CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS
SISTEMA ABO
Nosso sangue é classificado dessa forma devido à presença de proteínas específicas presentes nas hemácias.
No caso do sistema ABO, essas proteínas são denominadas de aglutinogênios e cada grupo sanguíneo tem o seu aglutinogênio específico presente nas membranas plasmáticas das hemácias.
Pessoas que apresentam sangue tipo A possuem o aglutinogênio A nas hemácias, assim como quem possui o sangue tipo B, tem o aglutinogênio B. As pessoas que possuem o sangue tipo AB apresentam os dois aglutinogênios A e B simultaneamente, ao passo que aquelas com sangue tipo O, por não possuírem nenhum dos dois tipos de aglutinogênios, eram denominadas de grupo 0 (zero).
O nosso sangue também apresenta anticorpos conhecidos como aglutininas. Para cada tipo sanguíneo há anticorpos específicos. Como existem dois tipos de aglutinogênio, A e B verificam-se dois tipos de aglutininas:
anti-A e anti-B. Dessa forma, pessoas do grupo A possuem aglutinogênio A nas hemácias e aglutinina anti-B no plasma;
as do grupo B têm aglutinogênio B nas hemácias e aglutinina anti-A no plasma; pessoas do grupo AB têm aglutinogênios A e B nas hemácias e nenhuma aglutinina no plasma; e pessoas do grupo O não tem aglutinogênios na hemácias, mas possuem as duas aglutininas, anti-A e anti-B, no plasma (Tabela 1).
Tabela 1: Representação esquemática dos grupos sanguíneos do sistema ABO.
Disponível em https://www.coladaweb.com/wp-content/uploads/2019/09/20190909-abo-png.png
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É por essa razão que cada tipo sanguíneo só pode doar ou receber de um ser humano que tenha sangue compatível com ele.
Considerando, por exemplo, uma pessoa que tenha sangue A, seu organismo possui anticorpos anti-B. Sendo assim, ela não pode receber qualquer tipo sanguíneo que tenha os aglutinogênios B, como é o caso dos sangues B e AB, pois haverá reação imunológica que causará a aglutinação das hemácias e, consequentemente a formação de grumos que podem obstruir os capilares sanguíneos, ocasionado a morte do indivíduo.
Portanto, pessoas com sangue A só poderão receber sangue tipo A e tipo O, pois não haverá reação, caracterizando a compatibilidade entre esses grupos sanguíneos. Este raciocínio também se aplica para os outros tipos sanguíneos.
O sangue O é classificado como doador universal, pois não apresenta antígenos ou aglutinogênios, então esse tipo sanguíneo pode ser recebido por qualquer pessoa. NO entanto, quem tem sangue do tipo O só pode receber do mesmo tipo, pois o sangue O possui as aglutininas anti-A e anti-B, então haverá reação com qualquer sangue que tenha esses aglutinogênios.
Por outro lado, o sangue tipo AB é classificado como receptor universal, pois esse tipo sanguíneo não possui anticorpos ou aglutininas, então ele pode receber qualquer tipo sanguíneo (Tabela 2).
Tabela 2: Transfusões sanguíneas no sistema ABO.
Disponível em: https://i.pinimg.com/474x/31/35/
dd/3135dd7dc3b2ca51e2fbdadeeb595d64.jpg GENÓTIPO DOS TIPOS SANGUÍNEOS
Cada ser humano possui um fenótipo e um genótipo em relação ao seu sangue. O fenótipo indica o tipo sanguíneo: “A”, “B”, “AB” e “O”. Já o genótipo é a representação genética do sangue. Nós herdamos um alelo da mãe e um alelo do pai, formando assim nosso tipo sanguíneo. Cada tipo de sangue possui um par de alelos que podem ser dominantes ou recessivos, conforme representado na tabela a seguir:
Tabela 3: Relação entre genótipos e fenótipos no sistema ABO.
