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Sábado, 27 de Janeiro de 2007
Artigo Científico de Revisão
 

A Manutenção da Integridade do Sistema Imunitário: Apoptose, Linfócitos et al.

 


A. Martins, C. Marrana, F. Menezes, I. Galveias e M. Abecassis

Universidade Nova de Lisboa

Faculdade de Ciências Médicas

 

RESUMO:

A apoptose (ou morte celular programada, ou suicídio celular) é o processo pelo qual as células iniciam um mecanismo de auto-destruição em resposta a um sinal. Este processo tem por base a expressão de diversos genes que codificam proteínas com funções muito variadas, sendo que as famílias mais importantes são a família das Bcl-2, as caspases e a família IAP.

A morte celular programada é fundamental para a homeostasia do organismo, sendo de elevada importância no sistema imunológico. Esta importância reflecte-se tanto na quantidade como na diversidade de situações nas quais este mecanismo actua. A apoptose actua essencialmente por duas vias, por indução e por negligência, contribuindo para a manutenção da integridade deste sistema. A sua regulação nas células linfóides, executa-se através da conjugação de sinais de receptores de identidade (imunoglobulinas e TcR) e de receptores mortíferos.


Palavras-Chave: Apoptose, linfócitos B, células T, Bcl-2, MHC, maturação.


ABSTRACT:

Apoptosis (or programmed cell death, or cellular suicide), is the process by which cells start a self-destruction mecanism in response to a signal.This process is based on the expression of several genes that codify proteins with very different functions, being that the most important ones are the Bcl-2´s family , caspases and IAP´s family.

The programmed cell death is essential for homeostasis of the organism, being of major importance in the imunne system. This major relevance is reflected not only in the quantity, but also on the diversity of situations in which this mecanism plays a role. Apoptosis operates mostly in two ways, through instruction and neglect, contributing for the maintenance of the integrity of this system. Its regulation in the lymphocytic cells, is executed through the conjugation of signals of receivers of identity (IgM and TcR) and of deadly receivers.


Key-Words: Apoptosis, B Cells, T Cells, Bcl-2, MHC, maturation.

 

 


INTRODUÇÃO


“Better Dead than Wrong” (Cohen et al)


O termo apoptose, que deriva do grego e significa decadência, caracteriza o processo pelo qual as células iniciam um mecanismo de autodestruição em resposta a um sinal. A apoptose foi primeiro descrita por Kerr em 1972, a partir de observações em timócitos.

É uma morte celular fisiológica, geneticamente programada, essencial à sobrevivência dos organismos multicelulares. Ela está em equilíbrio constante com os mecanismos de proliferação celular.

Na maioria das células e dos organismos multicelulares, o mecanismo de suicídio tem por base a expressão de vários genes que codificam proteínas com funções muito variadas, sendo que as mais importantes são a família das Bcl-2, as caspases e a família IAP.

As caspases clivam proteínas chave à sobrevivência celular, levando ao desmantelamento da célula e à morte celular.

A Bcl-2 e a Bcl-XL impedem a libertação do citocromo c da mitocôndria, inibindo a apoptose, enquanto que outros, como a Bad, inibidora de proteínas que impedem a apoptose, a Bax e a Bak são promotoras da apoptose.

A família IAP (inhibitor of apoptosis) é também uma importante reguladora da apoptose, inibindo-a de duas formas: liga-se a algumas pro-caspases impedindo a sua activação ou então liga-se às caspases impedindo a sua acção.

As células adquirem, então, um conjunto de proteínas capazes de actuar como armas de autodestruição. No período em que a célula é útil ao organismo, ela reprime este mecanismo. Se, no entanto, a célula comprometer a saúde do organismo ou deixar de ser necessária, a apoptose é desencadeada, levando à morte celular.

Infere-se assim que a apoptose é uma resposta celular a diversos estímulos, reconhecidos e propagados na célula através da expressão controlada de diversos genes.

O reconhecimento e a propagação dos sinais apoptóticos pode efectuar-se por uma de duas vias: a via extrínseca ou via intrínseca. Na primeira o sinal apoptótico resulta da interacção ligando-receptor de morte, enquanto que na segunda, também designada por via mitocondrial, os membros da família Bcl-2 funcionam como protectores ou agressores mitocondriais e a mitocôndria constitui o elemento essencial do processo apoptótico mediando a libertação de vários factores.

Contudo, existe ainda uma terceira via, na qual se verifica a activação directa de caspases iniciadoras e de caspases efectoras pela introdução no citoplasma de células-alvo, através de poros na membrana celular de uma molécula presente nos linfócitos T citotóxicos.

Numa fase inicial da apoptose, ocorre a produção de enzimas necessárias ao processo, não havendo alterações conformacionais da célula. Posteriormente, ocorre uma diminuição de volume celular, com afastamento da célula apoptótica das células envolventes por perda dos complexos de junção e especializações da membrana. Simultaneamente, dá-se a destruição do citoesqueleto e a condensação da cromatina, a qual é, posteriormente, cindida em fragmentos nucleossómicos por acção de endonucleases. Por fim, ocorre fragmentação da célula em corpos apoptóticos que rapidamente são fagocitados por células vizinhas. Por conseguinte, os constituintes celulares não são libertados para meio extracelular, pelo que se verifica a inexistência de um processo inflamatório.

A apoptose é um processo rápido, que se completa em aproximadamente 3 horas e não é sincronizado por todo o órgão, portanto diferentes estágios de apoptose coexistem em diversas secções dos tecidos. Devido à taxa rápida de destruição celular é necessário que apenas 2 a 3% das células estejam em apoptose em determinado momento para que se obtenha uma regressão substancial de tecido.

A morte das células constituintes das membranas interdigitais do embrião humano, a morte das células da cauda de um girino durante a metamorfose são alguns dos exemplos clássicos de apoptose.

É também importante salientar que muitos dos genes que condicionam a proliferação celular (chamados oncogenes e genes supressores de tumores) estão também envolvidos na iniciação do processo de apoptose e que a inibição por si só do processo fisiológico da apoptose leva à sobrevivência prolongada das células, favorecendo o acumulo de mutações e a transformação maligna. Assim, a apoptose representa um mecanismo de eliminação selectiva de células cuja sobrevivência poderia prejudicar o bem estar do organismo.

Por excesso ou por defeito, a apoptose poderá provocar desde malformações congénitas a doenças neurodegenerativas e a disfunções imunológicas, e podem ainda contribuir para a persistência de células anormais facilitando o desenvolvimento de tumores.

A apoptose está ainda envolvida na morte das células queratinizadas, na selecção clonal de linfócitos B e ocorre no desenvolvimento embrionário, na organogénese, na renovação de células epiteliais e hematopoiéticas, na evolução cíclica dos órgãos reprodutivos da mulher, na evolução de alguns órgãos e ainda na regressão de tumores. Portanto consiste num tipo de morte programada, desejável e necessária que participa na formação dos órgãos e que persiste em alguns sistemas adultos como a pele e o sistema imunológico.

É ainda importante reter que existem diversos tipos de genes envolvidos na regulação da apoptose: genes responsáveis por desencadear a apoptose; genes envolvidos no próprio processo apoptótico; genes necessários para a fagocitose dos corpos apoptóticos e genes requeridos para a dissolução final dos corpos apoptóticos fagocitados.

Ao nível do sistema imunitário, a questão fulcral consiste em saber como são identificadas as populações posteriormente eliminadas pelo processo de apoptose. Por essa razão serão abordados: o mecanismo de reconhecimento de receptores, a origem do sinal apoptótico e a via de transmissão do sinal apoptótico.

Será verificado que a regulação da apoptose das células linfóides, quer no decurso do desenvolvimento do sistema linfóide quer no seu funcionamento normal na forma de respostas imunológicas, efectua-se através da conjugação de sinais de receptores de identidade (imunoglobulinas e TcR) e de receptores mortíferos, cuja expressão varia ao longo da maturação linfóide e em resultado de estímulos diversos.


VIAS APOPTÓTICAS NO SISTEMA IMUNITÁRIO

O mecanismo apoptótico surge por duas vias major: como resposta à perda de sinais extracelulares de sobrevivência – apoptose por negligência- ou iniciada por um ligante captado pelos receptores de morte – apoptose por indução. No sistema imunitário, a primeira é responsável por processos como a eliminaçao de linfócitos B na sua pré-maturação, na eliminação de linfócitos incapazes de competir por citoquinas. A segunda, intervém na selecção negativa de Célula B e T e na eliminação de populações de linfócitos após uma resposta imunitária.

 


Apoptose por Negligência

 

Pré-maturação e Selecção Positiva


Na fase de pré-maturação, os linfócitos B sofrem um rearranjo genético que vai permitir a síntese de novos e específicos receptores antigénicos. No caso de ocorrer uma mutação que leve à produção de receptores não funcionais (que não in-frame), estes linfócitos deixam de receber moléculas sinalizadores importantes para o seu desenvolvimento, levando a danos mitocondriais, induzindo a via mitocondrial da apoptose por libertação de citocromo c, AIF, SMAC/DIABLO e endonuclease G. Processo análogo ocorre nos linfócitos T: aquando da recombinação dos genes dos receptores antigénicos (TCR), ocorrendo uma mutação nonsense nos dois alelos que codificam o TCR, a célula não prossegue o seu desenvolvimento.

O processo de selecção positiva das células T, que decorre na região cortical do timo, assegura que os TCRs αβ expressos nas células T maduras, em determinado indivíduo, apresentam a capacidade de se ligarem às moléculas do MHC próprias, resultando em restrição ao MHC. Micrografias electrónicas revelaram um contacto íntimo entre os timócitos imaturos e as células epiteliais corticais, e existem evidências de que os TCRs têm tendência a agrupar-se com as moléculas do MHC nos locais de contacto. Alguns pesquisadores sugeriram que a interacção dos timócitos imaturos com as células epiteliais tímicas mediada por receptores TCR restritos às moléculas do MHC permite às células receberem um sinal protector que as previne de passarem pela morte celular; e as células cujos receptores não são restritos às moléculas do MHC e, portanto, não são capazes de se ligarem a estas, não interagiriam com as células epiteliais tímicas e, consequentemente, não receberiam o sinal protector, levando à sua morte por apoptose.

Durante a selecção positiva, os timócitos imaturos que expressam só uma cadeia β continuam a rearranjar os genes da cadeia α (uma vez que as proteínas RAG-1, RAG-2 e TdT continuam a ser expressas), e os TCRs resultantes são então seleccionados para o reconhecimento do MHC próprio. Somente aquelas células cujo heterodímero TCR αβ reconhece uma molécula do MHC próprio são seleccionadas para sobreviverem. Consequentemente, a capacidade de tentar mais do que uma combinação de cadeias TCR αβ é importante porque oferece ao timócito oportunidades de “retomar” o teste para a selecção positiva. Se por acaso a célula se orienta para rearranjar uma cadeia α que permite que o TCR αβ resultante reconheça o MHC próprio, a célula é poupada; senão morrerá por apoptose dentro de 3 a 4 dias.

 

 

Família Bcl-2


Uma experiência realizada em animais transgénicos, modificados para expressar um número excessivo de Bcl-2 e Bcl-XL em linfócitos B e T, revelou um aumento na quantidade de linfócitos em circulação. Noutra experiência, verificou-se que em organismos geneticamente modificados de forma a não exprimirem a Bcl-2 ou Bcl-XL, levou a uma diminuição significativa dos mesmos linfócitos circulantes. Estas experiências permitem demonstrar claramente o papel da familia Bcl-2 na inibição da apoptose.

Os mesmos estudos revelaram ainda que a ausência de Bcl-2 ou Bcl-XL afecta directamente os linfócitos, sendo que a ausência de Bcl-2 afecta a sobrevivência das células maduras, enquanto que a ausência de Bcl-XL impede o desenvolvimento das células imaturas.

Estes mecanismos, apesar de prevenirem a morte por apoptose, não foram eficazes na prevenção de outros efeitos de negligência como a atrofia celular e níveis reduzidos de ATP.

A eliminação dos linfócitos incapazes de competir por citoquinas relaciona-se intimamente com a família Bcl-2. Bad, um membro pró-apoptótico da família Bcl-2, é fosforilado por quinases e sequestrado por certas proteínas citosólicas. Na ausência de citoquinas, o Bad é desfosforilado e translocado para a mitocôndria onde fixa Bcl-2 e Bcl-xL, contribuindo assim para a apoptose por negligência.

Bim, outro membro da familía Bcl-2 mostrou também ser bastante importante na morte por negligência. Estudos em ratos trangénicos Bim -/- mostraram desenvolvimento de hiperplasia línfoide, resultante da resistência aumentada a este modo de selecionamento de linfócitos. Parece que o Bim liberta-se do citoesqueleto perante estímulo apoptótico e liga-se a Bcl-2 e Bcl-xL. Durante a negligência a transcrição de Bim é também aumentada, evidenciando assim a sua importância.

Já os Bax e Bak revelam-se pouco influentes no sistema imunitário quando retirados transgénicamente de forma isolada. Em ratos transgénicos Bax -/- e Bak -/-, a ausência dos dois em simultanêo leva a efeitos sistémicos no organismo, quando estes sobrevivem.

Apoptose por indução


A apoptose por indução, no sistema imunitário, aparece ao nível da selecção negativa de linfócitos B e T e na eliminação de populações de células T no terminus da resposta imunitária.


Selecção Negativa


Na fase de maturação, os linfócitos B que expressam somente à sua superfície um único tipo de Imunoglobulina (IgM) denominam-se de linfócitos B imaturos. Para que adquiram a designação de linfócitos B maduros, devem emigrar da medula óssea (onde ocorre a sua formação inicial) e utilizar processos alternativos do RNA mensageiro da cadeia pesada para expressarem na sua superfície celular não só a IgM, mas também a IgD. Algumas células B imaturas falham essa transição, pois as suas imonuglobulinas reagem com as moléculas do MHC do organismo. Quando tal sucede, a célula B é induzida a cometer suícidio por apoptose, sendo as vesículas apoptóticas fagocitadas por macrófagos. As células que sobrevivem a esta selecção passam a expressar IgD e IgM na sua superfície passando a designar-se de linfócitos B maduros, que ao contactarem com o determinante antigénico que lhes é específico, desenvolvem uma resposta imunitária.

De forma semelhante, a população de células T que sobrevivem à selecção positiva, que compreende algumas células com receptores de baixa afinidade para os auto-antigénios apresentados pelas moléculas do MHC próprias e outras células com receptores de alta afinidade, experimentam um processo de selecção negativa. Na medula do timo, as APCs (Antigen Presenting Cells, células dendríticas e macrófagos) expressam as moléculas do MHC de classes I e II interagem com os timócitos que expressam os receptores de alta afinidade pelos auto-antigénios e as moléculas do MHC próprias ou somente as moléculas do MHC próprias sozinhas. A interacção envolve o TCR do timócito que está a ser seleccionado, porém os detalhes precisos deste processo não são ainda conhecidos. Observa-se que as células que experimentam selecção negativa morrem por apoptose.

 

 

Activação vs. Morte


Quando as células B imaturas, sujeitas ao contacto com um antigénio, se ligam a este morrem por apoptose. No entanto, perante o mesmo fenómenos de activação por antigénio, as células maduras entram em proliferação e diferenciação, o que deve requerer um segundo sinal que iniba a apoptose mediada por esta multimerização. Os complexos CD19/CD21 e CD40 são checkpoints que parecem estar envolvidos nesta segunda sinalização, permitindo apenas a proliferação às células maduras. A co-estimulação parece ter, assim, uma elevada importância como segundo sinal, uma vez que estimula a síntese de CD28, CD19 e CD40 que são potentes indutores de Bcl-xL e que as citoquinas IL-2 e IL-4, relacionadas com este processo, aumentam a expressão de genes promotores de sobrevivência, evitando assim a evolução da apoptose. Por outro lado, estes resultados parecem ser coerentes com outros estudos que apontam para o envolvimento de Nur77, um factor de transição e receptor nuclear de hormonas esteróides, na apoptose por indução através da sua capacidade de se translocar para a membrana mitocondrial e provocar a translocação de citocromo c para o citosol, agredindo a mitocondria e activando a via mitocondrial, processo esse que poderia ser evitado por protectores mitocondrias mais concentrados nas células maduras. Processo similar parece ocorrer nas células T, embora adaptado à especificidade das mesmas.

No entanto, as diferenças entre a via de resposta à estimulação antigénica nas células imaturas que entram em apoptose e nas células maduras que começam um processo de proliferação e diferenciação não são ainda claras.


Efeitos da Radiação


Porque são os linfócitos tão anormalmente susceptíveis à radiação, quando os danos induzidos por essas doses baixas são facilmente reparados por outras células? Foi proposto que os linfócitos são levados à auto-destruição sempre que são ligeiramente «magoados». O que parece lógico pois, no final de contas, os linfócitos estão entre as poucas células do organismo que são facilmente incitadas, e às quais é permitida, a expansão clonal extensiva. A danificação do DNA de um linfócito por radiação ou outros agentes poderia levar à mutação em genes que codificam reguladores de crescimento ou receptores específicos. A eliminação selectiva dos linfócitos expostos poderia prevenir a proliferação desregulada ou a autoreactividade. Em vez da reparação, que poderia falhar, a resposta dos linfócitos parece ser o suicídio. Estudos nos quais linfócitos foram sujeitos a doses de radiação suficientes para os danificar, mas insuficientes para os matar - excluindo portanto o processo necrótico e possibilitando a apoptose (já que «uma célula morta não pode cometer suicídio») -, parecem confirmar esta tendência dos linfócitos para escolherem a via mais segura.

 

Eliminação das Populações de Células T activas


A activação das células T periféricas maduras, que se inicia com a interacção do receptor da célula T com um peptídeo antigénico exposto na fenda de uma molécula MHC, conduz à proliferação e diferenciação de Células T em vários tipos de células efectoras e células T de memória. Uma vez eliminado o agente patológico, é fundamental eliminar as células que se encontram a produzir elevados níveis de citocinas que não são mais necessárias, podendo mesmo ser potencialmente prejudiciais para o hospedeiro. É o processo apoptótico que possibilita a remoção da população de células T expandida e eliminação das células TH activadas. Fora do timo, a maioria, senão toda a apoptose mediada pelo TCR das células maduras, algumas vezes referidas como morte celular induzida pela activação (AICD) é induzida através da via do Fas.

A morte celular por apoptose das células T activas afigura-se extremamente vantajosa, principalmente por duas razões. Primeiro, a induçao da morte celular programada após a neutralização do antigénio assegura o fim imediato da resposta imunitária sem implicar os custos metabólicos envolvidos na manutenção de um número elevado de células efectoras. Segundo, a morte dos clones de células T específicas para determinado antigene previnem a possível interferência destes no desenvolvimento de respostas imunitárias subsequentes contra antigénios não específicos para estes clones, evitando a competição por concentrações limitadas de factores de crescimento.


 


CONCLUSÃO


Como referido anteriormente, a morte celular programada constitui um importante mecanismo na manutenção da homeostasia do nosso organismo. Mais ainda no sistema imunitário, no qual o processo apoptótico desempenha um papel fundamental na manutenção da integridade do seu princípio básico: a distinção entre o self e o non-self pelos intervenientes na resposta imunitária. Um aumento da apoptose nos linfócitos poderia levar a situações de imunodeficiência devido à perda das células. De forma controversa, a inibição da apoptose poderia levar ao desenvolvimento de doenças auto-imunes e linfomas.

Embora nos últimos 20 anos se tenha avançado muito no conhecimento dos mecanismos apoptóticos intervenientes na homeostasia do sistema imunitário, alguns processos relevantes e seus intervenientes continuam por esclarecer. No entanto, ficam aqui descritos muitos dos processos apoptóticos que fazem do sistema imunitário um dos melhores exemplos da importância da apoptose na manutenção da homeostasia do corpo humano e da sua integridade. Nomeadamente, as duas grandes vias de regulação da morte celular dos linfócito´s: a apoptose por negligência e a apoptose por indução. Outra via de grande relevância no sistema imunitário poderia ser abordada - indução de apoptose pelas células T citotóxicas -, embora num contexto que não a manutenção da integridade imunológica do indivíduo e o exercício da sua identidade biológica única.

 


REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS


AZEVEDO, C. (coord.), Biologia Celular e Molecular (4ªedição), Portugal, Lidel – Edições Técnicas, Lda, 2005.


COHEN, J., Duke, R., Fadok, V., Sellins, K., 1992, Apoptosis and Programed Cell Death in Immunity, Annu. Rev. Immunol.: 267-93.


GOLDBY, R. A., Kindt, T. J., Osbourne, B. A., Kuby Immunology (4e), WH Freeman and Company, 2000.



JANEWAY,Charles A. Jr, Shlomchik, Mark, Travers, Paul, Walport, Mark, Immunobiology: The Immune System in Health and Disease (6ª edição), Garland Science, 2004.


MARSDEN, V., Strasser, A., 2002, Control of Apoptosis in the immune system: Bcl-2, BH3 – Only proteins and more, Annu. Rev. Immunol.Vol.21 (Abril 2003): 71-105.


MERINO, R. et al., Modulation of anti-IgM-induced B cell apoptosis by Bcl-xL and CD40 in WEHI-231 cells. Dissociation from cell cycle arrest and dependence on the avidity of the antibody-IgM receptor interaction, 1995, The Journal of Immunology, vol 155, Issue 8: 3830-3838.


RATHMELL, J.C., Thompson, C. B., Pathways of Apoptosis in Lymphocyte Development, Homeostasis, and Disease, 2002, Cell, Vol. 109: 97-107.


 



publicado por Ana Silva Martins às 18:46
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Quarta-feira, 4 de Outubro de 2006
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publicado por Ana Silva Martins às 22:53
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Sábado, 30 de Setembro de 2006
Morfofisiologia S.R. masculino. Espermatogénese. Controlo Hormonal

Morfofisiologia do Sistema Reprodutor Masculino

 


Órgãos Sexuais Externos:

Pénis:

  • Corpo coberto por tecido epitelial que se apresenta mais fino e sensível na extremidade – glande – sendo especialmente responsável pela estimulação e prazer sexual.

  • Prepúcio – dobra de pele que cobre a glande.

  • Constituído por tecido eréctil que inclui duas estruturas:

    • Corpos cavernosos – localizados na parte dorsal do pénis.

    • Corpo esponjoso – localizado ventralmente.

  • Possui uma extensa rede de nervos e uma densa rede de vasos sanguíneos.

Escroto:

  • Porção de pele constituída por tecido conjuntivo e muscular.

  • Testículos:

    • Gónadas masculinas que produzem os espermatozóides e a hormona sexual masculina (testosterona). Nos humanos localizam-se externamente, no escroto.

    • No homem adulto têm duas funções importantes:

                           - Produção de espermatozóides

                           - Prod. de hormonas sexuais

    • Os seus septos contêm um nº elevado de túbulos seminíferos.

       Nos túbulos seminíferos:

  • Células de Sertoli: Responsáveis pela nutrição das espermatogónias, localizam-se na periferia dos túbulos seminíferos
  • Espermatogónias: Diferenciam-se em espermatozóides.

         No Espaço intersticial:

  • Células de Leydig – responsáveis pela síntese de testosterona.

  • Linfa, sangue, fibras nervosas e tecido conjuntivo



Órgãos Sexuais Internos:

Vias Genitais:

Epidídimos – Estruturas tubulares que têm a função de armazenar espermatozóides.

Canais Deferentes.

Uretra – transporta o esperma para o exterior do organismo masculino. Pertence também ao sistema urinário, sendo o único órgão que não é exclusivo do sistema reprodutor masculino.

Glândulas Anexas Secretoras:

Vesículas Seminais – produzem líquido seminal.

Glândula de Cowper – produzem líquidos que auxiliam na limpeza das vias genitais masculinas antes de ocorrer a ejaculação.

Próstata – sintetiza o líquido prostático.



Espermatogénese e Maturação dos Espermatozóides



Espermatogénese – processo de diferenciação das espermatogónias em espermatozóides, que ocorre nos testículos e implica divisões meióticas e mitóticas.

  1. Espermatogónias:

  • Encontram-se presentes nos testículos durante o desenvolvimento embrionário e a infância (bem como as células germinativas primitivas);

  • Têm origem na divisão mitótica seguida de diferenciação das Células Germinativas Primitivas (ou Imaturas), que se encontram no bordo da membrana dos tubos seminíferos;

  • A espermatogénese inicia-se (a partir da puberdade) com a multiplicação celular das espermatogónias (mitose) e o aumento do volume celular, seguido de uma diferenciação, que origina espermatócitos primários, que se deslocam para o interior dos túbulos seminíferos.


  1. Espermatócitos:


  •  Espermatócito I (primário) (2n=46)        passa a           Espermatócito II (secundário) (n=23) 

Vantagens:

  • Permite reduzir para metade o número de cromossomas;

  • Permite a introdução de variabilidade genética, dado que durante a divisão I da meiose ocorre recombinação do material genético por fenómenos de crossing-over.


  • De seguida, cada Espermatócito II sofre uma segunda divisão meiótica (divisão II), originando dois espermatídeos, cada um com n=23 cromossomas, formados por um cromatídeo apenas.


  1. Espermatídeos:

Após se terem formado, os espermatídeos deslocam-se para o lúmen dos túbulos seminíferos, onde sofrem a etapa final da espermatogénese – a Espermiogénese.

Ocorrem apenas alterações citológicas, originando os espermatozóides.

Objectivo: adequação dos gâmetas à deslocação para alcançarem o oócito II e o fecundarem

Caracterização do processo:

  • Grande parte do citoplasma e do respectivo conteúdo é perdida, com uma redução substancial da dimensão dos espermatozóides;

  • Núcleo:

    • encontra-se na cabeça do espermatozóide,

    • torna-se compacto, embora não se verifiquem modificações no conteúdo genético;

    • é recoberto por um capuz formado por vesículas do Complexo de Golgi – acrossoma – que possui enzimas que, quando libertadas, permitem perfurar a camada protectora do oócito II.

  • Mitocôndrias: responsáveis pela produção de energia, concentram-se na peça intermédia, fornecendo energia para os batimentos do flagelo, essenciais à locomoção no aparelho feminino.

  • Flagelo: desenvolve-se, sendo formado por filamentos que, quando batem, impulsionam o espermatozóide



Nota:

    • A espermatogénese demora 70 a 80 dias e é constante, sendo possível encontrar células em diferentes estádios de desenvolvimento ao longo dos túbulos seminíferos. Qualquer problema ou modificação temporária das condições de espermatogénese pode, assim, originar problemas de fertilidade por um período de dois a três meses.

    • Uma vez iniciado, o processo de espermatogénese nunca mais termina.



Papel das Células de Sertoli na Espermatogénese:

  • Providenciam o suporte mecânico e nutritivo das células espermatogénicas e também estão localizadas nos túbulos seminíferos.

  • Protegem as células germinativas, formando uma barreira entre as células germinativas e qualquer substância tóxica que possa circular no sangue.

  • Segregam a maioria do líquido presente no lúmen, nos túbulos seminíferos, muito rico em nutrientes, hormonas masculinas e certos iões que estimulam o desenvolvimento dos espermatozóides e os nutrem.

  • Produzem um fluido que auxilia a condução dos espermatozóides dos túbulos seminíferos até aos epidídimos.



Maturação dos Espermatozóides


  • A contínua produção de fluídos nos túbulos seminíferos gera um gradiente de pressão que encaminha os espermatozóides para os epidídimos, onde o excesso de fluído é reabsorvido.

  • Quando os espermatozóides lá chegam ainda se encontram imaturos e incapazes de fecundar um oócito II, pois apresentam uma reduzida mobilidade.

  • A maturação dos espermatozóides ocorre nos Epidídimos( 1 a 2 semanas):

    • O excesso de fluído é reabsorvido;

    • Ocorre a síntese de diversos nutrientes, hormonas e enzimas que auxiliam a maturação dos espermatozóides;

    • Tornam-se mais resistentes às variações de temperatura e pH (as secreções vaginais são ácidas).

  • Contracções rítmicas dos músculos dos epidídimos permitem o transporte dos espermatozóides até ao sistema de vasos deferentes.



Constituição do Esperma


Espermatozóides

Líquido Seminal:

  • Provém das vesículas seminais;

  • Constitui 60% do volume de esperma ejaculado;

  • Contém muco e proteínas que lhe conferem uma consistência espessa;

  • Contém frutose, uma fonte energética para o espermatozóide, pois, devido às suas reduzidas dimensões, este não é auto-suficiente em termos nutritivos;

  • Contém prostaglandinas que estimulam as contracções rítmicas no sistema reprodutor feminino, auxiliando a movimentação dos espermatozóides até ao local de encontro com o oócito II

Líquido prostático:

  • Produzido na próstata

  • Líquido pouco espesso de aspecto leitoso

  • Constitui 1/3 do volume do esperma

  • Contém ácido cítrico, cálcio, enzimas e prostaglandinas

  • Tem um pH próximo de 6,5 – é mais básico do que as secreções vaginais, sendo importante na protecção dos espermatozóides até à fecundação – neutraliza a acidez vaginal aumentando a mobilidade dos espermatozóides;

  • Além deste líquido, a próstata produz uma enzima de coagulação que actua nas proteínas do líquido seminal, convertendo o esperma numa massa gelatinosa.

Secreções das glândulas de Cowper:

  • Volume muito pequeno de uma solução alcanina e mucóide

  • Têm como funções neutralizar a acidez da uretra e lubrificar a extremidade do pénis.



Estimulação Sexual e Erecção

1.  Estimulação Sexual

2. Resposta do sistema nervoso autónomo- Os vasos sanguíneos que transportam o sangue para o interior do pénis dilatam-se, aumentando o fluxo sanguíneo a este órgão.

 O corpo esponjoso enche-se e espande-se.

