AVISO

Boa tarde,
Informo todos os que seguem o meu blog para obter informação sobre biologia do 12º ano que já à algum tempo não publico e não irei mais publicar artigos relativamente ao tema.
Isto devido a já ter terminado o 12º ano, mas enquanto o programa não for atualizado o site tem material viável do qual podem usufruir.
Atenciosamente
Inês Melo

Fermentação e atividade enzimática

Biotecnologia: qualquer aplicação tecnológica que utiliza organismos vivos ou sistemas biológicos para produzir ou alterar substâncias com proveito para o Homem.
Pretende optimizar as condições de produção e conservação dos alimentos, criando condições ácidas

que impedem a degradação dos alimentos por outros organismos.

Metabolismo microbiano
Fermentação - processo anaeróbio em que ocorre a produção de ATP a partir de compostos orgânicos, numa série de reações de oxidação redução que não envolvem uma cadeia transportadora de electrões.
Fermentação alcoólica - degradação do piruvato, obtendo-se o etanol e o CO2 como produtos finais (vinho, cerveja e pão).
Fermentação lática - formação de ácido lático como produto de excreção da degradação do piruvato (iogurte).
Fermentação acética - é posterior à formação de etanol, que é depois degradado em ácido acético (oxidação do etanol a ácido acético) (vinagre).

Importância dos microrganismos na produção de muitos alimentos  
Aumentam a acidez e provocam a coagulação do leito. Na produção de alimentos como o pão.


Enzimas - biocatalisadores
Energia de ativação - aumenta a vibração dos reagentes incrementando as colisões entre si, facilitando a ocorrência da reação.
As enzimas aumentam a taxa de transformação dos reagentes em produtos. Permitem que o processo produtivo seja mais rápido e eficiente. Também diminui a energia de ativação, facilitando a reação entre os reagentes. Não afetam a energia que é libertada na reação mantendo o equilíbrio químico e a variação da energia de uma reação.
Não se consomem durante a atividade, podendo ser novamente utilizadas, facilitam a transformação dos substratos em produtos e formam um complexo com os substratos, que deixa de existir no final, quando a concentração de substratos é reduzida.

Complexo enzima-substrato - associação temporária entre a enzima e o substrato durante a ocorrência da reação, que permite aumentar a instabilidade dos reagentes e diminuir a energia de ativação.

Modelo chave-fechadura - o centro ativo da enzima é uma etrutura rígida.
Modelo do encaixe induzido - substrato induz a mudança da configuração da enzima, aumentando a sua atividade catalítica.
Especificidade - as enzimas são específicas para os subtratos, podendo interagir apenas com um substrato (absoluta) ou com substratos semelhantes (relativa).

Controlo e regulação da atividade enzimática

A velocidade da reação é afetada pela concentração da enzima e do substrato. Se a concentração da enzima aumentar, a velocidade aumentará de forma proporcional. Em excesso de substrato, todos os centros ativos ficam ocupados e a velocidade da reação estabilizará.

"Na produção de alimentos por processos fermentativos é necessário ter em conta o pH e a temperatura a que a reação ocorre".

Como a temperatura e o pH influenciam a atividade enzimática durante a produção de alimentos por processos fermentativos é necessário ter em conta a temperatura e o pH ótimos, os microrganismos e a suas enzimas garantindo uma eficiência elevada na produção de alimentos.

- O aumento da temperatura provoca a desnaturação das proteínas.

- Algumas enzimas precisam de cofatores, (componente não proteico, apenas na sua presença a enzima se torna ativa) para se tornarem ativas.

-Composto orgânico - coenzima, que ligada a uma apoenzima forma uma holoenzima.

Apoenzima - proteína cataliticamente inativa que, para se tornar funcinal, necessita de um outro composto (cofator).

Holoenzima - enzima constituída por uma proteína (apoenzima) e um cofator.

A célula é capaz de regular a atividade enzimática através de mecanismos de indução (facilitam a ligação do substrato ao centro ativo) e da inibição. Esta pode ser irreversível (quando há ligação permanente de compostos ao centro ativo, ficando a enzima impedida de interagir com o substrato) e reversível.

Reversível, pode ocorrer através de:
Inibição competitiva: o inibidor é estruturalmente semelhante ao substrato, podendo ligar-se ao centro ativo. Desta forma, há impedimento na ligação do substrato ao centro ativo;
Inibição não competitiva: o inibidor liga-se a uma zona diferente do centro ativo. Este tipo de inibição é um exemplo de alosteria.