Disponível em: https://descomplica.com.br/artigo/polialelia-entenda-tudo-sobre-sistemas-sanguineos-e-heranca-ligada-ao-sexo/4lR/
Os alelos IA e IB atuam como codominantes, pois ambos são expressos na condição heterozigótica, ou seja, pessoas com genótipo IAIB possuem os dois tipos de aglutinogênios nas hemácias, logo possuem fenótipo AB. O alelo i é recessivo em relação aos outros dois; as relações de dominância entre esses três alelos costumam ser expressas da seguinte maneira: IA = IB > i.
SISTEMA Rh
O fator Rh foi descoberto em 1940, por dois cientistas, Landsteiner e Wiener, enquanto estudavam o sangue de um macaco Rhesus. Eles fizeram um experimento, colocando o sangue desse macaco em coelhos e perceberam que havia reação de aglutinação. A explicação para esse fato era de que, possivelmente, havia antígenos no sangue do macaco que, quando entravam em contato com o sangue do coelho, estimulava a produção de anticorpos, denominados pelos de anti-Rh (Figura 1).
Foram então realizados testes com sangue humano e constatou-se que em 85% das amostras de sangue humano houve a aglutinação, por isso, essas pessoas foram consideradas como Rh positivas (Rh+), ou seja, essas pessoas tinham o antígeno (fator Rh) semelhante ao dos macacos. Em 15% das amostras, não houve a reação com os anticorpos anti-Rh, portanto, essas pessoas foram caracterizadas como Rh negativas (Rh-), ou seja, não possuíam o fator Rh nas suas hemácias.
O fator Rh é determinado por dois alelos R e r. O alelo R é dominante para o fator positivo, sendo assim, uma pessoa que tem o fator Rh positivo pode ser RR ou Rr, já as pessoas que tem o fator Rh negativo possuem os alelos rr (Tabela 3).
Tabela 3: Relação entre genótipos e fenótipos no sistema Rh.
Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/biologia/o-que-e-fator-rh.htm Os sistemas ABO e Rh são independentes, portanto, é incorreto dizer que uma pessoa tem um grupo sanguíneo ou o outro. Na verdade, o tipo sanguíneo é representado pelos dois sistemas ao mesmo tempo. Por exemplo, uma pessoa apresenta sangue A+, ou seja ela é do tipo A para o sistema ABO e possui o fator Rh.
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Figura 1: A- Representação esquemática da descoberta do fator Rh.
B- Representação esquemática do método de deerminação dos grupos sanguíneos do sistema Rh.
Livro didático de Biologia do 2º ano do EM do SFB, p. 169.
ATIVIDADES
1. Quais são os genótipos dos tipos sanguíneos a seguir?
a) A __________________
b) B__________________
c) AB_________________
d) O__________________
2. Um homem heterozigoto para o sangue A, tem um filho com uma mulher com sangue O. Qual é a probabilidade deste casal ter um bebê com sangue A? E com sangue O?
3. Existe alguma possibilidade de um casal, ambos com sangue AB, gerar uma criança com sangue tipo O?
Explique.
4. Explique por que uma pessoa que tem o sangue O, pode doar para todos os outros tipos sanguíneos, mas ela só pode receber do próprio O.
5. Por que quem tem sangue Rh negativo pode doar para quem tem sangue Rh positivo, mas o contrário não pode acontecer?
6. Uma mulher homozigota com tipo sanguíneo B tem um filho com um homem AB. Qual a probabilidade deste casal ter filhos com o mesmo tipo sanguíneo da mãe?
7. Quais são os tipos de anticorpos de cada sangue a seguir?
a) A __________________________
b) B__________________________
c) AB_________________________
d) O__________________________
8. É possível um casal, onde a mãe tem o sangue A e o pai que tem o sangue B, terem filhos com o sangue O?
Justifique sua resposta.
