Atividade Presencial 01 - Biotecnologia e Enzimologia (1)

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<p>· ATIVIDADE PRESENCIAL 01</p><p>Parte 1</p><p>Disciplina: Biotecnologia e Enzimologia</p><p>Unidades Temáticas do Material Didático: Unidade I e Unidade II</p><p>Professora: Suelen Pereira Ruiz Herrig</p><p>1. Atividade</p><p>A atividade presencial 01 da disciplina de Biotecnologia e Enzimologia envolve conhecimentos das aplicações da biotecnologia, tecnologia do DNA recombinante, produção de medicamentos farmacológicos, metabolismo microbiano e os fatores de crescimento.</p><p>2. Conteúdos:</p><p>Introdução à Biotecnologia</p><p>Biotecnologia e a multidisciplinaridade.</p><p>Tecnologia do DNA Recombinante</p><p>Biotecnologia e produção de fármacos</p><p>Microrganismos de interesse industrial</p><p>Metabolismo microbiano</p><p>Substratos de fermentação</p><p>3. Objetivo da atividade</p><p>· Reforçar as aplicações da biotecnologia, pois será um facilitador de todo o seu aprendizado nos temas mais específicos futuramente, pois esses temas trazem conceitos essenciais a todo o estudo.</p><p>· Aplicar os conhecimentos obtidos nas aulas conceituais.</p><p>4. Importância do Conteúdo:</p><p>Espera-se que ao final desta atividade, que os acadêmicos sejam capazes de:</p><p>· Conhecer as aplicações da biotecnologia para a compreensão dos princípios gerais que regem o desenvolvimento de produtos por meio da biotecnologia.</p><p>5. Contextualização e preparação para o estudo</p><p>A biotecnologia é uma área da ciência que utiliza organismos vivos, sistemas biológicos e processos celulares para desenvolver produtos e tecnologias que beneficiam a sociedade em diversas áreas. Entre as várias aplicações da biotecnologia, destacam-se a tecnologia do DNA recombinante, a produção de biofármacos, o estudo dos metabolismos microbianos e os fatores de crescimento de microrganismos.</p><p>A tecnologia do DNA recombinante revolucionou a biotecnologia, permitindo a manipulação precisa do material genético de organismos. Isso possibilita a criação de organismos geneticamente modificados (OGMs) para melhorar características agrícolas, como resistência a pragas e doenças, ou para produzir alimentos e produtos mais nutritivos.</p><p>A produção de biofármacos é outra aplicação crucial da biotecnologia. Biofármacos são medicamentos produzidos a partir de células vivas, geralmente microorganismos geneticamente modificados, que produzem proteínas terapêuticas. Isso torna possível a fabricação de tratamentos altamente eficazes para diversas doenças, como insulina para diabetes ou anticorpos monoclonais para câncer e doenças autoimunes.</p><p>O estudo dos metabolismos microbianos é fundamental para a produção de biocombustíveis e produtos químicos sustentáveis. Microrganismos como bactérias e leveduras podem ser geneticamente modificados para converter matérias-primas renováveis, como açúcares e lignocelulose, em produtos úteis, como etanol ou ácidos orgânicos.</p><p>Os fatores de crescimento de microrganismos são essenciais para a produção em larga escala de microrganismos utilizados em aplicações biotecnológicas. O controle preciso das condições de crescimento e o fornecimento adequado de nutrientes e fatores de crescimento são fundamentais para obter altos rendimentos na produção de produtos biotecnológicos, como enzimas industriais, proteínas terapêuticas e produtos químicos.</p><p>Prezado acadêmico, iremos iniciar o estudo, desejo um excelente estudo a todos!</p><p>Atividade Teórica:</p><p>1. A Biotecnologia refere-se ao conjunto de atividades baseadas em conhecimentos multidiciplinares que utiliza agentes biológicos para o desenvolvimento de produtos úteis. Sobre a importância e histórico da Biotecnologia, é correto afirmar que:</p><p>a) A penicilina foi o primeiro antibiótico descoberto em 1928, sendo um medicamento obtido pela biotecnologia.</p><p>b) Durante a segunda Guerra mundial, não teve nenhum avanço e contribuições para a biotecnologia.</p><p>c) A estrutura e natureza do DNA foi descoberta em 1953, porém não contribuiu com nenhum marco histórico na biotecnologia.