de pirimidina e seu pareamento sempre será Adenina (A) pareia com Timina (T) e Citocina (C) pareia com Guanina (G) \ A-T e C-G. Assim, estes componentes químicos do DNA são dispostos em grupos chamados de nucleotídeos, cada um composto de um grupo fosfato, uma molécula de desoxirribose e qualquer uma das quatro bases nitrogenadas ligadas por ligações fosfodiéster. Além disso, os dois filamentos de nucleotídeos são mantidos juntos em dupla hélice por pontes de hidrogênio entre as bases de cada filamento, formando uma estrutura espiralada/ dupla hélice e seus átomos de carbono dos grupamentos de açúcares sendo numerados de 1’ a 5’ por uma ligação fosfodiéster conectando o átomo do carbono 5’ de uma desoxirribose ao átomo do carbono 3’ da desoxirribose adjacente. Assim, cada ligação açúcar-fosfato é dita como tendo uma extremidade 5’ para 3’, Estrutura do RNA O RNA (Ácido Ribonucleico) também é denominado como ácido nucleico, mas apresenta algumas características que diferem do DNA. O RNA geralmente possui apenas 1 cadeia de nucleotídeos unifilamentares e não em dupla hélice como o DNA, permitindo que esta molécula seja mais flexível e pode formar uma variedade maior de formas moleculares tridimensionais e complexas. Em sua estrutura química possui o açúcar (pentose) sendo ribose em seus nucleotídeos contendo um grupo hidroxila (OH) ligado ao átomo de carbono 2’, enquanto o açúcar do DNA possui apenas 1 átomo de hidrogênio no carbono 2’. Com isso, o filamento do RNA é formado de um grupo fosfato de açúcar com uma base covalentemente ligada ao carbono 1 em cada ribose. Assim, as ligações químicas açúcar-fosfato no RNA também permanecerão na direção de 5’ para 3’. Seus nucleotídeos são formados pelas bases nitrogenadas: Adenina (A), Guanina (G), Citocina (C) e Uracila (U) que estão presentes no lugar da Timina (T). Assim, o pareamento das bases nitrogenadas do RNA será Adenina (A) pareia com Uracila (U) e Citocina (C) pareia com Guanina (G) \ A-U e C-G,. Tipos de RNA Os RNas podem apresentar alguns tipos de formato e função dentro de uma célula sendo os tipos: RNA mensageiro (RNAm): sendo o responsável a levar a informação do DNA do núcleo até o citoplasma, onde a proteína será produzida. Como o RNA é uma cópia fiel de uma das fitas de DNA, é a partir dessa informação que o RNA mensageiro irá determinar quais são os aminoácidos necessários para a formação de determinada proteína, pois ele possui as trincas (códons) de bases nitrogenadas que definem cada aminoácido. RNA transportador (RNAt): é produzido a partir de uma fita do DNA. Esse RNA é assim chamado porque ele é o responsável por transportar os aminoácidos (aa) que serão utilizados na formação das proteínas até os ribossomos, onde ocorrerá a síntese das proteínas. RNA ribossômico (RNAr), faz parte da constituição dos ribossomos (organela citoplasmática). É nos ribossomos que a sequência de bases do RNA mensageiro é interpretada e a proteína é, de fato, sintetizada. MECANISMOS DA DUPLICAÇÃO DO DNA De acordo com Watson e Crick (1953), o mecanismo das cópias do DNA se refere a replicação semiconservativa. Pode-se comparar esta estrutura da molécula de DNA com um zíper, demonstrando a deselicoidização dos dois filamentos que irá expor as bases nitrogenadas em cada filamento. Com estas bases nitrogenadas expostas, tem o potencial para ocorrer o pareamento dos nucleotídeos livre, pareando corretamente a sua base complementar. Cada um dos filamentos de DNA, irá agir como um molde, para dirigir a montagem das bases complementares, para reestruturar uma dupla hélice idêntica ao filamento original. Com isso, a replicação semiconservativa ocorre pelo processo de que as duplas hélices de cada molécula-filha de DNA terão um filamento da molécula original de DNA e um filamento recém sintetizado. Tópico 2 Tópicos da Genética

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Etapas da Replicação do DNA

Nesta etapa ocorrerá a replicação da molécula de DNA sendo a mesma duplicada e este

processo de replicação é mediado por ação de algumas enzimas denominadas de helicases,

sendo as mesmas responsáveis de desenrolar a dupla hélice de DNA e separar as cadeias

de nucleotídeos gerando-se pontos de origens de replicação. Estas enzimas atuam no

processo de ligação do DNA, formando-se “bolhas” de replicação. Em células eucarióticas, o

início da replicação pode-se iniciar em diversos pontos da molécula do DNA, apresentando-

se diversas bolhas formadas que irão fundir-se posteriormente, fazendo com que a replicação

ocorra de forma mais rápida, e ocorrendo a replicação nos dois sentidos da fita de DNA.

Além disso, enzimas como as helicases movem-se sobre as fitas de DNA, rompendo-se as

pontes de hidrogênio, separando-as duas fitas de DNA, e apresentando uma forma de Y

chamadas de forquilha de replicação. Para evitar que as cadeias de pontes de hidrogênio

liguem-se novamente, proteínas ligantes ao DNA de cadeia simples chamadas de SSB

ligam-se às cadeias simples deixando-se as bases nitrogenadas livres para ocorrer a

formação de uma nova cadeia denominada de cadeia complementar. Esta cadeia

complementar iniciará uma cadeia de RNA, sendo a mesma sintetizada por meio da ação

da enzima primase e o iniciador completado é então pareado com a fita molde, iniciando-se

a nova cadeia de DNA. Assim, o início da formação da nova cadeia de DNA ocorrerá da

extremidade 3’ para 5’.