CLONAGEM
A meta da genética é estudar a estrutura e a função dos genes e dos genomas. Desde a época de Mendel, os genes foram identificados observando-se proporções fenotípicas padrões em cruzamentos controlados.
Nos últimos 5 a 10 anos ocorreram alguns fatos extraordinários na Biologia, entre os quais a determinação das sequências completas do DNA de algumas espécies extintas, incluindo mamutes, neandertais e cavalos de 700.000 anos. Relacionado a essas descobertas está o sequenciamento do genoma humano, completado em 2003.
Esse esforço marcou um ponto importante na biologia, pois impulsionou avanços tecnológicos marcantes no sequenciamento do DNA.
Hoje, as aplicações da tecnologia do DNA afetam tudo, desde o agronegócio até a legislação criminal e as pesquisas médicas.
Neste módulo, descreveremos algumas técnicas para manipulação do DNA, analisando sua aplicabilidade e avanços na clonagem, manipulação de organismos e/ou seus componentes para criar produtos úteis e quem sabe, achar a cura para muitas doenças.
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Clonagem molecular e DNA recombinante
Moléculas de DNA de ocorrência natural são muito longas e, em geral, uma única molécula carrega várias centenas ou mesmo milhares de genes. Para trabalhar diretamente com genes específicos, os cientistas desenvolveram métodos para preparar segmentos bem definidos de DNA em múltiplas cópias idênticas, processo chamado de clonagem de DNA.
Para formar um DNA recombinante, usamos enzimas de restrição, que funcionam como “tesouras moleculares”, cortando pontos específicos no DNA de um organismo. Esse fragmento selecionado é então inserido em outro organismo diferente e incorporado ao seu genoma. Geralmente, esses experimentos são feitos em bactérias. O organismo geneticamente modificado passa a fazer várias cópias idênticas do DNA exógeno, bem como passa a produzir substâncias de interesse que são sintetizadas a partir do gene inserido (Figura 1).
Figura 1: Preparação de uma molécula de DNA recombinante.
Retirada de REECE, J. B., et al. “BIOLOGIA de CAMPBELL”. 10ª edição.
São Paulo-SP: Artmed, 2015, P. 413.
As bactérias possuem, além do DNA principal, um pequeno DNA circular, chamado de plasmídeo, no qual estão, com frequência, genes que dão resistência a antibióticos. No processo para formar um DNA recombinante, é comum utilizar o plasmídeo. Depois que recebe o fragmento do DNA de interesse, o plasmídeo torna-se um DNA recombinante, isto é, uma molécula formada pela união de duas ou mais moléculas de DNA não encontradas juntas na natureza, e é introduzido na bactéria, que passa a produzir, por exemplo, uma proteína humana. A produção da insulina artificial utilizada para o tratamento da diabetes é feita desta forma! (Figura 2).
Figura 2: Clonagem gênica para produção de substâncias de interesse humano.
Retirada de REECE, J. B., et al. “BIOLOGIA de CAMPBELL”. 10ª edição.
São Paulo-SP: Artmed, 2015, P. 412.
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Quando a bactéria se reproduz, o DNA recombinante também se replica e passa para as novas bactérias. Esse processo de produção de cópias idênticas de DNA é chamado de clonagem de DNA, clonagem molecular ou clonagem gênica. O resultado é a formação de uma colônia de bactérias capazes de sintetizar substâncias úteis ao ser humano. Como é relativamente simples manter a bactéria se reproduzindo em laboratório, é possível produzir essas substâncias em escala comercial.
