SEXO FEMININO (12º ano)
Sistema reprodutor:
- Órgãos internos: trompas de falópio, ovários, útero, cervix, vagina
- Órgãos externos: vulva, lábios, clitóris.
Estrutura dos ovários e oogénese:
O ovário divide-se por duas zonas:
- Zona cortical: mais externa, apresenta folículos em diferentes estádios de desenvolvimento
- Zona medular: mais interna, constituída por um tecido com numerosos vasos sanguíneos e nervos.
Fases da oogénese:
- Multiplicação: ocorre durante o desenvolvimento embrionário. As células germinativas, nos ovários, sofrem sucessivas mitoses formando oogónias (diplóides), cuja maior parte degenera, não ocorrendo nova produção.
- Crescimento: aumento do volume da célula. As oogónias armazenam substâncias de reserva no citoplasma, que asseguram a nutrição do novo ser nos 1ºs dias. Torna-se assim um oócito I (diplóide), cuja maior parte também degenera.
- Maturação: o oócito I bloqueia em profase I (infância). Na puberdade a meiose continua (início dos ciclos ováricos). Em cada ciclo só um oócito I passa a oócito II (haplóide) e o 1º glóbulo polar. Ocorre a 2ª divisão meiótica que bloqueia em metáfase II – ocorre a ovulação, onde há libertação do oócito II para o oviduto. A meiose só termina se houver fecundação, formando o óvulo + 2º glóbulo polar.
- Folículo primordial: oócito I rodeado por células foliculares
- Folículo maduro ou folículo de Graaf (fim da oogénese): oócito II rodeado por células foliculares, que é libertado na cavidade folicular e depois para o oviduto (ovulação)
à Após a ovulação a parede do ovário cicatriza e o folículo vazio sofre transformações físico-químicas, formando o corpo amarelo ou lúteo.
Controlo hormonal:
à O sistema genital da mulher tem um funcionamento cíclico que se inicia na puberdade e acaba na menopausa.
à A sincronia entre o ciclo ovário e o ciclo uterino é devido a uma correlação hormonal.
Hormonas:
- Estrogénios: produzidos pelas células foliculares e pela teca interna. Aumenta conforme o crescimento folicular e diminui na ovulação, voltando a aumentar na fase luteínica. É responsável pelas contracções uterinas e maturação dos caracteres sexuais secundários
- Progesterona: produzida pelo corpo lúteo atingindo valor máximo no desenvolvimento desse corpo, que, quando degenera, a progesterona diminui. Induz o endométrio a espessar e assegura a gravidez
Ciclo ovárico:
- Fase folicular: onde há o desenvolvimento do folículo até a ovulação
- Fase luteínica: ocorre a seguir à ovulação onde há formação do corpo lúteo
Ciclo uterino:
- Fase menstrual (5 dias): ocorre destruição parcial do endométrio, visto que a baixa de hormonas fez com que as células não recebessem os nutrientes necessários e morressem. São expelidos sangue e fragmentos de tecido.
- Fase proliferativa (9 dias): espessamento do endométrio e desenvolvimento de glândulas e vasos sanguíneos, devido ao aumento da taxa de estrogénios, durante a fase folicular.
- Fase secretora (14 dias): o endométrio continua a aumentar, bem como a actividade das glândulas secretoras devido à progesterona e os estrogénios, durante a fase luteínica.
à Funcionamento dos ovários é regulado pelo complexo hipotálamo-hipófise (HH), através das gonadoestimulinas – hormonas produzidas pela hipófise anterior.
à O hipotálamo actua sobre a hipófise anterior por intermédio da neuro-hormona GnRH, a qual estimula produção e libertação de FSH e LH pela hipófise.
- FSH (foliculoestimulina): induz o crescimento e maturação dos folículos e intervém na secreção de estrogénios.
- LH (luteoestimulina): estimula a ovulação, em função do seu pico no final da fase folicular. Estimula a formação do corpo lúteo, o que leva à produção de progesterona e estrogénios.
Mecanismo de retroacção:
No regulamento hormonal da mulher ocorrem estes dois tipos de retroacção (negativo1 e positivo2):
- Aumento de estrogénios (+) à inibe à complexo HH à diminui à produção FSH à diminui à desenvolvimento folicular à diminui à produção de estrogénios (-)
àA retroacção negativa assegura a regulação do teor de gonadoestimulinas.
- Aumento de estrogénios (+) à estimula à complexo HH à aumenta à produção gonadoestimulinas (+)
à A retroacção positiva causa um desequilíbrio. No final da fase folicular observa-se picos de LH e FSH, o que desencadeia a ruptura do folículo de Graaf, ou seja, a ovulação.
- Após a ovulação, estrogénios e progesterona exercem retroacção negativa no complexo HH, o que causa a queda do teor de FSH e LH, desencadeando a regressão do corpo lúteo.
- A actividade do complexo HH altera-se também sob a acção de estímulos nervosos externos ou internos, visto que produz variações na produção de GnRH e o descontrolo do ciclo sexual.
- A menopausa é o último período menstrual da mulher devido ao esgotamento dos folículos – deixa de haver retroacção negativa e a concentração de gonadoestimulinas aumenta.
Sistema reprodutor:
- Órgãos internos: testículos, epididimo, canais deferentes, glândulas anexas, uretra
- Órgãos externos: escroto, pénis
Glândulas anexas:
àVesículas seminais: produzem líquido seminal (60% do esperma) constituído por proteínas, frutose, muco e prostaglandinas, as quais fazem contrair a vagina para auxiliar a entrada de esperma.
àPróstata: constituída por cálcio, enzimas e possui um pH igual a 6,5. As enzimas precipitam as proteínas do esperma, tornando-o gelatinoso.
àGlândula de Cowper: produz uma secreção que limpa o pénis, é expelida antes da ejaculação e facilita a penetração.
Estrutura dos testículos e espermatogénese:
- Os testículos encontram-se voltados para o exterior do corpo, para se manterem a uma temperatura inferior à temperatura corporal.
- São constituídos por lóbulos testiculares separados por septos radiais.
- Os lóbulos contêm túbulos seminíferos onde se produzem continuadamente espermatozóides.
Células de Sertoli: células muito volumosas que ocupam o espaço entre a periferia e o lúmen dos túbulos, sustentando as células germinativas, intervindo na sua nutrição e ser vem como um filtro, impedindo a passagem de substâncias nocivas.
Células de Leydig: células intersticiais situadas entre os túbulos, produzem testosterona.
à A formação dos espermatozóides é feita da periferia para o lúmen dos túbulos.
Fases da espermatogénese:
- Multiplicação: ocorre durante o desenvolvimento embrionário. As células germinativas, nos testículos, sofrem sucessivas mitoses formando espermatogónias (diplóides), a partir das quais são produzidos espermatozóides – uma espermatogónia mantém-se em multiplicação enquanto a outra prossegue o desenvolvimento.
- Crescimento: aumento pouco significativo do volume da célula. Torna-se assim um espermatócito I (diplóide).
- Maturação: ocorre divisão meiótica do espermatócito I. No fim da 1ª divisão formam-se dois espermatócitos II (haplóides com 2 cromatídeos). No fim da 2ª divisão formam-se quatro espermatídeos (haplóides com 1 cromatídeos)
- Diferenciação ou espermiogénese (70 dias): o espermatídeo transforma-se num espermatozóide. Dá-se o alongamento e achatamento do núcleo, o que facilita a locomoção dos espermatozóides. Há a diferenciação do flagelo, a eliminação de grande parte do citoplasma e reorganização dos organelos. O complexo de Golgi forma o acrossoma (vesícula que armazena enzimas digestivas) que se adapta ao núcleo. Os centríolos (formados pela proteína tubulina) originam microtúbulos que formam o flagelo. As mitocôndrias fornecem energia ao flagelo para este se locomover. Por fim, os espermatozóides são libertados no lúmen dos túbulos.
Controlo hormonal:
à O sistema genital do homem tem um funcionamento contínuo que se inicia na puberdade. A partir daí produz-se continuadamente espermatozóides e testosterona, a qual é responsável por:
- Maturação dos órgãos genitais na puberdade
- Aparecimento e manutenção dos caracteres sexuais secundários
- Espermatogénese
à A manutenção do teor de testosterona no sangue é feita pelo complexo HH (tal como na mulher)
- LH (luteoestimulina): actua nas células de Leydig estimulando a produção de testosterona.
- FSH (foliculoestimulina): estimula as células de Sertoli e a produção de uma proteína com grande afinidade para a testosterona.
No homem só ocorre a retroacção negativa:
Aumento de testosterona (+) à inibe à complexo HH à diminui à produção LH à diminui à produção de testosterona (-)
à A retroacção negativa assegura a regulação do teor de gonadoestimulinas.
- A actividade do complexo altera-se também sob a acção de estímulos nervosos externos ou internos, visto que produz variações na produção de GnRH e o descontrolo do ciclo sexual.
FECUNDAÇÃO
Antes:
à Os espermatozóides entram em contacto com o muco cervical produzido por glândulas do colo uterino.
à Este muco encontra-se muito espesso fora do período ovulatório. Pelo contrário, no período ovulatório o muco torna-se mais fluido e a rede de fibras menos densa, deixando passar mais facilmente os espermatozóides.
à A fecundação ocorre no terço superior da trompa, onde os espermatozóides são atraídos por uma substância segregada pelas células foliculares.
Durante:
à Os espermatozóides que passam as células foliculares atingem a zona pelúcida com a qual estabelecem ligação por receptores específicos.
à Desencadeia-se a reacção acrossómica – libertação do conteúdo do acrossoma
à Fusão da membrana do acrossoma com a membrana plasmática da cabeça do espermatozóide, o que permite a exocitose de enzimas digestivas que irão digerir a zona pelúcida.
à Fusão das membranas do espermatozóide e do oócito II – início da fecundação
à O conteúdo dos grânulos corticais do citoplasma do oócito liberta-se para o exterior formando uma membrana de fecundação, o que bloqueia a entrada de outros espermatozóides.
à O oócito II completa a meiose e forma-se o 2º glóbulo polar
à Os pronúcleos dos gâmetas fundem-se – cariogamia – formando-se o OVO
Depois: Desenvolvimento embrionário
1. Período embrionário: duração de 8 semanas
à Multiplicação celular por divisões mitóticas – segmentação.
à Migração do ovo em direcção ao útero devido às contracções dos músculos da parede do oviduto.
à Formação do blastómero entre o 1º e o 4º dia. As suas células são totipotentes (estaminais)
à Formação da mórula no 4º dia constituída por 64 células, apesar de não haver grande aumento de tamanho
à O 5º dia marca o fim da segmentação e a formação do blastocisto: as células organizam-se de modo a formar um botão embrionário que originará o novo ser, e o trofoblasto, uma camada superficial envolvente.
à No 6º dia o blastocisto eclode para o exterior da zona pelúcida
à Nidação (8º dia): as células do trofoblasto aderem às células superficiais do endométrio e digerem-nas para obter o alimento necessário ao embrião nas primeiras semanas.
à As células do endométrio proliferam e o embrião acaba por ficar completamente envolvido pela parede do útero.
à O botão embrionário continua a dividir-se e ocorrem movimentos morfogenéticos que acabam por originar 3 camadas de células: endoderme, mesoderme e ectoderme.
Processos biológicos | |
Crescimento | A partir de multiplicações celulares. Por divisões mitóticas e também devido ao aumento de volume das células |
Morfogénese | Conjunto de movimentos de territórios celulares que tomam posições uns em relação aos outros, de acordo com as estruturas que vão formar. São originadas 3 camadas. |
Diferenciação celular | Especialização estrutural e bioquímica de células da ectoderme, endoderme e mesoderme no sentido de desempenhas funções específicas. Os diferentes tecidos inter-relacionam-se, formando órgãos e sistema de órgãos. |
Origem de algumas estruturas | |
Ectoderme | Sistema nervoso, órgãos dos sentidos, epiderme |
Mesoderme | Esqueleto, músculos, sistema circulatório, excretor e reprodutor |
Endoderme | Sistema respiratório, fígado, pâncreas |
à Anexos embrionários: estruturas transitórias existentes até ao nascimento
- Âmnio: rodeia a cavidade amniótica preenchida por líquido amniótico. Garante a protecção contra os choques e permite a manutenção da temperatura.
- Vesícula vitelina: ricamente vascularizada. Parte desta fica incorporada no cordão umbilical, sendo o primeiro local de produção de glóbulos sanguíneos.
- Alantóide: contribui para formação dos vasos sanguíneos do cordão umbilical. Armazena os produtos do metabolismo do embrião.
- Córion: membrana extra-embrionária mais exterior que rodeia o embrião e intervém na formação da placenta.