</p><p>d) A tecnologia do DNA recombinante permitiu o avanço no desenvolvimento de transgênicos, porém é possível realizar essa técnica apenas com células de tecidos vegetais.</p><p>e) Após os conhecimentos e avanços das técnicas da tecnologia do DNA recombinante, denomina-se biotecnologia tradicional.</p><p>2. Sobre o papel da multidisciplinaridade na biotecnologia, avalie as asserções a seguir e a relação proposta entre elas:</p><p>I. A multidisciplinaridade desempenha um papel fundamental na biotecnologia</p><p>PORQUE</p><p>II. Envolve a colaboração de profissionais de diversas áreas de atuação para desenvolver soluções e produtos.</p><p>A respeito dessas asserções, assinale a opção correta:</p><p>a) As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.</p><p>b) As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.</p><p>c) A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.</p><p>d) A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.</p><p>e) As asserções I e II são proposições falsas.</p><p>3. A biotecnologia apresenta aplicações em diversas áreas como saúde, alimentos, ambiental, agropecuária, veterinária e industrial. Sobre as aplicações da biotecnologia, selecione a alternativa correta:</p><p>a) Com o avanço da biotecnologia na área da saúde, foi possível a elaboração de medicamentos biotecnológicos, porém não é possível a produção de hormônios.</p><p>b) Com o desenvolvimento das técnicas de biotecnologia na área da agricultura, foi possível a produção de plantas resistentes, fornecendo melhores condições e rendimento na colheita.</p><p>c) Na área industrial, as aplicações da biotecnologia não proporcionam importância tecnológica e econômica, por serem produtos convencionais, como o etanol.</p><p>d) As aplicações da biotecnologia na área de alimentos são recentes, não contribuindo para o marco histórico da biotecnologia.</p><p>e) Na área da medicina veterinária, as aplicações da biotecnologia englobam somente a produção de vacinas.</p><p>4. Sobre a tecnologia do DNA recombinante, analise as afirmativas a seguir e assinale verdadeiro (V) ou falso (F):</p><p>I. É uma técnica que envolve a manipulação de genes de diferentes organismos para criar novas sequências de DNA.</p><p>II. Consiste em experimentos de biologia molecular na avaliação da expressão de determinados genes.</p><p>III. É um tecnologia que pode ser empregada apenas na produção de medicamentos.</p><p>IV. Com a tecnologia do DNA recombinante, ocorreu a produção da insulina.</p><p>É correto o que se afirma em:</p><p>a) I, II, III e IV</p><p>b) II e III</p><p>c) II e IV</p><p>d) I, II e IV</p><p>e) IV apenas</p><p>5. Qual é a função das enzimas de restrição (endonucleases) no processo de clonagem de DNA?</p><p>a) As enzimas de restrição são usadas para amplificar o DNA de interesse.</p><p>b) As enzimas de restrição são usadas para introduzir o DNA clonado em células hospedeiras.</p><p>c) As enzimas de restrição são usadas para cortar o DNA em fragmentos específicos, permitindo a inserção do gene de interesse no vetor.</p><p>d) As enzimas de restrição são usadas para aumentar a expressão gênica.</p><p>6. Selecione a alternativa que corresponde com a ordem correta sobre a clonagem gênica:</p><p>(1) União do vetor ao gene de interesse</p><p>(2) Clivagem com enzimas de restrição</p><p>(3) Seleção do vetor e ligação do DNA alvo ao vetor</p><p>(4) Introdução no organismo hospedeiro</p><p>(5) Isolamento e fragmento do DNA de interesse</p><p>Selecione a alternativa que corresponde com a ordem correta:</p><p>a) 1, 2, 3, 4, 5</p><p>b) 2, 4, 5, 3, 1</p><p>c) 3, 5, 3, 2, 1</p><p>d) 5, 4, 2, 1, 3</p><p>e) 5, 2, 3, 1, 4</p><p>7.O processo processo pelo qual um fragmento de DNA pode ser replicado em uma célula bacteriana é denominado de:</p><p>a) Fissão binária</p><p>b) Meiose</p><p>c) Transcrição</p><p>d) Transformação</p><p>8. Dentre as tecnologias Qual é o principal propósito da tecnologia CRISPR-Cas9 na área da biotecnologia?</p><p>a) É usada para criar organismos geneticamente modificados apenas em plantas.