Enzimas, denominadas de DNA-polimerases, iniciam a ligação dos nucleotídeos livres no núcleo ao RNA iniciador e, em seguida, adicionam os nucleotídeos complementares aos da fita-molde. Estes nucleotídeos só poderão ser adicionados na extremidade 3› da nova fita de DNA que está sendo sintetizada. Assim, a nova fita poderá ser aumentada apenas no sentido do lado do carbono da pentose ligado ao fosfato (carbono 5›) em direção ao carbono 3› da pentose (5›→3›). À medida que a forquilha de replicação vai sendo aberta, a adição de nucleotídeos em uma das fitas dá- se de forma contínua, essa fita é denominada de fitar líder ou fita molde. No entanto, para que a outra fita seja alongada nesse sentido, a adição de nucleotídeos ocorrerá em sentido oposto ao da progressão da forquilha por meio de fragmentos, denominados fragmentos de Okazaki. Essa fita é denominada de fita descontínua, e, diferentemente da fita líder, que necessita apenas de um nucleotídeo iniciador, cada fragmento dela deverá ser iniciado separadamente. Ao fim, a enzima DNA ligase liga-se aos fragmentos de Okazaki, formando uma fita única de DNA. Tem-se agora duas moléculas de DNA, exatamente iguais em relação à sequência de nucleotídeos, sendo que essas moléculas são constituídas por uma fita antiga, pertencente à molécula original, e uma fita nova. MECANISMOS DE TRANSCRIÇÃO A partir, da finalização do mecanismo de duplicação da molécula de DNA, as primeiras etapas de transferência de informações dos genes para os produtos gênicos ocorrem dentro de uma sequência de DNA no genoma de qualquer organismo sendo esta sequência codificada a informação que especifica cada um dos produtos gênicos que um organismo poderá gerar. Além disso, essas sequências de DNAtambém contêm informações específicas sendo as mesmas sintetizadas em uma molécula intermediária que é a cópia de um gene distinto, através de uma sequência de DNA como guia, sendo esta molécula formada denominada de RNA (ácido ribonucleico). A transcrição é realizada por enzimas chamadas de RNA polimerases, que se ligam aos nucleotídeos para produzir uma cadeia de RNA. Além disso, nos organismos eucariontes, as moléculas de RNA devem ser processadas após a transcrição: sendo emendadas por uma estrutura denominada de cap 5’ e uma estrutura denominada de cauda poli A sendo as mesmas adicionadas em suas extremidades e controlando separadamente para cada gene em seu genoma. Assim os mecanismos de transcrição ocorrerão em três estágios sendo: iniciação, alongamento e término. Iniciação A RNA polimerase liga-se a uma sequência de DNA chamada de promotor, encontrada próximo ao início de um gene. Cada gene possui sua própria região promotora. Uma vez ligada, a RNA polimerase separa as fitas de DNA, provendo o molde de cadeia simples, de um só filamento, necessário para a transcrição. Alongamento Filamento de DNA (fita molde), age como molde para a RNA polimerase. Conforme ela “lê” esse molde uma base por vez, a polimerase constrói uma molécula de RNA feita de nucleotídeos complementares, formando uma cadeia que cresce na direção 5’ para 3’. O transcrito de RNA carrega a mesma informação que o filamento não molde (codificador) de DNA apresentando assim a base Uracila (U) em vez de Timina (T), por ser um filamento de RNA. Término Sequências chamadas de finalizadores sinalizam que o transcrito de RNA está completo. Uma vez transcritos, os finalizadores liberam o transcrito da RNA polimerase, formando-se um mecanismo de término envolvendo a formação de um grampo na molécula deste RNA. Assim, nos organismos eucariontes, o transcrito de um gene codificador de uma proteína é chamado de pré-RNAm e devem ter suas pontas modificadas pela adição de um cap 5’ (no começo) e uma cauda poli A 3’ (no final). Além disso, em muitos organismos eucariontes os pré-RNAms sofrem uma etapa denominada de splicing. Neste processo, partes do pré-RNAm (chamadas íntrons) são cortadas fora e as peças remanescentes (chamadas éxons) são unidas novamente para continuar e iniciar a próxima etapa denominada de Tradução para ser sintetizadas as proteínas. MECANISMOS DE TRADUÇÃO E SÍNTESE PROTEICA Os mecanismos estudados nos tópicos anteriores, mostraram que o DNA é copiado de geração a geração e o RNA é sintetizado a partir de regiões específicas do DNA. Assim, após ocorrer os eventos de Replicação e Transcrição a última etapa dos eventos será a Tradução que irá sintetizar uma proteína, sendo essencial para a manutenção e o crescimento celular das células procarióticas e eucarióticas. Esse processo é realizado por estruturas denominadas de Ribossomos e apresentam três sítios de ligação. O sítio P, em que a molécula de RNAt (RNA transportador) está ligada à cadeia polipeptídica que está sendo formada; O sítio A, em que está presente o RNAt que carrega o próximo aminoácido a ser adicionado; O sítio E, em que o RNAt, após deixar o aminoácido que será adicionado, sai do ribossomo. Tópico 2 Tópicos da Genética

Bases Biológicas

HERANÇAS AUTOSSÔMICAS (DOMINANTE E RECESSIVA)

As reproduções humanas, podem fornecer muitos exemplos de heranças monogênicas,

apresentando diversos distúrbios a nível de cromossomos autossômicos (em Humanos são 44

cromossomos autossômicos sendo apresentados em ambos os sexos e 2 cromossomos sexuais

“homem XY e mulheres XX” / 2n=46). Estes distúrbios são apresentados através de

Heredogramas (Representações que permitem a observação da relação de parentesco entre os

indivíduos e, consequentemente, os padrões de herança), (Figura 13), sendo os resultados

interpretados de acordo com as Leis de Mendel (segregação dos cromossomos homólogos) na

proporção de 3:1 (75%) e 1:1 (50%). Assim, as doenças genéticas são determinadas por um

único gene (doenças mendelianas) sendo determinado sua expressão através de um traço

(fenótipo), requerendo apenas uma cópia do gene (um alelo), sendo denominado de traço

Dominante. Se a expressão for através de um traço requerendo 2 cópias de um gene (

alelos), este traço é denominado Recessivo.