3. Erecção do Pénis - O pénis torna-se duro e eréctil, facilitando a sua penetração na vagina.



Etapas da impulsão do esperma pelo canal deferente e uretra:


Emissão: contracções dos músculos dos canais contendo espermatozóides e das glândulas acessórias movem os espermatozóides e as várias secreções p dentro da uretra.


Ejaculação: a rigidez do pénis e as contracções musculares de outros músculos que rodeiam a uretra, na base do pénis, provocam a saída do esperma.


 
Controlo Hormonal


Retroalimentação -  mecanismo hormonal que permite o controlo da concentração de diversas hormonas dentro de intervalos fixos e estáveis.


Pode ser:

  • Negativa – o excesso de hormonas sexuais em circulação inibe o funcionamento do complexo hipotálamo-hipófise.

  • Positiva – este excesso estimula o mesmo complexo.

Hormona hipotalâmica – é produzida no hipotálamo e condiciona a produção de outras hormonas pela hipófise.

GnRH – hormona libertadora de gonadotrofinas.

Hormonas hipofisárias – produzidas pela hipófise, actuam nos sistemas reprodutores masculino e feminino.


FSH – hormona folículoestimulante.

LH – hormona luteinizante.

 

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Morfofisiologia S.R. feminino. Oogénese, ciclo ovárico e ciclo uterino. Controlo Hormonal


Morfofisiologia do Sistema Reprodutor Feminino



Órgãos Sexuais Externos:

Vulva – inclui:

  • Lábios maiores e lábios menores –dois pares de pregas de pele que circundam e protegem a abertura da vagina (orifício genital) e da uretra.

  • Clitóris:

  • órgão anatomicamente homólogo ao pénis

  • constituído por tecido eréctil

  • funciona como foco sensorial na resposta sexual, dado ter uma densa superfície de terminações nervosas que aumentam a sensibilidade ao toque, pressão e temperatura.


Órgãos Sexuais Internos:

Gónadas:

Ovários:

  • Dois órgãos de forma oval que pesam cerca de 15 gramas

  • Situados na zona pélvica

  • Mesma origem embrionária que os testículos e de função idêntica

  • Funções: produção de células germinativas e hormonas.

Vias Genitais:

Trompas de Falópio (ou oviductos):

  • Estruturas tubulares muito musculadas, com 10 a 12 cm de comprimento

  • Proporcionam uma via de passagem das células reprodutivas femininas dos ovários até ao útero.

  • Apresentam internamente cílios que impelem os oócitos II até ao útero

  • Estão ligadas ao útero mas não aos ovários, apresentando-se nessa terminação rodeadas por fímbrias que circundam parcialmente cada ovário.

Vagina:

  • Órgão muscular cujas paredes têm a propriedade de se contrair e relaxar

  • Estende-se desde a abertura da vulva até ao útero

  • A sua parede interior segrega um fluido, durante a estimulação sexual, que actua como lubrificante.

  • Contém poucas terminações nervosas, sendo, como tal, relativamente insensível ao toque e à pressão

  • A abertura da vagina é parcialmente coberta por uma membrana – o hímen -, que pode ser rompido por actividade física vigorosa ou com a primeira relação sexual.

Útero:

  • Órgão altamente musculoso

  • Localizado na parte inferior do abdómen, entre a bexiga e o recto

  • A sua parede consiste num revestimento – endométrio (que muda de espessura ao longo do ciclo menstrual) – e numa cobertura de músculo liso – miométrio.

  • As paredes uterinas contraem e relaxam durante a estimulação sexual e o trabalho de parto.

  • Canal cervical - estreita passagem na extremidade inferior do útero.

  • Colo do útero (ou Cérvix) – Terminação do útero que contacta com a vagina.

 

Oógenese, Ciclo Ovárico e Ciclo Uterino



Oogénese – inicia-se durante o desenvolvimento embrionário e, por meiose, produz oócitos maduros, desde a puberdade até à menopausa.


  1. Oogónias:

Durante os 2º e 3º meses de desenvolvimento embrionário, começam a ocorrer fenómenos de mitose em algumas oogónias que se transformam em oócitos I (primários) (2n=46).

  1. Oócitos I/Folículos primários:

    • Os oócitos I aumentam de tamanho e são rodeados por uma camada de células foliculares (células granulosas), denominando-se este conjunto por folículo primário ou folículo primordial.

    • Os oócitos I que não se trasformam em folículos primários degeneram.

    • Durante os 4º e 5º meses de desenvolvimento embrionário, o número de folículos primários aumenta, atingindo o seu número máximo por volta do 6º mês.

    • Zona Pelúcida: os folículos primários são rodeados por uma camada de células granulosas que segregam mucopolissacarídeos que formam um revestimento (ou membrana) que se situa entre as células foliculares e o oócito.


Previne a entrada de substâncias como proteínas, iões, drogas que poderiam destruir o folículo primário.

  • Teca Interna: o tecido conjuntivo que rodeia o folículo primário diferencia-se (6º mês de gestação), formando uma camada de células muito vascularizada que rodeia o folículo.

  • Os folículos primários mantêm-se na etapa de metáfase da meiose I até à puberdade.

  1. A oógenese prossegue até à formação de um oócito II.


Ciclo Ovárico


Fase Folicular:

  • Um oócito I transforma-se em oócito II.

  • Em cada folículo de Graaf o oócito I aumenta e as células em redor proliferam.

  • Passada uma semana, um dos folículos apresenta-se maior do que os outros, continuando a crescer, enquanto os restantes degeneram (sofrem atresia).

  • No folículo maior, as células foliculares mantêm o oócito I em crescimento, fornecendo-lhe nutrientes que serão usados nos estádios iniciais de desenvolvimento, caso o oócito I seja fecundado.

  • Instantes antes da ovulação é terminada a primeira divisão meiótica do oócito, em que a divisão citoplasmática é desigual.


Oócito II (secundário): Conserva quase todo o citoplasma.

1º Glóbulo Polar: De reduzidas dimensões, acaba por degenerar.


Permite ao oócito reter a maioria do citoplasma sem afectar a redução cromossómica, priginando uma célula de elevadas dimensões, que, caso seja fecundada, poderá ser capaz de se dividir autonomamente nos primeiros dias.

Ovulação:

  • Ocorre ao 14º dia.

  • O folículo segrega enzimas proteolíticas que rompem a superfície do ovário, permitindo que o oócito II se liberte para as trompas de Falópio.

Fase Luteínica:

  • As células foliculares continuam a proliferar, formando uma massa de tecido endócrino – corpo amarelo (ou corpo lúteo).

  • O corpo lúteo permanece no ovário e desenvolve uma função endócrina.

  • No caso de não haver fecundação, o corpo lúteo degenera.



Ciclo Uterino


Fase proliferativa:

  • Decorre após 5 dias do início do ciclo ovárico, durante a fase folicular

  • O endométrio começa a crescer, estimulado pelos estrogénios, e desenvolvem-se glândulas.

Fase Secretora:

  • Decorre por volta do 5º dia após a ovulação, enquanto o ovário está na fase luteínica e segrega elevadas quantidades de progesterona.

  • O endométrio continua a aumentar de espessura, as glândulas a segregarem glicogénio, e a vascularização a aumentar, de modo a que o útero alcance o seu estádio máximo de preparação para acolher uma gravidez.

  • Permanece nesse estado durante 9 dias.

Menstruação:

  • Ocorre se o blastocisto não se fixar durante esses 9 dias.

  • Os teores de estrogénios e progesterona diminuem drasticamente, as artérias dilatam e as suas paredes rebentam.


Parte do endométrio entra em colapso, desprende-se e flui para fora do organismo através da vagina.



Controlo Hormonal


Antes da puberdade, a secreção de gonadotrofinas é baixa e os ovários estão inactivos.

Entre a puberdade e a menopausa, os ciclos ovárico e uterino são controlados por hormonas produzidas no complexo hipotálamo-hipófise.

A menstruação marca o início do ciclo ovárico e uterino. Uns dias antes do início da menstruação, a hipófise começa a aumentar a secreção de FSH e LH. Em resposta, alguns folículos começam a sofrer maturação nos ovários e, simultaneamente, ocorre aumento da produção de estrogénio pelas células foliculares.


  • Primeiros 12 Dias: O aumento de estrogénio diminui a produção de LH e FSH – Retroalimentação negativa.

  • 12º Dia: O aumento de estrogénio faz aumentar vertiginosamente o LH e diminuir acentuadamente o FSH – Retroalimentação positiva


O LH estimula a ruptura do folículo maduro e a libertação do oócito II (ovulação). Posteriormente, estimula as células foliculares a transformarem-se no corpo lúteo e a segregarem estrogénios e progesterona.

  • Entre o 14º e 28º Dia: A degeneração do corpo lúteo (26º dia) provoca a diminuição drástica da produção de progesterona, provocando a desintegração do endométrio e consequente menstruação. A diminuição da concentração de hormonas sexuais no sangue provoca a estimulação da hipófise e do hipotálamo – retroalimentação negativa.


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publicado por Ana Silva Martins às 22:55
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Fecundação. Desenvolvimento embrionário. Parto e aleitamento


Fecundação



A fecundação ocorre no primeiro terço das trompas de Falópio.


O movimento dos espermatozóides ao longo do aparelho reprodutor feminino é condicionado e determinado por diversos factores:

  • Factores associados à própria estrutura dos espermatozóides;

  • Secreções produzidas pela vagina e pelo colo do útero;

  • As secreções são produzidas sob a forma de um muco, essencialmente constituído por glicoproteínas, sais e água.

  • O volume e a consistência deste muco variam com o ciclo ovárico, em resposta às variações hormonais de estrogénios e progesterona:

        1. O aumento da concentração de estrogénios por volta do 14º dia estimula o colo do útero a produzir grandes quantidades de muco, que se apresenta pouco viscoso e com maior conteúdo em água. No muco ocorre associação das glicoproteínas em fibras alongadas que formam canais, facilitando a passagem dos espermatozóides no cérvix, criando assim condições favoráveis à fecundação.

        2. Quer no início quer no fim do ciclo, as concentrações hormonais específicas estimulam o cérvix a produzir um muco mais viscoso que bloqueia os canais glicoproteicos, criando uma barreira à migração dos espermatozóides.




Processo de Fecundação:

Reacção Acrossómica – série de eventos em que o acrossoma degrada a parede do oócito II, permitindo a fecundação.


  1. Reconhecimento do espermatozóide – ocorre quando a cabeça do espermatozóide entra em contacto (por reconhecimento entre marcadores superficiais – glicoproteínas) com a zona pelúcida situada externamente.

  2. Penetração na Zona Pelúcida – ocorre uma série de fusões entre a membrana externa do acrossoma, resultando na formação de canais. Estes expandem-se, permitindo que macromoléculas saiam. Destaca-se um conjunto de enzimas proteolíticas, que se dispersam, rodeando o oócito, permitindo, assim, que o espermatozóide degrade a zona pelúcida e se ligue à membrana do oócito II.

  3. Formação da membrana de fecundação – Após atravessar a zona pelúcida, o espermatozóide induz a formação de uma membrana de fecundação. As moléculas de reconhecimento desaparecem, tornando impossível a penetração de outro espermatozóide.


Com a fecundação, o oócito II é estimulado a completar a segunda divisão da meiose, formando-se um óvulo haplóide e o segundo glóbulo polar – composto quase exclusivamente pelo núcleo, com reduzido conteúdo citoplasmático – que degenera.

Em aproximadamente 12 horas, a membrana nuclear do óvulo desaparece, havendo fusão dos 23 cromossomas do espermatozóide – cariogamia (fusão dos núcleos).

                Formação de um zigoto diplóide com 2n=46 cromossomas.

Reacção Cortical - Imediatamente a seguir a ocorrer a cariogamia, constata-se a exocitose de grânulos corticais para a periferia do óvulo, entre a zona pelúcida e a membrana plasmática, formando uma nova camada que dificulta a ligação e penetração por mais espermatozóides.



Desenvolvimento Embrionário



  • Fase Germinal (2 primeiras semanas após a fecundação):


1. Segmentação (Zigoto Emb. monodérmico) (6/7 dias):

Decorre enquanto o zigoto se desloca pela trompa de Falópio até ao útero.

Cerca de 24h após a fecundação, o zigoto sofre a primeira clivagem. A partir daí, as divisões celulares prosseguem com rapidez.

Ciclos mitóticos produzem um corpo celular sólido denominado mórula. A massa deste permanece constante, de modo que cada uma das células fica menor a cada ciclo de divisão celular.

Enquanto a mórula atravessa a trompa, o folículo pós-ovulatório transforma-se no corpo lúteo e o ciclo ovárico da mãe entra na fase luteínica.

Cerca de três dias após a fecundação ter ocorrido, o embrião chega ao útero, onde permanece livre por cerca de mais três dias.

A mórula flutua livremente no lúmen do útero e é nutrida por secreções uterinas, enquanto se desenvolve até à forma embrionária denominada blastocisto.

Após esse período, fixa-se ao endométrio, num processo designado por nidação.



  • Fase Embrionária (2ª - 8ª semanas):


2. Gastrulação (Embrião monodérmico Emb. tridérmico):

Nidação – Fixação do blastocisto à parede do útero.


  • Entre o 6º e 7º dias, o blastocisto implanta-se no útero com o lado contendo o botão embrionário virado posicionado para o endométrio.

  • As células trofoblásticas apresentam microvilosidades à superfície, que se interdigitam com as células endometriais, produzem enzimas que digerem o endométrio e fagocitam as células endometriais mortas.

  • Entre o 7º e o 21º dias, o blastocisto continua a sofrer a implantação no endométrio uterino.

Anexos Embrionários – Estruturas transitórias que resultam dos folhetos germinativos e asseguram a fixação e nutrição do ser em desenvolvimento.

  • Durante a implantação, as células trofoblásticas formam microvilosidades na região externa que invadem o endométrio, assegurando a fixação do embrião. Estas células lançam para o endométrio enzimas digestivas, que criam cavidades nos tecidos maternos preenchidas por sangue que permitem a nutrição do novo ser em desenvolvimento.

  • O trofoblasto diferencia-se em Córion.

  • A ectoderme expande-se até se unir, formando a cavidade amniótica e dando origem ao Âmnio.

  • A endoderme, pelo mesmo processo, origina a Vesícula Vitelina.



Anexos Embrionários - Funções

Córion

Membrana que envolve todo o embrião e reveste outros anexos embrionários. Protege o embrião e contribui para a sua fixação na parede uterina. Constitui ainda uma ampla superfície de trocas entre o embrião e a mãe.

Âmnio

Membrana que envolve todo o embrião. Permite o desenvolvimento do embrião em meio líquido, protegendo da dessecação, dos choques mecânicos e mantendo a temperatura constante. O líquido amniótico é qualitativamente semelhante ao plasma, diferindo em termos quantitativos, uma vez que, em relação a este, contém apenas 5% das proteínas e menos glicose. Os 700 ml de líquido amniótico renovam-se continuamente a cada 2 horas.

Vesícula Vitelina

Armazena substâncias nutritivas para o embrião. Estrutura vestigial.

Alantóide

Função respiratória. Armazenamento de excreções. Estrutura vestigial.

Cordão Umbilical

Anexo exclusivo dos mamíferos, resulta da integração da vesícula vitelina e alantóide. Permite a comunicação entre o embrião e a placenta. Apresenta duas artérias e uma única veia, estruturas que garantem a nutrição e respiração do embrião.

Placenta

Anexo exclusivo dos mamíferos, resulta da fusão do córion com a mucosa uterina (anexo misto). Tem por função nutrir o embrião, promover as trocas gasosas e eliminar excreções. Para além disso, tem uma função endócrina pois produz gonadotrofina coriónica, progesterona e estrogénios.


  1. Morfogénese – Série de passos e sinais entre as células, mudança na forma e função celulares, migração e mesmo morte celular programada. Determinadas células tornam-se estrutural e bioquimicamente especializadas, por um processo de diferenciação, organizando-se em tecidos e órgãos.


  • Fase Fetal (a partir 8ª semana).



Mudanças Físicas e Hormonais durante a gravidez


Desde o início da fase luteínica, a progesterona, segregada pelo corpo lúteo, manteve o útero com espessamento máximo de forma a permitir a fixação e o desenvolvimento do feto, mesmo que ainda não tenha ocorrido a nidação.

Com a nidação, a situação do blastocisto que conseguiu a implantação está ainda longe de ser segura. Este, ao nível do córion (células trofoblásticas), sintetiza a hormona hCG (Gonadotrofina Coriónica Humana), que actua de forma semelhante à LH, mantendo o corpo amarelo a produzir estrogénios e progesterona. Estas hormonas actuam no útero, impedindo a fase menstrual, permitindo assim a nidação do blastocisto.

Entre o 1º e 2º meses, as células da placenta passam a sintetizar estrogénios e progesterona, o que durará até ao final da gravidez, verificando-se a regressão do corpo amarelo, mas a manutenção do espessamento máximo do útero.

Para além das modificações hormonais que afectam o funcionamento do sistema reprodutor feminino, outras modificações ocorrem no organismo da mãe:

    • Cardio-vasculares: aumento do volume sanguíneo da mãe para cerca de 30% no final da gravidez, aumento do débito cardíaco, melhoramentos na produção de energia.

    • Digestão e Nutrição: Os nutrientes ingeridos em excesso são armazenados durante o primeiro trimestre e utilizados durante o segundo e terceiro trimestres, quando o crescimento fetal impõe maiores necessidades do que as que podem ser atendidas pela ingestão. Aumento do apetite, aumento do tempo de trânsito pelo tubo digestivo, o que promove a reabsorção de água, provocando obstipação. Aumento médio do peso da mãe de 11-12 kg.

    • Respiratórias: Condicionamento do desempenho respiratório – dilatação capilar de todo o aparelho resp, levando ao estreitamento da faringe, laringe, traqueia e brônquios, dificultando a respiração nasal.

    • Urinárias: Aumento do peso do rim e dilatação ao nível dos ureteres. Tendência para infecções. Aumento do volume urinário diário.



Parto e Aleitamento


Parto:

Contracções fortes e esporádicas ocorrem ao longo da gravidez, mas com o aproximar do parto estas tornam-se mais fortes, regulares e frequentes. O parto inicia-se quando as contracções uterinas ocorrem com intervalos de 10 a 15 minutos.

O parto envolve contracções uterinas sob o efeito de controlos hormonais:

Oxitocina:

    • Potencia em alto grau as contracções uterinas, tornando-se estas mais fortes e rítmicas, sendo produzida nas etapas finais da gravidez.

    • No início do trabalho de parto, a pressão da cabeça do feto contra o colo uterino inicia um reflexo hormonal que aumenta a sua secreção pela hipófise posterior.

    • Estimula o útero a produzir prostaglandinas.

Prostaglandina:

    • Produzida pelo útero.

    • Activa o músculo uterino.

    • Na sua ausência, o colo do útero não se dilata de maneira adequada, impedindo a progressão normal do trabalho de parto.

Relaxina:

    • Assim como o estrogénio e a progesterona, a relaxina também é segregada inicialmente pelo corpo lúteo.

    • Na gravidez, a maior parte da relaxina provém, provavelmente, do músculo uterino e da placenta.

    • Amolece o tecido conjuntivo entre os ossos da cintura pélvica, de modo que a abertura pélvica se alargue, permitindo ao bebé atravessá-la mais facilmente na altura do parto.

    • Amolece o colo uterino, podendo contribuir para o desencadeamento do trabalho de parto no final da gestação, facilitando a actuação da oxitocina.

Progesterona:

- Inibe as contracções uterinas, pelo que a sua produção tem que cessar uns dias antes do parto, permitindo a actuação de todas as outras hormonas associadas ao desencadear do trabalho de parto.


 

Aleitamento:

Uma série de hormonas (estrogénio, progesterona, prolactina) estimulam o desenvolvimento do peito, que aumenta de tamanho durante a gravidez, adquirindo uma maior complexidade ao nível do sistema de ductos e alvéolos.

Todavia, as elevadas concentrações de estrogénio e progesterona durante a gravidez impedem a produção de leite materno.

A expulsão da placenta no parto acarreta uma diminuição da concentração daquelas hormonas, permitindo a acção estimuladora da prolactina (sintetizada na hipófise) na síntese de leite materno nos alvéolos e no seu direccionamento para os ductos. Estes encontram-se circundados por músculo liso que acaba por encaminhar o leite até ao mamilo por meio de canais.

Após o nascimento, a secreção basal de prolactina retorna, em poucas semanas, aos níveis anteriores à gravidez, ocorrendo apenas picos de secreção cada vez que a mãe amamenta. A sucção do bebé provoca uma estimulação da hipófise, libertando prolactina. O pico de concentração pode durar uma hora, produzindo-se leite que fica armazenado para a amamentação seguinte.

O leite resulta da extracção de uma série de substâncias do sangue – glicose, aminoácidos, gorduras...

A oxitocina também actua na estimulação da produção de leite materno, estimulando a sua ejecção em consequência da estimulação do peito. Tal como a prolactina, a oxitocina é libertada periodicamente, em resposta aos momentos de aleitamento.

Se a ausência de estimulação se prolongar, não se verifica a produção de leite, podendo esta parar ao fim de cerca de sete dias.

Em condições normais, verifica-se a diminuição da produção de leite entre os 7º e 8º meses, mas o peito pode prolongar a produção de leite por vários anos.

Aleitamento e ciclo menstrual: A prolactina, libertada pela estimulação da sicção, inibe a produção de GnRH pelo hipotálamo, e consequente diminuição da concentração de FSH e LH. Desta forma, o aleitamento tende a diminuir a fertilidade feminina, pois os níveis de estrogénio e progesterona são reduzidos, não ocorrendo os ciclos ovárico e menstrual.


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publicado por Ana Silva Martins às 22:53
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Controlo da Fertilidade. Reprodução medicamente assistida


Controlo da fertilidade



Contracepção e Métodos Contraceptivos

Métodos Contraceptivos: Conjunto de técnicas que têm por objectivo evitar a gravidez – são utilizados até ao momento em que o ovo está completamente implantado no ovo.


A contracepção pode ser realizada de três formas:

  • evitando a produção e libertação de gâmetas das gónadas;

  • impedindo a fecundação;

  • controlando a nidação.

Métodos Naturais:

    • Métodos Naturais (rítmicos): têm por base o período fértil da mulher e não envolvem tecnologias físicas nem farmacológicas, tendo como principal objectivo impedir a fecundação.


  • Método de Ogino – abstenção de relações sexuais durante o período fértil da mulher (do 12º ao 18º dias do ciclo ovárico) que pode ser observado num calendário.

  • Método da temperatura corporal basal A temperatura rectal deve ser avaliada antes de levantar e em jejum, verificando-se que sobe alguns décimos de grau imediatamente a seguir à ovulação e que se mantém nesse patamar durante a fase de evolução do corpo amarelo. No período compreendido entre o 3º dia após a subida da temperatura e o primeiro dia da menstruação, em virtude de o óvulo já ter degnerado, não há possibilidade de surgir uma gravidez.

  • Método de Billings – A viscosidade do muco cervical muda no decurso do ciclo. O muco torna-se abundante, transparente e fluido pouco antes da ovulação, ao contrário do resto do ciclo menstrual em que se apresenta muito viscoso.

  • Coito interrompido – consiste em retirar o pénis antes da ejaculação. Porém, durante os instantes que antecedem a ejaculação, há libertação de líquidos lubrificantes que podem conter espermatozóides suficientes para fecundar o oócito II.


    • Razões que explicam a baixa taxa de eficácia destes métodos (65%):

  • Os espermatozóides podem sobreviver até 3 dias no interior do sistema reprodutor feminino;

  • O óvulo está viável até um dia após a ovulação;

  • Factores como doenças e stress podem alterar o ciclo ovárico.



Métodos Tecnológicos:

  • Métodos Tecnológicos – há recurso a técnicas e a fármacos para evitar a gravidez.


  • Métodos Cirúrgicos: são aparentemente métodos perfeitos de contracepção.

  • Vasectomia – intervenção cirúrgica simples com recurso a anestesia local, na qual o cirurgião retira uma porção de cada canal deferente e sutura as extremidades.

  • O esperma deixa de conter espermatozóides – estes continuam a ser produzidos, mas como não conseguem sair dos testículos são destruídos pelos macrófagos por processos de fagocitose.

  • Não afecta os níveis hormonais masculinos nem a sua resposta sexual. A quantidade de esperma ejaculado apenas diminui 5% (dado não conter espermatozóides).

  • Laqueação das Trompas – corte e sutura das trompas, pelo que é interrompido o percurso do óvulo nas trompas de Falópio, sendo bloqueada a chegada de espermatozóides até ao oócito II.


  • Não afecta a concentração de hormonas femininas nem a resposta sexual.


  • Métodos Barreira: evitam o transporte de esperma ou a implantação do ovo.

  • Preservativo – feito de material impermeável (látex..), é colocado no pénis quando este está erecto. O esperma fica, assim, aprisionado dentro do preservativo e os espermatozóides não contactam com a vagina, protegendo também das DST. Actualmente, já se encontram desenvolvidos preservativos femininos.

  • Diafragma – peça de borracha que encaixa sobre o cérvix, bloqueando a entrada de espermatozóides no útero. Antes de ser colocado é lubrificado com um gel ou creme espermicida (substância química que mata ou incapacita os espermatozóides).


O creme, gel e espuma espermicidas podem ser usados sozinhos, sendo colocados com a ajuda de um aplicador; contudo a sua taxa de eficácia é reduzida.

  • Dispositivo Intra-Uterino – pequena peça de plástico ou cobre que é inserida no útero, impedindo a nidação.


  • Métodos químicos/hormonais:

  • Pílula – anticoncepcional oral, muito difundido a partir da década de 60 quando a liberdade sexual feminina teve o seu início e auge.

  • É o método mais utilizado e tem uma eficácia na ordem dos 99%, se usado convenientemente.

  • O seu mecanismo de actuação baseia-se no impedimento da ovulação. As pílulas mais comuns contêm doses baixas de estrogénio e progesterona sintéticas (progestinas), mas que são suficientes para inibir a produção de gonadotrofinas por parte do complexo hipotálamo-hipófise. O ciclo ovárico é, assim, suspenso, deixando de ocorrer a maturação dos folículos.

  • «Minipílula» - contraceptivo oral que contém quantidades muito baixas de progestinas. Embora esta diminuta quantidade possa influenciar a maturação do folículo e a ovulação, o seu objectivo de actuação é tornar o muco cervical mais espesso e viscoso de modo a dificultar a passagem dos espermatozóides e impedir a fecundação e a proliferação do endométrio.

  • Implantes e injecções de longa duração de estrogénio e progesterona:

  • Norplant – conjunto de tubus finos, cheios de progestinas, que são inseridos sob a pele, onde permanecem, libertando o seu conteúdo durante anos.

  • Depo-Provera – injecção intramuscular de progestina.

  • Anel Vaginal – anel flexível, transparente, com um diâmetro de 54mm e uma espessura de 4 mm, contendo duas hormonas femininas sintéticas que vão sendo libertadas continuamente, em pequenas quantidades, para a corrente sanguínea.

  • «Pílula do dia seguinte» - liberta grandes quantidades de hormonas sexuais, principalmente estrogénio, que vão actuar ao nível das trompas de Falópio e do endométrio, de modo a prevenir a implantação do ovo.



Porque razão a maioria dos métodos contraceptivos se destina à mulher? Tal deve-se ao facto de ser muito difícil controlar a fertilidade masculina, uma vez que a produção de espermatozóides é um processo contínuo, o que torna impossível bloquear uma dada etapa. Ao invés, a produção de gâmetas na mulher é cíclica e fácil de controlar. A interrupção da espermatogénese teria que ser total, o que requer uma intervenção química muito forte e contínua, que provocaria efeitos secundários muito nefastos à saúde do homem.



Métodos Abortivos


Métodos Abortivos Causam a morte do embrião


  • Aborto Espontâneo – aborto ocorrido no início da gestação devido, na maioria dos casos, a anormalidades nos fetos ou no processo de implantação.

  • Aborto Terapêutico – praticado, com intervenção médica, nos casos em que o diagnóstico pré-natal revela que o feto apresenta malformações graves ou em que a saúde da mãe está em risco.


O método consiste em dilatar o cérvix e remover o feto e o endométrio por meios físicos.

  • Após as 12 semanas de gestação, o risco associado ao aborto aumenta consideravelmente.




Infertilidade e R.M.A.




Reprodução medicamente assistida (R.M.A.)conjunto de técnicas que visam obter uma gestação, substituindo ou facilitando uma etapa deficiente no processo reprodutivo.

Sinais de alarme: incapacidade de engravidar após 2 anos do início do planeamento de uma gravidez.

  • Esterilidade – Incapacidade para engravidar por meios naturais (feminina e masculina).

  • Subfertilidade – Restrições à capacidade de conceberem naturalmente (relacionado com o casal).

  • Infertilidade Idiopática – sem causas evidentes.




Infertilidade Masculina



  • Causas de infertilidade Masculina:

Modificações no normal funcionamento de um dos seguintes níveis:

  • Produção adequada de gonadotrofinas que actuam na estimulação da espermatogénese;

  • Testículos capazes de responder àquelas hormonas, produzindo esperma;

  • Sistema de ductos intactos para a expulsão de esperma (ao nível dos epidídimos, canais deferentes, próstata e uretra);

  • Produção de fluido seminal e prostático;

  • Sistema nervoso intacto para controlo da erecção peniana e ejaculação.

Aspectos relacionados com os espermatozóides, importantes para a fecundação do oócito II:

  • Número – os espermatozóides podem encontrar-se presentes em número reduzido ou, então, não existir (azoospermia).

  • Morfologia – no que toca à forma e estrutura, os espermatozóides com cabeças não ovais, peças intermédias partidas ou malformadas, ou mesmo com flagelos incapazes de gerar movimentação, apresentam dificuldades de fecundar o oócito II e de se movimentarem nas vias genitais femininas. Cerca de 60% dos espermatozóides devem possuir um aspecto normal.