A sensibilidade das enzimas alostéricas à concentração de diversos compostos é fundamental na regulação das vias metabólicas. A enzima que se encontra no início da via metabólica pode ser sensível à concentração de um dos produtos finais. Quando estes estão em elevadas concentrações ligam-se à região alostérica da enzima e provocam alterações conformacionais inibindo-a. A via metabólica é interrompida e deixam de ser produzidos produtos finais, reduzindo a sua concentração. Quando os produtos finais são consumidos, as moléculas que se encontravam ligadas à enzima libertam-se e esta adquires novamente a propriedade catalítica. Estes mecanismo são essenciais para a célula não produzir compostos em excesso e desnecessários, com elevados gastos energéticos.

Aplicações dos reguladores enzimáticos:
-Tratamento de infeções, inibindo irreversivelmente as enzimas dos agentes patogénicos (ex: penicilina, antibióticos)
-Indústria alimentar, visando inibir as enzimas dos organismos decompositores, reduzindo o seu crescimento.

Desequilíbrios e doenças

Hipersensibilidade
Reação exagerada a uma dose de antigénio que não afeta a maioria das pessoas

Hipersensibilidade imediata: resulta da produção de IgE após o contato com o alergénio. O anticorpo IgE liga-se aos mastócitos que, por sua vez, libertam histaminas. Estas são responsáveis pelo desencadeamento de mecanismos como a vasodilatação, edema...
Hipersensibilidade tardia: ocorre algumas horas depois da exposição ao antigénio (mediada pelas células)

Alergia
Reação imunitária excessiva, produz inflamação e outros sintomas, que podem até causar a morte (histamina pode provocar dificuldade respiratória)

Auto-imunidade
Defesas imunitárias do organismo são dirigidas contra as células do próprio organismo, que não as reconhece atacando-as e destruindo-as como se fossem estranhas.

Imunodeficiências
Doenças que afetam o sistema imunitário

• SIDA 

A infeção pelo HIV interfere com a atividade reguladora que os linfócitos T auxiliares (Th) desempenham. Diminui a eficácia da resposta imunitária. Desta forma, a proliferação de agentes infecciosos oportunistas é facilitada. 
Um tratamento que pode retardar a ação do HIV é a ação de inibidores enzimáticos, nomeadamente na transcriptase reversa, pois impede a síntese de DNA a partir de RNA viral.

Sistema imunitário

O sistema imunitário inclui um conjunto de mecanismo de defesa contra agentes agressores: vírus, bactérias, protozoários, toxinas ou qualquer partícula que ponha em perigo a homeostasia.

Resposta imunitária:

• Defesa não específica (resposta imunitária inata), proteção geral contra os agentes patogénicos.

Os interferões estimulam a célula a produzir proteínas anti-virais que inibem a replicação do material genético do vírus e a sua multiplicação.

Pele (pH ácido inóspito para organismos)

Muco (protegem e removem organismos)

Lisozima (degrada a parede celular de inúmeras bactérias)

Fagocitose -> Leucócitos 

Saída dos leucócitos do sangue para os tecidos, atravessando os capilares sanguíneos DIAPEDESE

Fagócitos reconhecem glicoproteínas de células invasoras, aderindo à superfície dos agentes patogénicos que são englobados pelos pseudópodes. Os agentes patogénicos sofrem endocitose e são degradados por enzimas proteolíticas presentes em lisossomas, que se fundem com as vesículas de endocitose e os materiais são expulsos por exocitose.

Diferentes tipos de fagócitos:

Neutrófilos - destroem agentes patogénicos em tecidos infetados. Abundantes e tempo de vida reduzido.

Monócitos -->  Macrófagos - tempo longo de vida, destroem um número elevado de agentes patogénicos por todo o organismo.

Eosmófilos - destroem parasitas.

Reação inflamatória

Sintomas: dor (causada pela ação de substâncias químicas nas terminações nervosas locais e pela distensão dos tecidos); rubor; edema; calorr.

Liberta histamina e prostaglandinas que causam vasodilatação e o aumento da permeabilidade dos capilares (libertada pelos mastócitos e basófilos)

Quimiotaxia aproxima os leucócitos deixando os vasos sanguíneos por diapedese e dirigindo-se aos tecidos afetados.

1º neutrófilos / 2º monócitos --> Macrófagos  --> Digere pus

Febre agentes pirógenos produzidos pelos leucócitos / toxinas produzidas pelos agentes patogénicos

   Febre moderada favorece: fagocitose, raparação de tecidos lesados, inibe a multiplicação de alguns microorganismo e acelera as reações do organismo.