</p><p>b) É uma técnica para amplificar sequências de DNA em laboratório.</p><p>c) É empregada para editar precisamente o DNA, permitindo a modificação de genes específicos em diversos organismos.</p><p>d) É utilizada para clonar genes em bactérias.</p><p>9. A tecnologia CRISPR-Cas9 é uma ferramenta revolucionária na área da biotecnologia, permitindo a edição</p><p>direcionada do DNA. No entanto, seu uso levanta questões éticas e científicas complexas. Considere as alternativas abaixo e escolha a que melhor descreve a principal funcionalidade da CRISPR-Cas9 e seu impacto:</p><p>a) A tecnologia CRISPR-Cas9 é usada exclusivamente em pesquisas científicas básicas e não tem aplicação prática.</p><p>b) A CRISPR-Cas9 é uma técnica que permite apenas a aplicação em alimentos transgênicos.</p><p>c) A principal funcionalidade da CRISPR-Cas9 é a edição precisa do DNA, permitindo a modificação de genes específicos. Suas aplicações abrangem desde a pesquisa em saúde até o desenvolvimento de terapias genéticas personalizadas, porém, seu uso levanta questões éticas relacionadas à engenharia genética e à edição de genes em seres humanos.</p><p>d) A CRISPR-Cas9 é uma técnica usada apenas na agricultura para criar plantas resistentes a pragas.</p><p>e) A CRISPR-Cas9 é uma técnica que permite a clonagem de organismos geneticamente idênticos.</p><p>10. Diversas técnicas podem ser utilizadas na biotecnologia e que são utilizadas na produção de medicamentos. Qual das seguintes técnicas de biotecnologia é especialmente útil na produção de medicamentos que podem direcionar e bloquear a expressão de genes específicos?</p><p>a) Reação em cadeia da polimerase</p><p>b) Terapia gênica</p><p>c) Tecnologia dos anticorpos monoclonais</p><p>d) Nucleotídeo bloqueado</p><p>e) Peptídeos biotecnológicos</p><p>11. A produção de medicamentos por meio da fermentação microbiana envolve microrganismos específicos que desempenham um papel fundamental. Considerando a complexidade desse processo, analise as alternativas que se referem aos medicamentos obtidos por fermentação microbiana a partir de um microrganismo específico e assinale verdadeiro (V) ou falso (V):</p><p>( ) A penicilina é produzida por fermentação pelo microrganismo Penicillium notatum.</p><p>( )Cefalosporinas são antibióticos produzidos por fermentação a partir de microrganosmos do gênero Streptomyces.</p><p>( ) Cloranfenicol é um antibiótico produzido por Streptomyces venezuelae.</p><p>( ) Estreptomicina é um antibiótico produzido por bactérias do gênero Bacillus.</p><p>É correto afirmar que são corretas:</p><p>a) V, V, V, V</p><p>b) V, V, V, F</p><p>c) F, V, F, V</p><p>d) V, F, F, F</p><p>e) F, F, V, V</p><p>12. As vacinas desempenham um papel importante na imunização contra várias doenças infecciosas. Considerando a complexidade desse processo, selecione a alternativa que identifica corretamente o principal mecanismo de ação das vacinas de vírus atenuado:</p><p>a) Estimulam o sistema imunológico a produzir anticorpos específicos contra antígenos virais.</p><p>b) Contêm fragmentos de proteínas virais para induzir uma resposta imunológica.</p><p>c) Apresentam uma forma enfraquecida do vírus que pode se replicar, mas não causar a doença.</p><p>d) Utilizam ácidos nucleicos sintéticos para instruir as células a produzir antígenos virais.</p><p>e) Apresentam uma forma enfraquecida do vírus que não pode se replicar, porém nesse caso pode causar a doença.</p><p>13. Nos processos biotecnológicos que empregam microrganismos é de grande importância o conhecimento do metabolismo. Sobre o metabolismo microbiano, analise as afirmativas:</p><p>I. Anabolismo refere-se ao conjunto de reações químicas em um organismo, com componentes essenciais incluindo enzimas e trifosfato de adenosina (ATP), sendo responsável pela síntese de moléculas complexas.</p><p>II. O catabolismo envolve a síntese de moléculas simples em precursores mais simples. III. O metabolismo é o termo geral que engloba tanto o anabolismo quanto o catabolismo.</p><p>IV. O catabolismo envolve a quebra de moléculas complexas em precursores mais simples.