Clonagem de organismos multicelulares
Em paralelo aos avanços na tecnologia para estudo do DNA, os cientistas têm desenvolvido e aprimorado métodos para clonar organismos multicelulares inteiros a partir de células únicas. Nesse contexto, a clonagem produz um ou mais organismos geneticamente idênticos ao
“progenitor” que doou a célula única. Isso é muitas vezes chamado de clonagem de organismos para diferenciar da clonagem gênica e, mais significativamente, da clonagem celular – a divisão de uma célula de reprodução assexuada em uma coleção de células geneticamente idênticas. (O produto é geneticamente idêntico ao progenitor: esse é o tema comum. Na verdade, a palavra clone vem do grego klon, significando “ramo”.) O interesse atual na clonagem de organismos surgiu primeiramente a partir do seu potencial de gerar células-tronco. Uma célula-tronco é uma célula relativamente não especializada que pode se reproduzir indefinidamente e, sob condições apropriadas, se diferenciar em células especializadas de um ou mais tipos.
As células-tronco têm um grande potencial na regeneração de tecidos danificados.
Em geral, células diferenciadas de animais não se dividem em meio de cultura, muito menos geram tipos celulares múltiplos de um novo organismo. Assim, os pesquisadores mais antigos tinham de adotar uma abordagem diferente para responder a questão: as células animais diferenciadas são totipotentes? A sua abordagem era remover o núcleo de um óvulo não fertilizado ou fertilizado e substituí-lo pelo núcleo de uma célula diferenciada, procedimento chamado de transplante nuclear.
Se o núcleo da célula doadora diferenciada retém a capacidade genética total, então ela deveria ser capaz de direcionar o desenvolvimento da célula receptora para todos os tecidos e órgãos de um organismo.
Os pesquisadores foram capazes de clonar mamíferos por meio do transplante do núcleo ou células de uma variedade de embriões jovens para dentro dos óvulos enucleados. Mas faltava saber se o núcleo de uma célula totalmente diferenciada poderia ser reprogramado para atuar com sucesso como núcleo doador. Entretanto, em 1997, pesquisadores do Instituto Roslin, na Escócia, ganharam destaque nos jornais ao anunciarem o nascimento de Dolly, uma ovelha clonada de uma ovelha adulta por transplante nuclear a partir de uma célula diferenciada. Esses pesquisadores conseguiram a desdiferenciação necessária do núcleo doador por meio da cultura de células de mamíferos em meio pobre de nutriente. Então fusionaram essas células com óvulos enucleados de ovelha. As células diploides resultantes se dividiram para formar embriões jovens que foram, então, implantados em mães de aluguel. De alguns embriões, um completou com sucesso o desenvolvimento normal, e Dolly nasceu (Figura 3).
Mais tarde, análises mostraram que o DNA cromossômico de Dolly era de fato idêntico àquele do núcleo doador. Depois de completar seis anos de idade, Dolly sofreu complicações de uma doença pulmonar em geral observada apenas em ovelhas muito mais velhas e precisou ser eutanasiada. A morte prematura de Dolly, assim como sua condição de artrite, levou à especulação de que suas células de alguma forma não eram tão saudáveis quanto as células de uma ovelha normal, possivelmente refletindo a reprogramação incompleta do núcleo original transplantado.
Figura 3: Procedimento usado para produzir Dolly, o primeiro caso registrado de um mamífero clonado usando o núcleo de uma célula
diferenciada.
Retirada de REECE, J. B., et al. “BIOLOGIA de CAMPBELL”.
10ª edição. São Paulo-SP: Artmed, 2015, P. 424.
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Desde então, pesquisadores clonaram vários outros mamíferos, incluindo camundongos, gatos, vacas, cavalos, porcos, cães e macacos. Na maioria dos casos, o objetivo era a produção de novos indivíduos; isso é conhecido como clonagem reprodutiva. Já aprendemos bastante a partir desses experimentos. Por exemplo, os animais clonados da mesma espécie nem sempre têm aparência e comportamento idênticos. Em um rebanho de vacas clonadas a partir da mesma linhagem de células em cultura, certas vacas são dominantes no comportamento e outras são mais submissas.
Outro exemplo da não identidade em clones é o primeiro felino clonado, uma gata chamada de CC (cópia carbono).