  • Mobilidade espermática – pelo menos 50% dos espermatozóides produzidos devem ser móveis, e 25% devem movimentar-se rapidamente, isto é, devem possuir uma estrutura e forma adequadas à locomoção.

Outras causas:

  • Problemas hormonais: níveis reduzidos de testosterona são geralmente acompanhados por uma diminuição do desejo sexual e capacidade ejaculatória, que podem ser restabelecidos com terapia hormonal.

  • Danos ao nível dos testículos resultantes de infecções, inflamações, problemas circulatórios e determinadas doenças, destacando-se o cancro testicular.

  • Factores ambientais:

    • Febre

    • Exposição prolongada a altas temperaturas

    • Agentes químicos e radiações.

  • Disfunções Sexuais (Impotência): resulta numa resposta sexual anómala, podendo ser causada por desregulações hormonais, neurológicas, psicológicas, doenças ou drogas. Poderá funcionar como factor de ansiedade, stress e frustração, em que uma das mais graves consequências se constata ao nível dos relacionamentos pessoais.

  • Lesões mecânicas ou relacionadas com alguma doença que afecte o sistema nervoso, nomeadamente a espinal medula ou o cérebro (ex: a esclerose múltipla ou a diabetes podem provocar danos no sistema nervoso, bem como modificar as pressões sanguíneas).

  • Determinadas drogas e substâncias (fármacos): podem provocar um efeito depressor no sistema nervoso, dificultando a erecção e ejaculação durante o acto sexual.


  • A extensão dos danos está dependente da intensidade e tempo de exposição.



  • Métodos de diagnóstico das causas da infertilidade masculina:

Análises Hormonais: quantificação de gonadotrofinas e testosterona.

Exames médicos: rastreio às principais causas orgânicas.

Espermograma: avalia a quantidade e qualidade dos espermatozóides no sémen.

Testes genéticos: despistagem de doenças associadas à produção de espermatozóides.

Biopsia testicular: inferir acerca do funcionamento e estrutura testiculares.

Análise à urina: permite averiguar a presença de microorganismos no tracto urinário (DST’s), principalmente dos sectores comuns ao sistema reprodutor.

Averiguação dos antecedentes e elaboração de um quadro histórico da vida social e cultural do indivíduo.



  • Tratamentos que podem auxiliar o combate à infertilidade masculina:

Tratamentos hormonais: regulação da produção de espermatozóides nos testículos.

Tratamento de torções testiculares e determinadas doenças do aparelho genital;

Inibição da produção de anticorpos contra os espermatozóides, para aumento da sua concentração no esperma;

Desbloqueio das vias genitais;

Resolução de patologias do foro psicológico ou associadas ao sistema nervoso, que podem provocar distúrbios associados à erecção e consequente desempenho sexual.


No caso de nenhum dos métodos se mostrar eficaz na resolução do problema, podem ser implementadas técnicas de reprodução medicamente assistidas e exclusivas do homem, e que visam a recolha de espermatozóides directamente dos testículos:

Biopsia testicular – extracção e análise de pequenos fragmentos de testículo, para verificação da existência de espermatozóides e, em caso positivo, serem extraídos e utilizados em procedimentos de reprodução assistida.

Aspiração Testicular – uma fina agulha de biopsia retira pequeníssimos fragmentos de tecido que podem conter espermatozóides.

Aspiração Percutânea de esperma – inserção de uma agulha muito fina nos epidídimos, para obtenção de um volume considerável de espermatozóides.



Infertilidade Feminina



  • Causas de infertilidade Feminina:

Ausência de Ovulação relacionada com:

      • Inadequada produção de gonadotrofinas;

      • Incapacidade dos ovários em responderem à variação da produção daquelas hormonas;

      • Modificações na estrutura ovariana e danos ovarianos resultantes de infecções;

      • Inflamações e tumores.

Problemas hormonais relacionados com o excesso de actividade física, a anorexia e o stress.

Produção de um muco cervical muito espesso que bloqueia a entrada dos espermatozóides para o útero, ou muco em reduzidas quantidades, não cumprindo assim a sua função de protecção dos espermatozóides contra a acidez vaginal.

Doenças nas trompas de Falópio podem bloquear o transporte do óvulo até ao útero.


Endometriose – produção de um tecido semelhante ao endométrio em locais para além do útero, que pode apresentar-se como quistos ou nódulos, reduzindo o diâmetro das trompas de Falópio.

Alterações anatómicas e fisiológicas uterinas podem estar na base da dificuldade em conceber e prosseguir com a gravidez até aos estádios finais, salientando-se as infecções uterinas e os pólipos endometriais.

Factores imunológicos: anticorpos femininos contra o esperma que reduzem as capacidades de deslocação dos espermatozóides ao longo do útero.

Problemas hormonais que acarretam desordens ao nível do ciclo ovárico e da sua regulação cíclica. Em muitas mulheres não se verifica a maturação final de um dos folículos, não ocorrendo assim a ovulação. A origem deste problema poderá estar associada à reduzida produção de FSH e LH ou à incapacidade dos ovários responderem às variações da concentração destas hormonas.

- Neste caso, os ovários apresentam-se com quistos de pequenas dimensões (ovários poliquísticos) que podem ser detectados por quantificação da concentração de estrogénios no sangue e por análises de ultra-sons vaginais, que permitem determinar o número, o tamanho e o desenvolvimento dos folículos.

- Este problema pode ser medicamente ultrapassado com a indução da ovulação por tratamentos hormonais, em que a resposta dos ovários ao tratamento é acompanhada por ultra-sons vaginais regulares. Os medicamentos são formados por compostos diversificados, mas que apresentam, geralmente, na sua composição gonadotrofinas, para estimularem a maturação de um dos folículos e, consequentemente, a ovulação.


  • Métodos de diagnóstico da infertilidade feminina:

Exames médicos: rastreio às principais causas orgânicas;

Caracterização hormonal;

Estudo das trompas de Falópio, de forma a verificar se há alguma obstrução e, portanto, proceder à sua eliminação;

Ecografia abdominal, para verificar o estado do útero, ovários e controlar o ciclo ovárico;

Análise ao muco cervical, com o objectivo de se avaliar a mobilidade dos espermatozóides no colo do útero;

Despistagem de DST’s;

Testes Genéticos;

Ultra-som vaginal;

Biopsia Endometrial;

Laparoscopia – pode detectar e corrigir problemas no sistema reprodutor feminino, nomeadamente bloqueios que impedem o transporte dos espermatozóides e dos oócitos.




Técnicas de Reprodução Medicamente Assistida


  • Na RMA, são realizados todos os exames de diagnóstico aos dois elementos, de forma a elaborar um plano de acção médica, com escolha dos métodos mais adequados em função do casal, com a determinação da sua sequência se necessário, bem como das possíveis conjugações de métodos para obtenção de melhores resultados.



Inseminação Artificial

 


Inseminação Artificial: Deposição de esperma, previamente processado, directamente na cavidade uterina, com recurso a um cateter, de modo a que estes possam deslocar-se até às trompas de Falópio para fecundarem o oócito II.

Aplica-se nas seguintes situações:

      • problemas ao nível do esperma, principalmente quanto ao nº de espermatozóides;

      • incompatibilidades entre o esperma e o muco cervical;

      • incapacidade de o homem ejacular na vagina por motivos de impotência, psicológicos ou outros.

Permite aumentar a hipótese de gravidez porque os espermatozóides são colocados directamente num ambiente menos adverso, não passando pelo cérvix, o que aumenta a eficiência de transporte do esperma até ao oócito II.

Se o problema de infertilidade se centrar na produção de oócitos por parte da mulher, esta técnica pode ser complementada com a indução da ovulação, aumentando o risco de gravidezes múltiplas.

Se a gravidez não ocorrer numa primeira inseminação artificial, este procedimento terá que ser repetido nos três ciclos seguintes.




Fecundação In Vitro


Fecundação In Vitro:  união, em laboratório, de um espermatozóide com um oócito, em condições de assepsia e a uma temperatura média de 37ºC.


Aplica-se nos seguintes casos:

      • as trompas de Falópio encontram-se bloqueadas ou danificadas, e não podem ser recuperadas com o auxílio da cirurgia, e o transporte do esperma e do oócito, bem como a fecundação e o transporte do zigoto não podem ocorrer;

      • o homem apresenta um factor de infertilidade associado a um nº muito reduzido de espermatozóides, de má qualidade e com reduzida mobilidade;

Procedimento:

  1. Com o objectivo de se obterem mais oócitos do que o normal, a paciente é geralmente submetida a uma estimulação da ovulação.

  2. Quando maduros, estes oócitos são cuidadosamente colhidos, recorrendo-se a uma aspiração do conteúdo dos folículos (que contêm os oócitos), sendo imediatamente colocados numa placa para observação ao microscópio da sua maturidade e qualidade.

  3. Os oócitos são colocados em meio de cultura próprio.

  4. Cada oócito é combinado com cerca de 75000 a 100 000 espermatozóides, dentro de uma caixa de petri.

  5. Uma vez fecundados, o zigoto permanece entre dois e seis dias no laboratório, e só ao fim deste período de tempo é introduzido no útero, sob a forma de embrião. A transferência dos embriões é feita com o auxílio de um fino cateter que é introduzido até à cavidade uterina, guiado por ultra-som, não havendo necessidade de a paciente ser anestesiada.

  6. A mulher é sujeita a um tratamento hormonal para auxiliar a nidação dos embriões, sendo realizada uma análise ao sangue para averiguar a ocorrência de uma gravidez. Caso o teste seja positivo, os tratamentos prolongam-se até à oitava semana. Em caso de teste negativo, o casal pode ser sujeito a mais um ciclo de procedimentos médicos, podendo recorrer-se a possíveis embriões congelados.

Nem todos os oócitos II conseguidos são fecundados e, destes, nem todos formam embriões com capacidade para se fixarem no útero, daí a necessidade de um número de oócitos II superior ao normal, sendo muitos desperdiçados.

Gestação Múltipla – constitui uma das desvantagens da fecundação in vitro. Actualmente, já pode ser evitada com a transferência tardia dos embriões fecundados em laboratório, permitindo:

      • transferir em estádio de blastocisto, com maior potencial de desenvolvimento e, portanto, com maior probabilidade de nidação;

      • proceder a uma selecção mais rigorosa dos blastocistos que reúnam as melhores condições, com implantação de três ou mais embriões;

      • possibilitar maior sincronização com o ciclo menstrual natural, transferindo-se os embriões numa altura em que o endométrio se encontra preparado para a nidação;

      • evitar que haja mais de um embrião implantado.

Os embriões que reúnam todas as condições necessárias mas que sejam excedentes podem ser congelados, para que possam ser utilizados em tentativas posteriores de engravidar – crioconservação.



Injecção Intracitoplasmática de Espermatozóides (ICSI)


Microinjecção – introdução artificial de um espermatozóide dentro de um óvulo, provocando a fecundação. Posteriormente, o embrião é transferido para o útero ou para as trompas de Falópio.

 


Durante a ICSI, o flagelo do espermatozóide é removido no laboratório para que fique imóvel e não danifique o ovo após a fecundação.

É indicada para homens cujo sémen possua uma baixa concentração de espermatozóides ou que tenham algum canal obstruído, seja por uma patologia congénita ou adquirida por uma vasectomia e que não tenha tido sucesso na reversão. Mesmo que não haja espermatozóides visíveis num espermograma, pode recorrer-se a uma aspiração dos epidídimos ou biopsia dos testículos para conseguir espermatozóides (mesmo que não sejam móveis) e a partir daí fazer uma microinjecção.


música: u1 - Reprodução Humana e Controlo da Fertilidade

publicado por Ana Silva Martins às 22:50
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Mendel e leis da hereditariedade; Excepções; T.Cromossómica da hereditariedade; Trabalhos de Morgan

 

Conceitos Introdutórios



Linhagens puras – (homozigóticas) definem-se por terem sempre, durante várias gerações, descendentes com a mesma forma.


Fenótipo – característica detectável que resulta da manifestação do genótipo (um ou mais caracteres).

Genótipo – composição alélica específica de um indivíduo, para um dado gene ou para um grupo de genes.


Alelos – genes responsáveis pela mesma característica fenotípica e situados no mesmo par de cromossomas homólogos – no mesmo locus.

Gene – fragmento funcional de DNA, cuja actividade pode originar o aparecimento de um fenótipo observável; «unidade fundamental física e funcional da hereditariedade, que leva informação de uma geração à seguinte, sendo composto por um segmento de DNA. Deriva do grego “gen”, que significa origem.»

Locus – lugar no cromossoma que ocupam os alelos para uma mesma característica. (Plural: loci)


Homozigótico – indivíduo que para um dado caracter apresenta um gene com alelos iguais.

Heterozigótico – indivíduo que para um dado caracter apresenta genes diferentes, um dominante e outro recessivo.

Hemizigótico – termo usado para genes ligados ao cromossoma X no homem e em outros seres vivos que só tenham um cromossoma X.


Cromossoma – composto por uma única molécula de DNA. Extremamente longa e associada a proteínas.

Cromatina – complexo formado por DNA e proteínas que constitui os cromossomas das células eucarióticas.


Autossomas – cromossomas não sexuais.

Heterossomas – cromossomas sexuais.


Transmissão de Características Hereditárias



As Experiências de Mendel e as Leis da Hereditariedade


Planta escolhida: ervilheira de jardim (Pisum sativum).


Características que a tornaram num material preferencial de estudo:

  • facilidade de cultivo;

  • elevado número de descendentes;

  • disponibilidade de variedades com características diferentes;

  • corola cuja estrutura possibilita o controlo da polinização, já que a disposição das suas pétalas impede a entrada de pólen de outras plantas.

Mecanismos de controlo da experiência:

  • Corola com pétalas a recobrir os órgãos reprodutores;

  • Remoção dos estames, de forma a evitar a autopolinização;

  • Realização de dois cruzamentos com gâmetas masculinos roxos e brancos a fecundarem, respectivamente, gâmetas femininos brancos e roxos, de forma a que os resultados obtidos não pudessem ser atribuídos à origem dos gâmetas.


Características estudadas:

  • Sementes lisas/rugosas

  • Sementes amarelas/verdes

  • Flores púrpuras/brancas

  • Vagens lisas/rugosas

  • Vagens amarelas/verdes

  • Flores axiais/terminais

  • Caule alto/anão


Monoibridismo:

    1. Geração Parental: recorrendo a cruzamentos sucessivos (por autopolinização) e a selecções, Mendel isolou cada uma das suas linhagens de indivíduos puros.

    2. Descendência: As plantas resultantes da germinação das sementes da geração parental constituíram a primeira geração filial (F1). Em alguns casos foi permitida a autopolinização das plantas da geração F1, produzindo-se, assim, uma segunda geração filial (F2).

    3. Resultados:

Geração parental: 100% homozigótica (AA e aa)


Geração F1: 100% heterozigótica (Aa).

Geração F2: 25% homozigótica dominante (AA)

                     50% heterozigótica (Aa)

                     25% homozigótica recessiva.


Razão fenotípica – 3:1

Razão genotípica - 1:2:1


    1. Conclusões:

  • O progenitor da geração parental que apresentava um fenótipo liso ao nível das ervilhas possuia dois factores (alelos) dominantes, dado que o liso domina sobre o rugoso, tratando-se de linhas puras. Genotipicamente, tratavam-se de indíviduos SS;

  • Na mesma linha de raciocínio, o progenitor com sementes rugosas era genotipicamente ss;

  • Cada indivíduo da geração F1 possui um factor (alelo) de cada progenitor, apresentando-se todas as sementes fenotipicamente lisas, e os indivíduos genotipicamente heterozigóticos (Ss);

  • Da autopolinização de F1 resulta a geração F2, com três genótipos possíveis, nomeadamente o SS (1/4), o Ss (2/4) e o ss (1/4), na razão já apresentada de 1:2:1;

  • Como o S é dominante, apenas resultam dois fenótipos, na proporção de 3:1.


Primeira Lei de Mendel/Lei da Segregação Independente dos Factores: os dois factores hereditários (alelos) de uma característica (gene) segregam-se independentemente para os gâmetas, de modo que metade dos gamêtas possui um dos factores, e a outra metade possui o outro factor da mesma característica.


Diibridismo:

    1. Objectivo: tentar compreender os processos de transmissão genética de dois ou mais caracteres em simultâneo, através da constatação se os alelos (factores) de genes (características) diferentes sofrem um fenómeno de segregação semelhante aos alelos de um mesmo gene, ou se eles se mantêm associados durante a formação dos gâmetas.

    2. Hipóteses:

  • As características mantém-se associadas (segregação dependente): as plantas de F1 deveriam produzir dois tipos de gâmetas (Sye sy) e a geração F2, resultante da autopolinização de F1, deveria apresentar uma proporção fenotípica 3:1.

  • A segregação de alelos (factores) de genes (características) diferentes é independente: há a produção de quatro tipos de gâmetas (SY, Sy, sy, e sY) em proporções idênticas. Quando combinados aleatoriamente, produzem uma geração F2 contendo nove genótipos e quatro fenótipos diferentes, na razão 9:3:3:1.

III. Resultados:

Geração Parental: 100% homozigótica para as duas características (SSYY, ssyy).


Geração F1: 100% heterozigótica para as duas características (SsYy)


Geração F2: 9/16 fenótipo dominante para as duas características (SSYY)

                     3/16 fenótipo recessivo para uma, dominante para outra (ssYy; ssYY)

                     3/16 fenótipo dominante para uma, recessivo para outra (Ssyy; SSyy)

                     1/6 homozigótica recessiva para as duas características (ssyy)


Os cruzamentos diibridos efectuados por Mendel confirmaram os resultados previstos para a segregação independente de factores (alelos) de características (genes) diferentes.

Aparecem em F2 duas novas classes fenotípicas, sendo denominadas fenótipos recombinantes.


IV. Segunda Lei de Mendel/Lei da Segregação Independente dos Caracteres: factores (alelos) de características (genes) diferentes segregam-se independentemente durante a formação de gâmetas.



Retrocruzamentos/Cruzamentos-teste:

Permitem determinar o genótipo dos indivíduos fenotipicamente dominantes.

Ao efectuar um cruzamento com um homozigótico recessivo é possível conhecer o genótipo de um dado indivíduo, uma vez que:

  • se for heterozigótico, aproximadamente ½ dos descendentes apresentará um fenótipo dominante, enquanto os restantes serão fenotipicamente recessivos;

  • se for homozigótico, todos os descendentes serão fenotipicamente dominantes.



Árvores Genealógicas - árvores de família que demonstram a segregação de fenótipos e alelos ao longo de várias gerações em indivíduos que têm relações de parentesco.

Hereditariedade dominante autossómica:

  • doença manifesta-se num elevado número de descendentes e em todas as gerações;

  • para haver descandentes afectados, um dos progenitores tem de estar afectado;

  • aproximadamente 50% dos descendentes de um progenitor afectado também são afectados;

  • o fenótipo ocorre de forma indiferente em ambos os sexos;

  • os heterozigóticos são afectados pela doença.

Hereditariedade recessiva autossómica:

  • pais não afectados podem originar descendência afectada;

  • aproximadamente 25% dos descendentes de pais não afectados podem ser afectados;

  • o fenótipo ocorre de forma indiferente em ambos os sexos;

  • reduzido número de indivíduos afectados pela doença.


Em genealogias que apresentam uma hereditariedade recessiva é comum manifestar-se a doença em descendentes de cruzamentos entre parentes (consanguíneos). Se o alelo recessivo for raro na população em geral, as hipóteses de duas pessoas portadoras do mesmo alelo raro acasalarem são reduzidas. Por outro lado, se determinado alelo está presente numa família, dois primos podem compartilhar o mesmo alelo.



Excepções às leis de Mendel


Dominância Incompleta – situações nas quais o fenótipo dos heterozigóticos é intermédio entre os dois homozigóticos, sem ocorrer mistura dos alelos, pois aparecem homozigóticos em F2.


Alelos Múltiplos (Polialelismo) – existência de mais de dois alelos num dado gene.

Podem surgir alterações num alelo de um indivíduo, que, posteriormente, o pode transmitir à sua descendência, provocando o aparecimento de mais de dois alelos para um dado gene numa população. Todavia, cada indivíduo apenas possui dois alelos, herdados dos seus progenitores.

Co-dominância – nenhum alelo exerce dominância sobre o outro e ambos se expressam fenotipicamente. (ex: sistema sanguíneo ABO)


Alelos letais – causam a morte pré ou pós-natal, ou então produzem uma deformidade significante. A combinação letal (em homozigotia recessiva) modifica a proporção dos fenótipos dos sobreviventes (2:1).



Teoria Cromossómica da Hereditariedade


De Walter Sutton e Theodor Boveri (1902).

Permite explicar, através de processos celulares, as conclusões obtidas por Mendel.

Pressupostos:

  • Os genes estão localizados em cromossomas;

  • Os cromossomas formam pares de homólogos que possuem no mesmo locus alelos para o mesmo caracter;

  • Em cada par de cromossomas, um tem origem materna e o outro paterna;

  • Durante a meiose ocorre disjunção dos homólogos que são transmitidos aos gâmetas, promovendo a segregação dos alelos;

  • A segregação dos alelos localizados em cromossomas diferentes é independente;

  • Através da fecundação, há formação do ovo (2n), em que cada gene está representado por dois alelos, localizados em loci correspondentes de cromossomas homólogos.


 


Trabalhos de Morgan – Hereditariedade ligada ao sexo e Ligação Factorial



Factores que influenciaram a escolha da Drosophila melanogaster como material experimental:

  • dimensões reduzidas;

  • elevado número de descendentes;

  • ciclo de vida muito curto;

  • existência de dimorfismo sexual;

  • número reduzido de cromossomas;

  • diversidade de características controláveis;

  • cultura e manipulação em laboratório relativamente fáceis.


Linkage ou Ligação Factorial

Quando dois genes estão localizados no mesmo cromossoma, estes não se segregam de forma independente, sendo na maioria das vezes herdados juntos. Desta forma, as proporções mendelianas esperadas não ocorrem, verificando-se uma maior frequência dos fenótipos parentais.

Tal confirma o facto de o número de cromossomas ser inferior ao número de genes, pelo que um só cromossoma teria de conter vários genes.

Mas, sendo assim, porque surgem fenótipos recombinantes num cruzamento-teste?

  • No caso de ocorrer uma ligação absoluta, o que é muito raro, a segregação independente dos caracteres apenas ocorreria para loci em cromossomas diferentes.

  • Na verdade, pelo facto de o cromossoma ser quebrável, há a possibilidade de ocorrer recombinação dos genes, isto é, genes em loci diferentes no mesmo cromossoma podem separar-se durante a meiose.


Na Prófase I da meiose pode ocorrer crossing-over entre os dois cromossomas homólogos. Estas regiões do cromossoma podem ser trocadas reciprocamente, tornando-se recombinantes. Assim, nem todos os descendentes possuirão os fenótipos parentais, surgindo em seu lugar fenótipos recombinantes.

  • As frequências de recombinação são tanto maiores quanto mais afastados estiverem os dois loci, uma vez que tal facilita a separação e recombinação durante a meiose.


Hereditariedade ligada ao sexo

As fêmeas podem ser heterozigóticas para genes localizados no cromossoma X, contudo, os machos serão sempre hemizigóticos no que respeita aos genes localizados no cromossoma X, uma vez que só possuem um alelo para estes genes que é sempre expresso.


Cruzamentos recíprocos podem, no caso de a característica estar localizada em cromossomas sexuais, originar resultados diferentes entre machos e fêmeas.

Da análise de árvores genealógicas de fenótipos recessivos ligados ao cromossoma X podemos concluir:

  • o fenótipo surge com muito maior frequência em machos do que em fêmeas, pois estas necessitariam dos dois alelos recessivos;

  • um macho com a doença apenas as pode transmitir às suas filhas, pois os filhos recebem o cromossoma Y do pai;

  • as filhas que recebem um cromossoma X com o alelo para a doença são heterozigóticas portadoras, apresentando-se fenotipicamente normais. Neste caso, podem transmitir a doença à sua descendência;

  • o fenótipo da doença pode não aparecer em algumas gerações se o cromossoma portador passar do pai para a filha e desta para o seu filho.

Quando o alelo responsável pela doença se localiza no cromossoma Y todos os filhos de pais com a anomalia apresentam a doença.


música: U2 - Património Genético e Alterações do Património Genético

publicado por Ana Silva Martins às 22:47
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Organização e Regulação do Material Genético


Organização e Regulação do Património Genético




Organização do Material Genético nos Procariontes e Eucariontes:


DNA em células procarióticas e eucarióticas:


Procariontes

Eucariontes

Localização

Disperso no citoplasma

Núcleo das células, mitocôndrias e cloroplastos

Organização

Só possuem 1 molécula de DNA

Possuem vários cromossomas

Forma

circular

linear

Histonas

ausentes

presentes

Ribossomas

70 - s

80 - s

Transcrição

Simples

directa

Complexa

há migração

maturação do RNA



Gene

  • Unidade fundamental física e funcional da hereditariedade.

  • Segmento da molécula de DNA.


      Cromossoma: molécula de DNA, extremamente longa e associada a proteínas.



  • Organização da cromatina nos cromossomas:

    - O DNA é uma molécula de grandes dimensões, que necessita de ser estabilizada por complexos proteícos para evitar que se fragmente.

    - Como o DNA possui carga negativa ( devido aos grupos fosfato), ligar-se-à às histonas (proteínas) que possuem muitos aminoácidos com carga positiva.

    - Forma-se uma estrutura que se designa nucleossoma e cuja unidade fundamental é composta por 146 pares de bases, duplamente enroladas em redor de um complexo de histonas.


A molécula de DNA (cromossoma) assim enrolada e empacotada ocupa um reduzido espaço e pode ser armazenada no núcleo.

 

  • A disposição da cromatina dentro do núcleo e o seu grau de condensação variam de um tipo celular para outro e são características de cada célula. O mesmo tipo de célula pode apresentar a cromatina com vários graus de condensação, de acordo com o estágio funcional da mesma:

    • Interfase: a cromatina encontra-se uniformemente dispersa (pouco condensada) e filamentosa.

    • Profase: cada cromossoma enrola-se sobre si mesmo condensando-se, ficando cada vez mais curto e estreito, em forma de bastão.

    • Fase S: cada cromossoma sofre duplicação.


  • Estrutura de um cromossoma metafásico:

    • Cromatídeos: duas moléculas iguais de DNA produzidas por replicação durante a fase S do ciclo celular.

    • Centrómero: principal constrição do cromossoma e local onde este se liga às fibras do fuso acromático. Pensa-se que o centrómero seja constituído por sequências repetidas de DNA específico ligado a proteínas. Associado a cada centrómero está um cinetocoro, estrutura formada por proteínas, à qual se ligam os microtúbulos. Os cromossomas são classificddados e acordo com a posição do centrómero em metacêntricos, submetacêntricos, acrocêntricos e telocêntricos.

    • Telómero: extremidades dos cromossomas. Previnem a degradação dos cromossomas por exonucleases (enzimas que degradam o DNA a partir dos extremos da molécula), mantendo a sua estabilidade e impedindo a formação de anomalias aquando da divisão celular. São formados por sequências de DNA repetitivas e inertes, o que permite que as extremidades de diferentes cromossomas não estabeleçam interacções entre si.

    • Cromatina: complexo formado por DNA e proteínas que constitui os cromossomas das células eucarióticas.


  • Existem várias técnicas que permitem a coloração dos cromossomas.

    • Pensa-se que as diferenças de côr se devem à existência de diferentes proporções entre as bases azotadas.

    • Os padrões de bandas que se formam são típicos da espécie e permitem dividir facilmente as diferentes regiões dos cromossomas, pois cada banda pode ser numerada.

    • Vantagens:

    • identificação de modificações no cromossoma;

    • auxílio na detecção de doenças

    • determinados corantes permitem determinar quais as zonas do cromossoma em que se encontram os genes activos, isto é, quais as zonas onde ocorre a transcrição e estudar a regulação da expressão génica ao longo do desenvolvimento e diferenciação.



Material Genético Extranuclear


Embora a maioria do material genético se encontre no núcleo, as mitocôndrias e os cloroplastos também possuem material genético.


  • Este material encontra-se organizado em cromossomas circulares, pelo menos 1 por organelo, podendo existir mais cópias. Estes cromossomas apresentam características semelhantes aos cromossomas bacterianos (argumento favorável à teoria endossimbiótica).

  • DNA Mitocondrial:

    • Codifica para proteínas associadas à obtenção de energia pela respiração, bem como para o RNA associado ao processo de transcrição e tradução. No entanto, a maioria das proteínas provêm da expressão de genes nucleares.

    • O RNAm é traduzido no citoplasma e as proteínas encaminhadas para a mitocôndria, onde se juntam às que são sintetizadas no próprio organelo.

    • O código genético mitocondrial apresenta algumas diferenças do resto do genoma.

  • DNA Cloroplastidial:

    • Os genes estão relacionados com processos de obtenção de energia (ATP) pela fotossíntese, codificando para proteínas associadas ao metabolismo fotossintético.

    • Tal como nas mitocôndrias, parte das proteínas, ou subunidades proteícas, derivam de genes nucleares, ocorrendo o transporte de proteínas para o interior do cloroplasto. Também se encontram genes que codificam para o RNA e proteínas associadas à maquinaria da expressão génica.



Genoma


  • Conjunto de todos os genes de um determinado organismo.

  • O tamanho do genoma eucarionte é, em geral, muito superior ao dos procariontes devido, em parte, à sua maior complexidade.

  • A comparação da dimensão do genoma entre eucariontes não permite obter informação acerca da complexidade do organismo.