</p><p>É correto o que se afirma em:</p><p>a) I, II, III, IV</p><p>b) I apenas</p><p>c) I, II</p><p>d) I, III, IV</p><p>e) I e IV</p><p>14. No contexto do metabolismo microbiano, a glicólise é uma via metabólica essencial que desempenha um papel fundamental na obtenção de energia. Considerando a complexidade desse processo, escolha a alternativa que melhor descreve o principal objetivo da via da glicólise:</p><p>a) Produção de ácido lático como produto final.</p><p>b) Produção de ácido acético como produto final.</p><p>c) Produção de energia na forma de ATP.</p><p>d) Produção de oxigênio para as reações celulares.</p><p>e) Produção de dióxido de carbono como produto final.</p><p>15. O ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico) desempenha um papel crucial no metabolismo microbiano, contribuindo para a produção de energia. No entanto, esse ciclo também está interconectado com outras vias metabólicas. Selecione a alternativa correta.</p><p>a) O ciclo de Krebs é uma via metabólica independente, sem conexões com a glicólise ou a cadeia de transporte de elétrons.</p><p>b) O ciclo de Krebs está conectado à glicólise através do ácido pirúvico.</p><p>c) O ciclo de Krebs está conectado à glicólise através do ácido acético e à cadeia de transporte de elétrons através do ácido pirúvico.</p><p>d) O ciclo de Krebs não tem conexão com a glicólise ou a cadeia de transporte de elétrons, pois funciona de forma independente.</p><p>e) O ciclo de Krebs está conectado à glicólise através do ácido oxalacético e à cadeia de transporte de elétrons através do ATP. As coenzimas envolvidas são o NAD+ e o FAD.</p><p>· ATIVIDADE PRESENCIAL 01 –</p><p>Parte 2</p><p>Disciplina: Biotecnologia e Enzimologia</p><p>Unidades Temáticas do Material Didático: Unidade I e Unidade II</p><p>Professora: Suelen Pereira Ruiz Herrig</p><p>01) Sobre os produtos farmacológicos obtidos por meio da biotecnologia, escreva sobre como ocorre o processo de produção de insulina pela biotecnologia. Destacando suas vantagens em relação às técnicas tradicionais de obtenção da insulina a partir de fontes animais. Além disso, avalie como a produção de insulina por biotecnologia impactou o tratamento de pacientes com diabetes e sua qualidade de vida.</p><p>A produção de insulina por meio da biotecnologia envolve o uso de microrganismos geneticamente modificados, como Escherichia coli ou leveduras, que são programados para produzir insulina humana. Isso é feito inserindo o gene humano responsável pela produção de insulina no DNA desses microrganismos. O microrganismo modificado é então cultivado em grandes fermentadores, onde ele produz insulina em grandes quantidades. Tem como vantagens em relação às técnicas tradicionais:</p><p>· Pureza: Insulina produzida por biotecnologia é mais pura, sem impurezas que podem estar presentes em insulina derivada de fontes animais.</p><p>· Disponibilidade: A produção por biotecnologia garante um suprimento constante e consistente de insulina, reduzindo a dependência de doações de órgãos animais.</p><p>· Personalização: A tecnologia permite ajustar a insulina de acordo com as necessidades do paciente, resultando em tratamentos mais eficazes e personalizados.</p><p>E isso impactou principalmente a vida dos pacientes que tiveram entre as vantagens:</p><p>· Melhor controle: Pacientes diabéticos podem controlar seus níveis de glicose de forma mais precisa, levando a uma melhor qualidade de vida.</p><p>· Menos efeitos colaterais: A insulina produzida por biotecnologia é melhor tolerada pelos pacientes, reduzindo efeitos colaterais indesejados.</p><p>· Redução de complicações: Um controle mais preciso dos níveis de glicose leva a uma redução significativa nas complicações associadas ao diabetes, como problemas cardíacos e renais.</p><p>02) Nos processos biotecnológicos, os microrganismos apresentam grande importância, a qual deve ter um controle para a obtenção de um produto de qualidade. Sobre os microrganismos de interesse industriais, responda:</p><p>a) Escreva quais são as fontes de microrganismos de interesse industrial para uso biotecnológico.