Aula 01 Conceitos, histórico e bases da Biotecnologia

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ENGENHARIA GENÉTICA E DNA RECOMBINANTE
CONCEITOS, HISTÓRICO E BASES DA BIOTECNOLOGIA
Profa. Dra. Sabrina Maria Rodrigues Jacinto Costa
O que é o DNA?
Quando foi descoberto o DNA?
Vocês conseguem imaginar como poderia ser visualizada a estrutura de uma molécula tão pequena como o DNA?
E por que foi tão importante tal descoberta?
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Quem descobriu o DNA?
O DNA foi descoberto em 1869 pelo bioquímico suíço Johann Friedrich Miescher (1844-1895)
isolou uma substância chamada de “nucleína”, encontrada no núcleo de linfócitos (células de defesa).
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Curiosidade: Johann Friedrich Miescher era discípulo do professor Ernst Felix Immanuel Hoppe-Seyler (1825-1895), fisiologista e químico alemão, que desenvolveu vários estudos importantes:
 primeiro cientista a descrever a absorção óptica do pigmento vermelho do sangue e as suas duas bandas distintas de absorção;
reconheceu o caráter vinculativo do oxigênio aos eritrócitos assim como a função da hemoglobina, a qual, por sua vez, gera o composto oxihemoglobina;
foi capaz de obter hemoglobina em forma cristalina, e confirmou que continha ferro.
realizou estudos sobre a clorofila, isolando várias proteínas;
primeiro a purificar a lecitina e a determinar sua composição;
foi um dos fundadores da bioquímica, química fisiológica e biologia molecular, e seus trabalhos levaram a avanços na química orgânica
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Walther Flemming (1843-1905) e Eduard Strasburger (1844-1912): 1882 a 1885, estudando as estruturas celulares, descobriram no núcleo elementos em forma de bastão e as chamaram de cromossomos.
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Theodor Boveri (1862-1915): observou que o número de cromossomos das células germinativas (em determinado estado de sua maturação) era reduzido à metade.
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Wilhelm Johannsen (1857-1927): 1909 - introdução do termo gene utilizado para determinar a unidade mendeliana, os termos genótipo para as características genéticas do indivíduo e fenótipo para se referir ao seu aspecto externo.
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Thomas Hunt Morgan (1866-1945): 1915 - afirmou que os genes representam regiões dos cromossomos responsáveis pelas características inatas do indivíduo e que guardavam as informações passadas à progênie.
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Robert Feulgen (1884-1955): 1923 - demonstrou que, utilizando técnicas de coloração específicas, o DNA estava intimamente ligado aos cromossomos.
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Frederick Griffith (1879- 1941): 1928 - introduziu o conceito de “transformação”, com base em seus experimentos com pneumococos, bactérias causadoras da pneumonia. 
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Phoebus Aaron Theodor Levene (1869-1940): 1931 - demonstrou que as estruturas básicas dos ácidos nucleicos eram formadas por bases nitrogenadas, açúcar e fosfato. Ele descreveu também as diferenças entre o acido ribonucleico (RNA) e o DNA.
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Oswald Theodore Avery (1877-1955), Colin MacLeod (1909-1972) e Maclyn McCarty (1911-2005): 1944 - descobriram que o DNA era a substância de que os genes e os cromossomos eram constituídos.
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Erwin Chargaff (1905-2002): demonstrarou que havia uma relação quantitativa entre as bases nitrogenadas do DNA: a quantidade de adenina (A) era proporcional a quantidade de timina (T), assim como a de citosina (C), a de guanina (G).
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James Dewey Watson (1928) e Francis Harry Compton Crick (1916-2004): 1953 - descreveram a molécula de DNA como uma espiral onde as bases nitrogenadas são ligadas entre si internamente (timina com adenina e citosina com guanina) e os grupos fosfato, carregados negativamente, estão voltados para fora da molécula. 
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Rosalind Elsie Franklin (1920-1958): contribuiu para o entendimento das estruturas moleculares do DNA, RNA, vírus, carvão mineral e grafite.
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GUSMÃO, A. O. M.; SILVA, A. R.; MEDEIROS, M. O. A BIOTECNOLOGIA E OS AVANÇOS DA SOCIEDADE. Biodiversidade - V.16, N1, 2017 - pág. 135 
Fazer a leitura do tópico 1, introdutório do texto.