  • Importância para a sociedade da sequênciação do genoma:

      • prever as consequências de muitas disfunções, incluindo doenças;

      • diagnóstico precoce;

      • melhorias nos tratamentos;

      • informação sobre os diferentes grupos de população que habitam o mundo;

      • informação sobre a evolução.


Cariótipo


  • Cariótipo humano: 23 pares de cromossomas (22 autossomas, 1 heterossomas).

  • O número de cromossomas não reflecte linearmente a complexidade dos organismos, pois para além do número temos que ter em conta as dimensões...

  • Os cromossomas num mesmo genoma variam muito de tamanho. Os cromossomas num cariótipo encontram-se organizados por ordem decrescente de tamanho.



Tipos de DNA presentes num cromossoma eucarionte:


  • DNA que codifica para genes funcionais: pode ocorrer uma ou mais cópias. A maioria dos genes ocorre apenas uma vez, mas os que sintetizam para o RNA, nomeadamente o ribossomal, encontram-se em elevado número, com mais do que uma cópia por genoma.

  • DNA repetitivo:pode compor sequências com ou sem sentido, originando, neste último exemplo, os centrómeros e os telómeros. A sua função não foi ainda claramente demonstrada.

  • DNA espaçador: designa-se frequentemente por DNA lixo e corresponde a todas as unidades que ainda não foram identificadas e sem função aparente.




Regulação do Material Genético



Síntese proteíca – conceitos básicos


    Etapas do processo de síntese proteíca em eucariontes:

  1. Transcrição

  2. Maturação

  3. Migração

  4. Tradução

    • Iniciação

    • Alongamento

    • Finalização






Regulação do material genético - conceitos introdutórios



  • Se não regulasse a expressão dos genes, a célula produziria constantemente proteínas em elevadas quantidades. Mas nem todas as proteínas são necessárias em determinadas circunstâncias e nas mesmas quantidades.

     

Regulação ao nível da Transcrição:

  • Um gene não possui apenas na sua sequência bases que serão transcritas para RNA; possui sequências associadas à sua regulação e à ligação com a RNA polimerase.

    • Promotor: região do DNA à qual se liga uma RNA polimerase para dar início à transcrição.

      - Procariontes: o promotor tem a designação de Pribow-box.

      - Eucariontes: os promotores existem em maior número e a maiores distâncias. Estas sequências permitem a ligação de determinadas proteínas que auxiliam a ligação da RNA polimerase.

    • Indutor: proteína que induz a transcrição, mediando a ligação da RNA polimerase ao DNA.

    • Repressor: proteína que se pode ligar ao DNA, impedindo que a RNA polimerase avance, actuando como mecanismo de controlo da transcrição, ao regular a produção de RNAm de acordo com as necessidades.

  • Ao impedir a síntese de novo RNAm pelo mecanismo da transcrição, a célula consegue regular a produção de proteínas, pois os RNAm que tinha produzido anteriormente apresentam um período de vida curto, degradando-se em cerca de dois minutos. Um ciclo de degradação e nova síntese de RNAm nas células ocorre rápida e continuamente, o que constitui um requisito fundamental para o controlo da transcrição e um procedimento fulcral na regulação da expressão génica em procariontes.


Regulação ao nível da estrutura da cromatina:

  • Heterocromatina: zonas onde a cromatina se encontra altamente condensada e onde os genes não são transcritos (encontram-se silenciados).

  • Eucromatina: regiões com menor grau de condensação que, como se encontram menos enroladas, permitem a ligação da RNA polimerase ao DNA, possibilitando a ocorrência da transcrição.

  • O grau de condensação da cromatina permite, assim, controlar a expressão de um grande conjunto de genes, facilitando ou impedindo o contacto entre a enzima e o DNA.


Regulação ao nível do processamento, tradução do RNAm e pós-tradução:

  • O processamento de RNA inclui, nos eucariontes, o processo de excisão, em que determinados fragmentos de RNA são removidos, não sendo assim traduzidos em proteínas. Ao nível deste processo pode ocorrer regulação na selecção dos fragmentos a remover: um mesmo gene, ao ser transcrito em dois órgãos distintos origina RNAm iguais; todavia, este pode sofrer mecanismos de excisão diferentes, originando RNAm maduros igualmente diferentes. Consequentemente, nos dois órgãos podem formar-se duas proteínas com funções diferentes, codificadas por um mesmo gene.

  • A célula consegue controlar o tempo de duração de uma molécula de RNAm, manuseando a produção de proteínas. Se uma molécula de RNAm tiver um tempo de vida longo, poderá ser repetidamente lida pelos ribossomas, sendo assim traduzida em muitas moléculas de proteínas iguais entre si. Se tiver, pelo contrário, um tempo curto de vida, poucas proteínas se formarão a partir desse RNA. O tempo de vida pode ser modificado por complexos proteícos que se ligam e protegem o RNAm da degradação por enzimas presentes no citoplasma.

  • Tradução: a manipulação das proteínas específicas que permitem a ligação dos ribossomas ao RNAm permite à célula adequar a tradução, controlando a quantidade de proteínas que se formam por leitura do RNAm.




Regulação nos Procariontes


  • Expressão constitutiva: quando as proteínas são permanentemente necessárias e os respectivos genes são permanentemente transcritos.

  • Expressão induzida: as proteínas são apenas necessárias quando a bactéria se encontra a crescer em condições especiais.


  • Pelo facto de se tratar de células mais simples, a regulação ocorrerá essencialmente ao nível da transcrição, em detrimento da tradução. O processamento de RNAm não ocorre nas células procarióticas, pois o RNAm, logo após a transcrição, é imediatamente traduzido pelos ribossomas.


  • Os genes bacterianos possuem também sequências reguladoras, localizadas na sua proximidade. Estas sequências são em menor número e menos complexas que as dos eucariontes.



Modelo do Operão:


Em 1961, François Jacob e Jacques Monod propuseram o Modelo do Operão como principal mecanismo de controlo da expressão dos genes em bactérias.

  • Operão: unidade funcional constituída pelos seguintes elementos:

    • Genes estruturais: conjunto de genes que codificam proteínas com funções relacionadas, como, por exemplo, as várias enzimas de uma determinada via metabólica.

    • Promotor: sequência específica de nucleótidos do DNA à qual se liga a RNA polimerase e onde tem início a transcrição.

    • Operador: sequência de DNA que controla o acesso da RNA polimerase ao promotor e que permite activar ou desactivar a transcrição de todos os genes estruturais.

  • Gene Regulador: encontra-se a uma determinada distância do operão, tem o seu próprio promotor e codifica o repressor.

  • Repressor: proteína alostérica com duas formas, uma activa e uma inactiva. É específico, reconhece e liga-se apenas ao operador de um determinado operão.

  • A transcrição dos genes estruturais do operão origina uma longa molécula de RNAm. Este RNAm tem sinais de iniciação e de paragem que permitem individualizar as diferentes proteínas.


  • Tipos de regulação dos genes em procariontes:

    • Regulação negativa: o operão é bloqueado pela forma activa do repressor. A ligação do repressor activo ao operador impede a ligação da RNA polimerase ao promotor e inibe a transcrição.

        • Operão repressível:

            • O repressor é sintetizado na forma inactiva, com pouca afinidade para o operador, o que permite a transcrição dos genes estruturais. O produto final da via metabólica funciona como co-repressor e, quando a sua quantidade aumenta, liga-se ao repressor e activa-o. O repressor activo liga-se ao operador e bloqueia a transcrição. Quando a quantidade do produto final diminui, a transcrição é retomada.

            • Processo de regulação característico de vias anabólicas que sintetizam produtos essenciais a partir de percursores. A suspensão da transcrição de genes que codificam um produto presente no meio em quantidade suficiente permite poupar recursos e energia, sendo essencial para a resposta à variação das condições ambientais e adaptação evolutiva.

            • Ex: Operão trp em E.coli.

        • Operão indutível:

            • O repressor é sintetizado na forma activa e liga-se ao operador, bloqueando a transcrição dos genes. Um indutor inactiva o repressor e induz a transcrição dos genes.

            • Processo de regulação característico de vias catabólicas. Genes que codificam enzimas são apenas transcritos se o substrato estiver presente.

            • Operão lac em E.coli.

    • Regulação positiva: uma proteína reguladora, o regulão, estimula directamente a expressão dos genes

        • O regulão é activado pela ligação de uma molécula específica. Na sua forma activa, liga-se a um local a montante do promotor, facilitando o acesso da RNA polimerase ao promotor e induzindo a transcrição.

        • Um mesmo regulão actua em diferentes operões.


Regulação em Eucariontes


  • Apenas uma pequena parte do genoma dos eucariontes é ocupada por genes que codificam proteínas. No entanto, o número de proteínas produzidas pelos eucariontes excede largamente o número de genes. Este facto pode ser explicado tendo em consideração o seguinte:

      • os exões codificam sequências de aminoácidos, designadas domínios, que podem fazer parte de mais do que uma proteína. Diferentes combinações de exões formam diferentes proteínas;

      • sequências de DNA, que funcionam como intrões num determinado contexto, podem funcionar como exões e codificar proteínas num contexto diferente.



A regulação da expressão génica como resposta a factores internos e externos



  • A maioria do material genético de uma célula não se expressa, encontrando-se reprimido.

      • Este controlo da expressão genética está na origem da diferenciação celular, permitindo que só os genes específicos de um tecido sejam expressos nas células que o compõem. Assim, a expressão génica é o principal factor que determina as características estruturais, funcionais e comportamentais de uma célula, sendo a responsável pela ontogenia celular (história do desenvolvimento de um organismo ao longo da sua vida).


  • Numa dada célula, um gene pode exprimir-se só em determinados estádios de desenvolvimento ou em resposta a factores externos, como a modificação das condições ambientais.


  • Acção das hormonas esteróides (regulação em resposta a factor interno):

      • são produzidas nas glândulas reprodutoras e libertadas na corrente sanguínea, onde podem alcançar todas as células;

      • possuem a capacidade de atravessar a membrana plasmática e de se ligarem a receptores no interior da célula. O complexo que se forma pode entrar no núcleo pelos poros e ligar-se ao DNA, estimulando a expressão de genes específicos, cujas proteínas serão responsáveis pelo desenvolvimento de algumas características sexuais.

         

  • Acção do Operão da lactose em procariontes (regulação em resposta a factor externo):

      • Num meio pobre em lactose, as moléculas de -galactosidase (enzima que degrada a lactose) que existem no interior de uma célula de E. coli são em número reduzido.

      • Depois de se adicionar lactose ao meio, a célula rapidamente produz esta enzima, em grandes quantidades, para a sua degradação.

      • Quando a produção de -galactosidase é induzida, são produzidas mais duas enzimas: uma permease e uma trancetilase.

      • Estas enzimas são codificadas por genes estruturais.

      • Para além de os três genes serem adjacentes no mesmo cromossoma, eles são também transcritos num único RNA policistrónico. Mas, enquanto não houver lactose no meio, esses genes não são expressos.

      • No processo de regulação negativa, em operões como o da lactose, e na ausência de substrato, uma proteína repressora liga-se ao operador, impedindo que a RNA polimerase se ligue ao promotor, de tal forma que a transcrição não ocorre. Esta proteína repressora resulta do chamado gene regulador (ou gene l ou lac l), situado próximo dos genes estruturais.

      • O repressor liga-se a uma região do DNA próxima do gene que codifica para a -galactosidase e perto do ponto em que se inicia a transcrição do RNA policistrónico. É a especificidade do repressor (o repressor tem a capacidade de reconhecer uma sequência específica de DNA, ou seja, um operador específico) que determina que este se ligue ao ponto no DNA próximo do gene que ele controla, e não noutro local ao longo do cromossoma.

      • Estando o repressor ligado ao operador é impedida a transcrição do DNA pela RNA polimerase.

      • Derivados da lactose, ou a própria lactose, podem ligar-se ao repressor, alterando a sua configuração. Assim, este deixa de ter afinidade com o operador, e permite a ligação da RNA polimerase ao promotor, possibilitando a transcrição do operão.


  • Acção do Calor em eucariontes (regulação em resposta a factor externo):

      • Quando as células se encontram sujeitas a temperaturas superiores a 42ºC, mesmo que por curtos períodos de tempo, sofrem alterações nas suas proteínas. Estas adquirem outras conformações e podem deixar de ser funcionais, o que pode levar a morte celular.

      • Nestas situações, é activada a expressão de genes que originarão proteínas com capacidade de reverter as conformações incorrectas de outras proteínas e assim impedir a sua acumulação e consequentemente mau funcionamento celular.


música: U2 - Património Genético e Alterações do Património Genético

publicado por Ana Silva Martins às 22:45
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Tipos de Mutações. Mutações e Oncogénese


Mutações



Mutação – qualquer modificação ou alteração brusca de genes ou de cromossomas, podendo provocar uma variação hereditária ou uma mudança no fenótipo. A mutação pode produzir uma característica favorável num dado ambiente e desfavorável noutro.


  • Classificação das mutações:

    • Génicas – alteram a sequência de nucleótidos do DNA, por substituição, adição ou remoção de bases. Podem conduzir à modificação da molécula de RNAm que é transcrita a partir do DNA e, consequentemente, à alteração da proteína produzida, o que tem, geralmente, efeitos no fenótipo.

    • Cromossómicas – traduzem-se numa alteração da estrutura (mutação cromossómica estrutural) ou do número (mutação cromossómica numérica) de cromossomas. Podem afectar uma determinada região de um cromossoma, um cromossoma inteiro ou todo o complemento cromossómico de um indivíduo.

     

  • As mutações podem ocorrer em células somáticas ou germinativas:

    • Mutação somática – ocorre durante a replicação do DNA que precede uma divisão mitótica. Todas as células descendentes são afectadas, mas podem localizar-se apenas numa pequena parte do corpo. As mutações somáticas estão na origem de certos cancros. Não são transmitidas à descendência.

    • Mutação nas células germinativas – ocorre durante a replicação do DNA que precede a meiose. A mutação afecta os gâmetas e todas as células que deles descendem após a fecundação – é transmitida à descendência.

     

  • As mutações são importantes do ponto de vista evolutivo. São as mutações que dão origem à variabilidade de indivíduos de uma população sobre a qual actua a selecção natural.


  • As mutações podem ocorrer espontaneamente ou podem ser induzidas por exposição a um agente mutagénico.

 

  • Mutações espontâneas:

    • Podem ocorrer devido:

      • ao facto de que as quatro bases nucleotídicas podem existir sob duas formas diferentes, uma usual e outra muito rara. Quando uma base adquire, temporariamente, a sua forma rara, pode emparelhar-se com uma base diferente.

      • a erros na replicação do DNA motivados pela DNA polimerase. Quase sempre estes erros são reparados durante o processo de replicação do DNA, contudo, alguns persistem.

      • a erros na meiose ou mitose (não disjunção de homólogos ou cromatídeos, tendo como consequência a formação de células com excesso ou falta de cromossomas).

    • Onde ocorrem? Podem ocorrer em qualquer gene e em qualquer local do gene, no entanto:

      • são mais frequentes em regiões com sequências de DNA repetitivas ou simétricas, os chamados pontos quentes. Nestes locais, aumenta o risco de uma cadeia de DNA emparelhar consigo própria durante a replicação;

      • são mais frequentes em genes de maior tamanho, que, assim, têm uma maior probabilidade de sofrer alterações na sua sequência de bases;

      • são mais frequentes em genes do genoma mitocondrial que não tem mecanismos de reparação do DNA.

     

  • Mutações induzidas:

    • Agentes mutagénicos – substâncias químicas ou radiações que aumentam a probabilidade de ocorrência de mutações.

    • Principais agentes mutagénicos:

      • fontes naturais de radiação como raios cósmicos, luz solar e minerais radioactivos da crosta terrestre. Certos minerais da crosta (urânio, rádio, carbono 14...) emitem radiações ionizantes, os raios α, β e γ. Estas radiações, especialmente os raios γ, têm energia suficiente para remover electrões dos átomos e quebrar o esqueleto de açucares e fosfato do DNA;

      • substâncias químicas, como agentes aquilantes, acridinas, drogas usadas em quimioterapia, nitrosaminas e nitrito de s´ódio.

    • Formas de actuação dos agentes mutagénicos:

      • alteração das bases nucleotídicas por agentes químicos. No caso do ácido nítrico e dos seus derivados, podem transformar a citosina presente no DNA, na sua forma rara; para tal, ocorre a conversão de -NH2 em =NH. Tem por consequência a alteração do emparelhamento das bases;

      • adição de grupos químicos às bases por agentes químicos, como, por exemplo, o benzopireno, um dos componentes do fumo do tabaco, que adiciona um grupo químico à guanina, tornando-a indisponível para o emparelhamento das bases;

      • danificação do material genético por radiações. As radiações ionizantes (raios X) produzem radicais livres, altamente reactivos, e que podem alterar as bases do DNA para formas não reconhecíveis, ou causar anormalidades cromossómicas. As radiações ultravioletas do Sol são absorvidas pela timina do DNA, promovendo o estabelecimento de ligações covalentes entre bases adjacentes, o que causa grandes problemas durante a replicação do DNA.



Tipos de Mutações



  • Mutações Génicas:



Mutações Génicas





Substituição

(substituição de uma só base do DNA)

Mutação silenciosa

Substituição de uma base do DNA por outra (no 3º nucleótido de cada codão), mas que resulta num codão que codifica o mesmo aminoácido, devido à redundância do código genético. São muito comuns e responsáveis pela diversidade genética que não é expressa fenotipicamente.

Mutação com perda de sentido

Substituição de uma base do DNA por outra, que tem como consequência a substituição de um aminoácido por outro na proteína codificada. A conformação da proteína pode ser alterada. (ex: anemia falciforme)

Mutação sem sentido (nonsense)

Substituição de uma base do DNA de tal modo que, no RNAm, um codão que especifica um aminoácido é alterado para um codão de STOP, ou o contrário. Origina uma proteína mais curta ou mais longa do que a proteína normal.

Delecção

(remoção de uma ou mais bases do DNA)



Pode ser removida uma única base do DNA ou milhares delas. A remoção de um número de bases que não seja múltiplo de três altera completamente a mensagem do gene.

Inserção

(Adição de uma ou mais bases ao DNA)



O número de bases adicionadas ao DNA pode variar. A adição de um número que não seja múltiplo de três altera completamente a mensagem do gene. Quando é inserida uma sequência igual a outra ocorre uma duplicação.




  • Mutações Cromossómicas:


    • Mutações Cromossómicas Numéricas:


    • Euploidia:

      • A euploidia envolve a alteração completa do genoma.

      • A euploidia pode ser:

        • Haploidia – perda de metade do material genético, em que o indivíduo passa a possuir n cromossomas. Os indivíduos resultantes são, no geral, estéreis, devido a irregularidades na meiose, decorrentes da dificuldade de emparelhamento cromossómico.

        • Poliploidia – ganho de material genético, em que o indivíduo passa a possuir x.2n cromossomas.

      • Causas:

        • fecundação de um oócito por dois espermatozóides;

        • fecundação de um gâmeta diplóide;

        • citocinese anormal na meiose ou mitose.

      • Consequências/exemplos:

        • Nas plantas, a poliploidia é comum. As plantas poliplóides podem autopopolinizar-se ou cruzar-se com outras semelhantes.

        • Nos humanos, os embriões popiplóides não se desenvolvem e são abortados espontaneamente. Algumas células somáticas humanas podem ser poliplóides (mosaicismo).



    • Aneuploidia:

      • Existem cromossomas a mais ou a menos em relação ao número normal.

      • Geralmente envolve apenas um único par de cromossomas e pode ser autossómica ou heterossómica.

      • Pode ser:

        • Nulissomia – faltam os dois cromossomas de um par de homólogos (2n-2). Se afectando o par sexual no homem, a nulissomia é letal.

        • Monossomia – ausência de um dos homólogos num dado par (2n-1).

        • Polissomia – um ou mais cromossomas extra.

      • Causas: não-disjunção dos homólogos ou dos cromatídeos na anafase da meiose I ou II. Um gâmeta recebe dois cromossomas do mesmo par e outro não recebe nenhum.

      • Consequências/Exemplos:

        • As aneuploidias mais comuns em seres humanos são as trissomias 21, 13 e 18, a monossomia do X e outras alterações numérica dos heterossomas. Aneuploidias de outros cromossomas não permitem o desenvolvimento até ao nascimento, resultando em abortos espontâneos.

        • As aneuploidias dos cromossomas sexuais são melhor toleradas do que as dos autossomas.





  • Mutações Cromossómicas Estruturais:


    • Delecção:

      • Falta uma porção de um cromossoma.

      • Pode ocorrer nas zonas terminais ou intersticiais da molécula de DNA.

      • Causa: cruzamento de cromossomas e quebra nos pontos de cruzamento, a que se segue uma reconstituição em que um segmento é eliminado.

      • Consequências/exemplos:

          • As delecções variam muito em tamanho, mas as maiores têm efeitos mais nefastos pois removem mais genes.


    • Duplicação:

      • Existência de duas cópias de uma dada região cromossómica, frequentemente associada à delecção no correspondente cromossoma homólogo.

      • Os efeitos variam em função da extensão e do tipo de informação repetida.


    • Translocação:

      • Transferência de segmentos entre cromossomas não homólogos.

      • Pode ser:

        • Translocação simples – transferência de um segmento de um cromossoma para outro não homólogo.

        • Translocação recíproca – troca de partes entre dois cromossomas.

        • Translocação robertsoniana – os braços longos de dois cromossomas acrocêntricos ligam-se formando um único cromossoma e os braços curtos são perdidos. Causada pelo cruzamento e quebra de cromossomas não homólogos ou pela perda dos telómeros.

      • Na translocação simples e na translocação recíproca, se não houver quebra de genes, o fenótipo não é afectado.

      • A translocação robertsoniana dá origem à formação de cromossomas anormais que são transmitidos à geração seguinte nos gâmetas. Cerca de 4% dos síndromes de Down estão associados a uma translocação robertsoniana entre o cromossoma 14 e o 21.


    • Inversão:

      • Remoção de um segmento de DNA e inserção numa posição invertida num outro local do cromossoma.

      • A inversão pode ser:

        • paracêntrica – não inclui o centrómero;

        • pericêntrica – inclui o centrómero.

      • Causa: quebra de um cromossoma, seguida da sua reconstituição na orientação incorrecta.

      • As consequências de uma inversão dependem dos genes envolvidos

        • No caso de a inversão incluir parte de um segmento de DNA que codifica para uma proteína, esta será muito diferente e não funcional, na maioria das situações;

        • Certas inversões não têm efeitos sobre o fenótipo, mas causam problemas reprodutivos. O emparelhamento, na meiose, de um cromossoma com uma inversão com um cromossoma normal implica que um dos cromossomas tenha de se dobrar. O crossing-over nessa região pode originar duplicações ou delecções nos cromossomas recombinantes.



Síndromes Mais Comuns


  • Síndrome de Down

      • Trissomia 21 (47, XX + 21 ou 47,XY + 21)

      • É a aneuploidia mais viável no Homem.

      • Indivíduos de baixa estatura com uma morfologia das pálpebras característica, boca pequena e atraso mental em grau variável.

  • Síndrome de Edwards

      • Trissomia 18

      • Atraso mental grave, malformações cardíacas e morfológicas. Raramente sobrevivem mais do que alguns meses.

  • Síndrome de Patau

      • Trissomia 13

      • Malformações morfológicas e do sistema nervoso central graves. Atraso mental profundo. Raramente sobrevivem mais do que alguns meses.

  • Síndrome de Turner

      • Monossomia X (45,X0), outros.

      • Infantilismo sexual (formação de ovários vestigiais),baixa estatura, pregas perigonucais, inteligência, geralmente, normal.

      • A maioria dos sintomas são mais notórios na puberdade, pelo que nesta idade, se as doentes não forem submetidas a um tratamento hormonal, não desenvolverão os caracteres sexuais secundários.

  • Trissomia do X

      • 47,XXX

      • Mulheres com estatura normalmente acima da média, frequentemente estéreis e com inteligência acima do normal.

  • Síndrome de Klinefelter

      • 47,XXY

      • Estatura grande, testículos e pénis pequenos, reduzida pilosidade púbica e seios salientes.

  • Síndrome de Jacobs

      • 47,XYY

      • Homens de elevada estatura, com desenvolvimento sexual normal e inteligência normal.

  • Síndrome do Cri-du-Chat

      • Delecção do braço superior do cromossoma 5.

      • Deve o seu nome ao facto de os doentes afectados terem o choro idêntico ao miar de um gato.

      • Apresentam ainda atrasos mentais e neuromotores graves.

  • Leucemia mielóide crónica

      • Translocação recíproca entre o cromossoma 9 e 22.

      • Consequências fenotípicas: fadiga acentuada, mal-estar abdominal, surdez, cegueira, outros.

         

         

         

Mutações e Oncogénese


  • O cancro é uma doença genética que resulta da perda de controlo do ciclo celular. A divisão de uma célula com mais frequência do que o normal dá origem a uma população de células em proliferação descontrolada e forma uma massa de células ou tumor.

  • Características das células cancerosas:

      • são pouco especializadas (desdiferenciadas) e com forma arredondada;

      • dividem-se continuamente;

      • invadem os tecidos adjacentes;

      • podem instalar-se noutros locais do organismo, onde chegam através da corresnte sanguínea ou linfática, originando novos tumores que se chamam metástases.

  • Na maior parte das situações, as mutações ocorrem em células somáticas ao longo da vida, embora também possam ocorrer em células germinativas. Geralmente, é um acumular de mutações que desencadeia o desenvolvimento de um cancro.


  • Genes relacionados com o aparecimento de cancro e suas mutações:

      • Oncogenes:

        • Resultam da mutação de proto-oncogenes.

          • Os proto-oncogenes codificam proteínas que estimulam o crescimento e a divisão celular e têm uma função essencial nas células normais, por exemplo, durante o desenvolvimento embrionário e na reparação de tecidos lesados.

          • Quando indevidamente activados, promovem uma proliferação celular excessiva que conduz ao desenvolvimento de um cancro.

        • A activação de um oncogene pode resultar de diferentes tipos de mutações:

          • Substituição de bases no DNA, e consequente alteração na sequência de aminoácidos da proteína formada, que resulta numa proteína com maior actividade ou resistente à degradação;

          • Amplificação do proto-oncogene - Traduz-se numa maior quantidade do produto codificado pelo gene;

          • inversões ou translocações que levam à alteração do local que o proto-oncogene ocupa no genoma. Se o proto-oncogene for deslocado para junto de um gene activamente transcrito ou para junto de um DNA viral, a sua taxa de transcrição também aumenta.

      • Genes supressores de tumores:

        • Os produtos destes genes inibem a divisão celular, impedindo que as células se multipliquem descontroladamente.

        • Os genes supressores de tumores podem estar na origem do cancro quando sofrem mutações como as seguintes:

            • delecções, que causam a sua perda;

            • substituição de bases do DNA que resulta numa proteína onde se verifica perda de função relativamente à proteína normal.

      • Genes que codificam proteínas reparadoras do DNA:

        • As mutações nestes genes permitem a acumulação de outras mutações, algumas das quais em proto-oncogenes ou genes supressores de tumores.


  • Os agentes mutagénicos podem activar oncogenes ou desactivar genes supressores de tumores e causar cancro.

  • As infecções por vírus contribuem para o aparecimento de cancro pela integração do material genético do vírus no DNA das células afectadas. O DNA viral pode ser inserido num local onde destrua a actividade de um gene supressor de tumores ou converta um proto-oncogene num oncogene.


 


música: U2 - Património Genético e Alterações do Património Genético

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Fundamentos e Aplicações de Engenharia Genética


Fundamentos de Engenharia Genética



A Engenharia Genética permite manipular directamente os genes de determinados organismos com objectivos práticos.

 


Tecnologia de DNA recombinante


  • Permite combinar na mesma molécula de DNA genes provenientes de fontes diferentes, mas não necessariamente de espécies diferentes, dando origem a uma molécula de DNA recombinante (DNAr).

  • Baseia-se na utilização de ferramentas moleculares como as enzimas de restrição, as ligases do DNA e os vectores.

      • Enzimas de restrição – reconhecem determinadas sequências de DNA e cortam a molécula nesses locais. As zonas de restrição correspondem a sequências de DNA curtas e simétricas que se lêem da mesma forma nas duas cadeias na direcção 5'-3'.

          • As enzimas de restrição são bastante específicas e ocorrem naturalmente em bactérias. Protegem as bactérias dos ataques dos vírus, uma vez que reconhecem e cortam sequências específicas do DNA viral, inactivando-o. O DNA bacteriano está protegido da actividade das enzimas de restrição.

          • A actividade das enzimas de restrição dá origem a fragmentos de DNA em dupla hélice – fragmentos de restrição - com extremidades em cadeia simples – extremidades coesivas.

          • Verifica-se complementaridade de bases do DNA nas extremidades coesivas de diferentes fragmentos de restrição obtidos com a mesma enzima.

      • As extremidades coesivas emparelham através de ligaçõe sde hidrogénio entre bases complementares e podem unir-se pela actividade de ligases do DNA que catalizam a formação de ligações fosfodiéster.

      • Vector – entidade, constituída por DNA, que transfere o DNA de uma célula ou de um organismo dador para uma célula ou um organismo receptor.

          • Os vectores mais utilizados são os plasmídeos e os bacteriófagos.

          • Os plasmídeos são pequenas moléculas circulares de DNA que ocorrem naturalmente em algumas bactérias, leveduras e células vegetais.

          • Os plasmídeos ligam-se a determinados compostos, tornando-os mais densos, permitindo a sua separação por centrifugação.




  • Processo de obtenção e expressão de uma molécula de DNAr:

    1. Selecciona-se uma molécula de DNA dadora, contendo o gene com interesse que se pretende transferir e clonar, e um vector adequado.