Distúrbios autossômicos dominantes O fenótipo afetado neste distúrbio corresponde a

expressão de um traço autossômico dominante, apresentando apenas um alelo anormal tanto

nos alelos heterozigotos e/ ou homozigotos afetados. Exemplo deste distúrbio seria a herança

monogênica pseudo-acondroplasia (tipo de nanismo).

Humanos apresentando estatura normal são genotipicamente (d/d), e o fenótipo nanismo corresponde a princípio pode ser (D/d ou D/D). O genótipo D/D são tidas como produzindo efeitos letais, assim todos os indivíduos com nanismo são heterozigotos. Em uma análise de um heredograma, os principais indícios deste distúrbio autossômico dominante com herança mendeliana, apresentam fenótipos a aparecer em uma geração de pais e mães afetados transmitindo este fenótipo para seus filhos e filhas. Outro exemplo deste distúrbio é a Doença de Huntington, sendo uma doença herdada apresentando um fenótipo dominante determinado por apenas um único alelo. Seu fenótipo corresponde a degeneração neural, levando a convulsões e morte prematura. Assim, os heredogramas apresentados nos distúrbios mendelianos autossômicos dominantes mostram afetados homens e mulheres em cada geração e sendo transmitidos esta condição em proporção igual de seus filhos e filhas. Distúrbios Autossômicos Recessivos O fenótipo deste distúrbio corresponde a um alelo recessivo afetado. Um exemplo deste distúrbio em Humanos corresponde a Doença humana Fenilcetonúria, herdada de modo mendeliano simples como um fenótipo recessivo, com a PKU determinada pelo alelo p e sua condição normal é determinada por P. Assim, os que apresentam esta doença são de fenótipos p/p e pessoas que não apresentam a doença seus fenótipos são P/P ou P/p. Outro exemplo de distúrbios autossômicos recessivos é a doença Albinismo humano. O fenótipo albino é causado por duas doses de um gene variante incomum alelo a/a. A variante normal A determina a etapa na síntese química do pigmento escuro melanina nas células da pele, cabelos e retina. Assim, nos indivíduos com fenótipos a/a esta etapa não é funcional, e a produção de melanina na pele é bloqueada. Assim, os heredogramas apresentados nos distúrbios autossômicos recessivos são revelados pelo surgimento na prole masculina e feminina de genitores não-afetados. HERANÇA LIGADA AOS CROMOSSOMOS SEXUAIS Os seres humanos possuem 46 cromossomos (2n=46), sendo 44 cromossomos autossômicos e 2 cromossomos sexuais – Homem XY e mulher XX (Figura 14). Os homens diferenciam-se das mulheres por apresentarem um cromossomo X e outro Y (diferentemente do X, o Y apresentam poucas regiões homólogas o que faz com que certas características sejam completamente influenciadas pelo sexo, apresentando distúrbios dominantes e recessivo ligados ao X.

CARÍOTIPO

Tópico 2 Tópicos da Genética Distúrbios dominantes ligados ao X Padrões da herança dos distúrbios dominantes ligados ao X corresponde às características como sendo os homens afetados que transmitem a condição para todas as suas filhas, mas nenhum filho é afetado. Assim, um exemplo deste distúrbio é a Hipofosfatemia sendo um tipo de raquitismo resistente à vitamina D e também algumas formas de Hipertricose causando excesso de pelos no corpo e na face, correspondendo e apresentando herança dominante ligada ao X. Distúrbios recessivos ligados ao X Os traços recessivos ligados ao X estão no cromossomo X. Assim quase todos os indivíduos afetados são homens, devido a maioria das mulheres ter uma cópia normal do gene envolvido (serem heterozigotas), assim quase todos os indivíduos afetados são homens, mulheres heterozigotas são, em geral, fenotipicamente normais, mas como portadoras podem transmitir o traço a metade de seus filhos, metade dos filhos de uma mulher portadora são afetados e metade das filhas são portadoras, um homem afetado nunca transmite o traço a seus filhos, todas as filhas de homens afetados são portadoras, nenhuma filha de mulher portadora apresenta o traço, mas metade é portadora. Hemofilia Essa doença, é causada pelo distúrbio recessivo ligado ao cromossomo X, causando uma desordem no mecanismo da produção da coagulação sanguínea, sendo sua manifestação exclusivamente do sexo masculino. A hemofilia pode ser desencadeada por 2 tipos sendo: tipo A mais frequente e está relacionada com a deficiência no fator VIII da coagulação sanguínea ou pelo tipo B relacionado pela deficiência do fator IX. Portadores de hemofilia do sexo masculino apresentam uma mutação no cromossomo X e passa o gene para as suas filhas (portadora do gene da Hemofilia) e não para seus filhos. Esta filha porta o gene da hemofilia mas não desenvolve manifestações fenotípicas devido seu outro cromossomo X ser herdado de sua mãe. Assim, esta filha é denominada de portadora de Hemofilia. Abaixo são apresentados os possíveis genótipos e fenótipos dos portadores de Hemofilia: Genótipo: XhY, XhXh / Fenótipo: Hemofílico Genótipo: XHXh / Fenótipo: Portador de Hemofilia Genótipo: XHY, XHXH / Fenótipo: Indivíduos normais

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Daltonismo

É uma doença que afeta diretamente a percepção das cores. Em um de seus tipos, a doença

manifesta-se na incapacidade de diferenciar o vermelho, verde e azul e seus derivados. Isso

porque o daltonismo, afeta células localizadas na retina, que são as responsáveis por

percebermos cada uma dessas cores. Assim, apresenta-se os alelos D e d para determinar o

daltonismo. Abaixo são apresentados os possíveis genótipos e fenótipos dos portadores de