Ela tem pelagem malhada, como sua única progenitora, mas a cor e o padrão são diferentes por causa da inativação aleatória do cromossomo X, que ocorre normalmente durante o desenvolvimento embrionário. Gêmeos idênticos humanos, que são “clones” que ocorrem naturalmente, são sempre um pouco diferentes. É claro que influências ambientais e fenômenos aleatórios podem ter um papel significativo durante o desenvolvimento (Figura 4).
Figura 4: CC, o primeiro felino clonado e sua única progenitora. Rainbow (à esquerda) doou o núcleo em um Figura 4: Procedimento de clonagem que resultou em CC (“cópia carbono”, à direita). Entretanto, as duas gatas
não são idênticas: Rainbow tem pelagem malhada tipo “calico” com manchas alaranjadas e “personalidade reservada”, enquanto CC tem
pelagem cinza e branca e é mais brincalhona.
Retirada de REECE, J. B., et al. “BIOLOGIA de CAMPBELL”.
10ª edição. São Paulo-SP: Artmed, 2015, P. 425.
ATIVIDADES
1. O que é clonagem e quais são suas aplicabilidades?
2. Diferencie clonagem molecular da clonagem de organismos.
3. Explique como a ovelha Dolly foi obtida.
4. Para cortar moléculas de DNA em pontos específicos utilizam-se
a) endonucleases de restrição.
c) plasmídeos.
b) genes humanos.
d) alelos ativados.
5. (Uece) Um dos assuntos polêmicos da atualidade é a produção de alimentos transgênicos como resultado da interferência humana na natureza. Sobre o referido tema podemos afirmar, corretamente, que
a) a modificação de organismos através de técnicas de engenharia genética consiste na transferência de genes de uma espécie para outra.
b) através das técnicas de engenharia genética os cientistas têm como único objetivo a criação de novas espécies que possam substituir as espécies atualmente comercializadas.
c) organismos geneticamente modificados não podem transmitir os genes incorporados à sua prole.
d) a principal função da engenharia genética é a produção de transgênicos através da seleção e aprimoramento das espécies a partir do cruzamento entre organismos modificados.
6. (UFRN) As técnicas de engenharia genética possibilitaram a produção de grandes quantidades de insulina por bactérias que receberam o gene humano para esse hormônio. Tal feito só foi possível pelo emprego das enzimas de restrição, que agem
a) traduzindo o gene da insulina para o código genético da bactéria.
b) ligando o pedaço do DNA humano no DNA da bactéria.
c) identificando os aminoácidos codificados pelo gene.
d) cortando o DNA da bactéria em pontos específicos.
7. UEG-GO) Durante décadas, o homem vem se utilizando de microrganismos para a obtenção de diversos produtos e processos, inclusive pão, cerveja, vinho e queijo. No entanto, nas últimas décadas, as aplicações práticas dos microrganismos expandiram-se de forma surpreendente com o desenvolvimento de novas técnicas, como a do DNA recombinante. Sobre esse assunto, responda ao que se pede.
a) Em que consiste o processo do DNA recombinante em bactérias?
b) Cite duas aplicações práticas para essa técnica.
8. Explique como a tecnologia do DNA recombinante participa no processo de produção de organismos transgênicos.
EXERCÍCIOS
1. (Fuvest - adaptado) No heredograma a seguir, a menina II-1 tem uma doença condicionada por um alelo autossômico recessivo.
Qual é a probabilidade de o casal I.1 e I.2 terem um terceiro filho normal, independentemente do sexo?
a) 1/4 b) 1/2 c) 1 d) 0 e) 3/4
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2. (IFMG - adaptada) Considere o heredograma a seguir, no qual os indivíduos assinalados em escuro são portadores de uma determinada característica:
Assinale a afirmativa correta.
a) Trata-se de uma característica autossômica dominante.
b) O genótipo do indivíduo 3 é certamente Aa.
c) Os indivíduos 4 e 7 apresentam os mesmos genótipos e fenótipos.
d) Os genótipos dos indivíduos 5 e 6 certamente são aa.
e) Os indivíduos 4 e 7 apresentam genótipos AA.