    2. A molécula de DNA e o vector são tratados com a mesma enzima de restrição, que corta as duas moléculas em regiões com a mesma sequência de nucleótidos.

    3. Misturam-se os fragmentos de restrição da molécula de DNA e o vector e juntam-se ligases do DNA. O vector e os fragmentos de restrição emparelham pelas extremidades coesivas, que são complementares, e a ligase estabelece a ligação.

    4. O vector, contendo o DNA dador, é transferido para uma célula ou organismo receptor.

    5. O DNA dador é incorporado no genoma da célula ou organismo receptor, que passa a possuir um DNA recombinante.

    6. Um meio selectivo ou testes químicos permitem identificar as células que exprimem o gene desejado. No processo descrito formam-se fragmentos de restrição que não têm o gene desejado e nem todas as células receptoras incorporam o DNA dador.



DNA Complementar - DNAc

 

  • Os procariontes são organismos muito utilizados em Engenharia Genética como receptores de DNA estranho porque são fáceis de cultivar, têm um crescimento rápido e processos bioquímicos bem conhecidos. No entanto, não processam o RNAm e, quando recebem genes com intrões, estes não são retirados e a proteína produzida não é funcional.

  • DNA complementar (DNAc) – molécula de DNA sem intrões que é directamente transcrita numa molécula de RNAm funcional. O processo de obtenção de DNAc é o seguinte:

      1. Isola-se uma molécula RNAm funcional das células.

      2. Adiciona-se transcriptase reversa e nucleótidos livres. A transcriptase reversa catalisa a síntese de uma cadeia simples de DNA a partir de um molde de RNAm.

      3. Junta-se uma enzima que degrada o RNAm que serviu de molde e DNA polimerase que catalisa a formação da cadeia complementar do DNA.

  • O DNAc pode ser inserido através de um vector contendo o promotor e sequências reguladoras.

  • Todos os DNAc que se sintetizam a partir do RNA podem ser clonados em bactérias, originando uma biblioteca de DNAc, em que toda a informação (genes que se encontravam a ser transcritos – expressos – num dado momento), fica armazenada em bactérias por longos períodos de tempo, desde que sejam fornecidas todas as condições indispensáveis para a sua manutenção.



Reacção de Polimerização em Cadeia – PCR


  • Técnica que permite amplificar qualquer porção de DNA fora das células.

  • Material necessário:

      • sequências de DNA que se pretende amplificar;

      • um par de iniciadores (primers);

      • os quatro tipos de nucleótidos;

      • uma polimerase DNA (Taq);

      • solução-tampão que impeça variações de pH e que contenha Mg² , ião essencial para a actividade da polimerase.

  • Uma reacção de PCR corresponde a um conjunto de ciclos, envolvendo cada um destes ciclos:

      • Desnaturação da dupla hélice – é conseguida com a incubação do DNA a uma temperatura de 95°C, formando duas cadeias simples a partir de uma dupla cadeia;

      • Emparelhamento dos iniciadores – diminuição da temperatura aproximadamente para os 55°C, para ocorrer a ligação dos primers;

      • Polimerização (síntese) de DNA – ocorre a 70°C, temperatura óptima de actividade da Taq polimerase. Esta liga-se na região dos iniciadores, e promove a polimerização, com elongação da cadeia de DNA, servindo a outra como molde.

         

      • Este ciclo é repetido dezenas de vezes, para obter milhões de cópias de DNA, em poucas horas e sem intervenção manual. No final, leva à produção de 2^n moléculas de DNA de interesse, em que n representa o número de ciclos.

      • A Taq polimerase é uma polimerase extraída da Thermus aquaticus, uma bactéria que habita fontes termais com água extremamente quente, resistindo às variações de temperatura e contribuindo significativamente para o sucesso da técnica de PCR (o aquecimento para desnaturar as cadeias de DNA provocava a inactivação definitiva da polimerase, obrigando a adicionar mais enzima por ciclo de aquecimento).

  • Um dos aspectos mais negativos desta técnica é a grande sensibilidade ``a contaminação com DNA estranho, podendo ocorrer emparelhamento entre os iniciadores e este DNA estranho, amplificando sequências não pretendidas.



DNA Fingerprint


  • No genoma humano existem sequências de DNA repetitivas que são reconhecidas e cortadas por determinadas enzimas de restrição. Estas enzimas dividem o DNA em fragmentos cujas dimensões e composição em nucleótidos variam de pessoa para pessoa e reflectem as diferenças entre os alelos dos vários loci.

  • Diferentes fragmentos de DNA movimentam-se de modo diferente quando submetidos a electroforese (técnica em que determinadas moléculas são sujeitas à acção de um campo eléctrico num meio poroso) e o resultado é um padrão de bandas que difere de indivíduo para indivíduo.



Aplicações das Técnicas de Engenharia Genética



  • DNA recombinante(DNAr):

      • Investigação fundamental: torna possível isolar genes de organismos complexos e estudar as suas funções a nível molecular.

      • Obtenção de OGM: os OGM são organismos em cujo genoma foram introduzidos genes que conferem características vantajosas. Os OGM

          • Os animais transgénicos, normalmente, são produzidos através de microinjecção de DNA de um determinado gene em células de um ovo fertilizado, ou através de células colocadas no útero de uma fêmea, decorrendo assim o seu desenvolvimento.

          • Os OGM são utilizados para:

            • produção de alimentos em maior quantidade e qualidade;

            • produção de grandes quantidades de substâncias com aplicação médica ou farmacêutica, como a insulina, hormona do crescimento ou factores de coagulação sanguínea;

            • produção de substâncias com aplicação industrial;

            • biorremediação – modificação de organismos no sentido de degradarem poluentes.

         

  • DNA complementar (DNAc):

      • Obtenção de cópias de genes que codificam produtos com interesse – torna possível a produção de proteínas humanas por procariontes que podem ser cultivados facilmente em biorreactores.


  • PCR:

      • Obtenção de grandes quantidades de DNA em pouco tempo, a partir de uma quantidade muito pequena. Esse DNA pode ser posteriormente utilizado em técnicas de recombinação de DNA ou em fingerprint.



  • DNA fingerprint:

      • Investigação criminal, forense e histórica – a técnica permite partir de material biológico deixado num local (cabelo, sangue, esperma...) e compará-lo com o dos suspeitos; permite a identificação de cadáveres.

      • Determinação de paternidade – a comparação das impressões digitais genéticas dos progenitores e do descendente permite excluir a paternidade ou confirmá-la com um elevado grau de certeza.



  • Há alguns obstáculos na expressão de genes eucariontes em bactérias.

      • Deve associar-se o gene às sequências promotoras e reguladoras mais apropriadas e que possam ser reconhecidas pela RNA polimerase da bactéria (as zonas de regulação da expressão génica em procariontes são diferentes dos eucariontes).

          • A resolução deste problema pode ser obtida pela combinação de uma determinada sequência nucleotídica com um promotor da própria bactéria, permitindo a expressão da sequência eucarionte inserida.

      • Quando se transferem genes para uma bactéria, é aconselhável que o DNA transferido já esteja processado, uma vez que as bactérias hospedeiras não possuem enzimas para o processamento e remoção dos intrões, introduzindo uma cópia de DNAc do gene.


  • A utilização e introdução no mercado dos OGM é um assunto controverso e que levanta problemas éticos. Apesar das vantagens associadas a estes organismos, o impacto que podem vir a ter sobre o ambiente e a saúde humana é desconhecido e imprevisível.


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publicado por Ana Silva Martins às 22:40
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Imunidade: conceitos prévios; Defesa não específica


Conceitos Prévios



Constituição do Sangue:


Plasma:

  • Componentes e função:

    • Água (90%):

      • Origem: absorção no intestino;

      • Mantém o volume do sangue e transporta as moléculas e iões.

    • Proteínas:

      • Origem: fígado;

      • Mantém o volume e pressão do sangue;

      • Coagulação e defesa (factor VIII).

    • Sais:

      • Origem: absorção no intestino;

      • Mantêm a pressão e pH do sangue;

      • Regulação da permeabilidade da membrana.

  • Substâncias transportadas pelo Plasma:

    • Nutrientes;

    • Gases respiratórios;

    • Resíduos de catabolismo;

    • Hormonas.


Elementos celulares:


Hemácias:

    • Origem: medula vermelha dos ossos.

    • Características e Função:

      • Forma de disco bicôncavo (relação área/volume mais favorável – facilita a ligação dos gases à hemoglobina)

      • Não tem núcleo nem organelos citoplasmáticos.

      • Contém hemoglobina (transporte de gases respiratórios).






Leucócitos:

Origem: medula vermelha dos ossos.


Tipo

Nome

%

Forma

Morfologia

Função

Agranulares: núcleo não dividido em lobos e citoplasma não granuloso.

Linfócitos

20 a 30


Núcleo esférico e volumoso rodeado por um anel muito estreito de citoplasma

Produção de anticorpos.

Activos na reacção a antigénios e nos mecanismos de rejeição de enxertos.

Monócitos







3 a 8



Núcleo excêntrico em forma de rim ou ferradura

Circulam no sangue durante poucas horas e depois migram para os tecidos, aumentam de tamanho e transformam-se em macrófagos, vivendo muito tempo e com actividade fagocitária.

Granulares: núcleo multilobado e citoplasma granuloso.

Neutrófilos

65 a 70



Núcleo com formas variadas: normalmente constituído por 3 a 5 lobos irregulares ligados por finos filamentos

Actividade fagocitária elevada, sendo normalmente os primeiros a chegar aos tecidos infectados, atraídos por quimiotaxia. Normalmente morrem quando fagocitam bactérias, constituindo grânulos de pus.

Eosinófilos ou Acidófilos

2 a 4


Núcleo normalmente bilobado

Actividade fagocitária limitada (parasitas).

Reduzem a reacção inflamatória, pela produção de enzimas que degradam as substâncias químicas produzidas por basófilos

Basófilos

0,5 a 1

Núcleo volumoso de forma irregular, retorcido

Elaboram heparina, substância anticoagulante, e histamina.

Plaquetas Sanguíneas:

    • Origem. Medula Óssea.

    • Corpúsculos celulares anucleados de reduzido tamanho.

    • Favorecem a coagulação do sangue.

Sistema Imunitário


O sistema imunitário é constituído por um conjunto de órgãos, tecidos e células capaz de:

    • reconhecer os elementos próprios e estranhos ao organismo

    • desenvolver acções que protegem o organismo dos agentes patogénicos e das células cancerosas.


Componentes do Sistema Imunitário:

Órgãos Linfóides Primários: Onde ocorre o processamento, maturação e diferenciação dos linfócitos.

    • Timo

    • Medula Óssea.

Órgãos Linfóides Secundários ou Periféricos: locais de armazenamento, circulação e desenvolvimento da resposta imunitária.

    • Baço

    • Gânglios Linfáticos

    • Amigdalas

    • Tecido linfático disperso

Células efectoras:

      • Fagócitos:

    • Neutrófilos

    • Eosinófilos

    • Monócitos Macrófagos

      • Produção de substâncias químicas (histamina):

    • Mastócitos (células do tecido conjuntivo).

    • Basófilos

      • Linfócitos:

    • Linfócitos B Plasmócitos Imunidade mediada por

(medula óssea) (gânglios linfáticos) anticorpos

    • Linfócitos T Células T Imunidade mediada por

(Timo) células


O reconhecimento dos elementos próprios e estranhos ao organismo baseia-se num conjunto de glicoproteínas superficiais da membrana citoplasmática que funcionam como marcadores celulares. Estas glicoproteínas são codificadas por um conjunto de genes localizados no cromossoma 6, sendo designado complexo principal de histocompatibilidade (MHC). Desta forma, cada indivíduo tem uma identidade bioquímica única.

Antigénio – molécula que pode ser reconhecida como estranha pelas células do sistema imunitário, pois possui marcadores de superfície (determinantes antigénicos) diferentes dos que possuem estas células.

Anticorpo – proteína específica (imunoglobulinas) que reconhecem os antigénios, ligando-se a estes. São produzidos pelos plasmócitos.


Propriedades relevantes apresentadas pelos leucócitos:

    • Diapedese – Migração dos leucócitos através dos poros do endotélio dos vasos sanguíneos para os tecidos envolventes. Só possível devido à sua capacidade de mudar de forma.

    • Fagocitose – Captura, por endocitose, de células ou restos de células que são destruídas em vesículas digestivas.

    • Quimiotaxia – processo de atracção dos neutrófilos e outros leucócitos para áreas de tecidos lesionados, através de sinalizadores químicos libertados pelas células lesionadas, proteínas de complemento activadas, linfócitos e outras substâncias.



Fagocitose


Fagocitose: tipo de endocitose em que determinadas células englobam partículas para proceder à sua digestão e eliminação.



Células fagocitárias:

    • Neutrófilos;

    • Monócitos;

    • Eosinófilos.

Descrição do processo:

  1. Os agentes patogénicos, vírus e outras células são reconhecidos pelos anticorpos que se ligam aos antigénios específicos.

  2. A célula fagocitária emite pseudópodes que auxiliam no processo de endocitose, de modo que a que o agente patogénico penetre no interior desta célula.

  3. O agente patogénico é degradado por enzimas lisossomais existentes nos lisossomas.

  4. Os produtos de excreção são expelidos por exocitose e encaminhados para o exterior através dos gânglios linfáticos.



Defesa Não Específica


Defesa não específica ou imunidade natural/inata:

    • presente desde o nascimento;

    • não está especificamente destinada para um agressor;

    • não distingue os agentes infecciosos uns dos outros;

    • exprime-se sempre do mesmo modo

    • não tem memória.



1ª Linha de defesa


Barreiras físicas e secreções:

    • Pele: Previne a entrada de patogenes e substâncias estranhas que raramente penetram quando a pele está íntegra.

    • «Flora normal»: fungos e bactérias que normalmente vivem e se reproduzem em grande número nas superfícies do nosso corpo, competindo por espaço e nutrientes com os agentes patogénicos, constituindo um tipo de defesa.

    • Muco segregado por tecidos dos sistemas visual, respiratório, digestivo, excretor e reprodutor captura bactérias e outros agentes patogénicos.

    • Secreções ácidas: inibem o crescimento bacteriano na pele.

    • Pêlos nasais: filtram as bactérias nas passagens nasais.

    • Cílios: movem o muco e retêm materiais longe do tracto respiratório.

    • Suco gástrico: concentrado de HCl e proteases que destroem patogenes no estômago.

    • Lágrimas e saliva: lubrifica e limpa; contém lisozima, que ataca a parede celular de inúmeras bactérias.


2ª Linha de defesa


Resposta Inflamatória:

  • Ocorre quando agentes patogénicos conseguem ultrapassar as barreiras físicas de defesa do organismo, na zona de penetração (acção localizada).

  • Processo:

  1. Produção de mediadores químicos ( principalmente histamina1) pelo tecido ferido, mastócitos e basófilos.

  2.  Vasodilatação dos capilares do local maior afluxo de sangue vermelhidão e calor

  3.  Aumento da permeabilidade da parede dos capilares sanguíneos filtração abundante de fluído para o tecido edema

  4.  Saída dos capilares de plasme e de alguns leucócitos por diapedese: neutrófilos (1º a chegar) + monócitos (macrófagos) fagocitose

  5.  Factores de coagulação reparação de tecidos

  • Resposta Sistémica:

    • É accionada quando os agentes patogénicos são particularmente agressivos e ocorre em várias partes do organismo.

    • Caracteriza-se por.

    • Aumento do número de leucócitos em circulação – resulta da estimulação da medula óssea por substâncias químicas produzidas pelas células lesadas.

    • Febre – desencadeada por toxinas produzidas pelos agentes patogénicos ou por pirógenos produzidos por leucócitos, que actuam sobre o hipotálamo e regulam a temperatura do corpo para um valor mais alto. A febre moderada é benéfica porque acelera as reacções do organismo, estimulando a fagocitose e a reparação dos tecidos lesados. Adicionalmente, inibe a multiplicação de alguns microorganismos.´

  • Em consequência do processo inflamatório pode ocorrer a acumulação de pus, que é constituído por células mortas (neutrófilos e corpos celulares atingidos) e pelo plasma libertado. Numa fase final, o pus é, geralmente, consumido e digerido pelos macrófagos.



Interferão:

    • mecanismo contra infecção por vírus:

                           1 - o vírus liga-se a uma célula

                          2 - Ocorre produção de interferão por essa célula.

                          3 - O interferão entra na circulação e liga-se aos receptores membranares das células vizinhas.

                         4 - As células ligadas ao interferão produzem proteínas antivirais que bloqueiam a multiplicação de qualquer vírus que entre na célula.


Sistema Complemento:

    • Constituído por uma série de cerca de 20 proteínas do plasma (produzidas no fígado, baço, intestino...) e que, normalmente, circulam no sangue no estado inactivo.

    • Após activadas, as diferentes proteínas podem:

    • Aumentar a vasodilatação e a permeabilidade dos vasos facilitando a saída de fagócitos;

    • Facilitar a fagocitose: os fagócitos reconhecem células estranhas mais facilmente após as proteínas complemento se ligarem a essas células;

    • Formar poros na parede da célula bacteriana, por onde entram fluídos e sais (iões) que provocam o seu rebentamento por choque osmótico.

    • As proteínas de complemento actuam numa sequência característica ou em «efeito cascata», no qual cada proteína activa a seguinte.

1 Histamina: substância produzida por basófilos que circulam no sangue e mastócitos do tecido conjuntivo. Estimula a vasodilatação e aumenta a permeabilidade dos capilares sanguíneos, iniciando a reacção inflamatória.


música: U3 - Imunidade e Controlo de Doenças

publicado por Ana Silva Martins às 22:38
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Defesa Específica; Disfunções do Sistema Imunitário
 

Defesa Específica



Defesa específica ou imunidade adquirida:

    • é específica de um agressor (antigénio);

    • é um processo lento, mas eficaz, especialmente dirigido a cada elemento estranho;

    • 3ª linha de defesa;

    • existe memória.


A resposta imunitária específica engloba três funções importantes:

    • Reconhecimento: o antigénio é reconhecido.

    • Reacção: o sistema imunitário reage preparendo os agentes específicos que vão intervir no processo.

    • Acção: neutralização ou destruição das células ou corpos estranhos.



Imunidade Humoral


Imunidade humoral/Imunidade mediada por anticorpos:

  • Efectivos contra bactérias, toxinas produzidas por bactérias, vírus e moléculas solúveis.

  • Responde a cada antigénio particular pela produção de anticorpos específicos, que são libertados no sangue ou na linfa circulando até ao local da infecção.


Mecanismo de activação e diferenciação de Linfócitos B:


  • Os Linfócitos B são processados e atingem a maturação na medula óssea, migrando depois para os órgãos linfóides onde são armazenados.



  • Plasmócitos: 1

Retículo endoplasmático extremamente desenvolvido

Grande capacidade de síntese proteíca

Produção elevada de anticorpos (os anticorpos são glicoproteínas)





  • Anticorpos:

  • Glicoproteínas específicas – Imunoglobulinas (Ig).

  • Estrutura: Moléculas em forma de Y, constituídas por 4 cadeias polipetídicas, duas cadeias pesadas e duas cadeias leves. As cadeias polipeptídicas possuem uma região constante, muito semelhante em todas as imunoglobulinas, e uma região variável. As regiões variáveis diferem quanto à sequência dos aminoácidos, contribuindo para o arranjo tridimensional da região onde o anticorpo se liga ao antigénio.

Esta região variável é responsável pela diversidade e especificidade dos anticorpos, uma vez que a sequência de aminoácidos é única em cada uma das milhares de imunoglobulinas.

Apesar de as regiões variáveis serem as responsáveis pela especificidade da imunoglobulina, são as regiões constantes que determinam se o anticorpo permanece na membrana plasmática das células ou se é lançado para a corrente sanguínea.



  • O elevado grau de especificidade no local de ligação do anticorpo a um antigénio resulta de dois factores:

  1. a sua estrutura é complementar da estrutura de um determinante antigénico (ou epítopo).

  2. nesse local, toda a estrutura química favorece o estabelecimento de forças electroestáticas e de ligações de hidrogénio entre o anticorpo e o antigénio.



  • Células-memória: numa futura exposição ao antigénio multiplicam-se e formam plasmócitos e outras células-memória.



Mecanismos efectores da Imunidade Humoral:

  • Aglutinação: os anticorpos formam complexos insolúveis de anticorpos ligados a antigénios, tornando-os inofensivos, facilitando a sua remoção ou destruição por células do sistema imunitário.

  • Intensificação directa da fagocitose: a combinação do anticorpo com o antigénio bacteriano aumenta a actividade das células fagocitárias vinculadas a esse microorganismo, favorecendo a invaginação da membrana e, portanto, a fagocitose.

  • Neutralização directa de vírus e toxinas bacterianas

  • Activação do sistema complemento: desde que os anticorpos se fixem sobre os antigénios da membrana de uma célula estranha, o sistema complemento fica activo, fixando-se uma determinada proteína complemento sobre a parte constante dos anticorpos. Desencadeia-se uma sequência de reacções que leva à formação de poros e à destruição da célula.

  • Aumento da vasodilatação e da permeabilidade vascular




Imunidade Mediada por Células:



Imunidade mediada por células:

  • Os Linfócitos T sofrem processamento na medula óssea e maturação no Timo.

  • Activos contra parasitas multicelulares, fungos, células infectadas por bactérias ou vírus, células cancerosas, tecidos enxertados e órgãos transplantados.

  • Os linfócitos T possuem receptores de superfície específicos – glicoproteínas – constituídos por duas cadeias polipeptídicas, cada uma codificada por um gene separado. Apresentam regiões variáveis que fornecem a especificidade para a reacção com um único antigénio.

  • Apenas reconhecem os antigénios que se encontram ligados a marcadores da superfície de certas células imunitárias (macrófagos) – as Células Apresentadoras de Antigénios (CAA).



Células Efectoras:

  • Linfócitos T Auxiliares (TH) – reconhecem antigénios específicos associados, por exemplo, a marcadores da superfície de macrófagos e segregam mensageiros químicos que estimulam a capacidade defensiva de outras células, como sejam fegócitos, linfócitos B...

  • Linfócitos T citolíticos/citotóxicos (Tc) – reconhecem e destroem células que exibem determinantes antigénicos estranhos (células infectadas, células enxertadas ou cancerosas). Uma vez activados, estes linfócitos migram para o local de infecção ou para o Timo e segregam substâncias tóxicas que matam as células anormais por vários processos, entre os quais indução da lise celular por síntese de perforinas (proteínas).

  • Linfócitos T supressores (TS) – através de mensageiros químicos, ajudam a moderar ou suprimir a resposta imunitária, tornando mais lenta a divisão celular e limitando a produção de anticorpos pelos linfócitos B quando a infecção já está debelada.


Além das células efectoras, formam-se também:

  • Linfócitos T memória (TM) – vivem num estado inactivo durante muito tempo, mas respondem prontamente, entrando em divisão, se o organismo for novamente invadido pelo mesmo antigénio.




Memória Imunológica

Quando surge uma resposta imunitária secundária esta é mais rápida, de maior intensidade e de duração mais longa.


As vacinas desencadeiam uma resposta imunitária primária provocando a produção de células-memória. Nas vacinas, as bactérias patogénicas e os vírus são previamente tratados de modo a perderem a sua virulência, mas mantendo as suas propriedades antigénicas. A tecnologia de recombinação do DNA está, actualmente, a ser usada para produzir uma grande quantidade de proteínas antigénicas para serem incorporadas nas vacinas.

Geralmente, o declínio da resposta secundária é menos acentuado do que na resposta primária. Uma terceira dose de vacinação durante o declínio da resposta secundária eleva a taxa de anticorpos para um nível superior ao da segunda dose e, normalmente, confere imunidade prolongada contra a doença provocada pelo antigénio em causa, o que explica a necessidade de reforços de vacinas ao longo da vida para obter uma imunização efectiva.


A duração da imunidade passiva induzida é determinada pela quantidade de anticorpos introduzidos, a frequência da administração e o tempo necessário para que o receptor metabolize o anticorpo. Geralmente, para um adulto, uma única dose da fracção de anticorpo do soro confere imunidade passiva por mais de três meses.

Normalmente, a fonte de anticorpos usada para conferir imunidade passiva é outro ser humano que tem imunidade activa quanto à doença em questão, mas, ocasionalmente, os cavalos são usados para produzir imunoglobulinas, que podem ser recolhidas e administradas a humanos. O desenvolvimento de técnicas para recolher anticorpos monoclonais humanos pode eliminar o uso de imunoglobulinas equinas nos processos de imunidade passiva induzida humana.




Disfunções do Sistema Imunitário



Alergias: Reacções imunitárias excessivas, ou hipersensibilidade, em relação a agentes estranhos inócuos (alergénios), produzindo inflamação e outros sintomas, que podem causar doenças graves e até a morte.

Tipos de reacções alérgicas:

  • Hipersensibilidade imediata: ocorre quando um dado indivíduo produz grandes quantidades de IgE que se vão ligar ao pólen ou ao veneno de um insecto, por exemplo. Os mastócitos (nos tecidos) e os basófilos (no sangue) ligam-se à IgE, fazendo com que haja libertação de histamina. Esta provoca sintomas como a vasodilatação, a inflamação e dificuldades respiratórias.. Se uma reacção alérgica não for tratada com um anti-histamínico pode mesmo provocar a morte nas situações mais graves, devendo ser efectuados testes de detecção de sensibilidades.

  • Hipersensibilidade tardia: não se inicia nas horas seguintes à exposição ao antigénio. Neste caso, o antigénio é processado por células apresentadoras de antigénios e é iniciada uma resposta mediada por células. Esta resposta pode ser tão intensa que a quantidade de citocina libertada é capaz de activar macrófagos e lesionar tecidos. (Ex: quando bactérias que causam a tuberculose colonizam os pulmões.)



Doenças Auto-imunes Resultam de uma resposta auto-imunitária dirigida contra os próprios tecidos do organismo, ou seja, de uma reacção de hipersensibilidade do sistema imunitário contra antigénios próprios.

  • Fisiologicamente, a resposta auto-imunitária faz parte do quotidiano do organismo na manutenção da sua homeostasia. As doenças auto-imunes ocorrem, assim, quando há uma quebra na tolerância do organismo a alguns dos seus tecidos. Consequentemente, o sistema imunitário produz um ataque, do qual resulta a inflamação e destruição dos tecidos afectados.

  • Podem afectar:

  • vários órgãos e tecidos do organismo;

  • especificamente um órgão.

  • Mecanismos causadores:

  • exposição a agentes químicos tóxicos;

  • infecção por patogenes;

  • hereditariedade;

  • semelhança molecular;

  • outros (desconhecidos).

  • Exemplos de Doenças Auto-imunes:

  • Artrite Reumatóide – caracteriza-se pela inflamação das articulações causada pelo excesso de infiltração de leucócitos. Tal é provocado pela deficiente actividade do inibidor CTLA4, que impede que as células T reajam contra antigenes próprios.

  • Diabetes melitus insulino dependente (tipo I) – ocorrendo mais frequentemente em crianças, envolve uma reacção imunitária contra várias proteínas, ao nível das células do pâncreas que produzem insulina. No entanto, esta doença pode ter outras origens para além da apresentada.

  • Esclerose Múltipla – afecta, geralmente, jovens adultos, causando lesões progressivas no sistema nervoso. Envolve reacções mediadas por células T e por células B sobre duas das principais proteínas da mielina (membrana especial que envolve alguns tecidos nervosos).

  • Febre Reumática – é considerada um surto infeccioso tardio de uma infecção causada por uma bactéria, uma vez que, geralmente, surge 15 dias após uma amigdalite. Os sintomas são dores articulares acompanhadas por sinais de infecção (edema, dor, calor e vermelhidão) podendo surgir manifestações cardíacas e movimentos descoordenados. Na membrana que envolve a bactéria patogénica existe a proteína M que é muito idêntica a proteínas presentes em tecidos articulares, neurológicos e cardíacos, pelo que os anticorpos vão atacar nõ só a proteína M como as outras idênticas, do próprio organismo.

  • Glomerulonefrite – doença inflamatória, não purulenta, que atinge a parte funcional dos rins, o glomérulo. Pode provocar insuficiência renal, e é causada pela produção de anticorpos contra as estruturas do glomérulo.

  • Lúpus Eritematoso Sistémico (LES) – o paciente desenvolve anticorpos que reagem contra as suas células normais, podendo afectar a pele, as articulações, os rins e outros órgãos. A pessoa torna-se «alérgica» a ela própria.


 

Imunodeficiências doenças que afectam o sistema imunitário, originando falhas que podem ser aproveitadas por organismos patogénicos oportunistas.

  • Imunodeficiência Inata:

  • Existem diferentes tipos de imunodeficiências inatas, cujos sintomas dependem dos constituintes do sistema imunitário que têm funcionamento deficiente.

  • A falta de linfócitos B traduz-se numa maior sensibilidade a infecções extracelulares.

  • A falta de linfócitos T traduz-se numa maior sensibilidade a agentes infecciosos intracelulares, vírus e cancros.

  • A imunodeficiência grave combinada (SCID) caracteriza-se pela ausência de linfócitos B e T. Os doentes são extremamente vulneráveis e apenas sobrevivem em ambientes completamente estéreis.

  • Tratamento por transplante de medula óssea ou terapia génica.


  • Imunodeficiência Adquirida (SIDA) :

  • Causada pelo vírus da imunodeficiência humana HIV.

  • HIV vírus de RNA (retrovírus) que infecta principalmente os linfócitos TH, mas também linfócitos B, macrófagos e células do sistema nervoso.