- Placenta: originada por tecido do endométrio e por vilosidades coriónicas do embrião. Estabelece trocas selectivas entre a mãe e o embrião. Substitui o corpo lúteo na produção de progesterona.
à Além das substâncias fundamentais ao embrião, passam anticorpos, tóxicos e microorganismos para o embrião.
à Ao fim de 8 semanas a maioria dos órgãos já esta esboçada e definitivamente localizada.
2. Período fetal: Restantes semanas
à Aumento da complexidade e maturação dos órgãos já formados.
à Abrandamento do crescimento da cabeça e rápido crescimento do resto do corpo.
à Mudanças no comportamento do feto à medida que o sistema nervoso se desenvolve
Controlo do desenvolvimento
à A hormona gonadotropina coriónica humana (HCG) impede a degeneração do corpo lúteo, que continua a produzir progesterona e estrogénios, essenciais à manutenção do endométrio permitindo a nidação.
Elevado teor HCG à estimula à corpo lúteo à aumenta à produção de estrogénios e progesterona à inibem à complexo HH à não se liberta à FSH e LH à não ocorre à novo ciclo ovário
à Após a sua acção a HCG é eliminada pela urina podendo ser detectada nos testes de gravidez
à Após 8 a 10 semanas, em função do declínio de HCG, o corpo lúteo degenera, mas a produção de progesterona e estrogénios fica assegurada pela placenta.
O trabalho de parto
à Os estrogénios actuam na expansão do útero enquanto que a progesterona impede as contracções.
à O declínio de progesterona no fim da gravidez conduz ao domínio dos estrogénios que estimula as contracções do útero, que obriga o feto a deslocar-se para o colo uterino, nomeadamente a cabeça.
à Essa pressão exercida envia mensagens nervosas ao hipotálamo, no qual se produz a neuro-hormona oxitocina, libertada a nível da hipófise posterior.
à Ver Esquema 2
Produção de leite
à Durante a gestação, os níveis elevados de estrogénios e progesterona exercem uma retroacção negativa sobre a secreção da hormona prolactina:
Elevados teores de estrogénios (+) à inibem à complexo HH à não se produz à prolactina
à A hormona não chega às glândulas mamárias e estas não produzem leite.
à A ejecção de leite também é controlada pelo complexo HH
- O colostro é menos rico em glícidos e lípidos e mais rico em proteínas e anticorpos do que o leite
MANIPULAÇÃO DA FERTILIDADE
Métodos contraceptivos: permitem ao casal planear o nascimento dos filhos
Métodos naturais ou de abstinência periódica: sem efeitos secundários; impede a fecundação pela ausência de relações sexuais durante o período fecundo. Não protege das DST
- Data de ovulação
- Avaliação diária da temperatura rectal – de manhã e antes de qualquer actividade: data da ovulação corresponde ao último dia que precede a subida de temperatura
- Aspecto do muco cervical: na ovulação e durante 3 a 4 dias, o muco é abundante, fluido, transparente e filamentoso
- Método do calendário (verificar se o ciclo menstrual apresenta um padrão)
Métodos não-naturais:
Físicos:
- Preservativo: evita o encontro dos gâmetas; protege das DST. Pode romper-se ou deixar passar espermatozóides quando não for utilizado adequadamente.
- Diafragma: impede a entrada de espermatozóides no útero. Requer orientação médica e o uso de espermicidas; pouco recomendável a mulheres jovens.
- DIU: impede a união dos gâmetas ou a nidação se já tiver havido fecundação. Pode ser desconfortável; risco de infecções que podem levar à infertilidade; não aconselhável a mulheres jovens.
Químicos:
- Espermicidas: destroem os espermatozóides. Protecção por pouco tempo; podem causar alergias.
- Pílulas contraceptivas: impedem a ovulação ou a fecundação; ciclos menstruais mais regulares. Agravamento de doenças preexistentes, problemas circulatórios e metabólicos.
- Adesivos contraceptivos
Cirúrgicos:
- Laqueação das trompas: impede o encontro dos gâmetas
- Vasectomia: impede a saída de espermatozóides
- Implantes
Pílulas combinadas: sobrecarga de estrogénios e progesterona
Aumento de estrogénios (+)à inibe à complexo HH à inibe à produção FSH e LH à inibe à desenvolvimento folicular à não ocorreà ovulação (não há o pico de LH)
à É necessário fazer 7 dias de pausa na toma da pílula para que ocorra a menstruação, visto que os elevados níveis de hormonas estimularam o endométrio a crescer.
Vantagens
- Boa tolerância pela maioria das mulheres
- Impedem a ovulação ou a fecundação
- Os ciclos menstruais passam a ser mais regulares e sem dores
Desvantagens
- Problemas de hipertensão
- Problemas de diabetes
- Insuficiências de circulação
- Os riscos podem agravar-se por interacção com tabaco, drogas, álcool, etc.
Minipílula: contém derivado sintético da progesterona, não bloqueia a ovulação. Mantém as características do muco cervical na fase luteínica, com uma maior impermeabilização do colo aos espermatozóides. Eficácia menor do que as pílulas combinadas. Aconselhado a mulheres lactantes.
Pílula do dia seguinte: 2 comprimidos com doses elevadas de hormonas. O 1º comprimido tem que ser tomado antes de 72h após o acto sexual e o 2º é tomado entre 12 a 24h depois do 1º.
Efeitos: bloqueia a ovulação, opõem-se ao deslocamento dos espermatozóides, opõem-se à nidação.
INFERTILIDADE: incapacidade temporária ou permanente de conceber um filho, após, pelo menos, 1 ano de tentativas, sem uso de contraceptivos, ou então de levar uma gestação até ao fim.
Causas da infertilidade | |
Masculinas | Femininas |
Produção de espermatozóides insuficiente | Anomalias na secreção hormonal – problemas de ovulação |
Deficiência na mobilidade dos gâmetas | Problemas ao nível do endométrio |
Elevada % de espermatozóides anormais | Muco cervical desfavorável aos espermatozóides |
Anomalia congénita no aparelho reprodutor | |
Ausência de produção de gâmetas | |
Exposição à tóxicos como tabaco, álcool, drogas, etc | |
Infecções genitais | |
Obstrução ou alteração das vias de circulação de gâmetas | |
REPRODUÇÃO ASSISTIDA
à Inseminação artificial ou intra-uterina (IIU):
- É utilizada quando os espermatozóides não conseguem atingir as trompas
- Transfere-se os espermatozóides, previamente recolhidos e seleccionados, para a cavidade uterina.
- Os espermatozóides podem ser criopreservados para bancos de esperma ou caso ocorram problemas graves de saúde (cirurgias, quimioterapia) que possam causar infertilidade.
à Estimulação ovárica ou hiperestimulação controlada dos ovários:
- É utilizada quando há anomalias no funcionamento dos ovários (ex. lesões hipofisárias)
- A partir do 3º ou 5º dia do ciclo sexual, efectua-se um tratamento hormonal com derivado sintético próximo da FSH, que vai activar a maturação dos folículos, cujo desenvolvimento pode ser acompanhado por ecografia.
- Quando o desenvolvimento é suficiente injecta-se uma hormona sintética idêntica à LH provocando a ovulação.
- Risco de gestações múltiplas
- Não permite resolver certos casos de infertilidade
- Efeitos secundários devido à aplicação de hormonas
à Fecundação in vitro:
- É utilizada em casos de disfunção ovárica grave, obstrução das trompas e outros casos inexplicáveis
- Os espermatozóides são preparados pela técnica descrita na IIU e os oócitos são obtidos pela técnica utilizada na estimulação ovárica, porém, com estimulação hormonal mais forte.
- Aspira-se o conteúdo dos folículos (óocito) que tenham um tamanho adequado. A colecta de esperma deve ser feita momentos após a punção dos óocitos ou pode ser utilizado do banco de esperma.
- FIV: os espermatozóides são colocados em contacto com os oócitos num meio de cultura apropriado, a 37ºC, com ar humidificado. 48h depois verifica-se se ocorreu fecundação. 3 a 4 embriões (com 2 a 8 células) são transferidos para o útero, os outros são criopreservados.
à Microinjecção citoplasmática:
- É utilizada quando os espermatozóides apresentam anomalias que os tornam inaptos para a fecundação
- É preciso fazer o estudo genético do casal
- É recolhido somente um espermatozóide saudável
- Este é injectado (já sem cauda) no oócito através de uma micropipeta que penetra até ao centro o oócito.
- Alguns oócitos não resistem à microinjecção. Os que resistem são colocados numa incubadora a 37ºC até a transferência dos embriões (com 2 a 8 células) para o útero.
Problemas éticos em relação à RMA:
- Obtenção de gâmetas fora do casal
- Mães de substituição (casos de mulheres com ausência ou com anomalias congénitas do útero, que sofreram histerectomia)
- Situações de monoparentalidade
- Situações de casais homossexuais
- Produção de um filho de acordo com determinado padrão genético
- Intervenção da clonagem na reprodução
- Futuro dos embriões excedentários
- Direitos dos seres humanos que vão nascer
TRANSMISSÃO DE CARACTERÍSTICAS HEREDITÁRIAS
Genética: área do conhecimento que tem como objecto de estudo os genes, procura respostas para a forma como se processa a herança genética.
O CONTRIBUTO DE MENDEL
à A espécie de ervilheira Pisum sativum foi a que deu melhores resultados, pois esta possuía uma corola fechada, impossibilitando a fecundação por outras espécies de plantas, e um bom conjunto de características antagónicas.
Cruzamentos de monoibridismo: onde se estuda a transmissão de apenas um carácter.
Cruzamentos de diibridismo: onde se estuda a transmissão de dois caracteres.
Linhas puras: indivíduos homozigóticos em relação à característica pretendida e que, cruzados entre si, originam uma descendência que é sempre toda entre si e igual a um dos progenitores, relativamente à característica considerada.
à Mecanismo de transmissão em monoibridismo
- Mendel, depois de isolar as linhas puras, fez cruzamentos parentais – entre os indivíduos pertencentes às linhas puras, fazendo igualmente cruzamentos recíprocos.
1) Cruzamento parental | P x P | Polinização cruzada (artificial) entre linhas puras |
2) 1ª geração | F1 | Híbridos de 1ª geração |
3) Cruzamento entre F1 | F1 x F1 | Auto-polinização (natural) dos híbridos |
4) 2ª geração | F2 | Proporção fenotípica 3:1 |
Conclusão:
> Uniformidade dos híbridos: geração F1 é uniforme em relação ao carácter em estudo, manifestando a característica de um dos progenitores.
> Proporções fenotípicas: na geração F2 surgem ambas as características na proporção aproxm. de 3 para 1
à Segundo Mendel:
- Cada organismo possui 2 factores que determina uma característica
- Principio da segregação factorial: na formação dos gâmetas os factores separam-se de tal modo que cada gâmeta contém um só factor de cada par.
- O factor recessivo nunca se manifesta na presença do dominante
à Actualmente:
- Os factores de Mendel são os genes que podem apresentar formar alternativas (alelos)
- O conjunto de todos os genes é o genoma
- O genótipo é a constituição genética de um indivíduo em relação a uma determinada característica.
- O fenótipo é a forma como o genótipo se expressa
- Um indivíduo genotipicamente homozigótico possui um par de genes idênticos relativamente a uma característica. Todos os seus gâmetas são geneticamente idênticos.
- Um indivíduo genotipicamente heterozigótico possui um par de genes diferentes relativamente a uma característica. Alguns dos seus gâmetas possuem uma das formas alélicas e outros possuem a outra forma alélica.
à Xadrez mendeliano:
Cruzamento-Teste: serve para averiguar o genótipo de indivíduos que fenotipicamente revelam a característica do alelo dominante. Consiste em cruzar esses indivíduos com homozigóticos recessivos e analisar a descendência.
1) Se toda a descendência apresentar fenótipo dominante, o progenitor desconhecido é homozigótico
dominante.
2) Se existirem alguns com fenótipo recessivo, o progenitor desconhecido é heterozigótico dominante
à Mecanismo de transmissão em diibridismo
- Mendel, depois de isolar as linhas puras, fez cruzamentos parentais – entre os indivíduos pertencentes às linhas puras, fazendo igualmente cruzamentos recíprocos:
Gâmetas/ Genótipo | ||
1) Cruzamento parental | AL x al | Polinização cruzada (artificial) entre linhas puras |
2) 1ª geração | AaLl | Diíbridos de 1ª geração |
3) Cruzamento entre F1 | AL x al x Al x aL | Auto-polinização (natural) dos diíbridos |
4) 2ª geração | AALL, AALl, AAll, AaLL, Aall, AaLl, aaLL, aall, aaLl | Proporção fenotípica 9:3:3:1 |
Conclusão:
> No diibridismo os alelos se comportam como em dois cruzamentos de monoibridismo, ocorrendo simultaneamente.