Proteínas de complemento

-Aderem às membranas dos agentes patogénicos;

-Ativam a resposta inflamatória atraindo os fagócitos para o local da infeção;

-Auxiliam os fagócitos a destruir os agentes patogénicos;

Promovem a lise das células invasoras.

• Defesa específica (resposta imunitária adquirida), produção de anticorpos ou células T em resposta a antigénios estranhos.

            -Imunidade humoral, sistema imunitário reage a cada antigénio  pela produção de anticorpos específicos pelos plasmócitos

Os anticorpos ligam-se aos determinantes antigénios formando o complexo antigénio-anticorpo, que vai promover a destruição dos agentes patogénicos.

      Isto estimula os seguintes fenómenos:

Neutralização os anticorpos impedem os agentes patogénicos de infetar outras células, até serem fagocitadas.

Aglutinação  - o complexo anticorpo-antigénio forma estruturas de grandes dimensões que são fagocitadas.

Precipitação de antigénios solúveis - os anticorpos ligam-se aos determinantes antigénios de moléculas dissolvidas nos fluidos corporais.

   ----> Impedem a infeção e facilitam a fagocitose pelos macrófagos

Ativação do sistema de complemento - o complexo antigénio-anticorpo ativa as proteínas de complemento, podendo algumas delas promover a lise celular dos agentes patogénicos.

            -Imunidade celular, é desencadeada por antigénios ligados a marcadores superdiciais de certas células do organismo infetado, promovendo diretamente a diferenciação em células efetoras. Os recetores dos linfócitos T ligam-se apenas a uma parte do antigénio localizada na superfície da célula apresentadora que evidencia o antigénio

Após a ativação os linfócitos T multiplicam-se e originam 2 tipo de células:

-Linfócitos T citotóxicos - reconhecem as células tumorais, as infetadas por vírus e produzem compostos tóxicos que promovem a sua lise;

-Linfócitos T auxiliares - os seus sinais químicos estimulam a expansão clonal e ativam os linfócitos Tc e o linfócitos B, promovendo a fagocitose.

-----> A imunidade celular é responsável pela rejeição que ocorre durante os enxertos de tecidos ou transplantes de órgãos. 

Os antigénios das células enxertadas são reconhecidos pelo recetor como sendo estranhos ao organismo. A partir desse reconhecimento há uma mobilização dos mecanismos de defesa específica e diferenciação de células efetoras envolvidas na rejeição de células enxertadas.

A imunidade - memória imunológica 

Resposta imunitária primária: primeiro contato com o antigénio origina ativação de linfócitos B e T que se diferenciam em células efetoras e de memória.

Resposta imunitária secundária: devido à presença de células de memória, o segundo contacto com o mesmo antigénio desencadeia uma resposta imunitária mais intensa, rápida e prolongada.

Imunização

Processo que confere imunidade a uma determinada doença, para evitar que seja contraída ou para diminuir a gravidade e o tempo de incidência da mema.

     Imunidade adquirida:

Imunidade ativa (permanente) - o sistema imunitário do indivíduo responde ao antigénio, produz células efetoras e de memória.

Pode ser:

Natural - o indivíduo é naturalmente exposto ao antigénio.

Artificial - vacinação.

    Imunidade passiva (temporária) - o sistema imunitário do indivíduo não responde ao antigénio, são transferidos anticorpos produzidos por outra pessoa ou animal.

Pode ser:

Natural - anticorpos transferidos de mãe para feto.

Artificial - soro com anticorpos.

Vacina - solução preparada com antigénios tornados inofensivos, como microorgasnismos mortos ou atenuados ou toxinas inativas. A vacina desencadeia no organismo uma resposta imunitária primária e formam-se células de memória que tornam a resposta secundária mais rápida, intensa e de maior duração.

Aplicações da engenharia genética

           As aplicações da engenharia genética são cada vez mais influentes na sociedade, quer a nível biológico quer social. Ao nível da medicina conjuntamente com a técnica do DNA recombinante produziu-se hormonas de crescimento, que são úteis para crianças com problemas de crescimento e deficiências na idade adulta.

            A hormona de Crescimento (GH) é uma hormona proteína do peptide, também é um polipeptídeo que é sintetizado, armazenado, e segregado pelas pilhas do somatotroph dentro das asas laterais da glândula do pituitary anterior. Somatotropin refere-se à hormona de crescimento produzida naturalmente nos animais e é “HGH abreviado” nos seres humanos.