Daltonismo. Genótipo: XdY, XdXd / Fenótipo: Daltônicos Genótipo: XDXd / Fenótipo:

Portador de Daltonismo Genótipo: XDY, XDXD / Fenótipo: Indivíduos normais

MUTAÇÕES NUMÉRICAS, ESTRUTURAIS E ANOMALIAS GENÉTICAS As mutações gênicas são uma fonte importante na mudança da sequência dos genes. Além disso, em uma escala maior poderá alterar a estrutura dos cromossomos ou até mesmo, mudanças no número de cópias dos cromossomos em uma célula, sendo denominado de mutações cromossômicas. Além disso, muitas mutações que ocorrem nos cromossomos (perda ou ganho de cromossomos / mudanças na estrutura dos cromossomos) podem desencadear distúrbios genéticos sendo de dois tipos: mudanças em conjuntos cromossômicos inteiros, resultando uma condição chamada de Euploidia e/ou mudanças em partes de conjuntos cromossômicos, resultando em uma condição chamada de Aneuploidia. Euploidia As euploidias são alterações que causam modificação em todo o genoma provocando um aumento ou diminuição de um conjunto de cromossomos haplóides. Nas euploidias, portanto, a célula humana apresenta um número de cromossomos múltiplos de 23, podendo ser n, 3n, 4n, 5n etc **Essas alterações cromossômicas numéricas, ao contrário das aneuploidias, são incompatíveis com a vida. Geralmente, nesses casos, ocorrem abortos espontâneos ou o bebê nasce morto ou morre logo após o nascimento. As Euploidias podem ser dos tipos: Monoploidia ou haploidia: ocorre a perda de um conjunto de cromossomos, ou seja, um indivíduo com 46 cromossomos apresentaria apenas 23. Poliploidia: ocorre um aumento dos conjuntos cromossômicos, podendo ser o indivíduo 3n (triploidia), 4n (tetraploidia), 5n (pentaploidia), 6n (hexaploidia) e assim sucessivamente. A triploidia (3n) é uma das aberrações cromossômicas que mais causam aborto no primeiro trimestre. Portanto, estas euploidias podem ser formadas e geradas a partir da não disjunção mitótica e/ou meiótica, ocorrendo uma desordenada migração dos cromossomos na fase Anáfase dificultando assim sua segregação cromossômica corretamente. Além disso, estas euploidias poderá ocorrer por meio de divisões mitóticas incorretas com a divisão do zigoto após a replicação de seus cromossomos e posterior divisões mitóticas normais que levam ao surgimento de um embrião com euploidia, podendo ocorrer na etapa de fecundação de um óvulo por mais de um espermatozóide denominado de dispermia. Aneuploidia As aneuploidias são causadas por várias mutações nos cromossomos alterando-se o número de cromossomos de uma determinada espécie, podendo ocorrer adição ou perda de um cromossomo ou mais, alterando o equilíbrio gênico destas células. Essas aneuploidias são causadas em sua maioria pela não-disjunção nas divisões Meiose e/ou Mitose, ocorrendo a segregação irregular dos cromossomos e/ou cromátides. Assim, as segregações cromossômicas irregulares acontecem devido a falha da separação dos cromossomos homólogos/ cromátides-irmãs indo em direção para os pólos opostos (fase de Anáfase), ocasionando diversos tipos de aneuploidias sendo: Monossomia: 2n – 1 (perda de 1 cromossomo); Nulissomia: 2n - 2 (perda de 2 cromossomos do mesmo par); Polissomia: 2n + 3, 2n

• 4, 2n +5 (gerando-se uma trissômica, tetrassomia, pentassomia).** Tópico 2 Tópicos da Genética Estes portadores que conseguem sobreviver desenvolvem a SÍNDROME DE TURNER (X0). Estes portadores apresentam em seus cariótipos 44 cromossomos autossômicos e 1 cromossomo sexual apresentando a ausência de 1 cromossomo X. Polissomias As polissomias ocorrem a partir do aumento do número de cromossomos autossômicos ou cromossomos sexuais, sendo a mais comum denominadas de Trissomias (2n+1): Indivíduo apresenta um cromossomo a mais que o normal em um determinado par, ou seja, apresenta três cromossomos de um mesmo tipo. Síndrome de Down (47, XX + 21 ou 47, XY +21): o indivíduo apresenta em seu cariótipo 47 cromossomos, sendo no par 21 (autossômico) apresenta um cromossomo a mais desencadeando uma trissomia do par 21 (Figura 19). Suas principais características são: surgimento de prega palpebral, a língua fissurada e a prega transversal contínua na palma da mão, atraso no seu desenvolvimento e desenvolver problemas cardíacos. CARIÓTIPO DE UM PORTADOR DA SÍNDROME DE DOWN, DESTACADO POR UM CÍRCULO VERMELHO NO PAR 21 A TRISSOMIA.

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ENZIMAS DE RESTRIÇÃO E ELETROFORESE EM GEL

Com o advento dos estudos das moléculas de DNA (ácido desoxirribonucleico) e RNA

(ácido ribonucleico), pode-se criar e desenvolver novas tecnologias denominadas de

Tecnologia do DNA recombinante, a partir do início da década de 1970. Esta tecnologia

proporcionou e auxiliou diversos pesquisadores na área de estudos em Biologia Molecular,

proporcionando uma nova maneira de analisar, manipular, explorar estas moléculas,

através de isolamento, quantidade e modificações de um determinado gene que constitui uma

célula e/ou organismos. A manipulação do DNA e RNA in vitro, depende inicialmente da

disponibilidade de enzimas específicas que possam cortar, ligar e replicar o DNA ou

transcrever de forma reversa o RNA. Estas enzimas específicas são chamadas de Enzimas

de restrição, que cortam as moléculas de DNA em fragmentos específicos podendo os mesmos

ser manipulados.