Artigo disponível nos arquivos do TEAMS
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Leitura Específica
BRUNO, A.N. Biotecnologia II: aplicações e tecnologias. Porto Alegre: Artmed, 2017.
Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582713853/cfi/6/2!/4/2@0:0
RESENDE, R.R.; SOCCOL, C.R. Biotecnologia Aplicada à Saúde: Fundamentos e Aplicações. São Paulo: Blucher, 2015. 1. 
Disponível em: 
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521208976/cfi/0!/4/2@100:0.00
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Aprenda +
Histórico da Biotecnologia e Engenharia Genética:
A descoberta da estrutura de dupla hélice do DNA (vídeo) | Khan Academy
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ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO DO DNA E RNA
Composição do material genético
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Cromossomo completo durante a metáfase
Pedaço do cromossomo com uma porção distendida
Porção distendida
Fibra de cromatina da porção distendida com os nucleossomos condensados
Fibra de cromatina distendida como colar de pérolas
Curta região da dupla hélice do DNA
Cromatina
Cromatina: complexo de DNA e proteínas que se encontra dentro do núcleo celular
Principais proteínas: histonas. 
H2A, H2B, H3 e H4 unem-se, formando um octâmero denominado nucleossomo
H1 une os nucleossomos adjacentes, "empacotando-os“
“Empacotamento“: diminui o tamanho da molécula de DNA e permite maior controle dos genes por parte da célula.
Quando a cromatina é corada, são reveladas visualmente regiões distintas com características de coloração diferentes.
Conhecem-se dois tipos de cromatina:
Eucromatina: regiões pouco coradas
Heterocromatina: regiões densamente coradas
A distinção reflete o grau de compactação do DNA 
Cromatina
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A heterocromatina tem localização variável, podendo se mostrar dispersa, em grumos, associada ao nucléolo e se dispõem em delgada camada associada à carioteca interna.
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DNA ativo
Cromatina descondensada na Intérfase. 
Nucleossomos afastados uns dos outros: exposição dos genes
Na divisão celular: eucromatina se condensa, juntamente com a heterocromatina dando um aspecto uniforme
Eucromatina
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DNA inativo
Condensado em todo o ciclo celular
Composta por seqüências de DNA repetitivo que tem pouca ou nenhuma atividade
Promove interações entre regiões de cromatina
Heterocromatina
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Heterocromatina
Constitutiva: é a mesma cromatina inativa em todas as células
Facultativa: as células tem ativos diferentes genes, inativos em outras
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Heterocromatina Constitutiva
Condensada em todo o ciclo celular e em todas as células do indivíduo
Concentra-se em blocos
Está presente em ambos os homólogos, na mesma posição e mesmo tamanho;
Localização: em torno da constrição secundária e nas regiões proximais ou terminais dos cromossomos
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Heterocromatina Facultativa
Se comporta ora como hetero, ora como eucromatina
Se mostra condensada em diferentes regiões do genoma em cada tipo celular do indivíduo ou mesmo em diferentes momentos
Aparece em apenas um dos homólogos
Envolve todo o cromossomo (não só blocos)
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Heterocromatina Facultativa
Exemplo: cromatina sexual ou corpúsculo de Barr, definida com um dos cromossomos X inativo na mulher, em algumas células é o X paterno e, em outras, o X materno
A inativação de um dos X da mulher garante um equilíbrio entre o no de genes ativos no homem e na mulher; mecanismo de dose de compensação, equipara a qtde de genes ativos no homem e na mulher
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Morfologia Cromossômica
Centrômero: corpúsculo situado em algum ponto ao longo do cromossomo, na constrição primária.
Constrição primária: estreitamento do cromossomo ao nível do centrômero, formando nele uma “cintura”.
Constrição secundária: zona de estreitamento, não possui centrômero. Próxima ao telômero.
Braço: região delimitada pelo centrômero. O cromossomo pode ter um ou dois braços.
Telômero: complexos DNA-proteína encontrados nas extremidades dos cromossomos e dão estabilidade, protegem de recombinações e de fusões.
Seu tamanho regride ao longo das duplicações celulares até um tamanho mínimo que interrompe a proliferação celular.