> Principio da segregação independente: os genes que determinam características diferentes distribuem-se independentemente nos gâmetas
> A probabilidade de um acontecimento ocorrer é independente da sua ocorrência em tentativas anteriores
> A probabilidade de dois acontecimentos independentes ocorrerem conjuntamente é igual ao produto das probabilidades de ocorrerem isoladamente.
à No Cruzamento–Teste em diibridismo cruza-se o progenitor desconhecido com um duplo homozigótico recessivo
Leis de Mendel
1ª à Os dois elementos de um par de genes separam-se nos gâmetas de tal modo que há probabilidade de metade dos gâmetas transportar um dos alelos e a outra metade transportar o outro alelo.
2ª à Durante a formação dos gâmetas, a segregação dos alelos de um gene é independente da segregação dos alelos de outro gene.
O que contradiz as Leis de Mendel:
- Dominância incompleta: acontece quando a F1 apresenta um terceiro fenótipo. Diz-se que o alelo dominante não dominou completamente o recessivo, permitindo que ambos se expressassem no fenótipo, embora parcialmente.
- Co-dominância: ocorre quando a F1 possui um fenótipo que inclui caracteres de ambos os progenitores. Neste caso não se verifica qualquer tipo de dominância de um alelo sobre o outro. Os dois alelos se manifestam completamente no fenótipo de F1.
TEORIA CROMOSSOMICA DA HEREDITARIEDADE
> Os genes localizam-se nos cromossomas que formam pares de homólogos
> O gene situa-se no locus do cromossoma
> Os dois alelos que controlam um determinado carácter localizam-se em loci correspondentes nos cromossomas homólogos.
> Em cada par de homólogos, um é do pai e outro é da mãe.
> Na meiose dá-se a segregação dos alelos
> Cada gâmeta pode conter qualquer combinação de genes, visto que a segregação dos genes localizados em diferentes cromossomas é independente.
> O ovo é uma célula diplóide em que cada gene está representado por dois alelos, localizados em loci correspondentes nos cromossomas homólogos, um do pai e outro da mãe.
> Genes autossómicos localizam-se os autossomas
> Genes heterossómicos ou ligados ao sexo localizam-se nos cromossomas sexuais
HEREDITARIEDADE LIGADA AOS CROMOSSOMAS SEXUAIS
- Indivíduos homogaméticos: apresentam dois cromossomas sexuais idênticos (Mulher)
- Indivíduos heterogaméticos: apresentam cromossomas sexuais diferentes (Homem)
à Os machos manifestam, geralmente, o(s) alelo(s) localizado(s) no cromossoma X e, por isso, são genotipicamente hemizigóticos.
Excepções às Leis de Mendel
1. Ligação factorial (à 2ª Lei)
2. Alelos múltiplos
3. Interacções génicas
4. Hereditariedade humana (autossómica e ligada aos cromossomas sexuais)
1) Genes em linkage (ligados factorialmente): genes que se dispõem linearmente ao longo do mesmo cromossoma, sendo transmitidos em conjunto aos descendentes.
> Ao cruzar os indivíduos F1, em diibridismo, observa-se que a proporção fenotípica não é 9:3:3:1 como Mendel sugere, mas sim 3:1 (como num caso de monoibridismo).
> Isto acontece porque os genes situam-se no mesmo cromossoma, embora em loci diferentes, sendo então transmitidos em conjunto.
> Mas em consequência do crossing-over, durante a meiose, os genes podem separar-se e surgir nos gâmetas como se estivessem em gâmetas separados. Tal só acontece se os genes estiverem afastados do centrómero.
> Obtém-se assim uma descendência igual à prevista por Mendel
Exemplo das moscas: cruzamento de duas linhas puras com características antagónicas
b: corpo preto, vg: asas vestigiais, b+: corpo cinzento, vg+: asas longas
Fenótipo: corpo negro e asas vestigiais x corpo cinzento e asas longas
Genótipo: bbvgvg x b+b+vg+vg+
Gâmetas: bvg x b+vg+
Fenótipo da descendência F1:
- Todos apresentam corpo cinzento e asas longas (características dominantes – selvagens)
Fenótipo da descendência F2 (F1 x F1):
- Corpo cinzento e asas longas (75%)
- Corpo negro e asas vestigiais (25%)
2) Alelos múltiplos: mais de duas formas alélicas do mesmo gene, embora cada indivíduo possua somente duas dessas formas.
Exemplo: Sistema ABO
Antigénios (aglutinogénios): glicoproteínas existentes nas hemácias
Anticorpos (Aglutininas): moléculas proteicas que se aglutinam a determinados aglutinogénios
Tipo A à aglutinogénios A e aglutininas anti-B. Pode receber sangue tipo A e O
Tipo B à aglutinogénios B e aglutininas anti-A. Pode receber sangue tipo B e O
Tipo AB à aglutinogénios A e B, mas sem aglutininas. Pode receber qualquer tipo de sangue
Tipo O à sem aglutinogénios, mas com aglutininas anti-A e anti-B. Só pode receber do tipo O
- Alelo O é recessivo em relação ao A e B
- No sangue do tipo AB existe uma relação de co-dominância de A e B
Exemplo: Sistema Rh
> Rh é um aglutinogénio
> Sangue do tipo Rh+ contém esse aglutinogénio. Pode receber sangue Rh+ ou Rh-
> Sangue do tipo Rh- não possui esse aglutinogénio. Só pode receber sangue Rh-
à Os indivíduos Rh- não possuem naturalmente anti-corpos anti-Rh, mas pode fabricá-los quando expostos ao antigénio Rh. Um problema que se coloca durante a gravidez sendo a mãe Rh- e o filho Rh+
à Isto porque o sistema imunitário da mãe formará anti-corpos anti-Rh, caso o seu sangue entre em contacto directo com as hemácias do filho mãe. Tal pode acontecer durante o parto.
à Deste modo inicia-se a formação de anti-corpos que actuarão logo numa 2ª gravidez, caso se verifique novamente um filho com sangue Rh+
à O feto pode morrer de eritroblastose fetal, onde as suas hemácias são destruídas pelos anticorpos.
à Por isso, quanto mais vezes o sangue Rh- contactar com Rh+, mais “resistência” se desenvolve, mais anticorpos são produzidos.
à Actualmente existe uma vacina que é injectada na mãe e que inibe a actuação dos anticorpos anti-Rh
3) Interacções génicas (Exemplo do milho vermelho)
- O fenótipo dos indivíduos da geração F1 é diferente dos seus progenitores,
- Na F2 surgem classes fenotípicas completamente diferentes das esperadas num diibridismo mendeliano.
à A expressão dos alelos de um locus depende dos alelos presentes no outro locus, neste caso dois ou mais genes controlam uma única característica.
- Por exemplo, o milho só apresenta fenótipo vermelho quando estão presentes os dois alelos dominantes que determinam essa cor. Embora sejam dominantes não basta um só alelo!
- Muitas das características hereditárias dependem da interacção de vários genes.
- O gene letal recessivo só provoca a morte em homozigotia. Se for dominante manifesta-se nos heterozigóticos.
4) Hereditariedade humana
Dificuldades na investigação sobre genética humana:
> Elevado número de cromossomas
> Pequeno número de descendentes por geração
> Longevidade do ciclo de vida
> Cruzamentos experimentais não são viáveis eticamente
Hereditariedade autossómica à Homens e mulheres igualmente afectados
Recessiva:
- Maioria dos descendentes afectados possui pais normais
- Heterozigóticos apresentam fenótipo normal
- Dois progenitores afectados originam uma descendência em que todos os indivíduos apresentam anomalia
Dominante:
- Anomalia tende a aparecer em todas as gerações
- Quando um indivíduo manifesta a anomalia, pelo menos um dos progenitores também a possui
- Quando um dos progenitores apresenta anomalia, aproxim. metade da descendência pode ser afectada.
- Os heterozigóticos apresentam anomalia
Hereditariedade ligada ao sexo
à Como na mulher existem dois cromossomas X os genes formam pares de alelos que funcionam como nos autossomas, ou seja, alelo recessivo só se manifesta em homozigotia.
à No caso do homem, os genes localizados no cromossoma X manifestam-se sempre, quer sejam dominantes ou não, uma vez que o cromossoma Y não possui alelo correspondente.
à Por isso é mais frequente manifestar-se uma característica recessiva no homem do que na mulher.
Recessivo no cromossoma X
- Não afecta igualmente homens e mulheres
- Quando um homem afectado cruza com uma mulher normal, originas filhos fenotipicamente normais e filhas portadoras.
- Quando uma mulher portadora cruza com um homem normal há 50% probabilidade de os filhos serem normais e 50% de probabilidade de serem afectados. As filhas são todas normais podendo 50% ser portadoras.
No geral:
- Um homem afectado transmite a doença a todas as suas filhas
- Uma mulher afectada transmite a doença aos filhos e filhas
TRANSMISSÃO GENÉTICA DE GENES MITOCONDRIAIS:
à O material genético contido nas mitocôndrias é transmitido pela mãe para os filhos e filhas, dado que o cromossoma Y não contribui com as suas mitocôndrias para a formação do zigoto.
à Sofre mutações num ritmo já conhecido. Sabendo isto, podem detectar-se as mutações numa população e recuar no tempo até a origem da sua linhagem materna mais antiga.
à Em conjunto com o cromossoma Y permite seguir o processo evolutivo da espécie humana.
Diferenças e semelhanças entre DNA mitocondrial e DNA nuclear:
DNA mitocondrial | DNA nuclear |
Não possui exões | Possui exões |
Não ocorre crossing – over | Ocorre crossing – over |
Possui várias cópias de DNA em cada mitocôndria, permitindo que na mesma célula existam diferentes alelos para o mesmo gene | Só possui uma cadeia (com dupla hélice) de DNA no núcleo da célula |
Taxa de mutação mais elevada | Taxa de mutação menos elevada |
Não possui enzimas que reparam o DNA | Possui enzimas que reparam o DNA |
REGULAÇÃO DO MATERIAL GENÉTICO
à Todas as células de um mesmo organismo possuem a mesma informação genética e apenas um pequena parte dessa informação de manifesta.
à A diferenciação celular resulta da regulação da expressividade dos genes.
àEsta regulação é muito importante nos procariontes, pois estão dependentes das variações do meio, tendo que desenvolver rápidos mecanismos de resposta de acordo com as novas condições (respiração anaeróbia, sobrevivências a altas temperaturas, síntese desse nutriente caso se verifique a sua ausência, etc.)
à Nos eucariontes os genes não estão, normalmente, associados a operões.
- Genes estruturais: codificam a produção de enzimas (de síntese ou de degradação)
- Gene regulador: responsável pela produção da proteína repressora.
- Gene operador: onde se liga o repressor, impedindo a transcrição dos genes estruturais.
- Gene promotor: onde se liga a RNA polimerase para iniciar a transcrição dos genes estruturais, desde que o gene operador esteja livre do repressor.
à Três genes são responsáveis pelo processo de regulação genética (regulador, operador e promotor) e os genes estruturais, cujo número varia de processo para processo, são transcritos.
Operão: conjunto de genes estruturais com funções relacionadas e dos genes que os controlam.
Funcionamento de um operão indutivo: processos catabólicos
Ausência de lactose | Presença de lactose |
· Gene regulador produz um repressor | · Lactose liga-se ao repressor, inactivando-o |
· Repressor liga-se ao operador e bloqueia gene promotor | · O gene operador fica desbloqueado |
· RNA polimerase não se liga ao promotor | · RNA polimerase liga-se ao promotor |
· Os genes estruturais não são transcritos | · Os genes estruturais são transcritos |
· Não ocorre síntese das enzimas | · Dá-se a síntese das enzimas à há degradação da lactose |
Funcionamento de um operão repressivo: processos anabólicos
Ausência de triptofano | Presença de triptofano |
· Gene regulador produz um repressor inactivo | · Triptofano liga-se ao repressor, activando-o |
· O gene operador está livre | · O repressor liga-se ao gene operador |
· RNA polimerase pode ligar-se ao promotor | · RNA polimerase não pode ligar-se ao promotor |
· Os genes estruturais são transcritos | · Os genes estruturais não são transcritos |
· Ocorre a síntese das enzimas | · Não se sintetizam as enzimas à não há formação de triptofano |
à Muitos genes de um genoma se destinam a regular o funcionamento de outros genes.
à Os genes que se expressão numa determinada situação dependem das interacções que o ambiente estabelece com o DNA.
à Muitos dos genes do genoma podem nunca se expressar, dependendo do contexto e das interacções que factores endógenos e exógenos exercem sobre o DNA.
