Bioquímica e Biologia Molecular

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Introdução a Bioquímica e Biologia 
Molecular Aplicada 
CEN0400
1S2023
Tópicos avançados em biotecnologia
1. Conceitos básicos de sinalização celular
2. Diagnóstico molecular
3. Expressão heteróloga de genes
4. Agentes terapêuticos moleculares (Toxinas, anticorpos monoclonais, aptâmeros)
5. Farmacogenômica
6. Transgenia
Conteúdo
Bioquímica e biologia molecular aplicada
Uso de conceitos e técnicas da bioquímica e biologia
molecular para desenvolvimento de soluções
biotecnológicas
Áreas de implementação: Área da saúde, agropecuária, veterinária, alimentos, etc.
DNA
Transcripts
Proteins
As funções biológicas são a tradução das
interrelações entre as moléculas
Detecção, quantificação e produção de 
biomoléculas
1. Conhecer o sistema biológico e detectar alvos moleculares
Pesquisa e desenvolvimento de tecnologias
2. Identificar alvos moleculares (alterados ou não)
Métodos diagnósticos
3. Monitorar alvos moleculares (quantificar ou determinar estado químico)
Detecção de alterações específicas
4. Identificar e sintetizar moléculas ou técnicas de intervenção nos sistemas
Produção heteróloga ou extra-cell
5. Intervir nos alvos moleculares (inibir, ativar, clivar, etc.)
Terapias ou prevenção
Etapas principais para aplicação da bioquímica e biologia molecular
biowiki.ucdavis.edu
www.cellsignal.com
Relações entre partes Relações entre todas as partes
Mecanismos bioquímicos, funções moleculares
http://biowiki.ucdavis.edu/Core/Microbiology/Unit_7:_Microbial_Genetics_and_Microbial_Metabolism/18:_Review_of_Molecular_Genetics/18.1:_Polypeptides,_Proteins,_and_Enzymes/2:_Enzymes
Moléculas e suas relações
Biossinalização
Estímulos são sinais para os organimos
livroracional.com.br
LUZ
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Hormônios
Fatores de crescimento
http://www.embryology.ch/ www.taringa.net
Força osmótica
Biossinalização
Sinais Biossinalização Estado celular A
Estado celular B
(Internos ou externos)
Sinais representam informação para os organismos
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(Resposta celular)
• Luz
• Hormônios
• Fatores de crescimento
• Pressão osmótica
• pH
• Nutrientes
• Oxigênio
• Gás carbônico
e muitos outros….
Biossinalização
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Conversão da informação em resposta celular envolve processos químicos
Estado celular A
Estado celular B
Sinais
• Interações não-covalentes
• Modificações covalentes reversíveis
• Interações covalentes
• Alterações estruturais
• Hidrólises
e outros….
Biossinalização
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Transdução de sinal é a conversão da informação em alteração química
www.niehs.nih.gov
Biossinalização
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Transdutores de sinais recebem a informação e a “disseminam”
Sinal (molécula sinalizadora)
Molécula
receptora
withadream.blogspot.com
• Enzima
• Regulador de enzima
• Canal iônico
• Regulador de expressão gênica
Biossinalização
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Transdutores de sinais são específicos
Molécula sinalizadora
Molécula
receptora
Interações não-covalentes
Arranjo e posição tridimensional no espaço da nuvem eletrônica dos átomos que compõem as moléculas
Complementariedade molecular precisa
Análise de Scatchard: mede afinidade pela determinação da constante de dissociação (Kd)
(Ligante)
Biossinalização
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Receptor EGFR
EGF
• Alta afinidade ligante-receptor: Muitas ligações fracas
Transdutores de sinais são altamente sensíveis
Biossinalização
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Processos patológicos podem ter vias de sinalização alteradas
d-rych.com
Vias de sinalização do câncer
Biossinalização
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Vias de sinalização são altamente complexas e interconectadas
Via do AMPc
Biossinalização
Vias de sinalização e alvos moleculares
O conhecimento sobre as vias de sinalização integram o arcabouço de dados que 
descrevem um fenômeno biológico
Alvos moleculares = moléculas (DNA, Proteína, RNA, Metabólito, etc.) que participam
de forma importante em um processo biológico, definindo um fenótipo de interesse.
Exemplos em humanos
P53
ERK
MAPK
PLA2
SPIKE2
…..
Exemplos em plantas
LYF
HSP70
TOR
…..
Como detectar alterações qualitativas e quantitativas nesses alvos? 
Diagnóstico molecular
Identificação de patologias e agentes patogênicos usando-se de informação molecular
Método de PCR quantitativo: identifica presença ou ausência de material genético de 
agentes patogênicos (parasitas, virus, bactérias) em um dado organism.
Reação em cadeia da polimerase (PCR)
Há diferentes tipos de reação da polimerase em cadeia
Hot start
Nested PCR
Touch down
Fast
Direct
Multiplex
Long
GC-rich
Inverse
Quantitativo
Reação em cadeia da polimerase (PCR)
Polymerase chain reaction
Reação em cadeia da polimerase (PCR)
Muitas cópias de uma 
mesma sequência específica
https://rfclipart.com
Componentes básicos da reação
dNTPs
Tampão (estabiliza o pH)
DNA polimerase
MgCl2
DNA molde
Primers (oligonucleotídeos)
Sequência de eventos da PCR
Amplificação de DNA com uso de uma sequência iniciadora (primer)
Quantificando a amplificação de fragmentos de DNA
Química do SyberGreen
Intercalamento de 
elemento marcador 
(flúoróforo) entre fitas do 
DNA dupla fita.
Diferenças entre tipos de PCR (Real time vs Endpoint)
https://www.thermofisher.com/
qRT-PCR para teste de Covid-19
https://www.igenomix.com.br/blog/o-que-e-a-tecnica-de-rt-qpcr-para-deteccao-dos-casos-de-covid-19/
Muitos métodos diagnósticos moleculares
https://www.gov.br/inpi/pt-br/servicos/patentes/tecnologias-para-covid-19/Diagnostico
Nanopartículas
Biosensores
Nanoplasmas
Arranjos de proteínas
Imunoensaios….
E muito mais
Quase todos os métodos se baseiam em interações entre moléculas
Exemplos: testes novos para covid19
Expressão heteróloga de genes: Operacionalizando a produção de 
moléculas
Tecnologia do DNA recombinante e clonagem
Exemplos de moléculas com 
aplicação biotecnológica:
Anticorpos
Toxinas
Proteínas reporter
Anticorpos como ferramentas laboratoriais para biotechnologia
Imunoafinidade: Imunopurificação, imunodetecção, pulldown. 
Purificação por comatografia de afinidade
Imunoprecipitação de proteínas recombinantes
Toxinas
Expressão heteróloga de genes: síntese de toxinas com funções
farmacológicas
Aplicações de células tronco ou pluripotentes em medicina regenerativa
Modulação da expressão gênica e terapia gênica
Genômica, proteômica, transcriptômica
Sequenciamento genômico
Aplicações da genômica
Aplicações da Proteômica
Aplicações da Proteômica
Proteômica -Baseada em uso de cromatografia e Espectrometria de massa
Aplicações da Proteômica
Aplicações da Proteômica
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