No interior da célula hospedeira, o RNA viral é transcrito para DNA pela transcriptase reversa e o DNA é integrado no genoma. Quando activo, o DNA viral dirige a produção de novos vírus que causam a destruição da célula hospedeira e infectam outras células. A destruição dos linfócitos tem como resultado a diminuição da função imunológica e o aumento da susceptibilidade de contrair infecções oportunistas e desenvolver doenças oncológicas.

  • Não existe cura nem vacina para a doença, mas a sua progressão pode ser retardada por medicamentos inibidores da transcriptase reversa (AZT) e inibidores de protease e por inibidores da ligação do vírus às células hospedeiras.


1 Para que um linfócito B se transforme num plasmócito secretor de anticorpos, necessita, normalmente, que também se ligue ao antigénio uma célula TH. A divisão celular e a diferenciação dos linfócitos B são estimuladas por um sinal químico acessório proveniente desta célula TH que está a responder perante um determinado antigénio.


música: U3 - Imunidade e Controlo de Doenças

publicado por Ana Silva Martins às 22:36
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Microorganismos e Indústria Alimentar; Fermentação; Actividade Enzimática

  • A interacção entre microorganismos e alimentos tem como consequências:

  • a produção de certos alimentos com características específicas, como resultado de processos de fermentação;

  • a deterioração dos alimentos, que se tornam impróprios para consumo humano, como resultado da utilização dos nutrientes para o crescimento dos próprios microorganismos.


  • A indústria alimentar tem em conta a relação entre microorganismos e alimentos através das seguintes intervenções:

  • utilização de microorganismos na produção de certos alimentos, por fermentação;

  • utilização de microorganismos como fonte de enzimas para o processamento de alimentos;

  • desenvolvimento e aperfeiçoamento de métodos de conservação de alimentos que retardam a sua deterioração devido à actividade de microorganismos ou outros factores;

  • desenvolvimento de técnicas de melhoramento de alimentos ou de produção de novos alimentos.



Fermentação


  • Fermentação – processo anaeróbio em que ocorre a produção de ATP, a partir de compostos orgânicos, numa série de reacções redox, que não envolvem uma cadeia transportadora de electrões. A fermentação envolve menores ganhos energéticos já que apenas se formam 2 moléculas de ATP por molécula de glicose, enquanto que na respiraçãoaeróbia se formam 36 ATP.

  • Etapas da fermentação:

  • Glicólise: a glicose é oxidada e formam-se duas moléculas de ácido pirúvico. O agente oxidante é o NAD que é transformado em NADH. O saldo energético é de duas moléculas de ATP.

  • Redução do ácido pirúvico: o ácido pirúvico, ou moléculas orgânicas que se formam a partir dele, são aceptoras dos electrões do NADH, o que permite regenerar o NAD . O NAD pode, assim, voltar a ser utilizado na oxidação da glicose com formação de 2 ATP. Os produtos finais da fermentação dependem da molécula orgânica que é produzida a partir do ácido pirúvico.

  • Existem vários tipos de fermentação, o que depende da molécula orgânica que é aceptora do hidrogénio na fase de redução do ácido pirúvico.

Tipo de Fermentação/Principais Características

Utilização na Produção de Alimentos



Fermentação alcoólica:

- É realizada por leveduras;

- O ácido pirúvico é convertido em etanol e CO2 em duas etapas:

1ª - O ácido pirúvico é descarboxilado e forma-se acetaldeído;

2ª - O acetaldeído é reduzido pelo NADH a etanol.

Pão:

- A fermentação é realizada pela levedura Saccharomyces cerevisiae e a temperatura favorável é de 27ºC.

- O amido da farinha é hidrolisado em açucares simples e posteriormente transformado em CO2 e etanol. O CO2 é o produto desejado, uma vez que faz crescer a massa, dando ao pão uma textura porosa.

- A fermentação inicia-se com a adição das leveduras (fermento de padeiro) e termina quando o calor do forno as mata. O calor provoca a expansão do gás, a evaporação do álcool e dá estrutura ao pão.

Vinho:

- A fermentação do açucar de uvas é realizada por leveduras, principalmente do tipo Saccharomyces cerevisiae, que existem na casca das uvas.

- As uvas são colhidas, esmagadas e tratadas com compostos de enxofre, que inibem o crescimento de microorganismos competidores das leveduras. As uvas esmagadas formam o most, que inicialmente é mexido para provocar a aerificação e o crescimento das leveduras; posteriormente, é deixado em repouso, o que cria condições anaeróbias favoráveis à fermentação.

- O CO2 liberta-se para a atmosfera no decurso da fermentação (o vinho ferve) e a concentração de etanol, que é o produto desejado, vai aumentando. O etanol torna-se toxico para as leveduras quando atinge uma concentração de cerca de 12% e a fermentação termina.


Cerveja:

- É fabricada com malte (grãos de cevada germinados e secos), outros materiais ricos em amido (como arroz, milho ou sorgo), lúpulo, água e leveduras das espécies Saccharomyces cerevisiae ou Saccharomyces carlsbergensis.

- Antes de iniciar a fermentação provoca-se a sacarificação (produção de açucares simples a partir do amido) na mistura de cereais. Durante a fermentação, as leveduras convertem os açucares em etanol e CO2 e pequenas quantidades de glicerol e ácido acético. O CO2 é libertado e o álcool atinge uma concentração de cerca de 3,8% do volume.

- Após a fermentação, a cerveja é armazenada durante alguns meses, durante os quais ocorre a precipitação de leveduras, proteínas e outras substâncias indesejáveis. Por fim, a cerveja é carbonatada, clarificada, filtrada e engarrafada.

Fermentação Láctica:

O ácido pirúvico é directamente reduzido a ácido láctico pelo NADH.

A fermentação homoláctica produz grandes quantidades de ácido láctico.

A fermentação heteroláctica leva à produção de outras substâncias, para além do ácido láctico, como CO2, etanol e ácido acético.

Queijo:

Vários tipos de queijo são produzidos por fermentação levada a cabo por diferentes espécies de bactérias pertencentes aos géneros Propionibacterium, Lactobacillus, Streptococcus e Leuconostoc, em culturas puras ou mistas. As bactérias produzem ácido láctico e outras substâncias que contribuem para o aroma. O aumento da acidez provoca a coagulação das proteínas do leite.

Iogurte:

Produzido por uma cultura mista de Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus termophilus.

Outros produtos lácticos fermentados:

- Leites fermentados como Kefir e Kumiss.

- Alimentos probióticos fermentados por bifidobactérias e Lactobacillus casei imunitass.



Fermentação acética:

É assim designada devido às características do produto obtido, no entanto, não é uma fermentação, mas uma oxidação.

Vinagre:

-É obtido a partir de materiais contendo açucar ou amido, como sumo de fruta, vinho ou cereais.

- A sua produção compreende duas etapas:

1ª – Fermentação do açucar que é convertido em etanol – processo anaeróbio realizado por leveduras.

2ª – Oxidação do etanol a ácido acético. Reacção aeróbia realizada por bactérias acéticas dos géneros Acetobacter e Glucanobacter.



Actividade Enzimática


  • Metabolismo Celular – conjunto de reacções químicas que ocorrem numa célula. É através do metabolismo que é feita a gestão de recursos materiais e energéticos da célula. O metabolismo celular inclui reacções de:

  • Catabolismo – moléculas complexas são convertidas em moléculas mais simples, com libertação de energia.

  • Anabolismo – síntese de moléculas complexas a partir de moléculas simples, com gasto de energia.

As reacções de catabolismo e anabolismo relacionam-se de tal forma que a energia libertada pelas primeiras é utilizada nas segundas.


  • Para que ocorra uma reacção química, tem de se verificar a ruptura de ligações químicas nas moléculas dos reagentes e a formação de novas ligações químicas que dão origem aos produtos de reacção. A energia necessária para uma reacção química se iniciar é a energia de activação (Ea).

A absorção de energia torna as moléculas dos reagentes instáveis, aumenta a sua energia cinética e a probabilidade de colidirem e aumenta a agitação dos átomos, enfraquecendo as ligações entre eles; atinge-se um estado de transição a partir do qual a reacção química é iniciada.


  • Nas células, ocorrem reacções químicas que envolvem moléculas muito estáveis e cuja Ea é elevada. No entanto, não pode ser o calor a fornecer a Ea, uma vez que causaria a desnaturação das proteínas e a morte celular, e as reacções têm de ser rápidas.

  • Uma reacção não catalisada depende do choque aleatório entre os reagentes. Como uma enzima possui uma estrutura muito específica pode ligar-se ao substrato e diminuir a aleatoriedade.

  • As células possuem catalizadores – agentes químicos capazes de acelerar as reacções químicas sem serem consumidos durante esse processo.


Estrutura e propriedades das enzimas


  • As enzimas são catalizadores biológicos que apresentam as seguintes características:

  • aumentam a velocidade das reacções químicas, pois diminuem a energia de activação necessária para que as reacções se iniciem;

  • não são consumidas nas reacções químicas que catalizam;

  • são moléculas proteícas, com conformação tridimensional. Algumas necessitam de elementos não proteícos para a sua acção catalítica;

  • são específicas, devido à sua natureza proteíca.


  • Na ausência de enzimas, as reacções ocorreriam, mas com velocidades inferiores, o que não suportaria as propriedades da vida como a conhecemos.


  • Natureza química das enzimas:

  • porção proteíca maioritária (propriedades idênticas às proteínas) – pode ser total ou então constituir a apoenzima.

  • Cofactores:

    • iões metálicos (metaloenzima)

    • moléculas orgânicas (coenzima)

  • apoenzima + coenzima = holoenzima


  • A molécula sobre a qual a enzima actua é o substrato.

  • As enzimas são proteínas com uma conformação tridimensional e possuem uma região através da qual se estabelece a ligação ao substrato – centro activo.

  • A ligação do substrato ao centro activo da enzima forma o complexo enzima-substrato. As ligações que se estabelecem no complexo são fracas, mas suficientes para desencadear a conversão do substrato em produtos. Os produtos deixam o centro activo e a enzima fica livre para catalizar a transformação de outro substrato.


  • Centro activo:

  • É uma pequena porção da enzima;

  • Tem estrutura tridimensional. A alteração da estrutura própria do local activo produz inactivação enzimática, em consequência da desnaturação proteíca;

  • Os substratos ligam-se ao local activo por ligações químicas.

  • Os locais activos são fendas ou frestas, onde se cria um microambiente próprio para o mecanismo de catálise.

  • São altamente específicos. O substrato deve ter uma estrutura complementar para se ajustar ao local activo.


  • Muitas enzimas provocam a quebra de ligações nos substratos, enquanto outras promovem a formação de ligações, pois conseguem aproximar correctamente os substratos de modo a que estes reajam e formem uma ligação.


  • Numa reacção química catalisada por uma enzima, e como resultado da sua actividade, verifica-se ao longo do tempo:

  • a diminuição da concentração do substrato;

  • a diminuição, seguida de estabilização, da concentração de enzima livre;

  • o aumento, seguido de estabilização, do complexo enzima-substrato;

  • o aumento da concentração de produto.

  • A estabilização das concentrações de enzima livre e de complexo enzima-substrato reside no facto da velocidade de formação do complexo enzima-substrato igualar a velocidade de dissociação.








  • A complementaridade entre o substrato e o centro activo da enzima está na origem da especificidade de acção enzimática. É possível distinguir:

  • Especificidade absoluta – A enzima actua apenas sobre um determinado substrato;

  • Especificidade relativa – A enzima actua sobre um conjunto de substratos quimica e estruturalmente relacionados.

  • A especificidade absoluta pode ser interpretada pelo modelo chave-fechadura, proposto por Fisher no final do século XIX, e que considera o centro activo da enzima uma estrutura rígida e pré-complementar do substrato.

  • Em 1959, Koshland propôs o modelo de encaixe induzido, que considera que o centro activo da enzima interage, de uma forma dinâmica, com o substrato, ajustando-se a ele quando se estabelece a ligação. Este novo modelo permitiu explicar a especificidade relativa de algumas enzimas.


Inibição Enzimática


  • Inibidor – composto que se liga à enzima e que afecta negativamente a sua actividade. Pode ser:

  • natural – utilizado pelas células para regularem o seu metabolismo.

  • artificial – usado para combater doenças, eliminar pestes, estudar laboratorialmente as enzimas, indústria alimentar...


Tipos de inibição enzimática:

  • Inibição irreversível – o inibidor combina-se permanentemente com a enzima, através de ligações covalentes, tornando-a inactiva ou provocando a sua destruição. Muitos venenos são inibidores enzimáticos irreversíveis, como é o caso do DDT, que inibe enzimas do sistema nervoso.

  • Inibição reversível – o inibidor combina-se temporariamente com a enzima, através de ligações fracas, e, quando se dissocia, a enzima permanece funcional e capaz de transformar o substrato. A inibição pode ser:

  • Inibição competitiva – o inibidor é uma molécula estruturalmente semelhante ao substrato, mas resistente à acção da enzima, e que compete com o substrato pelo centro activo da enzima. O efeito da inibição sobre a velocidade da reacção depende da concentração relativa de substrato e de inibidor. Aumentando a concentração de substrato, aumenta também a probabilidade de se estabelecerem ligações entre o substrato e a enzima em vez de se estabelecerem ligações entre o inibidor e a enzima.

  • Inibição não competitiva ou alostérica – o inibidor é uma molécula estruturalmente diferente do substrato e liga-se à enzima num local que não é o centro activo e se designa centro alostérico. A ligação do inibidor ao centro alostérico provoca a alteração da conformação do centro activo, de tal modo que impede a ligação do substrato. A inibição não competitiva é utilizada na regulação das vias metabólicas.


  • Indução – aumento da actividade da enzima por ligação com compostos indutores que promovem mudanças no centro activo da enzima que facilitam a ligação deste com o substrato.



Factores que influenciam a actividade enzimática


  • Temperatura:

  • Todas as enzimas são activas num determinado intervalo de temperatura.

    • Dentro desse intervalo, a actividade enzimática aumenta, inicialmente, com a temperatura, dado que as colisões entre o substrato e o centro activo da enzima se tornam cada vez mais frequentes.

    • A actividade enzimática é máxima à temperatura óptima.

    • Acima da temperatura óptima, a actividade enzimática diminui rapidamente, uma vez que a agitação térmica dos átomos desestabiliza as ligações químicas e a conformação da molécula altera-se. A enzima sofre desnaturação, ao que corresponde uma perda de actividade biológica permanente.

  • Ao contrário das temperaturas elevadas as baixas temperaturas causam a inactivação das enzimas, mas não as destroem, e a actividade é retomada para valores de temperatura mais elevados.

  • A maioria das enzimas humanas tem uma temperatura óptima de actuação de 37ºC.


  • pH:

  • As enzimas têm um pH óptimo de actuação, acima e abaixo do qual a sua actividade acaba por cessar. O pH do meio influencia a conformação do centro activo da enzima e, consequentemente, a sua interacção com o substrato. Nas enzimas humanas, o pH óptimo relaciona-se com o pH do meio em que actuam.


  • Concentração de substrato:

  • O aumento da concentração de substrato é acompanhado do aumento da actividade enzimática, desde que haja enzima disponível.

  • No entanto, para uma concentração fixa de enzima, a actividade enzimática aumenta com a concentração do substrato até se atingir a saturação da enzima (todos os centros activos estão ocupados) e depois a actividade enzimática estabiliza, uma vez que a taxa de formação de novas ligações ao substrato é igual à taxa de separação dos produtos.

     

     

     

     

     

     

     

    O traçado do gráfico da velocidade de reacção em função da concentração do substrato é uma semi-parábola com a concavidade voltada para baixo.


     

  • Para as enzimas alostéricas, mediante um aumento pouco significativo da concentração de substrato, a actividade da enzima não sofre alterações de destaque, mas, quando a quantidade de substrato aumenta, a enzima torna-se sensível, pois a ligação do substrato a algumas subunidades provoca modificações na estrutura destas, facilitando a ligação do substrato aos centros activos.

     

     

     

     

     

     

     

    Para as enzimas alostéricas o traçado é diferente, e aparece com uma forma sigmoidal (S).




     

  • Concentração de enzima:

  • Aumentando a concentração da enzima, aumenta a velocidade da reacção desde que haja substrato disponível.


  • Presença de inibidores:

A presença de inibidores diminui a actividade enzimática. Os efeitos dependem do tipo de inibição:

  • Inibição irreversível – o aumento da concentração de inibidor é acompanhado pela diminuição da actividade enzimática, uma vez que os centros activos da enzima vão ficando permanentemente ocupados.

  • Inibição reversível competitiva – o aumento da concentração de substrato permite aumentar a actividade enzimática, dado que cada vez mais centros activos passam a ser ocupados pelo substrato.

  • Inibição reversível não competitiva – a actividade enzimática diminui com o aumento da concentração do inibidor e o aumento da concentração do substrato não tem qualquer efeito.



O Papel das Enzimas nas Vias Metabólicas


Vias Metabólicas: sequências ordenadas de reacções químicas catalizadas por enzimas, nas quais o produto de uma reacção química funciona como substrato da reacção química seguinte, até à obtenção do produto final.


  • O conjunto de enzimas que cataliza os diferentes passos de uma via metabólica designa-se complexo multienzimático ou cadeia enzimática. As enzimas actuam sequencialmente, de tal modo que o produto da primeira enzima é o substrato da enzima seguinte, e assim sucessivamente.


  • As vias metabólicas são, geralmente, reguladas por moléculas que se comportam como inibidores reversíveis não competitivos. Estas moléculas ligam-se a um centro alostérico da primeira enzima da via metabólica e alteram a sua conformação. O resultado dessa alteração pode ser a inibição ou a activação da enzima.

  • Frequentemente, é o produto final de uma via metabólica, quando se acumula em excesso, que inibe a primeira enzima, por ligação ao centro alostérico. Quando a concentração de produto final diminui, este liberta-se do centro alostérico e a enzima retoma a actividade, fazendo aumentar de novo a concentração do produto final.

  • A via metabólica é, assim, controlada por retroalimentação negativa, o que permite à célula poupar recursos não sintetizando uma substância que existe em quantidade suficiente.


música: U4 - Produção de Alimentos e Sustentabilidade

publicado por Ana Silva Martins às 22:30
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Conservação, Melhoramento e Produção de Novos Alimentos


  • Factores que conduzem à deterioração dos alimentos:

  • contaminação por microorganismos e insectos;

  • autolise – processo celular no qual as enzimas provocam a lise das próprias células;

  • reacções químicas espontaneas, que não são catalizadas por enzimas;

  • alterações físicas causadas pela temperatura, pressão e humidade, entre outras.


  • Nem todos os alimentos sofrem deterioração e se tornam impróprios para consumo com a mesma facilidade.

  • Alimentos não perecíveis ou estáveis – não sofrem deterioração, por longos períodos de tempo, se forem manuseados e armazenados correctamente. (ex: açucar, farinha e feijão seco)

  • Alimentos pouco perecíveis – conservam-se em boas condições, durante um período longo de tempo, se correctamente manuseados e armazenados. (ex: batatas e algumas variedades de maças)

  • Alimentos perecíveis – degradam-se rapidamente se não forem sujeitos a métodos de conservação. (ex: carne, peixe, aves, ovos, leite e a maior parte dos frutos e vegetais).


  • Factores que condicionam o tipo e a extensão da contaminação dos alimentos por microorganismos:

  • Propriedades físicas e químicas dos alimentos, como a humidade disponível, o tipo e a quantidade de nutrientes, o pH e a eventual presença de substâncias inibidoras.

Nem todos os microorganismos utilizam as mesmas substâncias no seu metabolismo, pelo que a composição dos alimentos está associada ao tipo de microorganismos que se podem desenvolver. A água no alimento constitui um dos factores que mais influencia a actividade microbiana, uma vez que todos os microorganismos requerem humidade para o seu crescimento.

  • Condições de armazenamento – O crescimento dos microorganismos é influenciado pelas condições ambientais, como a temperatura, a humidade e a disponibilidade de oxigénio, e estas condições determinam as espécies de microorganismos que podem desenvolver-se. Geralmente, a deterioração de um alimento é iniciada por uma espécie de microorganismos e seguem-se outras espécies, numa sucessão bem definida.

  • Manipulação do alimento – Os meios de transporte, os utensílios utilizados e os próprios manipuladores podem contaminar o alimento e aumentar a sua carga em microorganismos.

  • A competição entre diferentes tipos de bactérias, leveduras e fungos geralmente determina o tipo de organismo que predomina e o tipo de alterações que o alimento vai sofrer. Se as condições forem favoráveis para todos, as bactérias têm um crescimento mais rápido do que as leveduras e estas têm um crescimento mais rápido do que os fungos. É frequente um organismo criar condições para o desenvolvimento de outro, o que se designa por metabiose.


  • Principais alterações provocadas pelos microorganismos nos alimentos:

  • As proteínas são hidrolisadas em péptidos ou aminoácidos, os quais são posteriormente desaminados e descarboxilados, originando produtos como amónia, ácido acético e metano. A decomposição anaeróbia das proteínas, péptidos ou aminoácidos origina a produção de substâncias com mau odor e designa-se putrefacção.

  • Os polissacarídeos e oligossacarídeos são hidrolisados em monossacarídeos. Estes são convertidos em CO2 e água em condições aeróbias e em condições anaeróbias podem sofrer fermentação alcoólica, láctica, propiónica ou butírica. Também se podem formar outros produtos, como ácidos gordos e outros ácidos orgânicos, aldeídos e cetonas.

  • Os lípidos podem ser hidrolisados por lipases microbianas a ácidos gordos e glicerol ou podem ser oxidados. A oxidação dos lípidos origina o ranço.




Processos de conservação de alimentos


  • Os processos de conservação de alimentos permitem:

  • aumentar o período de tempo durante o qual os alimentos podem ser consumidos com segurança;

  • em certos casos, melhorar as propriedades organolépticas dos alimentos, isto é, propriedades agradáveis aos órgãos dos sentidos;

  • ultrapassar a sazonalidade do consumo de certos alimentos, tornando a dieta mais variada e equilibrada;

  • aumentar a higiene alimentar;

  • facilitar a tarefa de preparação dos alimentos.


  • Principais factores de conservação de alimentos e técnicas utilizadas:


  • Assepsia: previne o acesso dos microorganismos aos alimentos. A manutenção da assepsia durante a manipulação e a embalagem dos alimentos aumenta a eficácia de outros factores de conservação.


  • Remoção dos microorganismos:

    • Lavagem - remoção de microorganismos e partículas da superfície do alimento com água. O aumento da humidade pode favorecer o crescimento microbiano e acelerar a deterioração.

    • Filtração esterilizante - alimentos líquidos passam num filtro esterilizado que retém os microorganismos.


  • Calor: mata os microorganismos porque causa a desnaturação das proteínas e das enzimas necessárias ao metabolismo. A combinação temperatura/tempo utilizada na conservação dos alimentos tem em vista a destruição dos microorganismos indesejáveis, causando a menor alteração possível nas características e no valor nutritivo do alimento.

Os esporos dos microorganismos são mais resistentes ao calor do que as células vegetativas e requerem um tratamento mais intenso.

O tratamento pelo calor húmido é mais eficaz do que o tratamento pelo calor seco, o que possibilita a utilização de temperaturas mais baixas por períodos de tempo mais curtos.

    • Pasteurização:

      • Utiliza temperaturas inferiores a 100°C.

      • Não destrói os esporos, nem algumas células mais resistentes.

      • A combinação temperatura/tempo depende das características dos alimentos.

      • É um método adequado nas seguintes situações:

        • quando tratamentos térmicos mais violentos afectam a qualidade do produto;

        • para eliminar agentes patogénicos, ou outros, pouco resistentes ao calor;

        • quando é utilizado conjuntamente com outro método.

    • Tratamento UHT: aquecimento a uma temperatura superior a 130°C durante 1 a 2 segundos. Destrói os microorganismos.

    • Esterilização: O alimento é preparado e introduzido num recipiente que é fechado e submetido a uma temperatura superior a 100°C. Destrói os microorganismos e as enzimas. Especialmente para enlatados.


  • Frio: As baixas temperaturas retardam as reacções químicas e a acção das enzimas do alimento e inibem ou reduzem o crescimento e a actividade dos microorganismos, mas não os matam. Quanto mais baixa for a temperatura, mais intensas são estas acções.

    • Refrigeração: Os alimentos são conservados a uma temperatura superior a 0°C. A refrigeração comercial utiliza uma temperatura entre 5 e 7,2°C. Reduz o crescimento da maior parte dos agentes patogénicos, mas os organismos psicrófilos continuam a desenvolver-se.

    • Congelação: Conservação dos alimentos a uma temperatura igual ou inferior a -18°C. A técnica de congelação rápida demora cerca de 30 min e utiliza, geralmente, azoto líquido; a congelação lenta demora entre 3 a 72 horas.

      A congelação inibe o crescimento de todos os microorganismos, mas continuam a ocorrer reacções de autólise no alimento. A eficácia da congelação é influenciada por factores como a técnica utilizada (congelação rápida ou lenta), a temperatura, a circulação do ar, o tipo de alimento e a forma e tamanho do alimento. Na congelação lenta formam-se cristais de gelo de grandes dimensões que podem danificar as células do alimento.


  • Redução da água: A água é essencial ao metabolismo microbiano. A redução da água inibe o crescimento dos microorganismos e a actividade enzimática no alimento. Os esporos são mais resistentes à secura.

    • Secagem ao Sol: O alimento é exposto ao sol e verifica-se a evaporação lenta da água. Apenas é possível em climas com sol e atmosfera seca.

    • Evaporação: A água de alimentos líquidos é parcialmente removida por fervura. O método explora a diferença de volatilidade entre a água e os solutos do alimento. Permite a obtenção de produtos de grande conveniência para o consumidor, por redução de volume, mas causa alterações do sabor e da cor dos alimentos (por exemplo, o açucar carameliza e adquire uma cor acastanhada).

    • Desidratação: O alimento é sujeito ao calor em condições controladas de temperatura, humidade e circulação de ar, o que remove a maior parte da água por evaporação.

    • Liofilização: Desidratação de alimentos congelados por sublimação da água. Permite conservar a textura e o aroma dos alimentos. A água é extraída lentamente mantendo-se a forma, aspecto e restantes propriedades do alimento, mesmo que estes já estejam cozinhados.


  • Efeitos osmóticos: Quando os alimentos são colocados em meio hipertónico (por adição de sal ou de açucar, por exemplo) verifica-se a diminução do potencial hídrico e a plasmólise das células microbianas.

    • Salga: O alimento é coberto de sal ou colocado numa solução salina. O sal, para além de provocar a plasmólise das células, sofre ionização e origina o ião cloro que reduz a solubilidade do oxigénio e interfere com a acção das enzimas proteolíticas.

    • Adição de açucar: O alimento é cozido numa solução concentrada de açucar. Actua de forma análoga ao sal, mas necessita de maiores concentrações.


  • Modificação da atmosfera: Permite criar condições anaeróbias que impedem o crescimento de muitas espécies de microorganismos e as reacções de oxidação. Permite controlar a exposição dos alimentos a compostos voláteis, como o etileno.

    • Embalagem no vácuo: Remoção total do ar na embalagem.

    • Conservação ou embalagem em atmosfera modificada: Embalamento a baixa pressão. O ar atmosférico é substituído por uma mistura gasosa que favorece a conservação. Nessa mistura é aumentada a concentração de CO2 e diminuida a concentração de O2, em relação ao ar atmosférico.


  • Irradiação: Certas radiações, como os raios UV e as radiações ionizantes, têm acção germicida e retardam a germinação e a maturação de sementes e frutos, respectivamente.

Os raios UV, devido ao seu comprimento de onda, são absorvidos pelas bases do DNA.

A resistência dos microorganismos às radiações depende da fase de crescimento e do estado fisiológico da célula.

    • Lâmpadas UV: A irradiação dos alimentos mata os microorganismos superficiais, sem modificar as propriedades destes, que não se tornam radioactivos. A irradiação de espaços e utensílios de manipulação de alimentos permite reduzir os índices de contaminação.


  • Acidez: O crescimento e a actividade de muitos microorganismos patogénicos é inibido ou reduzido em meio ácido, por desnaturação das enzimas.

    • Fermentação: A fermentação láctica e a fermentação acética são acompanhadas por uma diminuição do pH.

    • Conserva em vinagre: O alimento é mergulhado numa solução de vinagre. O sabor é alterado.


  • Outros factores:

    • Fumagem: O alimento é exposto ao fumo que resulta da queima de madeira e que contém uma variedade de produtos voláteis, com efeito bacteriostático ou bactericida. O mais importante desses compostos é o formaldeído. O alimento sofre também desidratação e acção do calor.

    • Aditivos alimentares:

      • Um aditivo é uma substância, com ou sem valor nutritivo, que por si só não é género alimentício nem ingrediente característico de um género alimentício, mas que é intencionalmente adicionada aos alimentos, em qualquer fase do seu processamento, com finalidade tecnológica ou organoléptica.

      • Alguns aditivos são substâncias químicas que inibem o crescimento e a actividade de microorganismos por interferirem com estruturas ou processos dos próprios microorganismos, como, por exemplo, a estabilidade das membranas celulares, a actividade enzimática ou mecanismos genéticos. Outros aditivos previnem a autólise dos alimentos, como, por exemplo, os antioxidantes.

      • Para que uma substância possa ser utilizada como aditivo alimentar deve desempenhar uma ou várias das seguintes funções:

        • conservar as qualidades nutritivas dos alimentos;

        • aumentar a conservação ou estabilidade dos alimentos sob o ponto de vista higiénico;

        • auxiliar ou melhorar o fabrico, a transformação, a preparação, a embalagem, o transporte ou o armazenamento dos alimentos;

        • fornecer ingredientes ou constituintes necessários aos produtos alimentares destinados a fins especiais (dietéticos, por exemplo).