Regulão: grupo de operões que é controlado por um único tipo de regulador. Vantagens: torna mais rápida e coordenada uma resposta de genes de diferentes operões, mas que estão envolvidos num processo metabólico comum. (exº: o mesmo regulador controla a possibilidade de vários glícidos serem convertidos em glicose, satisfazendo mais depressa as necessidades da célula.)
MUTAÇÕES
Definição:
- São alterações ou modificações súbitas em genes ou cromossomas, podendo acarretar variação hereditária.
- As mutações podem ser génicas quando alteram a estrutura do DNA ou cromossómicas quando alteram a estrutura ou o número de cromossomas.
- As mutações são espontâneas e podem ser silenciosas, ou seja, não alterar a proteína ou sua acção.
- Podem ainda ser letais, quando provocam a morte, ou ainda acarretar doenças ou anomalias.
- As mutações também promovem a evolução já que determinam aumento na variabilidade genética.
AGENTES MUTAGÉNICOS
Físicos à radiações ionizantes (raios X, radiações alfa, beta e gama) e radiação ultravioleta.
Químicos à colchicina, gás mostarda, sais de metais radioactivos, alcatrão, benzeno, benzopireno, etc.
MUTAÇÕES GÉNICAS
- As mutações génicas são responsáveis por alterações nos genes e consequentemente nas proteínas, determinando, muitas vezes, a formação de novas proteínas ou alterando a acção de enzimas importantes.
- Alteram uma ou mais bases do DNA que afectará a leitura durante a replicação ou durante a transcrição.
- Podem ser transmitidas hereditariamente quando ocorrem nas células germinativas.
- Quando ocorrem em células somáticas podem provocar a formação de tumores.
TIPOS
- Substituição è ocorre a troca de um ou mais pares de bases. Chama-se transição a substituição de uma purina por outra ou de uma pirimidina por outra e transversão a substituição de uma purina por uma pirimidina ou vice-versa.
- Adição è acontece quando uma ou mais bases são adicionadas ao DNA, modificando a ordem de leitura da molécula durante a replicação ou a transcrição.
- Delecção è acontece quando uma ou mais bases são retiradas do DNA, modificando a ordem da leitura, durante a replicação ou a transcrição.
ALGUMAS DOENÇAS HEREDITÁRIAS à ver folhas anexas
MUTAÇÕES CROMOSSÓMICAS
- São alterações na estrutura ou no número de cromossomas normal da espécie.
- Podem provocar anomalias e mal formações no organismo ou até a inviabilidade dele.
à ESTRUTURAIS
- Provocam alterações na estrutura dos cromossomas, podendo ocasionar a perda de genes, a leitura duplicada ou erros na leitura de um ou mais genes.
- Podem acontecer por delecção, duplicação, translocação ou inversão de partes de cromossomas.
Deficiência ou deleção è quando ocorre a perda de um pedaço do cromossoma, com consequente perda de genes.
Duplicação è quando ocorre a presença de um pedaço duplicado do cromossoma, acarretando uma dupla leitura de genes.
Inversão è quando ocorre a quebra de um pedaço do cromossoma que se solda invertido (180º), provocando erros na leitura dos genes. Não altera a localização do cromossoma
Translocação è quando ocorre a troca de pedaços entre cromossomas não homólogos (translocação recíprocas) ou transferência de uma porção de um cromossoma, ou mesmo de um cromossoma inteiro, para outro não homólogo (translocação simples). Provoca erros na leitura.
à NUMÉRICAS
- Provocam alterações no número típico de cromossomas da espécie (cariótipo).
- Podem produzir anomalias graves e até a morte do organismo.
- Euploidias: quando há a alteração de um genoma inteiro
- Monoploidias (n) è quando há apenas um genoma.
- Triploidias (3n) è quando há três genomas.
- Poliploidias (4n, 5n, ...)* è quando há quatro ou mais genomas.
- Aneuploidias (Somias): quando acrescentam ou perdem um ou poucos cromossomas.
- Nulissomia (2n-2) è perda de um par inteiro de cromossomas. No homem é letal.
- Monossomia (2n-1) è um cromossoma a menos no cariótipo.
- Trissomia (2n+1) è um cromossoma a mais no cariótipo.
* Poliploidias podem surgir por dois processos fundamentais:
1) Não-disjunção dos cromossomas durante a meiose ou mitose. Noutros casos não há citocinese.
2) Cruzamento entre indivíduos de espécies diferentes (muito comum entre as plantas). Os híbridos são estéreis, pois os cromossomas não têm homologia e não podem emparelhar durante a meiose.
à Muitas vezes a poliploidia é provocada em laboratório para que se obtenham, por exemplo, plantas mais resistentes e com grandes frutos, frutos sem sementes ou caroço, grãos de trigo maiores, etc.
MUTAÇÕES, TECNOLOGIA E VIDA
- Mutagénese: processo que conduz ao aparecimento de mutações
- As células podem reparar os danos causados ao DNA, mas por vezes o equilíbrio entre mutagénese e a reparação rompem-se.
- Cancro, tumor maligno ou neoplastia maligna: conjunto muito heterogéneo e multifactorial de doenças que têm em comum o facto de apresentarem sempre o crescimento de um tecido neoformado.
- Necrose: as células morrem devido à acção de substâncias tóxicas ou à falta de nutrientes essenciais. Aumenta de volume e rompe-se a membrana plasmática, vertendo-se o conteúdo da célula no meio extracelular, causando uma pequena inflamação.
- Apoptose: ocorre um conjunto de fenómenos programados geneticamente e que levam à morte da célula. A cromatina da célula apoptótica começa a condensar, a célula separa-se das suas vizinhas e a cromatina fragmenta-se, por fim a célula fragmenta-se. Este fenómeno ocorre quando as células apresentam anomalia e já não são mais necessárias ao organismo.
à Num tecido normal a divisão celular é contrabalançada pela apoptose. Quando este equilíbrio se rompe pode surgir um cancro.
- As Neoplasias têm origem genética pois resultam de alterações a nível do DNA, as quais podem afectar os mecanismo de apoptose e regulação da proliferação celular.
Proto-oncogenes: genes capazes de estimular a divisão celular e estão normalmente inactivos em células que não se dividem.
Oncogenes: são proto-oncogenes alterados, como resultado de agentes mutagénicos, que passam a estimular permanentemente a divisão celular.
Genes supressores tumorais: participam na regulação da proliferação celular, contrabalançando o efeito dos proto-oncogenes. Estão normalmente activos, bloqueando a divisão celular.
à Caso sejam alterados por agentes mutagénicos passam a permitir que as células se dividam indefinidamente.
O cancro pode surgir por duas razões:
- Alteração dos proto-oncogenes
- Alteração dos genes supressores tumorais
Existem 2 tipos de cancro:
- Cancros hereditários: são muito raros. A alteração genética está presente em todas as células do individuo, manifestando-se muito cedo.
- Cancros esporádicos: resultam de mutações somáticas.
à As células neoplásicas que surgem no nosso organismo são naturalmente eliminadas por apoptose. Quando tal não acontece inicia-se um cancro.
Metastização: as células cancerosas deslocam-se através da corrente sanguínea ou linfática para outras partes do corpo.
FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA GENETICA
Endonucleases de restrição: enzimas existentes nas bactérias que cindem o DNA do vírus sempre que encontram uma determinada sequência de pares de bases (zonas de restrição). Catalizam o desdobramento do DNA em fragmentos menores.
Extremidades coesivas: pequenas extensões em cada extremidade dos fragmentos de DNA que possuem cadeia simples. Podem ligar-se por complementaridade a outro DNA.
Ligases do DNA: enzimas que catalisam o processo que permite que os fragmentos de DNA se voltem a ligar.
Vector: entidade que possa levar o material genético do genoma de onde foi tirado para o genoma que o vai receber. Os mais comuns são os plasmídeos das bactérias.
Plasmídeos: pequenas moléculas de DNA em cadeia dupla, cujos genes não são essenciais para a sobrevivência da bactéria. Podem replicar-se na bactéria independentemente da molécula de DNA principal, mas em algumas situações pode fundir-se com ela.
Técnica do DNA Recombinante:
- A enzima de restrição abre a molécula de DNA do plasmídeo num ponto específico.
- Com a enzima de restrição do mesmo tipo abre-se outra molécula de DNA, que funciona como dadora, e isola-se o gene que se quer inserir no plasmídeo.
- O gene a inserir é colocado em contacto com o plasmídeo, juntamente com as ligases do DNA
- O gene passa a fazer parte do plasmídeo possui agora, para além dos seus genes, o gene estranho (um DNA recombinante)
- O plasmídeo recombinante em contacto com bactérias pode introduzir-se nelas (estimulação com choque térmico). Estas bactérias funcionam como hospedeiras aceitando o plasmídeo.
- A partir do DNA recombinante, o gene inserido passa a comandar a síntese da proteína desejada.
à Alguns plasmídeos possuem genes que lhes conferem resistência a alguns antibióticos, o que permite localizar as bactérias que contêm o DNA recombinante. Sujeitam-se as bactérias a um meio com esse antibiótico e as que resistirem são isoladas, pois possuem o plasmídeo recombinante
OGM: Organismos Geneticamente Modificados. Não é ainda seguro que os OGM não disseminem os genes que vão perturbar o equilíbrio das populações naturais.
à Com a técnica do DNA recombinante pode-se obter um grande número de cópias de um determinado gene e de o colocar a executar uma tarefa desejada (ex: produção de insulina humana)
c DNA (DNA complementar)
Transcriptase reversa: enzima existente em determinados vírus que catalisam a formação de DNA a partir de RNA.
- O mRNA funciona como molde para a síntese de DNA (está em desacordo com o Dogma Central da Biologia Molecular)
- A replicação do cDNA é catalisada pela enzima DNA polimerase, que transforma cDNA com uma cadeia numa molécula com duas cadeias.
- O cDNA que se obtém provém de uma molécula madura de mRNA, ou seja, desprovida de intrões. Por isso, a porção de DNA que se isola já é funcional.
- Este facto facilita a síntese de insulina ao nível do procarionte onde é inserido.
Impressões digitais genéticas ou DNA fingerprint
à No seio do DNA existem zonas de restrição que se repetem milhares de vezes, cujo número e tamanho é específico para cada indivíduo.
Processo:
- A partir de uma amostra de material biológico que contenha material genético faz-se a extracção do DNA.
- Utilizam-se enzimas de restrição e o DNA é fragmentado em pedaços de diferentes tamanhos
- Colocam-se os fragmentos num gel e, submetendo-os a um campo eléctrico (electroforese), eles vão deslocar-se com velocidades diferentes
- Ao fim de um certo tempo localizam-se em zonas diferentes do gel
- Podem localizar-se esses fragmentos e identificar o indivíduo pelo número de fragmentos em que o seu DNA foi dividido.
Reacções de polimerização em cadeia (PCR)
Processo:
- Aquece-se o DNA para separar as duas cadeias
- A temperatura desce e adiciona-se um oligonucleótido, primer, que se vai ligar ao DNA em pontos específicos, delimitando as zonas a copiar.
- Adiciona-se nucleótidos e a enzima DNA polimerase para repor a dupla hélice a partir de uma das cadeias simples.
- Repete-se o procedimento até se obterem cópias suficientes do DNA em estudo
Problema: conciliar um processo a elevadas temperaturas com a fragilidade da DNA polimerase.
Solução: recorreu-se à DNA polimerase de bactérias que vivem em meios muito quentes
- Terapia génica somática: substituição de genes que provocam doenças hereditárias num indivíduo adulto.
- Terapia génica germinal: substituição de genes que provocam doenças hereditárias num embrião. Não tem actualmente justificação e é reprovada pelos comités de bioética. É preferível seleccionar embriões isentos de determinados genes pelas técnicas de reprodução assistida.
SISTEMA IMUNITÁRIO
Definição: células, tecidos e órgãos implicados na defesa do organismo contra agentes estranhos. Está em permanente vigilância.
Agentes patogénicos: seres que podem provocar doenças (patologias)
Vírus: seres acelular que possuem um património genético constituído por DNA ou RNA (retro-vírus), mas nunca os dois simultaneamente. São rodeados por uma camada proteica (cápside), possuindo, por vezes, algumas enzimas e invólucro externo, o qual é produzido pela células hospedeira onde se multiplicam. São parasitas intracelulares obrigatórios. São incapazes de se reproduzir e de realizar o metabolismo de modo autónomo.
Ciclo reprodutor de um vírus (ver imagem pág.155 livro)
Bactérias: células procarióticas com uma molécula de DNA circular no seio do citoplasma, não sendo rodeado por invólucro nuclear, sendo por isso chamado de nucleóide. Algumas possuem plasmídeos (pequenos anéis de DNA) que contêm genes acessórios e que se replicam separadamente. Possuem ribossomas e podem reproduzir-se autonomamente (por divisão binária), obter e mobilizar energia do meio.