Enzimas de restrição Estas enzimas podem ser chamadas de Endonucleases de restrição e

são encontradas em uma grande variedade de organismos procariotos (bactérias) como

espécies produtoras de enzimas, por exemplo: Eco para Escherichia coli e sua principal

função é desempenhar seu papel à nível biológico clivando as moléculas de DNA exógenas.

DNA-polimerase I A enzima DNA-polimerase I liga-se a uma curta região de fita simples de DNA de fita dupla, e auxilia na sintetização de uma fita complementar nova degradando a fita existente à medida que ela prossegue na polimerização, gerando uma dupla função nesta molécula apresentando uma polimerização e degradação da molécula de DNA. DNA-polimerases termoestáveis Corresponde a um tipo de enzima DNA-polimerase I denominada de Taq-DNA- -polimerase, extraída de uma bactéria Thermus aquaticus. Este organismo procarioto vive em fontes termais apresentando esta enzima sendo termoestáveis que são resistentes à desnaturação pelo calor, sendo esta enzima adequada para utilização em metodologias como a PCR, que envolve etapas de aquecimento a temperaturas superiores de 90ºC. Transcriptases reversas Estas transcriptases reversas são exemplos de DNA-polimerases de RNA, sendo dependentes e envolvidos na replicação de vários tipos de vírus que contém em seu genoma RNA. Assim, esta transcrição reversa utiliza-se a molécula de RNA como molde para sintetizar uma fita de DNA complementar (cDNA), auxiliando na construção de bibliotecas de cDNA a partir de diversas populações específicas de RNAm (RNA mensageiro). Eletroforese em gel A eletroforese é um método habitualmente usado para separar e também purificar macromoléculas, principalmente ácidos nucleicos e proteínas. Essas macromoléculas são submetidas a um campo elétrico, na qual migram para um polo positivo ou negativo de acordo com a sua carga. A taxa de migração destas macromoléculas depende dos fatores referentes a sua forma e razão carga/massa, através do peso molecular determinado na qual as moléculas de menor peso migram mais rápido que as de maior peso, formando as bandas características que serão visualizadas posteriormente. Quando a eletroforese é realizada em um gel constituído por agarose e poliacrilamida, as moléculas de tamanhos de peso molecular diferentes migram através de redes de poros formadas no gel apresentando velocidades diferentes em direção aos pólos com cargas positivas. Géis contendo moléculas de poliacrilamida são utilizados para separar fragmentos contendo até 1.000 pb (pares de bases) e uma característica importante deste gel é o alto poder de resolução e os géis contendo moléculas de agarose formando-se poros porosos, sendo utilizados para fragmentos de tamanhos maiores contendo até 20 kb (Kilo (quilo) pares de bases). Portanto, a maneira mais fácil de visualizar e analisar estes géis é corá-los o DNA da amostra utilizando o corante Brometo de etídio sendo o mesmo adicionado no gel. Assim, esta molécula de DNA corada irá ligar-se ao corante e quando este gel for revelado sendo submetido à luz ultravioleta (UV) esta molécula de DNA irá fluorescer e apresentar no gel uma cor avermelhada mostrando-se a quantidade de DNA desta amostra. Tópico 3 Tópico da Biologia Molecular As endonucleases reconhecem uma sequência de bases específicas na dupla hélice do DNA cortando ambas as fitas da hélice em lugares determinados para o seu corte (cortam as ligações entre o grupo hidroxilo 3’ de um nucleotídeo e o grupo fosfato 5’ do nucleotídeo adjacente. As extremidades das cadeias seccionadas – extremidades coesivas – quando contactam com outras resultantes da ação da mesma enzima podem emparelhar por complementaridade) .em fragmentos específicos facilitando a manipulação de um determinado gene e são indispensáveis na análise da estrutura dos cromossomos, no isolamento de genes e na criação de moléculas novas de DNA que podem ser clonadas. DNA-ligase Para clonar um determinado segmento de DNA, são utilizadas enzimas de restrição sendo as mais utilizadas aquelas que geram fragmentos com extremidades de fita simples complementares de até quatro nucleotídeos de comprimento chamadas de extremidades coesivas sendo explicadas no tópico anterior. Estes fragmentos de DNA contendo estas extremidades complementares são unidas pela DNA- ligase que catalisa a formação de uma ligação fosfodiéster entre as duas moléculas de DNA. A DNA-ligase, requer um grupamento hidroxílico livre na extremidade 3’ do DNAe um grupamento fosfato na extremidade 5’ da outra cadeia do nucleotídeo. Esta enzima é ativada pela adenilação de um resíduo de lisina no sítio ativo, sendo o grupamento fosfato da extremidade 5’ do DNA-alvo sofrendo um ataque nucleofílico do grupamento hidroxílico livre da extremidade 3’ do DNA ocorrendo a formação de uma ligação fosfodiéster e liberando AMP ( monofosfato de adenosina é um nucleotídeo que é usado como monômero da RNA. Consiste num éster de ácido fosfórico com o nucleosídeo adenosina. É um composto de baixa energia, diferentemente de seus compostos di e trifosfatados ADP e ATP respectivamente). DNA-polimerases São enzimas que sintetizam uma nova fita de DNA complementar a uma fita-molde de DNA ou RNA. A maioria dos tipos de DNA- polimerases atuam no processo de replicação do DNA e sua principal função é funcionar somente se o molde da fita possuir uma região de fita dupla que irá atuar como iniciador para o processo de polimerização.

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.Contudo, o brometo de etídeo é altamente mutagênico para as células animais. Por essas

razões para minimizar estes impactos mutagênicos, hoje em dia em diversos laboratórios que

trabalhos com extração de DNA estão utilizando rotineiramente o corante Sybr green, sendo

o DNA apresentando a coloração verde ou azul facilitando a análise do DNA e

minimizando os agentes mutagênico para estes pesquisadores.