      • Os aditivos alimentares só devem ser utilizados em alimentos se forem satisfeitas as seguintes condições:

        • quando existe justificação tecnológica para o seu emprego e os objectivos a alcançar não podem ser obtidos por outros meios;

        • quando a sua utilização, nas doses propostas, não represente qualquer perigo para a saúde do consumidor, à luz dos conhecimentos actuais;

        • quando não induz o consumidor em erro e não é utilizado para disfarçar a incorporação de matérias-primas defeituosas ou práticas indesejáveis, nomeadamente de carácter higiénico.

      • A aprovação de um aditivo alimentar obriga a uma avaliação toxicológica adequada e à definição da DDA (Dose diária admissível). A noção de perigosidade encontra-se ligada às quantidades que são ingeridas, bem como às combinações de diferentes compostos.

      • Função dos aditivos:

        • Aditivos com acção conservante: a sua principal função é aumentar o tempo de duração do alimento, mantendo o sabor e esterilidade do mesmo.

Conservantes – prolongam a duração dos alimentos, por inibição ou redução da actividade dos microorganismos ou das reacções de autólise do próprio alimento.

Antioxidantes – retardam a oxidação. Previnem a formação de ranço nos alimentos que contêm lípidos e o escurecimento da fruta.

        • Aditivos com função sensorial: modificam ou realçam as características organolépticas do alimento.

Corantes – dão cor ao alimento.

Intensificadores de sabor – realçam o sabor do alimento.

Espessantes – melhoram a consistência de alguns alimentos.

Aromatizantes – conferem aroma ao alimento.

        • Aditivos que facilitam certas operações industriais de processamento e fabrico.

Estabilizadores e emulsionantes – permitem a manutenção do estado físico dos alimentos e facilitam a mistura de ingredientes.



Melhoramento e Produção de Novos Alimentos


Para além do desenvolvimento e aperfeiçoamento de novas técnicas de conservação de alimentos, a Biotecnologia aplicada à indústria alimentar permite melhorar e produzir novos alimentos através, nomeadamente, das seguintes acções:


  • Optimização das condições em que ocorrem as fermentações:

A selecção de estirpes de organismos fermentativos e a manipulação de condições como temperatura, pH e composição atmosférica, tornam possível a obtenção de produtos fermentados de melhor qualidade, em maior quantidade e variedade. Por exemplo, os produtos lácteos probióticos e simbióticos, cujo consumo tem vindo a aumentar, são resultado da selecção e da utilização de diferentes fermentos lácteos que originam produtos com características particulares.


  • Utilização de microorganismos para a produção de substâncias usadas na modificação de alimentos ou como aditivos alimentares:

A cultura de microorganismos em fermentadores, em condições controladas, permite produzir grandes quantidades de substâncias utilizadas como aditivos alimentares. Por exemplo, os aminoácidos ácido glutâmico e ácido aspártico são utilizados como adoçantes e o ácido cítrico (um ácido orgânico) e um regulador de acidez.

As enzimas microbianas são usadas no processamento e na transformação de alimentos. As lípases acentuam o sabor de certos queijos, a lactase é usada na produção de alimentos sem lactose destinados a indivíduos intolerantes a esta substância e as proteases são usadas para reduzir a turvação da cerveja.

A imobilização de enzimas numa matriz (de celulose ou ágar, por exemplo), sobre a qual é feito circular o substrato, facilita o isolamento dos produtos, reduz a contaminação, e permite a reutilização das enzimas e um melhor controlo das condições em que ocorre a catálise.


  • Produção de alimentos transgénicos:

Os alimentos trangénicos possuem genes estranhos que lhes conferem novas características. Arroz com maior valor nutritivo, tomate que não amolece durante o amadurecimento e milho resistente à pirale, a sua principal praga, são alguns dos alimentos geneticamente modificados que, ao mesmo tempo que poderiam contribuir para melhorar a situação de fome no mundo, são alvo de polémica sobre eventuais efeitos no equilíbrio dos ecossistemas e na saúde humana.


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Exploração das Potencialidades da Biosfera - Produção de Alimentos


  • O crescimento da população humana tem sido acompanhado por um aumento da exploração dos recursos da biosfera e pela introdução de desiquilíbrios.



Da Agricultura tradicional à Intensiva


  • As plantas, os animais e os produtos que deles derivam constituem, na sua quase totalidade, os recursos alimentares do Homem que são obtidos essencialmente, pela agricultura, pecuária e pesca.


  • A partir da segunda metade do século XX, a necessidade crescente de alimentos e o desenvolvimento científico e tecnológico das sociedades traduziram-se num aumento da produção de bens alimentares, para o qual contribuiram os seguintes factores:

  • desenvolvimento de equipamento agrícola;

  • utilização de fertilizantes químicos e pesticidas na agricultura;

  • desenvolvimento de técnicas mais eficientes de irrigação;

  • intensificação e modernização da pecuária e da aquacultura;

  • melhoria das embarcações e das técnicas de pesca;

  • aplicação da biotecnologia no melhoramento de espécies de organismos utilizadas na alimentação humana e no aumento da sua produtividade.


  • O desenvolvimento de novos equipamentos e produtos de uso agrícola foi acompanhado da alteração de um modelo de agricultura tradicional, de tipo familiar, para a agricultura intensiva, assente na monocultura, nos países industrializados.

     

    • Agricultura Tradicional: cultivo de pequenas áreas em regime de policultura, com utilização de técnicas que preservam a rentabilidade do solo, tais como:

        • rotação de culturas;

        • pousio;

        • aplicação de adubos orgânicos;

        • associação de espécies com diferentes necessidades em elementos minerais;

        • rega manual, muitas vezes com recurso a desvio de água dos rios ou a poços;

        • trabalho essencialmente manual ou com a ajuda de animais.

Consequências:

        • produção de alimentos em pequena quantidade, que apenas satisfaz as necessidades familiares ou de uma pequena comunidade;

        • mantém a fertilidade do solo;

        • não causa poluição do solo ou da água;

        • preserva os recursos hídricos.


    • Agricultura Intensiva: cultivo de grandes áreas, em regime de monocultura, com apenas uma espécie.

As tecnologias aplicadas incluem:

        • utilização de adubos sintéticos;

        • utilização de pesticidas;

        • rega automática;

        • trabalho executado por máquinas.

Consequências:

        • produção de alimentos em grande quantidade, destinados a serem comercializados;

        • a obtenção de novas áreas agrícolas é muitas vezes feita à custa da desflorestação;

        • os elementos minerais do solo esgotam-se rapidamente, conduzindo à degradação do solo e à desertificação;

        • a falta de biodiversidade torna mais comum o aparecimento de doenças e de pragas;

        • o excesso de adubos e pesticidas polui o solo e a água;

        • os volumes de água utilizados na irrigação contribuem para o esgotamento dos recursos hídricos;

        • consumo de grandes quantidades de energia fóssil.



Outras estratégias para aumentar a produção de alimentos


  • Reprodução Selectiva: é utilizada desde há vários séculos e baseia-se na selecção artificial para obter variedades de plantas ou animais com características vantajosas.

      • Em cada geração, são promovidos os cruzamentos entre indivíduos que apresentam as características desejadas, que, assim, aumentam a sua representatividade na geração seguinte.

      • A reprodução selectiva permite:

        • obter produtos de melhor qualidade, como frutos, sementes, carne, leite, ovos ou peles;

        • melhorar as capacidades de reprodução, o que permite obter uma descendência mais numerosa;

        • obter variedades de plantas e animais mais resistentes a doenças e parasitas.

      • Nos animais, a reprodução selectiva foi facilitada com o desenvolvimento das técnicas de inseminação artificial. O sémen de um macho com características vantajosas pode ser usado para inseminar uma grande quantidade de fêmeas.

      • Desvantagens associadas à reprodução selectiva:

        • é um processo lento;

        • apenas permite combinar características de indivíduos da mesma espécie ou de espécies relacionadas;

        • as variedades resultantes perdem eficácia num período de tempo curto devido a pragas e doenças.


  • Propagação Vegetativa: permite a obtenção de clones de plantas com características desejáveis, por reprodução assexuada. As plantas possuem uma grande capacidade de regeneração devido à totipotência de algumas das suas células. A propagação por estaca, a mergulhia e a enxertia são algumas das técnicas de propagação vegetativa.


  • Cultura de Tecidos e Micropropagação Vegetal:

      • A micropropagação é uma extensão dos métodos tradicionais de propagação vegetativa.

      • A clonagem de plantas com características desejáveis é obtida pela cultura in vitro de tecidos vegetais, sob determinadas condições de assepsia, num meio com nutrientes e hormonas e com controlo de factores abióticos, como a luz, temperatura, oxigénio e CO2.

      • Processo:

          1. Escolha do explante – a escolha do explante condiciona o grau de sucesso na micropropagação, pelo que a sua fonte deverá ser cuidadosamente escolhida. Os explantes devem ser provenientes de plantas jovens adultas, de preferência de zonas de crescimento activo, nomeadamente dos meristemas.

          2. Desinfecção do explante: a desinfacção é feita em etapas, com recurso a álcool etílico comercial em concentração de 50 a 70%, hipoclorito de sódio (lixívia) ou cálcio, seguido de lavagens com água destilada.

          3. Incubação em meio de crescimento: o explante é incubado em meio de crescimento, contendo uma mistura de sais minerais, fonte de energia (sacarose), vitaminas e fito-hormonas (tais como auxinas e citocininas). As células crescem e multiplicam-se indefinidamente, desde que o meio seja periodicamente renovado. O conjunto de células indiferenciadas denomina-se tecido caloso.

          4. Transferência do tecido caloso para meio contendo determinadas concentrações hormonaisorganogénese.

          5. As plântulas regeneradas in vitro são aclimatizadas e transferidas para o solo.

      • Explante: fragmento de tecido vegetal obtido a partir de uma planta e que será propagado para a obtenção de outra.

      • Tecido Caloso: tecido muito heterogéneo formado por uma massa de células, predominantemente parenquimatosas, em proliferação. O tecido caloso pode ser dividido e subcultivado por sucessivas gerações.

      • As células do tecido caloso podem ser induzidas a regenerar plantas completas através de:

          • Embriogénese somática – consiste na produção de estruturas semelhantes a embriões a partir de células somáticas. Os embriões somáticos são estruturas bipolares independentes que sofrem um desenvolvimento em plântulas semelhante ao dos embriões zigóticos.

          • Organogénese – consiste na formação de estruturas caulinares ou radiculares a partir do tecido caloso. Também pode verificar-se organogénese directamente a partir do explante.

      • As plantas que se originam a partir desta técnica são geneticamente idênticas às plantas que lhes deram origem.

      • A micropropagação permite:

          • a protecção das culturas contra as doenças/produção de plantas livres de vírus por cultura de meristemas;

          • a obtenção de taxas de multiplicação e crescimento superiores ao normal;

          • o controlo de factores ambientais adversos;

          • a realizaçao de pesquisas de melhoramento genético;

          • a obtenção de grandes quantidades de compostos a custos reduzidos – é a partir do seu metabolismo que as plantas produzem substâncias químicas com propriedades farmacológicas. Cerca de 25% dos medicamentos prescritos possuem produtos extraídos de de plantas, sendo os procedimentos para a sua extracção extremamente dispendiosos. As técnicas de cultura poderão representar uma forma de facilitar a obtenção/extracção desses produtos, com maior grau de pureza;

          • a redução do espaço para o seu crescimento;

          • a propagação de espécies de difícil reprodução;

          • a obtenção de plantas homozigóticas para todos os genes por cultura de anteras, seguida de indução da duplicação cromossómica.


  • Cultura de Protoplastos:

      • Protoplastos: células vegetais cujas paredes celulares foram removidas por processos mecânicos ou enzimáticos, deixando a célula apenas protegida pela membrana plasmática.

      • Aplicações dos protoplastos:

        • podem ser cultivados in vitro e regenerar plantas completas;

        • são utilizados na transformação genética de plantas, uma vez que a ausência de parede celular torna mais fácil a introdução de DNA estranho;

        • são utilizados na obtenção de plantas híbridas, por fusão em cultura.

      • Há variedades de plantas que poderão ser produzidas no futuro através da manipulação de plantas haplóides, criadas com recurso à micropropagação e a partir de grãos de pólen isolados. Depois, a partir da fusão de protoplastos (pertencentes ou não à mesma espécie), produzem-se células híbridas. Os protoplastos (depois de reconstituída a parede celular) podem crescer num meio de cultura, originar tecido caloso e daí criar uma nova planta transgénica, com as características das duas plantas iniciais.

      • A regeneração a partir da fusão de protoplastos encontra algumas dificuldades no que diz respeito à produção de plantas monocotiledóneas, como o milho, o trigo e o arroz. Contudo em dicotiledóneas já apresenta grandes progressos.

         

  • Controlo hormonal do crescimento e desenvolvimento das plantas:

      • As hormonas vegetais desempenham diferentes funções dependendo do local onde actuam, do estádio de desenvolvimento do órgão e da sua concentração. São precisamente estes factores que são controlados na cultura de células e tecidos vegetais in vitro.

      • Funções das hormonas vegetais:

Hormonas

Função desempenhada na planta

Auxinas

Promove o desenvolvimento de raízes e caules, através do alongamento de células recém-formadas nos meristemas.

Giberelinas

Estimulam o crescimento de caules e folhas. Juntamente com as auxinas, estimulam o desenvolvimento de frutos.

Citocininas

Estimulam a divisão celular.

Ácido abscísico

Inibe o crescimento das plantas.

Etileno

Induz o amadurecimento dos frutos.


      • Contudo, quando combinadas entre si, as hormonas podem ter influências diversas das apresentadas.

     

  • Criação e Clonagem de Animais:

      • Nas últimas décadas, o número elevado e crescente de animais em explorações levou a pecuária a uma intensificação preocupante, conduzindo a uma exagerada produção de efluentes, cujo armazenamento, tratamento e destino levantam problemas ambientais e sócio-económicos.

      • A criação de animais destinados à alimentação humana em espaços restritos e densamente ocupados, como aviários e suiniculturas, permite produzir grandes quantidades de carne em pouco tempo, mas recorre, geralmente, à utilização de substâncias com efeitos adversos sobre a saúde humana, tais como:

          • Antibióticos: previnem doenças e inibem o crescimento de bactérias da flora intestinal, o que permite canalizar os nutrientes exclusivamente para o crescimento do animal. Aumentam os riscos de reacções alérgicas e de desenvolvimento de resistências em seres humanos.

          • Hormonas: permitem aumentar a produção de massa muscular, conferindo ao animl maior peso. No entanto, os compostos fornecidos aos animais podem não ser destruídos durante a preparação de alimentos e, eventualmente, originar dioxinas, que são potencialmente tóxicas e cancerígenas. Estas substâncias podem entrar na cadeia alimentar humana e causar efeitos nefastos nos sistemas imunológico e neurológico, principalmente nas crianças.

          • Farinhas de origem animal: permitem aumentar a quantidade de proteínas na alimentação do animal, mas podem introduzir desiquilíbrios, como o que levou ao aparecimento da variante humana da encefalopatia espongiforme bovina (BSE)

      • A clonagem de animais, como ovelhas ou coelhos, pode ser conseguida através de fecundação in vitro seguida da divisão e transferência de embriões. As primeiras células que resultam da divisão do zigoto são totipotentes e podem ser separadas e cultivadas em meio de cultura apropriado, dando origem, cada uma delas, a um embrião que é implantado no útero de uma fêmea. Esta técnica permite a selecção de gâmetas de animais com características vantajosas que, assim, vão originar numerosos descendentes num curto espaço de tempo.

      • A generalização da clonagem animal será acompanhada de uma perda de variabilidade genética, que se traduz numa menor capacidade de adaptação da espécie às alterações do ambiente.


  • Organismos Geneticamente Modificados (OGM):

      • A tecnologia do DNA recombinante torna possível a manipulação do genoma de plantas e animais utilizados na alimentação humana, com determinados objectivos:

          • melhoramento das propriedades nutritivas;

          • aumento da produção de carne, leite, sementes, frutos e outros géneros;

          • tolerância a condições ambientais adversas;

          • resistência a herbicidas;

          • alteração da maturação de frutos.

      • Aplicações da Biotecnologia na criação de animais:

          • biorreactores: criação de cabras, porcas e ovelhas transgénicas que produzem, no leite, proteínas humanas de importância biomédica, como anticoagulantes, por exemplo, que serão posteriormente extraídas;

          • utilização de organismos para estudos moleculares que contribuam para testar agentes terapêuticos de prevenção e combate a doenças;

          • melhoria nas taxas de crescimento e produção de fibras têxteis (lã). Os casos de maior sucesso no aumento de massa corporal ocorreram com peixes e na produção de têxteis, sem haver alteração nas propriedades das fibras;

          • obtenção de animais com defesas selectivas para determinadas doenças (por exemplo, resistência ao vírus Influenza).

      • Há uma natural dificuldade em implementar os processos biotecnológicos nos animais, comparativamente às plantas, uma vez que estes não apresentam células totipotentes após o desenvolvimento embrionário.

      • As plantas transgénicas são fáceis de obter porque possuem um ciclo de vida curto, produzem uma descendência numerosa e têm uma grande capacidade de regeneração.

      • Na transformação genética de plantas é frequente a utilização como vector do plasmídio de Agrobacterium tumefaciens. Esta espécie de bactéria vive no solo e infecta as plantas, causando tumores. A capacidade infecciosa reside num gene do plasmídio Ti. O plasmídio Ti pode ser manipulado de modo a substituir o oncogéne por um gene com interesse que é transferido para a planta.

      • Em plantas que não são infectadas por Agrobacterium tumefaciens, a introdução de DNA exógeno em protoplastos ou o bombardeamento de partículas também tem bons resultados.

      • Um exemplo comum de OGM é o milho Bt, capaz de produzir naturalmente o insecticida. Este milho foi produzido obtendo o gene de uma bactéria do solo, a Bacillus thuringiensis (Bt), que produz uma toxina mortal para as larvas.

      • Impactos/riscos dos OGM vegetais:

          • Há a confirmação de transferência de substâncias alérgicas, havendo ainda muitos OGM à venda contendo proteínas cujo potencial alérgico não foi testado.

          • Foram feitos estudos em ratos alimentados com batatas geneticamente modificadas, observando-se que o sistema imunitário do animal ficou debilitado.

          • Na agricultura, o uso de OGM resistentes a herbicidas pode incentivar ao uso de doses elevadas destes produtos, agravando o problema da poluição de aquíferos, e causando problemas de saúde, como diversas formas de cancro.

          • Não é possível separar culturas transgénicas das convencionais. O pólen pode percorrer mais de 180 km num só dia. Assim, pode haver transferência dos transgenes para as espécies nativas, originando poluição genética.

          • Os OGM são uma novidade para a natureza, e a possível inexistência de predadores naturais pode facilitar a sua expansão e competitividade com espécies nativas, pondo em causa a biodiversidade.

          • Devido ao ganho de resistência aos herbicidas dos OGM, e ao consequente exagero do seu uso, determinadas plantas podem tornar-se «superpragas», ganhando resistências. Tal já aconteceu na Grã-Bretanha.

          • Estudos provam que as folhas das plantas Bt podem alterar a composição biológica do solo, o que poderá provocar um desiquilíbrio biológico, com repercursões nos ciclos biogeoquímicos (água, azoto, etc.).

          • As toxinas produzidas pelo milho Bt podem afectar outros insectos que não são pragas importantes, mas que são muito sensíveis à toxina produzida.

          • Possibilidade de disseminação do transgene pelo pólen e de a toxina se encontrar no néctar ou no pólen da planta e assim ser incluída na produção de mel pelas abelhas, sendo potencialmente alérgica para os humanos, obrigando a que esse milho apenas fosse usado nas rações alimentares dos animais.

          • Desenvolvimento do gene Terminator (actualmente proíbido), que desactivava a capacidade de uma semente germinar quando plantada no ano seguinte.

          • Os genes que conferem resistência aos antibióticos são utilizados como marcadores para seleccionar os transgénicos. Mas alguns podem escapar dos OGM e passar para as bactérias.



Papel da Biotecnologia no combate à fome


  • A cultura de tecidos e a micropropagação vegetal são as técnicas de maior sucesso na produção de géneros alimentares, em mercados da Ásia, América Latina e África, pois são pouco dispendiosas e adequadas às potencialidades económicas dos países em questão.

  • Exemplos de projectos biotecnológicos em curso nos países do Terceiro Mundo que visam aumentar a produtividade agrícola e, desta forma, combater a fome e subnutrição:

      • produção de arroz transgénico resistente ao vírus RYMV endémico do continente africano, capaz de dizimar arrozais na sua totalidade;

      • produção de arroz com consideráveis quantidades de ferro e vitamina A (o arroz constitui muitas vezes o único alimento disponível);

      • criação de variedades de plantas resistentes a secas para impulsionar a produtividade das zonas semiáridas do continente;

      • criação de variedades de trigo e milho resistentes ao alumínio, prontas para crescer em solos tropicais com elevados teores deste metal.

  • A Biotecnologia não constitui, por si só, uma solução para a fome no mundo. A prossecução desse objectivo só pode ser concretizada através de medidas políticas e sócio-económicas de âmbito local e global.

 


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Exploração das Potencialidades da Biosfera - Controlo de Pragas


Controlo de Pragas


  • Praga – abundância de indivíduos de uma espécie indesejável para o ser humano. As pragas disseminam doenças, competem pelo alimento, invadem campos de cultura e jardins ou são, simplesmente, incómodas.

      • Em ecossistemas naturais e agrossistemas de policultura, as populações das espécies consideradas como pragas encontram-se em equílibrio dinâmico com as populações de predadores e de espécies patogénicas e os danos que causam a estes sistemas não são muito graves.

      • Em agrossistemas de monocultura, a falta de biodiversidade limita as interacções entre diferentes populações e as pragas tornam-se um problema grave que é tradicionalmente combatido pela aplicação de agentes biocidas.


  • Pesticida – produto químico utilizado no controlo de pragas.

      • Os biocidas, dependendo da sua composição, actuam a diferentes níveis:

          • reguladores de crescimento, inibindo-o;

          • inibidores de biossíntese de ácidos nucleícos, lípidos ou pigmentos;

          • inibidores do desenvolvimento de plântulas;

          • inibidores de fotossíntese;

          • desorganizadores da membrana plasmática.

      • Os pesticidas caracterizam-se pelo seu espectro de acção e persistência.

          • Espectro de acção – está relacionado com a quantidade de espécies para as quais é tóxico.

          • Persistência – é dada pelo intervalo de tempo que permanece activo. Pesticidas com grande persistência podem permanecer activos durante alguns anos e pesticidas com baixa persistência são activos durante algumas horas.

      • A utilização de pesticidas, embora permita aumentar a produtividade agrícola e combater a expansão de certas doenças, apresenta desvantagens:

          • leva ao desenvolvimento de variedades resistentes por um mecanismo de selecção natural dirigida. O desenvolvimento destas variedades resistentes é tanto mais rápido quanto mais curto for o ciclo reprodutor da espécie;

          • afecta outros organismos, incluindo, por vezes, os predadores naturais das pragas, introduzindo desiquilíbrios nos ecossistemas que se podem traduzir por um agravamento das pragas;

          • pode originar:

            • bioacumulação – absorção e armazenamento das moléculas do pesticida , em tecidos ou órgão específicos, numa concentração mais elevada do que aquela que seria de esperar.

            • bioampliação – aumento da concentração do pesticida, de nível trófico para nível trófico, ao longo das cadeias alimentares.

          • Ameaça a saúde humana de forma directa, por envenenamento, e de forma indirecta, por bioacumulação e bioampliação.


Métodos alternativos de controlo de pragas:


  • Práticas de cultura alternativas:

    • Certas práticas agrícolas permitem reduzir os danos causados pelas pragas, entre as quais:

        • rotação de culturas;

        • plantação de sebes em redor das culturas, o que cria habitats para os inimigos naturais das pragas;

        • cultivo de espécies em locais onde não existam as pragas que as atacam;

        • ajuste dos ciclos de cultura, de forma a fazer coincidir a altura de maior produção com a fase do ciclo de vida em que a praga é menos activa;

        • culturas marginais, que desviam as pragas.

  • Controlo Biológico:

    • Regulação das populações de pragas pelos seus inimigos naturais, como predadores, parasitas e agentes patogénicos.

    • É um método de regulação selectivo e não tóxico.

    • Desvantagens:

        • a tarefa de seleccionar o melhor inimigo natural e produzi-lo em grande quantidade é complexa e demorada;

        • a acção dos inimigos naturais sobre as pragas é mais lenta do que a dos pesticidas químicos;

        • na falta de um controlo rigoroso, as populações dos inimigos naturais podem aumentar e transformar-se numa nova praga.




  • Esterilização de insectos:

    • Machos de insectos criados em laboratório e tornados estéreis são libertados numa zona infestada. O seu acasalamento com as fêmeas não produz descendência e a população da praga diminui.

    • Desvantagens:

        • funciona apenas com algumas espécies;

        • é dispendioso;

        • requer uma aplicação continua, o que se traduz na necessidade de grandes quantidades de machos.

  • Utilização de feromonas:

    • As feromonas são substâncias produzidas pelos animais e que lhes permitem estabelecer comunicação. Nos insectos, são libertadas na altura do acasalamento para atrair o parceiro.

    • As feromonas podem ser colocadas em armadilhas, atraindo os insectos e desviando-os das culturas. Podem, também, ser utilizadas para atrair os predadores ou parasitas naturais.

    • Vantagens:

        • têm uma acção muito específica;

        • são totalmente inócuas para o homem e animais domésticos;

        • servem para detectar precocemente as pragas;

        • respeitam o equilíbrio ecológico;

        • não incorporam resíduos tóxicos nos alimentos;

        • não desencadeiam nenhum mecanismo de resistência nas pragas.

    • Desvantagens: a identificação, o isolamento e a produção de uma feromona é um processo demorado e dispendioso.

  • Utilização de hormonas:

    • As hormonas juvenis e de muda controlam o desenvolvimento e a reprodução dos insectos em diferentes momentos do seu ciclo de vida. A aplicação de hormonas sintéticas ou outras substâncias que interfiram com as hormonas naturais pode impedir que se complete o ciclo de vida do insecto.

    • A utilização de auxinas em campos de cultivo de monocotiledóneas permite controlar a proliferação de ervas daninhas. Como essas plantas são menos sensíveis às auxinas que as dicotiledóneas, a aplicação de grandes quantidades dessa hormona impede o crescimento de dicotiledóneas indesejáveis, sem afectar o desenvolvimento das monocotiledóneas

  • Biopesticidas:

    • Alguns microorganismos produzem toxinas, específicas e biodegradáveis, que podem ser utilizadas como pesticidas biológicos.

    • As toxinas Bt são aplicadas às culturas, protegendo-as das pragas de insectos, sem afectar os organismos de outros grupos.

  • Engenharia Genética:

    • A tecnologia do DNA recombinante pode ser usada para a introdução nas plantas de genes que codificam a produção de toxinas ou outras substâncias com acção pesticida. As toxinas Bt, quitinases e lisozima são algumas dessas substâncias.

    • A transformação genética permite aumentar a especificidade, eficiência e estabilidade dos biopesticidas e já foi testada em várias espécies de plantas.

  • Controlo Integrado:

    • O controlo integrado não tem como objectivo a erradicação das pragas, mas a sua redução e manutenção em níveis economicamente aceitáveis.

    • Os programas de controlo integrado de pragas baseiam-se no conhecimento e na avaliação do sistema ecológico formado pela cultura, pragas que a atacam, inimigos naturais, condições ambientais e outras, e associam diferentes métodos com o objectivo de aliar a produtividade das culturas à redução dos riscos ambientais.

    • A aplicação destes programas é complexa e demorada.


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Poluição, Bioacumulação e Bioampliação; Agentes tóxicos; Poluição atmosférica


  • Poluição: modificação não pretendida na atmosfera, na água ou nos solos, que pode afectar os humanos ou qualquer outro organismo vivo, apresentando origem antrópica.

  • Contaminação: introdução de compostos em quantidades acima das normais, podendo ou não afectar os organismos que nela habitam e cuja origem poderá ser natural.


  • Poluente: qualquer composto emitido pelo Homem que afecte os ecossistemas e o próprio Homem.


  • Toxicidade: efeito negativo na saúde humana ou no ambiente provocado pela presença de compostos em concentrações acima do definido. As substâncias tóxicas podem ser ingeridas, inaladas ou absorvidas através da pele.


    • Factores que influenciam a toxicidade: frequência e duração da exposição e natureza da substância.


Factores de Toxicidade:


    • Dose:

      • A dose letal causa a morte de um organismo. No caso humano, a dose letal de uma determinada substância tóxica depende de factores como a idade, o sexo, o estado de saúde, a eficiência dos sistemas de desintoxicação e a sensibilidade individual.

      • Dose Letal média (LD50): concentração de uma substância que causa a morte de 50% de uma população-teste num período de 14 dias.

    • Solubilidade:

      • As substâncias tóxicas solúveis na água são facilmente absorvidas pelos organismos a partir do meio, mas também são relativamente fáceis de eliminar.

      • As substâncias tóxicas solúveis nos lípidos acumulam-se nas células e tecidos e são mais difíceis de eliminar.



    • Bioacumulação:

      • Corresponde à soma sucessiva da incorporação de um poluente efectuada por via directa ou por via alimentar, sendo mais frequente nos organismos aquáticos.

    • Bioampliação:

      • Causada pela acumulação de compostos tóxicos nos tecidos, mais grave para os consumidores de topo das cadeias alimentares, onde se registam os mais graves problemas de toxicidade – a concentração de certas substâncias aumenta de nível trófico para nível trófico, ao longo das cadeias alimentares, e afecta organismos que não foram directamente expostos.

      • Um dos aspectos mais graves da bioacumulação e da bioampliação é o facto de não aparecerem sintomas até as concentrações no organismo serem suficientemente elevadas para causarem problemas graves de saúde.