</p><p>Solo: Microrganismos do solo, como bactérias e fungos, são frequentemente utilizados na produção de antibióticos e enzimas.</p><p>Água: Microrganismos aquáticos são valiosos para a produção de enzimas, produtos alimentícios e tratamento de águas.</p><p>Ambientes extremos: Microrganismos que vivem em ambientes extremos (extremófilos), como termófilos e halófilos, são explorados para diversas aplicações biotecnológicas.</p><p>b) Explique quais as características desejáveis que esses microrganismos devem possuir para aplicações bem sucedidas na indústria. Além disso, forneça exemplos específicos</p><p>de setores industriais nos quais os microrganismos desempenham um papel fundamental e como suas características são aproveitadas para melhorar processos industriais.</p><p>Resistência: Microrganismos resistentes a condições adversas são úteis em processos industriais. Exemplo: Termófilos em indústrias de alimentos e detergentes.</p><p>Produção de enzimas: Microrganismos que produzem enzimas industriais são cruciais para a indústria de detergentes e de alimentos.</p><p>Fermentação: Microrganismos como leveduras são fundamentais na produção de bebidas alcoólicas e pães, aproveitando sua capacidade de fermentação.</p><p>03) Elabore um resumo esquemático sobre o catabolismo de carboidratos em relação aos mecanismos básicos de respiração celular e fermentação, ou seja, via aeróbica e anaeróbica.</p><p>Exemplo de resumo esquemático:</p><p>04) O uso de microrganismos nos processos biotecnologicos exigem o controle desde a seleção da espécie microbiana, bem como as etapas dos processos. Sobre os fatores que influenciam o crescimento microbiano, explique como os fatores físicos, tais como temperatura, pH e pressão, impactam o crescimento microbiano e como essa compreensão é fundamental na biotecnologia.</p><p>Cada microrganismo tem uma faixa ótima de temperatura para crescimento. Portanto, temperaturas extremas podem desnaturar enzimas, inibindo o crescimento. Com relação ao pH, é importante frisar que microrganismos têm faixas específicas de pH para o crescimento, e que se o pH estiver inadequado pode afetar a estrutura das proteínas e a atividade enzimática. Também deve-se considerar que em ambientes de alta pressão, microrganismos barófilos prosperam, enquanto outros podem ser inibidos.</p><p>05) Discuta de maneira abrangente, como os fatores químicos, como fontes de carbono, nitrogênio e elementos traço, afetam o crescimento microbiano e como essa compreensão é fundamental na biotecnologia.</p><p>Microrganismos heterotróficos, como a maioria das bactérias e fungos, dependem de fontes orgânicas de carbono para seu crescimento e metabolismo. A glicose, amido e celulose são exemplos clássicos de fontes de carbono que esses microrganismos podem utilizar. A glicose é uma forma de açúcar simples que pode ser rapidamente metabolizada para fornecer energia aos microrganismos. O amido, um polissacarídeo complexo encontrado em plantas, é quebrado em glicose para ser utilizado como fonte de energia. A celulose, outro polissacarídeo presente na parede celular das plantas, é uma fonte mais complexa que alguns microrganismos podem degradar com a ajuda de enzimas específicas.</p><p>O nitrogênio é essencial para a síntese de proteínas e ácidos nucleicos, que são os blocos de construção fundamentais dos organismos vivos. Microrganismos necessitam de fontes de nitrogênio para produzir enzimas e estruturas celulares. A amônia, nitratos e nitritos são fontes comuns de nitrogênio para os microrganismos. A amônia (NH3) é uma forma inicial de nitrogênio que pode ser assimilada diretamente pelos microrganismos. Nitratos (NO3-) e nitritos (NO2-) também são formas de nitrogênio que microrganismos podem utilizar após serem convertidos a partir de compostos orgânicos ou amônia. Essas formas de nitrogênio são frequentemente encontradas em solos e ambientes aquáticos, onde são absorvidas pelos microrganismos para sustentar seu crescimento e atividades metabólicas.