TÉCNICAS DE SOUTHERN, NORTHERN E WESTERN BLOTS

As técnicas de análises de DNA e RNA permitem correções e manipulações destas moléculas

através do advento destas técnicas. Assim, estes métodos se baseiam na Hibridização de

ácidos nucleicos sendo estas moléculas terem capacidade de as cadeias de DNA e RNA

formarem moléculas de fita dupla estáveis através de pareamento de bases complementares.

Estas técnicas são utilizadas para identificar e determinar uma localização de sequências

específicas dos ácidos nucleicos, utilizando uma Sonda que são constituídas por sequências

específicas de um determinado gene de interesse pareando-as com a fita complementar de

um ácido nucleico através desta técnica de hibridização auxiliados por altas de

temperaturas e baixas concentrações de sais presentes nestas moléculas.

Western blots Método em biologia molecular e bioquímica para detectar proteínas em um homogenato (células bem trituradas) ou um extrato de um tecido biológico. Essa técnica usa eletroforese em gel para separar as proteínas desnaturadas por massa. Além disso, sua aplicabilidade da saúde humana é para determinar o tamanho e quantidade de proteína em determinada amostra, auxilia no diagnóstico de doenças detectando anticorpos contra vírus ou bactérias no soro, auxilia no teste confirmatório para o HIV, detectando anticorpos anti-HIV no soro do paciente e também esta técnica poderá detectar doenças como hepatite B e herpes. PCR (REAÇÃO DA POLIMERASE EM CADEIA) Com o surgimento de novas técnicas em biologia molecular, surgiu a técnica a partir do seu desenvolvimento denominada de Reação em cadeia da polimerase sendo uma técnica de amplificação de segmentos de DNA. A PCR é uma técnica considerada simples, pela qual moléculas de DNA são amplificadas milhares ou milhões de vezes de uma forma bem rápida. Todo este procedimento é realizado in vitro aumentando a quantidade da amostra extraída do DNA de qualquer indivíduo. Sua aplicabilidade está relacionada nas pesquisas básicas, além disso, nos testes de identificação genética, na medicina forense, no diagnóstico de diversas doenças infecciosas e também esta técnica é utilizada na indústria controlando a qualidade industrial. A técnica de PCR (Reação da polimerase em cadeia) é baseada na capacidade da enzima DNA polimerase sintetiza uma nova fita de DNA complementar a uma fita molde. Com essa técnica, uma pequena quantidade de fragmento de DNA pode ser clonada em milhões de cópias, facilitando a sua detecção, que pode ocorrer através da utilização de corantes e outras técnicas de visualização. Etapas de uma PCR 1.Inicialmente necessita-se de uma amostra de DNA de qualquer indivíduo para ser extraído.

2. Primers (iniciadores): são pequenos trechos de DNA que iniciam a reação de PCR, sendo os mesmos desenhados para se ligar à uma região de DNA desejada. **3. Bases nucleotídicas (dNTPs), sendo as bases de DNA (Adenina, Citocina, Guanina e Timina) para serem pareadas na fita de DNA produzindo uma nova fita de DNA.

4. Enzima Taq polimerase que auxilia no pareamento das bases nitrogenadas do DNA produzindo um novo filamento.** 5. Solução tampão que são reagentes que auxiliam as condições adequadas necessárias para a reação. Tópico 3 Tópico da Biologia Molecular Este fragmento formado servirá como a sequência específica constituindo esta sonda que irá hibridar e pode ser marcado por diversas técnicas como a denominada de Nick translation que consiste em clivar uma das fitas da molécula de DNA de fita dupla através do auxílio da DNA-polimerase que fica fixadas em vários segmentos de DNA de fita simples, ocorrendo o pareamento dessas sequências específicas com a sonda formada. Southern blot Esta técnica é uma das técnicas de hibridização mais importantes para detectar sequências específicas de DNA. Assim, o DNA é digerido por enzimas de restrição (estudadas no tópico 1 desta unidade) produzindo fragmentos e os mesmos são separados por eletroforese em gel de agarose e sendo visualizados com luz UV sendo corados e fotografados. Estes fragmentos de DNA são desnaturados in situ através da imersão do gel em uma solução de hidróxido de sódio e transferido por capilaridade para uma membrana de náilon, exatamente na mesma posição inicial do gel de agarose. Por fim, o padrão de hibridização pode ser comparado com a região do gel original apresentando poucas bandas, contendo sequências de DNA de interesse e permite a identificação de fragmentos de DNA com sequência idêntica ou similar a sonda utilizada e/ou poderá auxiliar no posicionamento relativo de diferentes fragmentos dentro de um segmento maior de DNA auxiliando os estudos de mapeamento do DNA de uma determinada espécie em geral. Além disso, esta técnica por também ser utilizada na identificação de polimorfismos que determinam a alteração do padrão de clivagem obtidos a partir de uma determinada região do DNA que sofreu mutações pontuais em sítios de restrição. Este polimorfismo do comprimento do fragmento de restrição é denominado de RFLP. Os padrões de RFLP são determinados e obtidos por uma sonda de região de DNA repetitivo sendo esta técnica bastante útil na medicina forense auxiliando na identificação de suspeitos ou em testes de paternidade. .Northern Blot Técnica usada na pesquisa em biologia molecular para estudar a expressão gênica, ou seja, verificar se um determinado gene de um genoma é ou não transcrito em RNA e quantificar isso. Essa técnica tem tal nome devido à similaridade de seu procedimento com o Southern blot (batizada pelo biólogo britânico Edwin Southern; com a diferença chave de que, em vez de DNA, a substância analisada por eletroforese com uma sonda hibridizadora é RNA)

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CLONAGEM E VETORES DE CLONAGEM A clonagem molecular é uma técnica da

engenharia genética conhecida também por DNA recombinante, clonagem gênica ou

manipulação gênica. Essa tecnologia permite pegar um “pedaço” do DNA e combiná-lo com

outro, produzindo muitas cópias de diferentes combinações genéticas. Entretanto, clonar

significa fazer uma cópia geneticamente exata, seja de um organismo completo ou até mesmo

de um pequeno fragmento de DNA. É aqui que entra a clonagem molecular usada

amplamente na ciência, medicina, agricultura e indústria. O principalresultado das

aplicações da tecnologia do DNArecombinante é o isolamento e propagação de moléculas

idênticas de um determinado indivíduo.Assim é determinado a Clonagem molecular

envolvendo uma molécula de DNA recombinante formada pela ligação de um inserto de

DNA, originado pela clivagem do DNA de interesse de uma determinada espécie e uma

outra molécula de DNA denominada de vetor (veículo de clonagem).