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DNA
Como a informação do DNA sai do núcleo celular?
DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA MOLECULAR
Fluxo de informações do código genético.Esse modelo mostra principalmente que uma sequência de um ácido nucleico pode formar uma proteína, entretanto o contrário não é possível. Segundo esse dogma, o fluxo da informação genética segue o seguinte sentido: DNA → RNA→ PROTEÍNAS.
Como a informação do DNA sai do núcleo celular?
Como a informação do DNA sai do núcleo celular?
Aminoácidos
SE TODAS AS NOSSAS CÉLULAS POSSUEM O MESMO MATERIAL GENÉTICO, COMO TEMOS CÉLULAS COM DIFERENTES FUNÇÕES?
Regulação da Expressão Gênica
É o processo de controlar quais genes no DNA da célula são expressos (usados para produzir um produto funcional como uma proteína)
Diferentes células em um organismo multicelular podem expressar conjuntos de genes muito diferentes, apesar de possuírem o mesmo DNA
O conjunto de genes expressos em uma célula determina o grupo de proteínas e RNAs funcionais que ela possui, conferindo-lhe suas características únicas
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Splicing
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Splicing – Um gene, uma proteína
Processo de maturação do RNA precursor
Nesse processo as regiões não codificantes (íntrons) são retiradas do RNA precursor, que passa a conter somente as regiões codificantes (éxons).
 Quando este está completamente processado, o RNAm é exportado para o citoplasma para ser traduzido.
Ou seja, o Splicing consiste na retirada dos íntrons de um RNA precursor, de forma a produzir um RNAm maduro funcional. 
https://www.youtube.com/watch?v=aVgwr0QpYNE
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Splicing alternativo – Um gene, várias proteínas
Através desse mecanismo, a informação armazenada nos genes de organismos complexos pode ser editada de várias formas, especificando duas ou mais proteínas diferentes.
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Splicing alternativo – Um gene, várias proteínas
Ao comparar o genoma humano com o de outros organismos, os cientistas se dão conta da dimensão do papel do splicing alternativo em muitos seres que possuem conjuntos de genes relativamente semelhantes.
Além disso, dentro de um organismo, o splicing alternativo permite que vários tipos de tecido realizem funções diversas, trabalhando a partir da mesma coleção limitada de genes.
Vantagem: mais de 90mil proteínas sem precisar de 90mil genes
O splicing alternativo explica como a tremenda diversidade entre humanos, camundongos e talvez de todos os mamíferos pôde se originar a partir de genomas tão semelhantes.
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Questão 1
(Enem 2015) A palavra "biotecnologia" surgiu no século XX, quando o cientista Herbert Boyer introduziu a informação responsável pela fabricação da insulina humana em uma bactéria, para que ela passasse a produzir a substância. Disponível em: www.brasil.gov.br. Acesso em: 06 jan. 2021 (adaptado). As bactérias modificadas por Herbert Boyer passaram a produzir insulina humana porque receberam:
a) A sequência de DNA codificante de insulina humana.
b) A proteína sintetizada por células humanas.
c) Um RNA recombinante de insulina humana.
d) O RNA mensageiro de insulina humana.
e) Um cromossomo da espécie humana.
Questão 2
(Acafe 2015/1) Biotecnologia é o conjunto de conhecimentos que permite a utilização de agentes biológicos (organismos, células, organelas, moléculas) para obter bens ou assegurar serviços. Sobre o tema, analise as afirmações a seguir.
I - As técnicas biotecnológicas possibilitam à Indústria Farmacêutica cultivar microrganismos para produzir os antibióticos, por exemplo.
II - A Engenharia Genética ocupa um lugar de destaque como tecnologia inovadora, seja porque permite substituir métodos tradicionais de produção de hormônio de crescimento e insulina, seja porque permite obter produtos inteiramente novos (Organismos transgênicos).
III - Hoje, a utilização de plasmídeos bacterianos restringe-se à produção de novos medicamentos.
IV - Através de técnicas biotecnológicas é possível o tratamento de despejos sanitários pela ação de microorganismos em fossas sépticas.
V - A aplicação da biotecnologia está limitada a área médica e de saúde.
Todas as afirmações corretas estão em:
a) I - II - III
b) I - II - IV
c) II - III - IV
d) III - V
e) IV - V