Órgãos linfóides primários: locais de formação das células imunitárias (timo e medula óssea vermelha)
Órgãos linfóides secundários: locais de circulação e armazenamento das células imunitárias (baço, gânglios linfáticos, amígdalas e um tecido linfático disperso e associado a mucosas)
Células efectoras: são primariamente diferentes tipos de leucócitos que têm origem na medula óssea vermelha (por hematopoiese) e/ou no fígado fetal. Alguns evoluem para células com funções específicas na defesa do organismo.
Leucócitos: São células circulantes no sangue, na linfa intersticial ou na circulante; Têm a capacidade de se deformar e penetrar entre as células da parede dos vasos capilares; Apresentam à superfície da membrana glicoproteínas específicas que funcionam como receptores.
- Podem ser: granulares e polimorfonucleares1 (eosinófilos, neutrófilos e basófilos) ou agranulares e monomorfonucleares2 (monócitos e linfócitos)
1) Defesa do organismo, fagocitose e resposta inflamatória (libertação de histamina)
2) Defesa do organismo, papel fundamental na imunidade, fagocitose
à Resposta imunitária depende dos fagócitos (neutrófilos e monócitos à macrófagos) e linfócitos (T e B)
à A fagocitose processa-se por 4 etapas: adesão, ingestão, digestão e exocitose
LINHAS DE DEFESA DO ORGANISMO
Marcadores celulares: glicoproteínas existentes na superfície das células que diferem de organismo para organismo. Permite que cada indivíduo seja bioquimicamente único. São a expressão de genes que existem sob diferentes formas alélicas.
Imunidade: diversos processos fisiológicos que permitem ao organismo reconhecer corpos estranhos ou anormais, neutralizá-los e eliminá-los. Elimina células, do próprio organismo, que já estão lesionadas ou já envelhecidas; destrói as células anormais ou mutantes à vigilância imunitária
- Inata: linhas de defesa presentes em todos os organismos multicelulares
- Adaptativa: são adquiridas mais tardiamente na evolução das espécies, só aparecendo nos vertebrados
DEFESA NÃO ESPECÍFICA:
- Representa uma acção geral de defesa contra corpos estranhos, independentemente do tipo de corpo, e exprimem-se sempre do mesmo modo. Faz parte da imunidade inata
1ª Linha de defesa à Barreiras anatómicas (físicas)
- Pele: 1ª barreira mecânica e química. A camada mais externa da epiderme é constituída por células mortas (córnea protectora). A epiderme possui células especializadas na pigmentação e imunidade cutânea. São células muito ramificadas, captam corpos estranhos, degradam-nos e apresentam os fragmentos moleculares aos linfócitos T
- Pêlos das narinas: 1ª barreira à entrada de microorganismo existentes no ar
- Mucosas: segregam muco que dificulta a fixação de microorganismo e a sua multiplicação nessas mucosas. Possuem ainda células especializadas na imunidade
- Secreções e enzimas: as glândulas sebáceas, sudoríparas e lacrimais segregam substâncias tóxicas para muitas bactérias. Muitos microorganismos ingeridos com os alimentos são destruídos no estômago pelo ácido clorídrico, pelas enzimas do suco gástrico e pelo muco estomacal.
2ª Linha de defesa
à Resposta inflamatória (esquema 6 das fichas)
- Acontece quando os microorganismos conseguem ultrapassar as barreiras anatómicas.
- Mastócitos e basófilos produzem histamina e outros mediadores químicos que provocam a dilatação dos vasos e aumentam a permeabilidade.
- Aumenta a quantidade de fluido intersticial, o que provoca um edema na região
- Quimiotaxia: a acumulação de substâncias químicas inflamatórias activa o sistema imunitário, atraindo células efectoras para o local
- Diapedese: os neutrófilos e monócitos deformam-se, atravessam as paredes dos capilares e passam para os tecidos infectados.
- Os monócitos transformam-se me macrófagos, que fagocitam as células estranham e destroem-nas em vacúolos digestivos por acção de enzimas hidrolíticas
- A dor no local é devido à distensão dos tecidos e à acção de diversas substâncias químicas sobre as terminações nervosas que existem na zona.
- O rubor e o calor são causados pelo maior afluxo sanguíneo
- Ocorre a cicatrização por processos mitóticos
à Resposta sistémica: envolve todo o organismo. Um dos sintomas é a febre. As toxinas produzidas pelos agentes patogénicos e certos compostos chamados pirogénios, produzidos por alguns leucócitos, podem fazer disparar a febre.
- A febre muito alta é perigosa mas a febre moderada contribui para a defesa do organismo.
à Interferões – proteínas importantes na limitação da propagação de determinadas infecções virais.
- Actuação: o vírus entra na célula X, induzindo a síntese de interferão. Este abandona a célula, entra na circulação e liga-se a receptores da superfície da célula Y. Esta é induzida a produzir proteínas anti-virais capazes de destruir o mRNA viral, inibindo a síntese proteica. As proteínas anti-virais bloqueiam a multiplicação de qualquer vírus que entre na célula Y.
- O interferão, só por si, não é anti-vírico, mas estimula a célula a produzir as suas próprias proteínas anti-virais.
- O interferão não é específico para um tipo de vírus
DEFESA ESPECÍFICA:
- Os mecanismos de defesa específica vão sendo mobilizados, interactuando com a primeira a segunda linha de defesa.
- Uma vez activados, estes processos são extremamente eficazes e dirigidos especificamente contra determinados elementos estranhos. Faz parte da imunidade adquirida
Antigénios: todos os componentes moleculares estranhos que estimulam uma resposta imunitária específica. Podem ser moléculas livres ou estruturas moleculares que existem na superfície de microorganismos invasores. Geralmente são moléculas de grande peso molecular (proteínas e polissacarídeos). ex: pólen, tecidos ou órgãos transplantados, parasitas, etc.
à Intervêm fundamentalmente linfócitos T e B, que se originam na medula óssea vermelha a partir de linfoblastos, migrando depois para o timo (linfócitos T) ou permanecendo na medula óssea (linfócitos B)
à No interior do timo ou na medula óssea, sob a acção de hormonas, os linfócitos adquirem os receptores específicos de antigénios que lhes permite reconhecer esses antigénios.
- Células imunocompetentes: linfócitos desenvolvidos e com os respectivos receptores. São capazes de resposta imunitária.
à Os linfócitos passam depois à corrente sanguínea, podendo migrar para um tecido linfóide secundário.
Funções da resposta específica:
1) Reconhecimento: o invasor é reconhecido como um corpo estranho
2) Reacção: o sistema imunitário reage, preparando os agentes específicos que vão intervir no processo
3) Acção: os agentes do sistema imunitário neutralizam ou destroem as células ou corpos estranhos
IMUNIDADE HUMORAL
- Selecção clonal: o antigénio estimula uma pequena fracção dos linfócitos B que possuem os receptores específicos
- Proliferação clonal: após a activação dos linfócitos B, estes experimentam uma rápida divisão, originando clones com o mesmo tipo de receptores.
- Diferenciação: uma parte das células do clone diferencia-se em plasmócitos (células secretoras de anticorpos), outras em células de memória que ficam inactivas, mas prontas a responder rapidamente caso o antigénio venha a reaparecer no organismo.
à A produção de anticorpos é específica. Estes são libertados no sangue ou na linfa (chamada antigamente de humores), circulando até ao local da infecção.
Determinantes antigénicos (ou epítopos): regiões localizadas na superfície do antigénio que são reconhecidas pelos anticorpos. Um antigénio pode ter vários epítopos. Por isso, uma molécula antigénica pode estimular a produção de vários anticorpos.
Estrutura do anticorpo:
- Pertencem a um tipo de proteínas que têm uma estrutura globular, sendo também designadas de imunoglobulinas (Ig).
- São representados em forma de Y e compostos por 4 cadeias polipeptídicas interligadas e idênticas duas a duas.
- As duas cadeias mais longas chamam-se cadeias pesadas ou H
- As duas cadeias mais curtas são as cadeias leves ou L
à Nos dois tipos de cadeia existem regiões variáveis de anticorpo para anticorpo, enquanto que outras são constantes.
à Sítios de ligação: situa-se nas zonas variáveis onde a sequência de aminoácidos é singular e própria para cada tipo de anticorpo e onde se liga um antigénio específico.
à O elevado grau de especificidade resulta de:
- Estrutura dos sítios de ligação é complementar da estrutura do antigénio
- Nesse local toda a estrutura química favorece o estabelecimento de forças electrostáticas, de ligações de hidrogénio ou de outro tipo de ligação entre antigénio e anticorpo.
Complexo antigénio-anticorpo (ou complexo imune): complexo formado pelo antigénio e anticorpo. Esta ligação é feita entre um anticorpo que contém a sequência particular de aminoácidos na zona variável, que o permite reconhecer o antigénio.
> Mecanismos de acção dos anticorpos
à Os anticorpos não têm capacidade de destruir directamente os invasores portadores de antigénios.
- Precipitação: se o antigénio é uma molécula solúvel forma-se um complexo imune insolúvel que precipita.
- Aglutinação: se as moléculas antigénicas fazem parte da parede de uma célula, dá-se a aglutinação de células, devido à ligação antigénio-anticorpo entre células diferentes (os agentes portadores de antigénios ficam neutralizados)
- Intensificação directa da fagocitose: após a ligação antigénio-anticorpo, as regiões constantes dos anticorpos ficam na periferia do complexo imune. Existem receptores nas membranas dos fagócitos capazes de fixarem essa região constante. Isto aumenta a aderência dos complexos às células fagocitárias à promove endocitose.
- Neutralização: os anticorpos fixam-se sobre o vírus ou toxinas bacterianas, impedindo-os de penetrar nas células. Estes complexos podem depois ser destruídos por fagocitose.
à A presença do complexo antigénio-anticorpo intensifica a resposta inflamatória
Imunoglobulinas: este termo refere-se às características estruturais da molécula, enquanto que o termo anticorpo está associado à sua função imunológica (ligação ao antigénio). As pequenas diferenças nas regiões constantes permitem dividir as imunoglobulinas em 5 classes:
Imunoglobulinas | Características e funções |
IgG | Mais abundante no soro humano. Pode atravessar a placenta. Existe no colostro e no leite |
IgM | Existe exclusivamente no soro |
IgA | Lágrimas, saliva, secreção nasal, suor, leite, suco intestinal e muco. No soro em concentrações baixas |
IgD | Mais na superfície dos linfócitos B, como receptor antigénico. No soro em concentrações baixas |
IgE | Liga-se aos basófilos e mastócitos e é responsável por alergias. No soro em concentrações baixas |
à Anticorpos pertencentes a classes diferentes podem apresentar a mesma especificidade antigénica.
à As propriedades biológicas são conferidas pelas regiões constantes das cadeias pesadas, enquanto que a função de reconhecimento dos antigénios cabe às regiões variáveis.
> Incompatibilidades sanguíneas – rever “Sistema ABO”
- Uma transfusão feita a um receptor que possui anticorpos que aglutinam as hemácias do dador produz uma reacção transfusional imediata.
- Para evitar isso é preferível realizar-se transfusões isogrupais – o sangue do dador é do mesmo grupo que o do receptor.
IMUNIDADE MEDIADA POR CELULAS
- Selecção clonal: reconhecimento do antigénio apresentado na superfície de uma célula apresentadora (normalmente um macrófago), ligado a marcadores individuais. O linfócito T com os receptores específicos para o antigénio é activado
- Proliferação clonal: após a activação dos linfócitos T, estes experimentam uma divisão menos acentuada do que nos linfócitos B, originando clones com o mesmo tipo de receptores.
- Diferenciação: o estado de activação leva os linfócitos a produzirem e libertarem mediadores químicos e a diferencia-se em efectoras - Th (helpers), Tc (citolíticos) Ts (supressores) e células de memória – Tm
- Th – produz mensageiros químicos e intervém na regulação do processo humoral
- Tc – produz mensageiros químicos e destroem as células infectadas pelos antigénios
- Ts – regulam o processo humoral e o mediado por células
à Os linfócitos T nunca produzem anticorpos, mas controlam a capacidade das células B nessa produção
COOPERAÇÃO ENTRE CÉLULAS IMUNITÁRIAS
à Os linfócitos B e T influenciam-se mutuamente:
- Os anticorpos produzidos pelas células B podem facilitar ou diminuir a capacidade das células T atacarem e destruírem as células invasoras
- As células T podem intensificar ou suprimir a produção de anticorpos pelas células B
Vigilância imunitária
à Uma das principais funções da imunidade mediada por células é a de reconhecer e destruir células cancerosas.