Seleção dos clones recombinantes A próxima etapa corresponde a seleção dos clones recombinantes sendo selecionado apenas as células de interesse o vetor possui um marcador selecionável que permite a identificação de moléculas recombinantes. Um marcador de antibiótico é frequentemente usado, assim uma célula hospedeira sem o vetor morre quando exposta a um determinado antibiótico, enquanto o hospedeiro com o vetor sobrevive e se multiplica, porque é resistente. Multiplicação ou expressão do gene Assim, esta etapa é finalizada pela multiplicação ou expressão do gene que após as células com o plasmídeo recombinante serem identificadas, elas podem crescer em grande escala, replicando o fragmento de DNA. Nesse momento, damos às bactérias um sinal químico que as instrui a produzir a proteína alvo. Por fim, a proteína de interesse é então purificada, separada dos demais conteúdos das células, garantindo que não haja nenhuma impureza, restando apenas o produto final. Tipos de clonagem Clonagem reprodutiva: o núcleo de uma célula somática (célula não sexual) de um doador é transmitido para um óvulo receptor, do qual o núcleo foi removido. Esse óvulo é estimulado quimicamente, dando-se início ao processo de divisão celular e de formação do embrião, que é, então, implantado no útero do receptor. O embrião gerado será, portanto, um clone do doador, tendo o mesmo material genético. Exemplo: processo utilizado na clonagem da ovelha Dolly. Clonagem terapêutica: técnica que permite a criação de células-tronco embrionárias. Essas células são muito importantes para estudos sobre tratamentos de doenças: Doenças degenerativas do sistema nervoso - ou de regeneração de tecidos danificados por acidentes ou doenças. Embora os embriões utilizados não passem de 64 células - e, portanto, não apresentam sistema nervoso nem nenhum outro tipo de tecido, essa técnica ainda gera polêmica, tanto pelo fato da utilização de embriões humanos quanto pela imagem mítica existente acerca da clonagem humana. Dolly é o primeiro mamífero a ser clonado. O procedimento foi realizado a partir de células adultas contendo núcleo de uma célula das glândulas mamárias de uma ovelha adulta da raça Finn Dorset (cabeça branca), sendo transferido para um oócito com núcleo removido de uma fêmea da raça Scottish Blackface (cabeça preta). Outra ovelha de cabeça preta gerou Dolly, que nasceu idêntica ao primeiro animal. Em janeiro de 2002 a ovelha foi diagnosticada com uma forma rara de artrite, uma doença que não é comum em indivíduos da mesma espécie com essa idade. Este fato levanta, até o presente, questões quanto aos processos de envelhecimento de mamíferos clonados. Tópico 3 Tópico da Biologia Molecular Este vetor tem o papel de transportar um inserto de DNA para o interior da célula hospedeira, onde nesta célula poderá ser replicado e/ou a molécula de uma DNA recombinante (inserto e vetor unidos), é introduzido dentro do interior de uma célula sendo uma célula hospedeira apropriada. Portanto, este processo de introdução do DNA em uma célula é denominado de transformação, sendo a célula hospedeira contendo uma única molécula de DNA recombinante, dividindo-se e gerando uma colônia de células, sendo chamadas de transformantes ou células transformadas. Etapas da clonagem molecular Ocorre através do método que permite fazer várias cópias idênticas (clones) de um pedaço específico de DNA, através dos principais passos sendo: 5.1. Isolamento do fragmento de DNA de interesse Para que se tenha o DNA recombinante, de duas origens diferentes, é necessário utilizar as enzimas de restrição. Essas enzimas reconhecem a sequência alvo específica e cortam seletivamente o fragmento que será utilizado. União do gene ao vetor: DNA recombinante O fragmento é inserido em um vetor, que é uma molécula de DNA na qual um gene é inserido para construir a molécula de DNA recombinante. Geralmente os plasmídeos (moléculas de DNA circulares existentes naturalmente nas bactérias) são usados como vetores para clonar fragmentos de DNA. Eles são projetados para permitir a inserção de um DNA exógeno, têm origens de replicação e são capazes de se replicar independentemente do cromossomo bacteriano, assim, o fragmento do gene alvo se une ao vetor, através da DNA ligase, formando o plasmídeo recombinante contendo o gene de interesse. A DNA ligase é a responsável por selar as lacunas do eixo do DNA, funcionando como uma “cola”. Etapa de Transformação Após o processo de união do gene com um vetor ocorre a próxima etapa denominada de Transformação. Esta etapa, a molécula de DNA recombinante produzida é introduzida em um organismo hospedeiro, podendo então ser replicadas. Esse processo é conhecido como transformação, no qual as células bacterianas captam o DNAdo ambiente externo.As células hospedeiras copiam o DNA do vetor juntamente com o próprio DNA, criando múltiplas cópias do DNA inserido. Alguns exemplos de células hospedeiras são as bactérias Escherichia coli e Bacillus subtilis e a levedura Saccharomyces cerevisiae. Assim, esse procedimento gera uma mistura de construções recombinantes. Algumas células contêm o gene clonado de interesse, ao passo que outras podem conter outros genes do DNA original.