3. (UFSCar - adaptada) Suponha que um coelho macho não albino, com genótipo heterozigoto Aa, foi cruzado com uma fêmea albina aa. A partir desse cruzamento, a probabilidade de nascimento de um filhote albino é a) de 100 %.
5. (FEI-SP) Nas hemácias de um indivíduo pertencente ao grupo sanguíneo B
a) existe o aglutinogênio B.
b) existe o aglutinogênio A.
c) existe a aglutinina A.
d) existe a aglutinina B.
e) existem os aglutinogênios A e a aglutinina B.
6. Existe uma correspondência entre genótipos e fenótipos do sistema sanguíneo ABO. Assim, uma mulher com fenótipo tipo AB, casada com um homem com fenótipo Tipo O, poderá ter filhos com
a) somente fenótipo tipo AB.
b) somente fenótipo tipo A.
c) somente fenótipo tipo B.
d) fenótipos Tipos A ou B.
e) somente fenótipo tipo O.
7. (Vunesp) A transfusão de sangue do tipo B para uma pessoa do grupo A resultaria em
a) reação de anticorpos anti – B do receptor com os glóbulos vermelhos do doador.
b) reação dos antígenos B do receptor com os anticorpos anti – B do doador.
c) formação de anticorpos anti – A e anti – B pelo receptor.
d) nenhuma reação, porque A é receptor universal.
e) reação de anticorpo anti – B do doador com antígenos A do receptor.
8. (Enem-adaptada) 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: 28 jul. 2012. Adaptado.
As bactérias modificadas por Herbert Boyer passaram a produzir insulina humana porque receberam
a) a sequência de DNA codificante de insulina humana.
b) um fragmento do pâncreas humano.
c) um RNA recombinante de insulina humana.
d) o núcleo de uma célula humana.
e) um cromossomo da espécie humana.
9. Apesar do que muitos pensam, a clonagem não é utilizada apenas com a finalidade de gerar um indivíduo idêntico ao que o originou. Algumas vezes ela é realizada para produzir células-tronco para o tratamento de algumas enfermidades. Esse último tipo de clonagem é conhecido por oficialmente declarado, após adulta foi acasalada com um macho não aparentado. Desse cruzamento resultou o nascimento de um filhote com características “normais”.
Este filhote
a) é geneticamente idêntico à sua mãe, a ovelha Dolly.
b) é geneticamente igual à sua avó, mãe da ovelha Dolly.
c) não tem nenhum patrimônio genético de seu pai.
d) tem todo seu patrimônio genético herdado de seu pai.
e) tem parte do material genético de seu pai e parte de sua mãe. partir de uma célula somática.
c) Organismo que apresenta tanto estruturas reprodutoras masculinas quanto femininas.
d) Gene que sofreu mutações, originando múltiplos alelos para um mesmo locus.
e) Organismo mais vigoroso, com muitos genes em heterozigose, resultante do cruzamento de duas variedades puras distintas.
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12. (UEM-PR) Em 1994, nos Estados Unidos, iniciou-se a comercialização do tomate longa vida, o primeiro produto agrícola transgênico. Atualmente, são consumidos, na alimentação humana e de animais, cerca de 600 produtos geneticamente modificados.
O processo de produção de produtos transgênicos é possível porque
a) ocorre recombinação gênica nas espécies.
b) ocorre transferência de todos os cromossomos de uma espécie para outra.
c) ocorre transferência de partes do DNA de uma espécie para outra.
d) existem enzimas de restrição que permitem a incorporação dos genes de outras espécies.
e) hormônios induzem a troca de genes entre as
e) hormônios induzem a troca de genes entre as