à Estas células podem surgir por mutações génicas, as quais promovem o aparecimento de novos antigénio superficiais
à A destruição das células cancerosas é feita por linfócitos T que, depois de activados pelos antigénios, libertam substâncias químicas que podem provocar a morte da célula por apoptose.
à O cancro só se origina se a vigilância imunitária falhar e não reconhecer ou destruir células cancerosas, que depois se multiplicam.
Rejeição
à A rejeição de excertos de tecidos e órgãos também é responsabilidade do sistema imunitário.
- Há rejeição de excertos quando o dador e o receptor pertencem a estirpes diferentes, em que se verificam diferenças genéticas mais ou menos acentuadas.
- Quando se reincide o excerto a resposta imunitária é muito mais intensa e rápida, devido à informação retida pelos linfócitos Tm (memória).
- Para minimizar as rejeições procuram-se tecidos ou órgãos que sejam compatíveis com as características bioquímicas do receptor. Este é ainda submetido a um tratamento com drogas que suprimem a resposta imunitária, mas que devido à sua baixa selectividade podem comprometer a capacidade do sistema imunitário em relação a outras infecções.
Memória imunitária e vacinação
à Quando um antigénio é injectado aparece uma resposta imunitária primária, traduzida pelo aumento de linfócitos B produtores de anticorpos, que atingem o máximo, começando depois a reduzir progressivamente.
à Se ocorrer um novo contacto com esse antigénio, surge uma resposta imunitária secundária mais rápida, mais intensa e mais longa; o que traduz a memória imunitária.
à Esta memória é específica, pois caso fosse injectado outro tipo de antigénio iria desencadear uma nova resposta primária, cujos anticorpos produzidos seriam específicos para esse novo antigénio.
- Portanto, o primeiro encontro com o antigénio provoca a formação de células efectoras e células de memória. As efectoras sobrevivem, geralmente, alguns dias, mas as de memória ficam armazenadas no baço e nos gânglios linfáticos, vivendo durante muito tempo, por vezes durante toda a vida.
A vacina desencadeia uma resposta imunitária primária e provoca a produção de células de memória
Vacina clássica: solução, preparada em laboratório, de agentes patogénicos mortos ou inactivos de modo que não se reproduzam. Muitas vezes utilizam-se antigénios do agente infeccioso ou apenas os determinantes antigénicos.
à Actualmente trabalha-se para se produzir vacinas comestíveis, incorporadas em órgãos vegetais manipulados geneticamente, o que poderá tornar as vacinas mais baratas e mais seguras.
Vacina genética: as mais estudadas são constituídas por plasmídeos de origem bacteriana, sem risco de infecção. São inseridos nesses plasmídeos genes que codificam uma ou árias proteínas antigénicas, normalmente sintetizadas por um agente patogénico. à Ver fichas informativas Doc.4 e Doc.5
ALERGIAS
à Correspondem a estados de hipersensibilidade imunitária traduzidos por reacções aberrantes em relação a antigénios específicos e podem conduzir a lesões de tecidos e órgãos.
à Alergénios: substâncias que desencadeiam as alergias. Exº: ácaros, pólen, pó, esporos, produtos químicos e alimentares. Podem ser inofensivas mas para algumas pessoas se comportam como antigénios.
Tipos de hipersensibilidade:
É a mais frequente e manifesta-se imediatamente após o contacto com o alergénio. | Fase de sensibilização: Resulta da síntese de grandes quantidades de imunoglobulina E (IgE) que se liga aos mastócitos. Resposta secundária: Num 2º contacto com o alergénio, este vai ligar-se ao IgE dos mastócitos. O complexo antigénio-anticorpo activa os mastócitos e basófilos, os quais libertam histamina que desencadeia uma resposta inflamatória intensa – vasodilatação (diminui tensão arterial), edema, afluxo de células fagocitárias e secreção de grandes quantidades de muco que causa a contracção dos bronquíolos. | |
Tardia | Leva mais de 12h para se desenvolver | Resposta imunitária mediada por células. Alergias de contacto: Sobreactivação de certas células do sistema imunitário devido à repetida aplicação de uma substância sobre a pele. Ex. eczema de contacto |
à Património genético constitui um importante factor de risco na génese de certas alergias.
AUTO-IMUNIDADE
à Surgem quando o sistema imunitário se torna hipersensível a antigénios dos seus próprios tecidos. São assim produzidos auto-anticorpos e células T sensibilizadas contra alguns auto-antigénios.
- O timo pode deixar passar linfócitos com moderada ou mesmo elevada afinidade para os antigénios do próprio individuo (quebra da auto-tolerância)
- Deleção incompleta de clones auto-reactivos
- Activação policlonal
- Outras anomalias imunológicas
- Heranças genéticas
- Infecções microbianas
ALGUMAS DOENÇAS AUTO-IMUNES
Diabetes insulinodependente (Tipo 1):
- Situação normal: A concentração de glicose (glicemia) sofre uma variação que é acompanhada de um retorno rápido ao valor normal, devido à presença de duas hormonas produzidas no pâncreas, uma das quais é a insulina – segregada por células endócrinas chamadas ilhotas de Langerhans. A insulina permite que a glicose passe do sangue para as células.
- Situação anormal: Uma hiperglicémia crónica que caracteriza a diabetes. Encontram-se no soro dos diabéticos anticorpos contra células das ilhotas de Langerhans. Os linfócitos T destroem as células produtoras de insulina, através de mediadores químicos.
à As injecções de insulina servem para controlar a diabetes crónica mas não ataca a doença, a qual pode levar ao mal funcionamento do sistema cardiovascular, sistema nervoso, gangrena das extremidades, insuficiência renal e cegueira. Pode haver uma pré-disposição genética para a diabetes.
Artrite reumatóide:
- Caracterizada pela destruição (proteólise) das cartilagens pelo sistema imunitário, o que leva ao enfraquecimento dos ligamentos e à deformação das articulações
Esclerose múltipla:
- Doença neurológica que se declara entre os 20 e 40 anos. A mielina dos axónios e células nervosas é destruída por linfócitos T ou por mediadores químicos, ocorrendo lesões na substância branca dos centros nervosos.
- Certos linfócitos T reactivos confundem determinado antigénio com os auto-antigénios do indivíduo e atacam a mielina. Os macrófagos fagocitam os detritos e apresenta-os ao sistema imunitário. Os linfócitos B também produzem os anticorpos contra os constituintes da mielina.
- Em 80% dos casos os sintomas são: perturbações sensitivas, formigueiros, falta de acuidade visual, desequilíbrio, dificuldades motoras dos membros inferiores, etc.
- Alternam-se períodos de crise com períodos de remissão. As crises podem durar vários dias ou semanas deixando ou não sequelas – “cicatrizes” formadas por tecidos de sustentação, zonas sem mielina e axónios.
- A longo prazo estas lesões levam a uma atrofia do sistema nervoso central.
IMUNODEFICIENCIAS
à Congénita:
Exº Indivíduos que não possuem linfócitos T e B, são extremamente sensíveis a infecções, tendo que viver isolados, em ambientes completamente esterilizados. Apresentam uma morte precoce. A deficiência é devido a um funcionamento anormal da medula óssea. Um excerto de medula óssea compatível pode ser um tratamento eficaz
à Adquirida:
Causas Básicas:
- Falha na transferência de passiva de anticorpos do colostro
- Insuficiência de colostro
- Falha na absorção dos anticorpos
- Stress
- Administração de Corticóides
- Desnutrição
- Drogas citotóxicas / irradiação
- Linfomas e outras condições neoplásicas
- Infecções Bacterianas Crónicas (Exaustão Imunológica)
- Infecções Virais: Viroses linfotrópicas (ex. SIDA); Viroses indutoras de Exaustão Imunológica; Viroses indutoras de neoplasia linfóide.
à O HIV é um retrovírus responsável por infectar os linfócitos T4, levando ao enfraquecimento do sistema imunitário
à Uma pessoa infectada com o HIV reage à sua presença através da produção de anticorpos anti-HIV pelos linfócitos B, pelo que a pessoa é denominada de seropositiva e pode transmitir o vírus, mesmo que não tenha sintomas clínicos – ver fichas informativas + pág.197
IMPORTÂNCIA BIOMÉDICA DOS ANTICORPOS – ver Ficha de Trabalho
- A selecção clonal dos linfócitos B promove a produção de vários de linfócitos B diferentes e específicos para cada determinante antigénico do antigénio em questão.
- Há, por isso, uma produção diversificada de anticorpos – anticorpos policlonais – que ficam no soro.
- Se após a estimulação antigénica isolarmos um clone de células B, derivadas de um único linfócito B, teríamos clones produtores de um único tipo de anticorpo – anticorpos monoclonais à pois provêm de um só tipo de clone
à Os linfócitos B não sobrevivem mais do que uma semana em cultura, pelo que é difícil a produção de anticorpos monoclonais. Por isso, recorre-se aos mielomas (linfócitos B malignos diferenciados em plasmócitos que formam tumores), que multiplicam-se rapidamente em cultura e algumas perdem a capacidade de produzir anticorpos.
à Procede-se à fusão de um mieloma com um linfócito B activado, formando assim um hibridoma, o qual segregam anticorpos monoclonais com a mesma especificidade conferida pelo LB e são culturas celulares permanentes, propriedade conferida pelo mieloma. Isto permite a produção de anticorpos em massa
Aplicações dos anticorpos monoclonais:
- Verificar compatibilidade de tecidos e órgãos para excertos e transplantes;
- Detectar minúsculos conjuntos de moléculas nos tecidos e fluidos
- Tratamento e controlo de certas doenças – soro antitetânico, antídotos contra venenos, etc.
- Quando marcados (por fluorescência, radioisótopos, enzimas, …) permitem discriminar os antigénios ligados ao anticorpo marcado dos antigénios nãos ligados – testes de gravidez, terapia tumoral, etc.
à Imunidade passiva: o organismo não é induzido a produzir anticorpos, pois estes são-lhe fornecidos (pelo soro)
à Imunidade activa: o organismo é estimulado a produzir anticorpos (pelas vacinas)
ANTIBIÓTICOS à São utilizados em baixas concentrações para inibir a multiplicação ou matar certos organismos patogénicos.
Experiência de Fleming – ver pág. 202 livro
- Fleming fez uma cultura de bactérias Staphylococcus que foi contaminada com fungos do ar.
- Verificou que à volta do fungo as colónias de Staphylococcus eram raras.
- Então fez uma cultura do fungo Penicillium notatum e contaminou-a com bactérias patogénicas diferentes e em bandas isoladas, mas que convergiam para o local onde estava o fungo.
- Muitas bandas começaram a desaparecer a partir do local onde estava o fungo.
- Fleming fez ainda culturas do fungo em meio líquido, filtrou-as e verificou que o filtrado impedia o desenvolvimento das mesmas bactérias
- Concluiu que os fungos produzam uma substância, a que deu o nome de penicilina, que impedia o desenvolvimento de certas bactérias.
à A penicilina foi depois isolada e purificada por Florey e Chain, que procuraram fabricá-la em grande escala. Assim, a penicilina foi largamente utilizada pelos exércitos Aliados durante a Segunda Guerra Mundial.
à Actualmente os antibióticos são produzidos por processos de fermentação em aparelhos designados biorreactores ou fermentadores, em condições perfeitamente controladas, desde a esterilização, à temperatura, o pH, etc.
Biotecnologia: ciência que utiliza organismos vivos para a produção ou transformação de substâncias úteis ao Homem
Bioconversão (biotransformação): Baseia-se na capacidade dos microorganismos realizarem certas reacções químicas que ultrapassam a capacidade de síntese química e que são economicamente favoráveis. Este processo tecnológico inclui 3 fases: preparação do material, Bioconversão e recuperação do produto
Preparação do material | Bioconversão | Recuperação do produto |
Fraccionamento + esterilização | Cultura de células + engenharia genética + fermentação + catálise enzimática + controlo dos fermentadores | Separação e ruptura das células + concentração do produto + isolamento + purificação |
Esteróides – biomoléculas com diferentes funções. Ex.hormonas sexuais (estrogénios e progesterona). Podem ser sintetizadas por bioconversão, que permite a produção em boas condições comerciais dada a sua larga utilização no controlo da natalidade.
Vitaminas – vitamina B12 e riboflavina são produzidas industrialmente por fermentação directa, utilizando culturas de certas bactérias para a 1ª ou fungos para a 2ª. Para estimular uma produção com maior rendimento é possível:
- Provocar mutações e seleccionar mutantes mais produtivos
- Fornecer nutrientes necessários para os microorganismos
- Evitar contaminação
Microorganismos na produção de proteínas humanas:
- Através da engenharia genética é possível incorporar numa bactéria uma sequência de DNA humano que codifica determinada proteína (ex. insulina)
à Interferões: os interferões produzidos por organismo manipulados são utilizados no tratamento de cancros.