</p><p>Além do carbono e do nitrogênio, os microrganismos também necessitam de elementos traço em pequenas quantidades para seu crescimento e atividades enzimáticas. Estes elementos incluem ferro, magnésio, cobalto e outros minerais essenciais. O ferro, por exemplo, é um cofator para várias enzimas envolvidas na respiração celular e na síntese de DNA. O magnésio é crucial para a estrutura do ribossomo e para a ativação de muitas enzimas. O cobalto é um componente da vitamina B12, essencial para o metabolismo celular. Em contextos industriais, especialmente em processos de fermentação e produção de biomassa, esses elementos traço são frequentemente adicionados como nutrientes para garantir que os microrganismos tenham todas as condições necessárias para crescer de forma eficiente e produzir compostos desejados. A compreensão detalhada dessas necessidades nutricionais é vital para otimizar a produção em larga escala de produtos biotecnológicos e, ao mesmo tempo, destaca a interdependência complexa entre os microrganismos e os nutrientes essenciais para seu crescimento e metabolismo.</p><p>06) Nos processos biotecnológicos, os meios de cultivos fornecer condições ideais para o desenvolvimento microbiano e obtenção dos produtos. Sobre os meios de cutivo, explique quais devem ser as características ideais de um meio de cultivo de microrganismos em processos biotecnológicos.</p><p>Um meio de cultivo ideal para microrganismos em processos biotecnológicos deve possuir as seguintes características:</p><p>Nutrientes: Fornecer fontes adequadas de carbono, nitrogênio, fósforo, enxofre, além de micronutrientes como minerais e vitaminas, para sustentar o crescimento microbiano e produção de metabólitos desejados.</p><p>Água: Deve conter a quantidade adequada de água para garantir a hidratação das células e facilitar as reações metabólicas.</p><p>pH Controlado: O pH do meio deve ser controlado e ajustado para a faixa ótima de crescimento do microrganismo em questão.</p><p>Aeração: Em processos aeróbicos, o meio deve permitir a entrada adequada de oxigênio para suportar a respiração celular.</p><p>Controle de Contaminantes: Deve ser estéril para evitar a contaminação por outros microrganismos indesejados.</p><p>07) Sobre os meios de cultivos para uso nos processos biotecnológicos, responda:</p><p>a) Explique as diferenças entre meios de cultura definidos e meios de cultura complexos em microbiologia. Destaque as características de cada tipo de meio, suas aplicações e vantagens.</p><p>Meios de Cultura Definidos: Contêm ingredientes quimicamente definidos e quantificados, como fontes de carbono, nitrogênio, sais minerais e vitaminas. São precisos e replicáveis, permitindo o controle preciso das condições de crescimento. São usados em pesquisas e indústrias onde a composição precisa é necessária, como na produção de antibióticos.</p><p>Meios de Cultura Complexos: Contêm ingredientes de composição desconhecida ou variável, como extratos de peptona, carne ou leveduras. São mais ricos em nutrientes e são usados quando não é necessário um controle estrito da composição. São comumente usados na pesquisa microbiológica e em processos industriais onde a complexidade do meio é benéfica.</p><p>b) Em relação aos meios de cultivo e com o avanço da sustentatibilidade nas indústrias de processos biotecnológicos, cite exemplos de subprodutos agroindustriais que pode ser usados como meio de cultivo.</p><p>· Bagaço de Cana-de-Açúcar: Pode ser usado como fonte de carbono em meios de cultura para produção de enzimas e produtos químicos.</p><p>· Palha de Cereais: Rica em celulose, pode ser convertida em meios para cultivo de microrganismos produtores de enzimas celulolíticas.</p><p>· Resíduos de Frutas: Cascas de frutas contêm nutrientes e podem ser utilizadas em meios de cultivo para produção de biomassa microbiana e enzimas.</p><p>· Resíduos de Óleo Vegetal: Podem ser transformados em substratos para microrganismos que produzem bioplásticos e biocombustíveis.</p><p>· O uso de subprodutos agroindustriais como meios de cultivo não apenas reduz o desperdício, mas também contribui para a sustentabilidade ao aproveitar recursos renováveis e reduzir a pressão sobre os recursos naturais.</p>