Bases Biológicas

INTRODUÇÃO AO ESTUDO DE HISTOLOGIA BÁSICA A HISTOLOGIA

É um ramo da Biologia sendo seu principal enfoque o estudo das células e dos tecidos do

corpo e de como essas estruturas se organizam para constituir os órgãos. Para as análises

destes tecidos, são feitos cortes muito finos, que passam por um processo de fixação e

coloração usando corantes como a eosina, hematoxilina, azul de metileno, entre outros, que

destacam as estruturas celulares e os cortes são colocados em lâminas de vidro e levados ao

microscópio óptico para análises de um determinado tecido ou para análise mais robusta

para identificação de um determinado diagnóstico, utilizando-se a microscopia eletrônica

com técnicas mais avançadas permitindo detectar possíveis alterações nestas células. As

técnicas utilizadas na Histologia podem ser denominadas de Técnicas de Cito- -histológicas,

Citoquímicas e Imunocitoquímicas.

Diafanização: etapa final utilizando xilol que auxilia na eliminação do álcool e facilita a penetração da resina do meio de montagem e confere a transparência ao corte do tecido. Estas técnicas não são colorações, mas sim reações físico- químicas cujo seu produto final é corado auxiliando na identificação e localização de uma determinada molécula ou sua atividade na célula ou no tecido em análise. Na etapa seguinte, os aldeídos reagem com o reagente de Schiff, que se produz uma cor vermelho-magenta de Schiff sendo gerado um número de moléculas do reagente unido mantendo a relação constante com a quantidade de moléculas de DNA. Na segunda etapa, os aldeídos reagem com o reagente de Schiff, produzindo um complexo estável de cor vermelho-magenta nos locais que apresentam moléculas de açúcares, sendo nas estruturas celulares ou extracelulares sendo a maior parte desta reação correspondendo a moléculas de glicogênio e glicoproteínas. Técnicas imunocitoquímicas Estes métodos imunocitoquímicos consistem na visualização de um componente celular podendo ser organelas, macromoléculas entre outras, através de uma Reação antígeno-anticorpo (Ag- Ac). Estes elementos de estudos costumam funcionar como um antígeno (Ag-toda substância estranha ao organismo que desencadeia a produção de anticorpos) e anticorpos (Ac- glicoproteínas, chamadas de imunoglobulinas, que possuem como principal função garantir a defesa do organismo), específico é agregado à preparação onde se une àquele. Portanto, o anticorpo deve estar unido a um marcador que permite sua visualização através de um sistema óptico sendo os corantes mais comuns os corantes fluorescentes, enzimas ou partículas eletrodensas e sua escolha depende do tipo e do processamento do material com a determinada finalidade do estudo e de sua observação com microscópios de luz ou eletrônico. TECIDO CONJUNTIVO O Tecido Conjuntivo é um tecido de conexão contendo uma grande quantidade de matriz extracelular (rede complexa composta por macromoléculas de colágenos, proteoglicanos (PGs), glicosaminoglicanos (GAGs) e glicoproteínas adesivas), células e fibras. Suas principais funções são fornecer sustentação e preencher espaços entre os tecidos, além de nutri-los. Existem tipos especiais de tecido conjuntivo, cada um com função específica. Isso varia, principalmente, de acordo com a composição da matriz e do tipo de células presentes, podendo ser dos tipos: Fibroblastos, Fibrocitos, Plasmocitos, Mastocitos, Macrófagos, Leucocitos e células adiposas. Tópico 4 Tópico da Histologia Básica Técnicas cito-histológicas A técnica cito-histológica é um conjunto de procedimentos aplicados para preservar a estrutura e a organização das células e dos tecidos, a fim de obter uma preparação microscópica que permite seu exame com um microscópio óptico. Estes procedimentos incluem uma série de etapas sendo:Coleta da amostra: manuseio delicado para evitar sua deformação. Esta amostra pode ser obtida de um indivíduo vivo sendo uma Biópsia ou morto sendo uma Autópsia. Fixação:Ação mais importante da técnica, sendo a etapa de desnaturação das proteínas, enzimas hidrolíticas que produzem a autólise (destruição de um tecido vivo ou morto por enzimas e células do próprio organismo). Desidratação: o álcool utilizado é o Etanol em concentrações de 70%, 80%, 95% e 100% durante 1 hora ou mais em cada um deles conforme o tamanho da amostra. Diafanização: etapa intermediária, eliminando o álcool do tecido e este é impregnado com um solvente da parafina que também auxilia a transparência. Inclusão em parafina: a parafina penetra nos tecidos e desloca o agente diafanizador, e esta amostra é depositada em pequenos recipientes e deixada a solidificar. Preparação do bloco: bloco de parafina contendo a amostra é incluída e colada em um suporte de madeira ou plástico que auxilia no processo de fixação ao micrótomo. Corte: é realizado através de um instrumento de precisão chamado de Micrótomo, a fim de obter cortes destes tecidos muito finos (8- μm) e uniformes que permitam a visualização de estruturas muito pequenas. Montagem de corte sobre uma lâmina: os cortes são depositados na superfície de um recipiente contendo água e logo são montados sobre uma lâmina de vidro para que sequem. Desparafinação: passo intermediário que permite a penetração do álcool do passo seguinte. Hidratação: permite a penetração dos corantes, que em sua maioria estão em solução aquosa sendo realizada na amostra de ser hidratada em solução de etanol sendo diluída progressivamente (100%, 95%, 80% e 70%), até a lavagem final em água destilada. Coloração: os corantes são necessários porque o contraste dos tecidos é insuficiente para a sua observação ao microscópio óptico. O método de coloração mais utilizado na histologia e na histopatologia é chamado de Hematoxilina-eosina sendo a hematoxilina (corante que cora núcleo celular) e eosina (corante que cora citoplasma). Desidratação: no meio de montagem não ser miscível com a água é realizada a imersão das lâminas de vidro com os cortes histológicos em solução de etanol de graduação crescente (70%, 80%, 95% e 100%).