    • Interacção com outras substâncias:

      • Sinergismo – A interacção multiplica o efeito da substância tóxica. O efeito combinado das duas substâncias é superior à soma dos efeitos de cada uma delas quando actuam isoladamente. A presença de um nutriente aumenta ou facilita a absorção de outro.

      • Antagonismo – a interacção reduz o efeito da substância tóxica. A presença de um nutriente causa a indisponibilidade de um outro nutriente, mesmo que ele esteja presente no solo, em quantidade suficiente.


Efeitos dos agentes tóxicos:


  • A resposta a um agente tóxico é variável e pode resultar em dois tipos de efeitos:

    • efeito agudo – reacção imediata ou rápida do organismo à exposição ao agente tóxico, que pode variar de uma erupção cutânea até à morte;

    • efeito crónico – consequência permanente ou duradoura da exposição ao agente tóxico, como lesões renais ou hepáticas.


  • Classificação dos agentes tóxicos em função dos seus efeitos:

    • Mutagénico:

      • Causa mutações no DNA. As mutações podem ser somáticas ou germinativas. Pode originar doenças e cancro.

      • Exemplo: radiações ionizantes, raios X.


    • Teratogénico:

      • Causa defeitos no embrião, especialmente durante os primeiros 3 meses de gravidez, podendo reflectir-se na perda da gestação, malformações ou alterações no funcionamento, bem como distúrbios neurocomportamentais, como o atraso mental.

      • Exemplo: Talidomida, polifenóis biclorados (PCB) e metais pesados, como o chumbo e arsénio.

    • Cancerígeno:

      • Causa o aparecimento de cancros, por indução de alterações no DNA. Os contaminantes provocam alterações no DNA das células que conduzem ao seu crescimento e divisão descontrolada, originando o cancro.

      • Exemplo: substâncias químicas, presentes no fumo do cigarro, em alimentos e em poluentes ambientais. Radiações, metais pesados e vírus.

    • Alergénico:

      • Induz reacções alérgicas.

      • Exemplo: veneno de insectos.

    • Asfixiante:

      • Impede a captação ou distribuição de oxigénio.

      • Exemplo: Monóxido de carbono.

    • Neurotóxico:

      • Afecta o sistema nervoso.

      • Exemplo: DDT, formaldeído, dioxinas, chumbo, mercúrio e tolueno.


  • Em estudos de toxicidade, verifica-se, frequentemente, que muitas substâncias têm efeitos insignificantes sobre a saúde em baixas concentrações, mas os efeitos acentuam-se para concentrações mais elevadas. Este facto deve-se principalmente aos seguintes factores:

      • o organismo possui mecanismos de destruição, diluição ou excreção de substâncias tóxicas;

      • as células têm enzimas que reparam o DNA;

      • as células de algumas regiões do organismo (como a pele e os revestimentos do sistema digestivo, dos pulmões e dos vasos sanguíneos) multiplicam-se a uma taxa elevada e substituem rapidamente as células danificadas.


Poluição Atmosférica


  • Constituição da atmosfera:

    • Troposfera – camada mais baixa da atmosfera e a mais densa, ao longo da qual há um arrefecimento acentuado. Existem correntes de ar que possibilitam a ascensão dos contaminantes. É o local onde se origina o nosso clima e ocorrem os fenómenos climáticos. As substâncias que nela se encontram podem regressar à superfície terrestre por precipitação.

    • Estratosfera – sobrepõe-se à troposfera, é mais rarefeita e contém uma menor concentração de vapor de água e uma maior concentração de ozono. Como as correntes de ar são insignificantes e a quantidade de vapor de água é reduzida, as substâncias que alcançam esta camada permanecem aí durante muito tempo.

    • Mesosfera

    • Termosfera


  • Os poluentes atmosféricos podem ser classificados como:

    • Poluentes primários – se são emitidos directamente para a troposfera numa forma potencialmente perigosa. Resultam directamente da combustão ou evaporação do carvão e derivados do petróleo.

      • Partículas, compostos orgânicos voláteis, CO, NOx, SOx e chumbo.

    • Poluentes secundários – se resultam da reacção dos poluentes primários com os componentes do ar (combustão), formando novos poluentes. A energia para que estas reacções ocorram provém da luz solar, daí se designarem também por oxidantes fotoquímicos.

      • Ozono, H2O2, H2SO4, HNO3 e diversos compostos orgânicos voláteis.


  • A poluição atmosférica, mesmo quando originada por fontes locais, atinge facilmente uma dimensão regional ou global, como consequência da mobilidade horizontal do ar atmosférico.



Particularização dos fenómenos de poluição atmosférica


  • Smog:

    • Com a Revolução Industrial e a utilização intensiva de carvão como fonte de calor e energia, aparece o «smog industrial» - densas neblinas constituídas por uma mistura de óxidos de carbono, compostos azotados e vapor de água, que se formaram onde se concentravam as indústrias.

    • A partir dos anos 50, com o uso crescente de veículos motorizados, as grandes áreas urbanas começaram a ficar envoltas numa neblina denominada «smog fotoquímico».

    • Inversão térmica – uma das principais causas de intensificação do smog.

      • Em condições normais, a temperatura é mais elevada junto ao solo (devido ao facto de os raios solares incidirem na superfície); o ar quente eleva-se, arrastando consigo os contaminantes, promovendo a sua dispersão.

      • De noite, esta corrente pára. A formação de uma camada de ar mais fria à superfície, limitada superiormente por uma camada mais quente, ocorre durante a inversão térmica.

      • Quando estas inversões térmicas ocorrem de um modo prolongado, os contaminantes atingem concentrações perigosas, pelo que, nestes casos, as autoridades de saúde aconselham as pessoas com problemas respiratórios a permanecerem em casa e a protegerem-se.

    • Consequências do Smog:

      • dores de cabeça,

      • náuseas,

      • irritação nos olhos e na garganta,

      • agravamento dos problemas respiratórios,

      • morte.


  • Chuvas Ácidas:

    • Deposição à superfície da Terra de substâncias com pH inferior a 5,6 que ocorre, geralmente, por precipitação.

    • As chuvas ácidas passaram rapidamente de um problema de poluição regional, de zonas do globo muito industrializadas e com muitos carros, para um problema de poluição global.

    • Os poluentes primários emitidos para a atmosfera podem ser transportados pelos ventos dominantes, percorrendo distâncias de várias centenas de quilómetros.

    • Causas:

      • O dióxido de enxofre (SO2) e os óxidos de azoto (NOx) produzidos pelas actividades humanas, particularmente a queima de combustíveis fósseis em centrais termoeléctricas, a indústria e os transportes rodoviários, reagem com o vapor de água atmosférico e originam ácido sulfúrico e ácido nítrico. Estas substâncias são depositadas à superfície da Terra com a precipitação ou a seco.

    • Consequências:

      • destruição de florestas, por acção directa sobre as plantas ou indirecta pela acidificação do solo;

      • desequilíbrios nos ecossistemas aquáticos provocados pela morte de peixes, aumento da concentração de alumínio e formação de metilmercúrio;

      • aumento da frequência e gravidade de doenças respiratórias em seres humanos, como a bronquite e a asma;

      • aumento da frequência e gravidade de doenças respiratórias em seres humanos, com a bronquite e a asma;

      • libertação de metais pesados, como cobre e chumbo, das canalizações para a água de consumo público;

      • degradação de monumentos, particularmente de calcário e mármore.

    • Medidas a adoptar para minimizar as emissões de poluentes:

      • instalação de depuradores (filtros líquidos) – ao passar os fumos da combustão por estes filtros, que têm água e cal, obtém-se um precipitado, com diminuição da emissão de poluentes;

      • costrução de centrais e equipamentos de energia alternativa;

      • redução do consumo de electricidade.


  • Efeito de Estufa:

    • O efeito de estufa é um fenómeno natural que tem vindo a ser acentuado pela libertação de gases com origem em actividades humanas.

      • O efeito de estufa impede a ocorrência de oscilações térmicas significativas, a que a maioria dos planetas do nosso sistema solar se encontra sujeito, tendo possibilitado o aparecimento e desenvolvimento da vida.

    • Da radiação solar que incide na Terra, uma parte é reflectida pela atmosfera ou absorvida pelo ozono estratosférico. A que atinge a superfície terrestre gera calor, que é irradiado sob a forma de radiação infra-vermelha. Os gases de estufa absorvem parte desta radiação e libertam mais radiação infra-vermelha, de maior comprimento de onda.

      • O CO2, vapor de água e outros gases têm função análoga à dos vidros numa estufa, deixando entrar as radiações, mas dificultando a saída dos raios Infra-vermelhos (IV).

    • Causas: a emissão de gases de estufa com origem antropogénica tem vindo a aumentar desde a Revolução Industrial.

      • CO2 – tem origem na queima de combustíveis fósseis e na queima de florestas para obtenção de terrenos agrícolas. Anualmente, verifica-se uma oscilação da concentração de CO2 por estação, reflexo da fotossíntese e da respiração nos ecossistemas aquáticos e terrestres (predominante no final do Outono e Inverno).

      • Metano (CH4) – proveniente das reacções microbianas de fermentação e de explorações petrolíferas.

      • Óxido nitroso (N2O) – tem origem em combustíveis fósseis, fertilizantes químicos e na pecuária.

      • Clorofluorcarbonetos (CFC) – utilizados como propulsores em aerossóis e em gases de refrigeração. Têm uma capacidade de absorção dos raios IV superior ao CO2.

      • Vapor de água

      • Ácido nítrico (HNO3) - proveniente da queima de biomassa e uso de fertilizantes químicos na agricultura.

    • Consequências do efeito de estufa: Aquecimento Global:

      • aumento do nível dos oceanos, devido à expansão térmica da água e à fusão das calotes polares;

      • alterações climáticas que afectam a disponibilidade de recursos hídricos (as taxas de evaporação e precipitação são alteradas) e a produção de alimentos;

      • aumento da frequência e intensidade dos fenómenos extremos, como secas prolongadas, vagas de calor, inundações e tempestades;

      • alterações na localização e na estrutura dos ecossistemas;

      • extinção de espécies;

      • alastramento de algumas doenças típicas das regiões tropicais.

    • A atmosfera terrestre também está sujeita a factores de arrefecimento.

      • As nuvens cobrem aproximadamente 50% da superfície terrestre e reflectem para o espaço cerca de 21% da radiação solar – esta reflexão denomina-se albedo e impede que ocorra o aquecimento.

      • A actividade vulcânica também arrefece a Terra, pois, durante as erupções, nuvens enormes de partículas e de aerossóis podem entrar na atmosfera, reflectindo e dispersando as radiações, o que causa uma diminuição da temperatura.

      • Assim, a temperatura resulta do equilíbrio entre factores de aquecimento e de arrefecimento do planeta.

    • Medidas de prevenção e minimização do efeito de estufa:

      • estabelecimento e cumprimento de um máximo mundial para as emissões de CO2, mediante limitações do uso de combustíveis fósseis na indústria e nos transportes;

      • efectuar acordos internacionais para pôr fim à emissão de CFC;

      • deter a desflorestação e incrementar a plantação de árvores em vastas áreas actualmente desflorestadas;

      • sensibiliar para a conservação de energia e apostar em formas de energia renováveis;

      • fomentar a escolha pelos transportes públicos.

  • Rarefacção do ozono estratosférico:

    • A camada de ozono que se localiza na estratosfera, filtra cerca de 95% das radiações UV do Sol.

    • A rarefacção do ozono estratosférico atinge praticamente todas as zonas da Terra (os trópicos são a excepção) e é particularmente grave sobre os polos onde se verifica uma acentuada redução sazonal.

    • O frio intenso e o grande turbilhão de ventos polares acima da Antárctida provocam, em cada Inverno, um decréscimo localizado na espessura de ozono. Contudo, na Primavera seguinte, com o Sol, o ozono volta a formar-se e a espessura normal é reconstituída. À perda sazonal de ozono durante o verão da Antárctida foi chamado o buraco do ozono.

    • O ozono troposférico, também chamado ozono fotoquímico, é um poluente secundário, com efeitos nocivos sobre o sistema respiratório. Resulta da oxidação de poluentes primários, como os óxidos de azoto, por acção da luz solar.

    • Causas: libertação de CFC's para a atmosfera

      • Os CFC são compostos estáveis e inodoros constituídos por átomos de carbono, cloro, e flúor. Foram amplamente usados como propulsores em aerossóis e em gases de refrigeração.

      • Na estratosfera, as radiações UV causam a quebra das moléculas de CFC e libertam átomos de cloro radioactivos. Os átomos de cloro causam a quebra da molécula de O3 em O2 e O, numa cadeia cíclica de reacções que conduz a uma distribuição de O3 mais rápida que a sua formação.

      • Cada molécula de CFC pode permanecer na estratosfera por dezenas de anos e converter um grande número de moléculas de O3 em O2.

 

    • Consequências: a redução do ozono estratosférico permite uma maior incidência das radiações UV sobre a Terra, o que provoca:

      • aumento da incidência de queimaduras solares, cancros de pele e cataratas em seres humanos;

      • supressão de funções do sistema imunitário, o que aumenta a susceptibilidade a doenças infecciosas e cancros;

      • diminuição da produção de certas culturas, como milho, arroz, sorgo e trigo;

      • diminuição da produção florestal de muitas espécies de árvores sensíveis às radiações UV.

    • Medidas: Protocolo de Montreal.


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Poluição da Água - Eutrofização: caracterização do processo e medidas de combate


  • A poluição da água é qualquer alteração física, química ou biológica da qualidade da água que a torna imprópria para o fim a que se destina ou causa danos aos organismos vivos.


  • A poluição aquática pode ter origem em:

    • fontes localizadas – pontos de descarga, de unidades industriais, estações de tratamento de águas residuais, minas abandonadas e tanques de combustível. Estas fontes são fáceis de identificar, monotorizar e regular;

    • fontes dispersas – zonas extensas que causam a poluição da água por escorrência, infiltração ou deposição a partir da atmosfera. Ex: zonas agrícolas e centros urbanos.


  • Principais poluentes presentes na água:

    • Agentes infecciosos: bactérias, vírus e protozoários com origem em esgotos domésticos e explorações pecuárias.

    • Matéria orgânica oxidável: resíduos orgânicos, de origem vegetal ou animal. Têm origem em esgotos domésticos, explorações pecuárias e algumas indústrias (papel e alimentar).

      • Efeito: redução da concentração de oxigénio dissolvido na água por efeito da decomposição da matéria orgânica por bactérias aeróbias.

    • Produtos químicos orgânicos: petróleo, gasolina, plásticos, detergentes e pesticidas. Têm origem em águas de escorrência de explorações agrícolas, efluentes industriais e detergentes.

      • Provocam danos em peixes e outros organismos;

      • afectam a saúde humana causando problemas nervosos e reprodutivos, bem como cancros.

    • Nutrientes vegetais: nitratos, fosfatos e amónia, com origem em explorações agrícolas e pecuárias e em esgotos domésticos.

      • Promovem o crescimento de algas e eutrofização de lagos e albufeiras;

      • níveis elevados de nitratos em águas para consumo humano reduzem a capacidade de transporte de oxigénio pelo sangue.

    • Substâncias químicas inorgânicas: ácidos, metais pesados (chumbo, arsénio, selénio) e sais (cloreto de sódio e fluoretos) com origem em efluentes industriais, águas de escorrência superficiais e detergentes domésticos.

      • Causam danos a peixes e outras formas de vida aquática;

      • reduzem a produtividade agrícola quando presentes na água de irrigação;

      • têm efeitos na saúde humana ao nível do sistema nervoso, fígado e rins e cancro de pele.

    • Materiais radioactivos: origem em centrais nucleares, minas e rochas da crosta terrestre.

      • Causam mutações genéticas, malformações congénitas, abortos e cancros.

    • Sedimentos: partículas de solo e lodo com origem na erosão das rochas e do solo.

      • Provocam turvação da água – quando os sedimentos se depositam, cobrem as algas e plantas aquáticas, bloqueando a luz, limitando a fotossíntese e diminuindo o fluxo de matéria ao longo das cadeias;

      • transportam pesticidas e outras substâncias perigosas;

      • introduzem desiquilíbrios ou conduzem à ruptura das redes tróficas;

      • provocam o assoreamento de lagos e albufeiras e interrupção de cursos de água superficiais.

    • Calor: aquecimento da água após passagem por sistemas de arrefecimento de centrais eléctricas ou unidades industriais.

      • Causa a diminuição da concentração de oxigénio dissolvido;

      • pode causar a morte de peixes e outros organismos por choque térmico.

 

 Eutrofização

  • Eutrofização - conceitos:

    • Os charcos, os lagos e as albufeiras são mais vulneráveis à poluição do que os cursos de água superficiais e oceanos. Os contaminantes sofrem uma diluição menos acentuada devido ao menor volume de água e de corrente.

    • Aos lagos e albufeiras chegam escorrências de terrenos circundantes, ricas em sedimentos e nutrientes. O enriquecimento dos lagos em nutrientes denomina-se eutrofização.

    • Eutrofização natural – ocorre ao longo de grandes períodos de tempo, como parte do processo de sucessão ecológica que se verifica durante a evolução dos ecossistemas.

    • Eutrofização Cultural – resulta de actividades humanas (origem antrópica) e verifica-se junto a zonas urbanas ou agrícolas. Os nutrientes que atingem o lago são principalmente nitratos e fosfatos com origem na agricultura e na pecuária, na erosão do solo e nos efluentes das estações de tratamento.

    • Para além dos efeitos sobre os ecossistemas, a eutrofização reduz o valor estético e recreativo dos lagos e albufeiras.


  • Processo de eutrofização - quando uma determinada massa de água pobre em nutrientes (oligotrófica) os adquire, há toda uma série de alterações que ocorrerão:

      • o aumento da concentração de nutrientes favorece o crescimento e a multiplicação do fitoplâncton, o que provoca o aumento da turbidez da água;

      • devido a tal, a luz solar não chega às plantas que se encontram submersas, não ocorrendo a fotossíntese;

      • o desaparecimento da vegetação aquática submersa acarreta a perda de alimento, habitats e oxigénio dissolvido;

      • embora os lagos eutróficos possuam elevada quantidade de fitoplâncton, que produz oxigénio através da fotossíntese, a sua distribuição superficial provoca nesse sector uma saturação em oxigénio, que se escapa para a atmosfera, pelo que não restabelece o oxigénio dissolvido ao nível das águas profundas;

      • o fitoplâncton tem taxas de crescimento e reprodução muito elevadas, formando «tapetes» verdes à superfície dos cursos de água, principalmente nos sectores com correntes fracas. Quando estes organismos morrem, depositam-se no fundo, formando espessos depósitos;

      • o aumento de detritos leva a um aumento de decompositores (essencialmente bactérias), cujo crescimento exponencial provoca uma diminuição do oxigénio dissolvido (consumido na respiração);

      • o esgotamento do oxigénio leva à morte por asfixia de peixes e crustáceos, mas não de bactérias, que recorrem à fermentação e respiração anaeróbia;

      • as bactérias proliferam e aproveitam o oxigénio, cada vez que este está disponível, mantendo a água com permanente carência em oxigénio;

      • pode ainda ocorrer oxidação da matéria orgânica e de outros compostos, contribuindo também para a diminuição do oxigénio dissolvido e agravamento da eutrofização;

         

  • Carência Bioquímica de Oxigénio (CBO): é a quantidade de oxigénio necessária aos decompositores aeróbios para decompor os materiais orgânicos presentes num certo volume de água. É um indicador da quantidade de matéria orgânica biodegradável presente na água, uma vez que, quanto maior a concentração de matéria orgânica de uma água, maior será a quantidade de oxigénio utilizada pelos decompositores.


  • Combate à eutrofização: a eutrofização pode ser combatida essencialmente em dois níveis:

    • Evitar a entrada nos cursos de água de elevadas quantidades de nutrientes e sedimentos (longo prazo):

      • identificar as principais fontes de eutrofização, com destaque para as do dia-a-dia;

      • proibir o uso de detergentes fosfatados, pois o fosfato é um dos principais nutrientes responsáveis pelo desenvolvimento do fitoplâncton;

      • modernizar os processos de tratamento das águas residuais, que permitam recolher a maioria dos nutrientes, evitando a eutrofização a jusante do ponto de descarga;

      • controlar as águas de escorrência das explorações agrícolas e pecuárias, pois apresentam elevadas concentrações de nutrientes;

      • controlar os sedimentos das áreas de construção e extracção mineira que contribuem para o aumento da turbidez dos cursos de água;

      • controlar a erosão das ribeiras, com reposição da vegetação ribeirinha, e controlo da erosão nos vales, para reduzir o transporte de sedimentos em suspensão.

    • Implementar medidas de recuperação de lagos e cursos de água eutrofizados:

      • tratamentos químicos à base de herbicidas, pouco eficazes, uma vez que são necessárias grandes concentrações para destruir o fitoplâncton, tornando-se extremamente tóxico para os outros seres vivos. O sulfato de cobre tem sido utilizado em alguns locais de captação de água para impedir o crescimento do fitoplâncton. Contudo, sabe-se que este composto, mesmo em concentrações muito baixas, é extremamente tóxico para a maioria dos organismos, pelo que os efeitos a longo prazo poderão ser catastróficos;

      • arejamento artificial – introdução de oxigénio, através de uma rede de tubos plásticos numa massa de água que se pretende tratar. Tal permite obter uma decomposição mais rápida dos detritos acumulados, melhorando a qualidade da água e fomentando o regresso das plantas aquáticas e das algas. Contudo é um sistema dispendioso e de difícil funcionamento.

      • Remoção das plantas arrancadas devido ao rolamento dos sedimentos ao longo do leito do rio, e que ficaram à superfície. É necessário retirá-las, com o auxílio de redes, para não obstruírem a passagem da luz solar. No que respeita ao plâncton não é possível recorrer a tal método, uma vez que rapidamente obstrui as redes e os filtros, impedindo a passagem de água;

      • dragagens dos sedimentos – remoção dos depósitos que cobrem as plantas aquáticas. Poderá aumentar a eutrofização, uma vez que, ao mexer-se nos sedimentos, aumenta-se a turbação da água.


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Tratamento de Resíduos; Tipos de Resíduos e Métodos de Tratamento;
 


  • Resíduo – qualquer substância ou objecto de que o ser humano pretende desfazer-se por não lhe reconhecer utilidade. A produção de resíduos é causadora de poluição e tem vindo a aumentar com o desenvolvimento socioeconómico e tecnológico das sociedades.


Tipos de Resíduos e Métodos de tratamento:


  • Resíduos Sólidos Urbanos – são correntemente designados lixos. Incluem resíduos domésticos, industriais e hospitalares. Podem causar poluição da água, do solo ou da atmosfera.

    • Aterros Sanitários – instalações onde são depositados resíduos compactados, acima ou abaixo da superfície do terreno.

      • Os aterros sanitários devem ser construídos em locais com características geológicas adequadas e são revestidos com materiais impermeáveis, como argila ou plástico, que previnem a infiltração no solo de substâncias lixiviadas.

      • As substâncias lixiviadas (quando a água das chuvas se infiltra, dissolve substâncias químicas e arrasta-as consigo) são recolhidas e enviadas para uma estação de tratamento e os gases produzidos pelas bactérias decompositoras (biogás) podem ser utilizados na obtenção de energia.

      • Após estarem lotados, os aterros são selados, ou seja, tapados com uma cobertura de plástico e de terra que permite o desenvolvimento de plantas que diminuirão o impacto paisagístico.

      • Principais vantagens:

        • construção rápida;

        • baixos custos de manutenção;

        • grande capacidade.

      • Principais desvantagens:

        • requer grandes áreas de implantação;

        • possibilidade de contaminação de águas subterrâneas.

    • Incineração – combustão de resíduos a altas temperaturas, que, assim, se reduzem a cinzas e gases. Co-incineração – incineração nos fornos das cimenteiras.

      • Principais vantagens:

        • grande redução do volume de lixos;

        • pequena área de implantação;

        • as partículas sólidas ficam retidas nos filtros, sendo encaminhadas para os aterros sanitários juntamente com as cinzas;

        • os filtros ou precipitadores electroestáticos retiram os gases ácidos e as partículas, para que as emissões não contaminem a atmosfera;

        • quase todas as estações de incineração estão concebidas para produzirem electricidade e em algumas incineradoras há separação de materiais para posterior reciclagem.

      • Principais desvantagens:

        • poluição atmosférica;

        • emissão de substâncias tóxicas (como dioxinas);

        • custos elevados.

    • Reciclagem – recolha e reprocessamento de resíduos.

      • Reciclagem primária – conversão em produtos do mesmo tipo.

      • Reciclagem secundária – conversão noutro tipo de produtos.

      • A reciclagem insere-se numa política ambiental mais alargada, que inclui também os seguintes 2R:

        • Reduzir – reduzir ao mínimo o lixo produzido passa por diminuir o consumo de materiais descartáveis ou com embalagens excessivas e não biodegradáveis, bem como desenvolver tecnologias para minimizar a quantidade de matérias-primas necessárias para produzir um determinado produto.

        • Reutilizar – usar várias vezes um produto é uma forma eficiente de diminuir os resíduos. Para produzir qualquer objecto há sempre gasto de matéria-prima, água e contaminação ambiental, pelo que, quando reutilizamos, reduzimos os resíduos e conservamos os recursos.

      • Principais vantagens:

        • poupança de materiais e de energia;

        • redução da poluição (atmosférica, da água e dos solos);

        • redução da quantidade de resíduos sólidos;

        • protecção dos ecossistemas.

    • Compostagem – decomposição dos resíduos orgânicos (biodegradáveis) pela acção de decompositores e saprófitas, diminuindo o volume dos resíduos e produzindo o composto, que pode ser usado como fertilizante, melhorando a textura e fertilidade do solo.


  • Águas Residuais: águas que foram utilizadas em actividades domésticas, industriais ou agrícolas e que contêm uma grande variedade de resíduos. O tratamento de águas residuais é feito em estações de tratamento, ETAR. Nestas estações, as águas residuais são sujeitas a tratamentos que removem os poluentes e o efluente final é devolvido ao ambiente.

O tratamento de águas residuais consta das seguintes fases:

    • Tratamento preliminar – visa a eliminação de resíduos e de corpos sólidos. Para separar os resíduos das águas residuais, estas passam por crivos de barras ou crivos giratórios, que permitem uma eliminação mais completa dos resíduos. Em ambos os casos, os resíduos são recolhidos mecanicamente e levados para incineradoras.

    • Tratamento primário – os efluentes são conduzidos para um tanque de sedimentação de sólidos (clarificadores primários), que contém um sistema de braços giratórios, cuja velocidade de rotação é a indicada para que os sólidos sedimentem ao longo de várias horas. As partículas de matéria orgânica depositam-se no fundo e são retiradas, bem como os materiais gordurosos que flutuam e são recolhidos. Os materiais retirados denominam-se por lamas em bruto (ou lodos em bruto), que serão alvo de tratamento posterior e envio para aterros sanitários.

    • Tratamento secundário – processo biológico durante o qual bactérias aeróbias ou anaeróbias eliminam até 90% da matéria orgânica dissolvida. As bactérias decompositoras podem ser incluídas em lamas activadas, que são misturadas com as águas resultantes do tratamento primário, ou podem recobrir um leito de gravilha sobre o qual passa a água (tanques de percolação). Ao tratamento secundário segue-se uma nova decantação.

      • Como se consome oxigénio durante este processo, e para que não se atinja uma situação grave de carência bioquímica de oxigénio, recorre-se ao sistema de lamas activadas, no qual o tanque está equipado com um sistema de arejamento. Os microorganismos tendem a agrupar-se em conglomerados, que sedimentam no fundo do tanque quando a água fica sem agitação.

      • Os efluentes tratados são transferidos do tanque de arejamento para um clarificador secundário, para que os microorganismos sedimentem e sejam bombeados de volta ao sistema onde entraram como lodos activados.

      • O excedente, resultante do crescimento da população de microorganismos, é retirado e adicionado aos lodos em bruto do tratamento primário.

    • Tratamento terciário – separação biológica dos nutrientes, com o objectivo de eliminar o material inorgânico dissolvido, uma vez que são agentes causadores da eutrofização cultural.

      • Em alternativa à separação biológica dos nutrientes, podem ser realizados diversos processos químicos, sendo comum passar as águas residuais, provenientes do tratamento secundário, por um filtro de cal, promovendo a precipitação do fósforo, sob a forma de fosfato de cálcio.

      • Nem sempre é utilizado, uma vez que é muito dispendioso.

    • Tratamento quartenário – corresponde à limpeza e desinfecção final, em que as águas residuais são submetidas a uma última limpeza por filtração, através de uma camada de areia e posterior desinfecção.

      • O desinfectante mais utilizado é o cloro, sob a forma de gás, por ser muito eficiente e barato. Todavia, pequenas quantidades deste gás podem atingir os ecossistemas, prejudicando a fauna aquática. O cloro reage espontaneamente com alguns compostos orgânicos, formando hidrocarbonetos clorados, sendo alguns deles compostos tóxicos, não biodegradáveis, e passíveis de provocar cancro, crescimento anormal e problemas reprodutivos. Para evitar estes efeitos secundários, adiciona-se à água outra substância que converte o cloro numa forma quimicamente neutra.

      • Utiliza-se também o ozono, muito eficaz para eliminar microorganismos, ao mesmo tempo que decompõe o oxigénio, melhorando a qualidade da água. Contudo, o ozono é instável e explosivo, pelo que deve ser produzido no local onde vai ser usado, o que exige um grande investimento económico e energético.

      • Pode ainda ser utilizada radiação UV, que mata os organismos sem prejudicar a qualidade da água.


música: U5 - Preservar e recuperar o meio ambiente
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publicado por Ana Silva Martins às 22:02
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