- Uma enzima corta o DNA de um linfócito humano nas zonas de restrição. O mesmo acontece com o plasmídeo da bactéria. As ligases unem o plasmídeo aberto e o gene humano isolado. O plasmídeo recombinante é introduzido na bactéria que produz o interferão.
à Hormona de crescimento: uma lesão ou deficiência no lobo anterior da hipófise em criança pode provocar atrasos no crescimento ou mesmo nanismo. Por isso recorre-se à biotecnologia microbiana:
- A partir do mRNA que codifica a hormona, existente na hipófise, faz-se uma transcrição reversa produzindo cDNA. Este é integrado no DNA da bactéria Escherichia coli juntamente com uma sequência de DNA regulador. A bactéria em cultura produz a hormona em grandes quantidades sem qualquer contaminante de natureza humana.
Algumas Vantagens da biotecnologia:
- Permite produzir vacinas em organismo não patogénicos
- Permite detectar anomalias a partir do cariótipo do feto, obtido a partir de uma biopsia das vilosidades coriónicas
- As substâncias produzidas não são contaminadas, são mais facilmente purificadas, são mais específicas e podem ser produzidas em grande escala
Desvantagens da biotecnologia:
- Existem riscos que levantam problemas de ordem ética
PRODUÇÃO DE ALIMENTOS E SUSTENTABILIDADE
- Revolução verde (1960-1970): plano alimentar baseado nas inovações tecnológicas que visava satisfazer as necessidades alimentares dos países menos desenvolvidos, permitindo a sua auto-suficiência.
PRÓS:
- Permitiu a produtividade em certos sectores agrícolas (produção de arroz e milho)
- Permitiu reduzir a fome nos países onde foi aplicada
CONTRAS:
- Foi responsável por:
- Degradação dos solos,
- Baixa nos níveis dos lençóis freáticos,
- Aumento da poluição (uso de fertilizantes e pesticidas químicos)
- Perda de biodiversidade ao substituir as variedades selvagens por sementes seleccionadas.
- Desenvolvimento sustentável: que satisfaz as necessidades das gerações presentes, sem comprometer a capacidade das gerações seguintes satisfazerem as suas necessidades
MICROBIOLOGIA E INDÚSTRIA ALIMENTAR
- A milhões de anos atrás, os microorganismos proporcionaram a produção de alimentos ao Homem (pão, vinho, cerveja, manteiga, queijo, etc) sem que este soubesse da sua existência
- Louis Pasteur foi o 1º cientista a pôr em evidência a actividade de microorganismos na alteração dos alimentos. Demonstrou que a produção do vinho é feita por fermentação produzida por leveduras; o azedar da cerveja e do vinho era causado por bactérias; o azedar do leite podia ser evitado pelo aquecimento, para destruir as bactérias.
Microorganismos:
- Podem existir sob forma subcelular (vírus) ou celular
- Apresentam pequenas dimensões
- Podem produzir estruturas pluricelulares observáveis a olho nu
|
- Grande diversidade metabólica e nutricional ------->
- Grande capacidade de se reproduzirem --------------->
rapidamente
METABOLISMO AERÓBIO E ANAERÓBIO
POSSÍVEIS SUBSTRACTOS:
- Lípidos
- Hidratos de carbono
- Proteínas
REACCÇÕES ENZIMÁTICAS QUE OCORREM NO HIALOPLASMA:
- Glicólise: ocorre a degradação da glicose em piruvato
- Redução do piruvato: conduz à formação dos produtos de fermentação
FERMENTAÇÃO: Obtenção de energia, na ausência de oxigénio, a partir da degradação de compostos orgânicos, através de séries de reacções de catalisadas por enzimas.
FERMENTAÇÃO ALCCÓLICA
- Após a glicólise ocorre a descarboxilação do piruvato, originando-se um composto com 2 átomos de carbono (aldeído acético), que origina etanol por redução.
- As leveduras convertem os hidratos de carbono do mosto da uva ou da cerveja em etanol e CO2, o qual pode originar as bolhas de algumas bebidas fermentadas.
- O vinho deixado em contacto com o ar pode produzir vinagre, pois bactérias aeróbias do género Acetobacter desenvolvem-se sobre a superfície, oxidando o etanol, que se transforma em ácido acético.
- Na panificação as leveduras produzem uma série enzimas que lhes permite decompor o amido da farinha em compostos mais simples, os quais, por fermentação, produzem álcool e CO2.
- O etanol evapora-se e o CO2 fica retido, formando bolhas que faz aumentar o volume da massa. A cozedura mata as leveduras e faz expandir o CO2, formando-se espaços do interior do pão.
FERMENTAÇÃO LÁCTICA
- Intervêm lactobactérias do género Lactobacillus e Streptoccocus que desencadeiam reacções de fermentação no leite, utilizando diversos açúcares como substrato
- O leite é pasteurizado para eliminar microorganismos endógenos, sendo-lhe depois acrescentadas culturas de arranque, para iniciar o processo.
- No caso dos queijos, se a cultura de arranque for de estirpe pura, o seu sabor será suave. Caso a estirpe for mista, terão um sabor mais acentuado.
- Alguns queijos experimentam um tratamento onde se favorece o crescimento de fungos
- Após a glicólise, o piruvato experimenta redução, combinando-se com o hidrogénio transportado pelo NADH, originando-se ácido láctico, que altera o pH do meio, provocando a coagulação do leite.
ACÇÃO DAS ENZIMAS
à Para que se inicie uma reacção química é necessário haver colisões entre os átomos das moléculas envolvidas.
à Quanto maior for o número de colisões (maior agitação corpuscular), mais facilitada será a reacção química entre os reagentes.
Energia de activação: energia mínima necessária para que se inicie uma reacção química
Características/ Propriedades das enzimas:
- São catalizadores químicos e biológicos
- Fazer baixar a energia de activação das reacções
- Não alteram o equilíbrio químico das reacções
- Não são destruídas ao participarem na reacção
- São específicas
- São destruídas a temperaturas elevadas
- São inibidas a temperaturas muito baixas
- Actuam em reacções de anabolismo e catabolismo
à Cadeia enzimática: sequencia de enzimas que funcionam em cooperação num conjunto de reacções
à Via metabólica: conjunto ordenado de reacções que ocorrem com intervenção de uma cadeia enzimática
- Numa via metabólica, os produtos intermédios servem de substrato à reacção seguinte, até à formação do produto final.
- O não funcionamento de uma enzima na cadeia enzimática conduz à acumulação de um dos produtos intermediários, não se formando os produtos seguintes
- Enzima exocelular: actua fora da célula em que é produzida.
- Enzima endocelular: actua dentro da célula em que é produzida.
- Especificidade absoluta: a enzima actua sobre uma única substância (substrato)
- Especificidade relativa: a enzima actua sobre um grupo de substâncias com algumas afinidades entre elas
Estrutura das enzimas:
- São proteínas constituídas por uma ou mais cadeias polipeptídicas.
- Em regra, têm maiores dimensões do que o substrato
- No mínimo, a sua estrutura tem que ser ternária
- A configuração espacial de uma enzima determina a existência de uma pequena região – centro activo – que é complementar da configuração espacial do substrato (no todo ou em parte)
- É ao nível do centro activo que se faz a ligação que forma o complexo enzima-substrato
- A longa cadeia polipeptídica dobrada permite a adaptação da molécula através de alterações conformacionais
- Componente proteica à Apoenzima
- Substância não proteica à Cofactor
Reacções de síntese (anabolismo): enzima + 2 substratos = 1 produto
Reacções de análise (catabolismo): enzima + 1 substrato = 2 produtos
à As ligações enzima-substrato são transitórias. Depois de actuar a enzima fica livre, podendo depois ligar-se a novas moléculas de substrato, até que todo este seja transformado em produto.
Os cofactores podem ser:
- Iões metálicos que ligados à apoenzima permitem uma melhor ligação da enzima ao substrato
- Coenzimas (Q10, A, derivados vitamínicos, etc): compostos orgânicos que se ligam temporariamente durante a catálise.
Características comuns dos centros activos:
- Ocupam uma pequena parte do volume total da enzima
- Correspondem a uma fenda ou cavidade na estrutura da enzima
- A especificidade da ligação ao substrato depende do arranjo dos átomos no centro activo
- O nº de centros activos de uma enzima é variável (quando intervêm cofactores há centros activos adicionais)
Variação dos intervenientes numa reacção enzimática:
à Inicialmente há uma grande concentração de substrato em relação à enzima livre
- O substrato liga-se à enzima formando complexos enzima-substracto (ES)
àEnquanto a concentração de enzima livre e de substrato diminui, a concentração do complexo ES aumenta.
à À medida que a enzima cataliza a reacção, a concentração de produto vai aumentando
à Há uma estabilização das concentrações de enzima livre de do complexo ES, o que significa que a velocidade de formação de ES é igual à velocidade da separação da enzima e do produto.
à A partir do momento que a concentração do substrato atinge valores baixos, a concentração da enzima livre aumenta ligeiramente.
MODELOS DE LIGAÇÃO ENZIMA–SUBSTRATO:
à MODELO “CHAVE-FECHADURA” DE FISHER
- Baseado na especificidade da acção enzimática
- O centro activo tem estrutura permanente onde apenas se pode ajustar um tipo de substrato
- Mais tarde, este modelo foi considerado muito rígido e estático
à MODELO DO “ENCAIXE INDUZIDO” DE KOSHLAND
- Existe uma interacção dinâmica entre enzima e substrato
- O substrato, ao ligar-se à enzima, induz uma mudança na estrutura da molécula enzimática, de modo a que os aminoácidos do centro activo se adaptem, formando um centro activo complementar do substrato
- Este modelo permite explicar a actividade de certas enzimas que actuam sobre substâncias ligeiramente diferentes.
INIBIÇÃO DA ACTIVIDADE ENZIMÁTICA
Inibidor enzimático: substância que, quando interactua com uma enzima, provoca uma diminuição da sua actividade catalítica.
- Inibição irreversível: o inibidor combina-se permanentemente com a enzima, inactivando-a ou mesmo destruindo-a. (Gás cianídrico, pesticidas, etc.)
- Inibição reversível: o inibidor dissocia-se rapidamente da enzima e a enzima permanece funcional. (Antibióticos, etc.)
- Inibição competitiva: (ex: sulfamidas) uma molécula estruturalmente semelhante ao substrato (inibidor), resistente à acção enzimática, liga-se ao centro activo da enzima, impedindo a ligação do substrato. Ao aumentarmos a concentração do substrato em relação à do inibidor, a probabilidade da ligação enzima-substrato vai aumentar. Esta inibição tem maior tendência a ser irreversível do que a inibição alostérica.
- Inibição alostérica (não competitiva): algumas enzimas contêm, para além do centro activo, um centro alostérico (centro regulador) onde podem ligar-se inibidores que não têm estrutura semelhante à do substrato. Apesar do substrato e do inibidor poderem ligar-se à enzima, a ligação do inibidor provoca uma alteração estrutural na enzima que afecta o seu centro activo e, por isso, a enzima fica não funcional. Não há competição pela ocupação do centro activo, pelo que a inibição depende apenas da concentração do inibidor.
à Muitos inibidores são substâncias celulares que regulam a actividade enzimática, combinando-se reversivelmente com enzimas. Por isso, o produto de uma actividade enzimática pode controlar a actividade de outra enzima.
à Quando o produto final está em excesso, as moléculas desse produto vão inibir a 1º enzima, provocando a paragem da sequência metabólica; que será retomada logo que deixe de haver excesso de produto final. Este controlo representa uma economia celular!
FACTORES QUE INFLUENCIAM A ACTIVIDADE ENZIMÁTICA
1. Temperatura: Baixas temperaturas provocam, normalmente, a inactivação das enzimas, devido à compactação das moléculas. A partir de uma temperatura mínima a velocidade da reacção aumenta com a temperatura, uma vez que a energia de activação também aumenta até um valor óptimo. O aumento da temperatura acima da temperatura de desnaturação afecta a estrutura da enzima e a estabilidade do complexo ES à desnaturação da enzima. A partir da temperatura óptima verifica-se então um declínio da velocidade da reacção, até esta se anular.
2. pH: pode alterar a estrutura do centro activo, desnaturando a enzima. Há enzimas que têm a sua actividade óptima em meio ácido, outras em meio neutro e outras em meio básico.