      Diversos laboratórios, universidades e hospitais estão a desenvolver plásticos e moldes que permitam criar órgãos ou fragmentos destes a partir de um reduzido número de células.

           Algumas pesquisas também foram feitas ao nível da genética animal, por exemplo o laboratório de genética e evolução animal desenvolveu a identificação taxonómica molecular aplicada à biodiversidade animal – código de barras de DNA. Tem como objetivo incorporar um código de identidade genética estabelecendo um sistema de identificação taxonómica molecular para integrar inventários de biodiversidade no Brasil, que concentra a maior diversidade de anfíbios do mundo.

            No que respeita às plantas transgénicas, a sua importância na agricultura tem aumentado. Têm sido geradas plantas com resistência a determinadas pragas biológicas, reduzindo o recurso a pesticidas, muito poluidores e altamente dispendiosos.

          Assim, está a ser desenvolvido um projeto de Tecnologias de Engenharia Genética para Culturas com tolerância ao stress e contra a degradação do Ambiente Global. Este projeto foi aprovado, teve início a 4 de março de 2010 e compreenderá um período de 5 anos.

            A equipa é constituída pelo grupo de Ciência, Tecnologia e Pesquisa para o Desenvolvimento Sustentável (SATREPS) com a colaboração da Agência de Ciência e Tecnologia do Japão (JST) e a Agência de Cooperação Internacional Japão (JICA) e tem como objetivo estabelecer técnicas para o desenvolvimento de linhagens de soja geneticamente modificadas mais tolerantes a stresses ambientais, como a seca e o calor.

OGM vantagens e desvantagens

O Homem produz OGM com potencial económico-social para a alimentação, para a síntese de compostos, para a indústria farmacêutica e para a farmacologia.

Vantagens OGM:
- Aumento da produção de alimentos;
- Potencialização do valor nutricional dos alimentos;
Desenvolvimento de espécies com características desejadas;
- Maior resistência dos alimentos ao armazenamento e por períodos maiores;
- Resistência a pragas, doenças, insetos e a grandes quantidades de inseticidas;
- Redução do uso de compostos como herbicidas, pesticidas, fungicidas e certos adubos.

Desvantagens OGM:
- Aumento do potencial de reações alérgicas;
- Maior resistência a agros tóxicos e antibióticos nas pessoas e nos animais;
- Aparecimento de novos vírus;
- Empobrecimento da biodiversidade.

Técnicas da engenharia genética

DNA recombinante:
-A partir de uma enzima de restrição isola-se um gene de interesse;
-O gene é inserido num plasmídeo que funciona como um vetor e que também foi cortado pela mesma enzima de restrição;
-O plasmídeo e o gene de interessa são ligados pelo DNA ligase, formando um DNA recombinante;
-O vetor é transformado em bactérias;
-Aquando da multiplicação da população de bactérias ocorre a replicação do plasmídeo. Ao fim de algumas gerações obtém-se inúmeras cópias do gene de interesse.

Enzimas de restrição - originam-se através de endonucleases e possuem extremidade complementares e coesivas.

Ligase do DNA - enzima que estabelece uma ligação covalente entre nucleótidos adjacentes a dois fragmentos de DNA.

DNA complementar:
- A partir de um mRNA funcional e recorrendo a uma transcriptase reversa é possível sintetizar uma cadeia simples de DNA;
- Esta cadeia de DNA é depois duplicada por ação de uma polimerase, formando-se uma cadeia de DNA nova - cDNA;
- Consegue-se sintetizar proteínas que podem ser usadas em tratamentos.

Eletroforese:
- Fragmentos de diferentes tamanhos de DNA, podem ser separados por eletroforese.
- DNA sujeito a um campo elétrico migra para o pólo positivo num gel de agarose;
- Fragmentos de menor dimensão movem-se mais rapidamente;
- Podem ser visualizados através de corantes que emitem fluorescência quando excitaddos por radiação UV.

PCR - reação de polimerização em cadeia:
- Quebra das ligações de hidrogénio, desnaturação das cadeias de DNA através do aquecimento;
- Temperatura reduzida, assim os iniciadores emparelham-se em cadeias simples;
- Aumento da temperatura, ativa DNA polimerase;
- DNA polimerase sintetiza nova cadeia por complementariedade. Elongação da cadeia de DNA entre os iniciadores.