3. Concentração do substrato: a velocidade da reacção é proporcional à concentração do substrato até a um valor máximo, a partir do qual estabiliza. A velocidade máxima é atingida quando todas as moléculas da enzima estiverem ocupadas em catálise. Desse modo, os centros activos das enzimas atingem a saturação, não há enzimas livres.
4. Concentração da enzima: quando a concentração do substrato é elevada, a velocidade da reacção é directamente proporcional à concentração da enzima.
5. Inibidores:
a. Inibição competitiva: um aumento da concentração do substrato (até um certo ponto), faz aumentar a velocidade da reacção (há mais possibilidades da enzima encontrar as moléculas de substrato)
b. Inibição alostérica: acção dos inibidores é independente da concentração do substrato. Haverão tantas moléculas inibidas quantas moléculas de inibidor existirem. A inibição poderá ser ultrapassada fazendo aumentar a concentração da enzima.
CLASSIFICAÇÃO E NOMENCLATURA DAS ENZIMAS
- Designação estabelecida por Duclaux (1883): a partir do nome do substrato sobre o qual actuam, acrescenta-se o sufixo –ase à o problema é que não especifica o tipo de transformação que ocorre durante a catálise
- Comissão para as Enzimas da União Internacional de Bioquímica (1961): as enzimas dividem-se em 6 classes:
A produção de alimentos saborosos, disponíveis e seguros por parte das indústrias alimentares inclui:
- Processamento de matérias-primas para produzir alimentos estáveis;
- A utilização de microorganismos ou produtos da sua actividade;
- A distribuição de alimentos até ao consumidor final com garantias de qualidade.
Alimentos seguros: não prejudicam a saúde do consumidor quando preparados e ingeridos de acordo com as condições correctas de utilização.
à O consumo de alimentos frescos nem sempre é possível, havendo necessidade de serem conservados. Por outro lado, os produtos podem ser transportados a grandes distâncias e passar por um longo período de armazenamento antes de serem consumidos, ficando assim sujeitos a diversos microorganismos.
PROCESSOS DE CONSERVAÇÃO
Aditivos alimentares: substâncias adicionadas pelos fabricantes aos alimentos com o objectivo de prolongar a sua conservação e de os tornar mais atraentes, mantendo o seu aspecto e consistência. Existem mais de 300 aditivos autorizados pela UE.
- Os aditivos devem responder a uma necessidade tecnológica e apresentar vantagens para o consumidor, desde que inofensivos para a saúde.
- Alguns são úteis, como os que contribuem para evitar o aparecimento de microorganismos; mas alguns ocultam a falta de certos ingredientes ou a utilização de outros sem qualidade.
- A alteração dos alimentos causada pelos microorganismos é um processo normal na natureza
A quantidade e qualidade dos microorganismos presentes num alimento processado dependem:
- Da qualidade microbiológica do produto quando fresco;
- Dos procedimentos seguidos durante o seu processamento;
- Das condições de higiene no manuseamento dos alimentos;
- Das condições de armazenamento.
- Os principais agentes de alteração alimentar são as bactérias, seguindo-se os bolores e as leveduras
- Alguns dos microorganismos são proteolíticos, degradando as proteínas, com libertação de aminoácidos, aminas, amoníaco e ácido sulfúrico.
- As gorduras também se alteram, decompondo-se em ácidos gordos e glicerol
- Os hidratos de carbono podem fermentar com produção de ácidos, álcoois e substâncias gasosas
- Todos os alimentos têm tendência a deteriorar-se devido às enzimas intrínsecas
Ervas aromáticas, cebola, alho, ovos e leite são alimentos que apresentam substâncias antimicrobianas.
Como minimizar a alteração dos alimentos por microorganismos (em casa):
- Os alimentos crus e os alimentos cozinhados não devem ser guardados em conjunto
- Os alimentos que foram congelados não devem ser re-congelados
- Os alimentos não devem ficar expostos ao ar na superfície de trabalho
- As técnicas de conservação nem sempre impedem a deterioração microbiana dos alimentos
à O controlo de qualidade dos alimentos faz parte da indústria alimentar, incidindo sobre todas as etapas do processamento de alimentos.
Os métodos de controlo devem ser simples e rápidos e estar em contínua actualização, porque:
- Novos agentes biológicos se tornam patogénicos;
- Novos compostos químicos intervêm na intoxicação alimentar;
- Novas tecnologias industriais são desenvolvidas, exigindo novas necessidades de controlo.
Conservação de alimentos
MELHORAMENTO E PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
à Utilidade dos microorganismos deve-se: à sua diversidade metabólica e nutricional associada à capacidade de se reproduzirem rapidamente, produzindo compostos de grande utilidade.
No processo industrial todos os factores devem ser rigorosamente controlados (pH, temperatura, humidade, esterilização, etc)
Fases de um processo industrial que utiliza microorganismos:
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- Assegurar as condições de assépticas para que as culturas não sejam contaminadas com outros microorganismos
- Identificar claramente a actividade das estirpes bacterianas e o produto pretendido (raramente se utilizam estirpes selvagens pois a quantidade de metabolitos é muito baixa)
- Escolher estirpes melhoradas para aumentar o rendimento (optimização do produto)
- Que o meio de cultura e os microorganismos estão devidamente misturados
- Assegurar as condições ideais de temperatura, pH, humidade, arejamento e dispersão de calor.
à Melhoramento não recombinante de estirpes é um método tradicional de mutagénese que produz resultados rápidos e vantajosos. Foi ultrapassado pela Técnica do DNA recombinante que tem tido um grande impacto na microbiologia industrial.
à O desempenho dos microorganismos é influenciado pelas condições em que se expressa a informação genética.
à Muitas vezes, em situações de carência de nutrientes específicos os microorganismos optimizam a produção de metabolitos.
Rendimento: grau de bioconversão do substrato
Produtividade: rapidez com que o processo se desenvolve.
Vitaminas: essenciais para nutrição animal. Algumas são produzidas por fermentação directa utilizando microorganismos (B12 e riboflavina).
Síntese de B12: bioquímica, complexa e economicamente viável.
Síntese de riboflavina: química e bioquímica competitivas.
Aminoácidos e nucleótidos: aplicados na industria alimentar. Ácido glutâmico e lisina são os produzidos em maior quantidade.
Ácido glutâmico: realça o sabor dos alimentos.
Lisina: suplemento na alimentação humana; aditivo de rações alimentares.
- Alguns nucleótidos também servem para realçar o sabor dos alimentos.
Ácidos orgânicos: podem ser produzidos por fermentação microbiana (ácido acético, láctico, cítrico) embora a síntese química seja economicamente competitiva.
Ácido cítrico: o único produzido exclusivamente por microorganismos, tendo grande aplicação como aditivo em doces e refrigerantes.
Enzimas: aplicadas na indústria alimentar. Proteases bacterianas são produzidas em maior quantidade.
As amilases promovem conversão do amido em açúcares, a partir dos quais pode formar-se outro açúcar, a frutose, que tem elevado poder adoçante. Este processo é catalisado só por enzimas microbianas e tem sido importante devido ao aumento do preço do açúcar em relação ao preço do amido.
Processos de imobilização de enzimas:
As enzimas imobilizadas têm sido utilizadas em:
- Produção de antibióticos
- Redução dos níveis de lactose no leite
- Conversão da glicose em frutose
- Produção de biossensores
Biossensores: dispositivos analíticos pouco complexos que incorporam um agente biológico como parte fundamental, permitindo o reconhecimento e a quantificação de um dado composto a analisar.
- Permitem detectar álcool no sangue, glicose em fluidos orgânicos, drogas na urina, etc.
- Possuem elevada sensibilidade e especificidade, detectando o substrato em concentrações muito baixas.
- Podem ter um vasto campo de aplicações no controlo da poluição e gestão do ambiente.
Enzimas, microorganismo e suas aplicações:
TRANSFORMAÇÕES BIOTECNOLÓGICAS DOS ALIMENTOS
1) Transformação por Catálise Microbiana: intervêm microorganismos
2) Transformação por Catálise Enzimática: intervêm enzimas produzidas por microorganismos (temperatura e pH neutros)
3) Transformação Genética: há alteração no património genético
ALIMENTOS OBTIDOS POR:
1) Catálise microbiana: couve fermentada, piclkes, iogurte, queijo, requeijão, chouriço, salsicha, vinho, vermute, cerveja, whisky, pão, rum, molho de soja fermentado.
à Em geral, a fermentação implica um ganho no valor nutritivo dos alimentos
Os microorganismos possuem:
- Uma função anabólica à síntese de substâncias essenciais à nutrição do homem
- Uma função catabólica àdegradação de compostos complexos em simples.
- Capacidade para degradar as paredes celulares celulósicas (não digeríveis pelo ser humano), tornando a estrutura do alimento mais permeável à saída dos compostos nutritivos que estão no interior.
2) Catálise enzimática: somente em 1926 Summer isolou e purificou a primeira enzima (urease) a partir de feijocas. Hoje conhecem-se 1500 enzimas.
à Hidrólise em carnes (para ficar mais tenra), hidrólise da lactose no soro do leite (tornar o soro doce), sumos de frutas, vinho, pão, etc
3) Manipulação genética: possibilita a modificação dos processos alimentares, controlo da qualidade e desenvolvimento de novos produtos.
à Transgénicos: tomate, milho, soja, algodão, arroz, peixes, carnes, leveduras, frutas, etc.
> A engenharia genética trouxe benefícios no processamento industrial de alimentos e na sua qualidade; constitui uma ajuda na resolução de deficiências alimentares a nível mundial.
> Contudo, é necessário conhecer os objectivos visados e os riscos adicionais.
> Criar uma regulamentação relativa aos riscos de cada OMG antes de chegar ao mercado
> Novos processos na biotecnologia à Novos produtos à Novos problemas de segurança alimentar.
Uma opinião pública cada vez mais informada exigirá um maior controlo desses processos e produtos
EXPLORAÇÃO DAS POTENCIALIDADES DA BIOSFERA
Biosfera: subsistema terrestre que inclui todos os organismos existentes e as suas inter-relações, bem como os ambientes em que se desenvolvem.
- Um conceito dinâmico que se expressa nas interacções recíprocas entre os seres vivos e o meio.
- Um conceito funcional que sublinha a participação activa do mundo vivo na criação e dinâmica do ambiente físico e químico.
Factores abióticos: condições físico-químicas – temperatura, pressão, humidade, vento, posição geográfica, relevo, altitude, etc.
Biodiversidade: multiplicidade de seres vivos que se agrupam em populações que pertencem a diversas espécies que interagem numa variedade de comunidades e de ecossistemas e que se diferenciam individualmente a nível genético.
Factores que contribuem para a extinção de espécies à ameaças à Biodiversidade:
- Caça/pesca furtiva e comercialização ilegal de espécies
- Introdução de espécies que competem com as espécies selvagens
- Poluição das águas e solo
- Aumento da população humana
- Agricultura e industrialização
- Desflorestação e incêndios
DESFLORESTAÇÃO: destruição intensiva dos habitats florestais tem assumido proporções alarmantes.
Principais causas da desflorestação:
- Conversão em áreas agrícolas
- Incêndios florestais
- Sobrexploração de madeiras
- Fragmentação devido à construção de vias de comunicação e expansão de centros urbanos
- Poluição atmosférica
- Introdução de espécies exóticas
à As florestas são importantes para a regulação do clima, humidade, renovação e purificação do ar, evita erosão dos solos e torna-os mais férteis, para além de abrigar uma enorme diversidade de espécies.
à O aumento da área florestal fora dos trópicos deve-se às plantações efectuadas em certos países industrializados, nos quais algumas áreas tinham sido destruídas pelas chuvas ácidas.
AGRICULTURA: (Ver ficha de apoio) a agricultura tradicional em regime de policultura, com rotatividade de culturas, foi substituída por uma monocultura, onde só se cultiva uma espécie vegetal em grande escala.
Agricultura tradicional:
- Baseia-se no conhecimento empírico, ao longo do tempo, que permitiu o desenvolvimento de técnicas no sentido de uma melhor rentabilidade do solo.
- Aplicação de adubos orgânicos, que em muitos casos são adubos verdes
- Pousio de terrenos após a colheita
- Rotação de culturas
- Associação de espécies com diferentes necessidades de nutricionais
- Rega com água dos rios ou poços, praticada individual ou colectivamente.
§ Pousio – o terreno agrícola é dividido em áreas, ficando uma delas, alternadamente, por cultivar durante algum tempo. Nessa parcela desenvolvem-se plantas espontâneas ou semeadas, que mais tarde são enterradas antes da nova cultura, constituindo o adubo verde.
§ Rotação de culturas – o terreno agrícola é dividido em áreas, de modo que em cada ano todas as parcelas sejam cultivadas com diferentes espécies, previamente seleccionadas.
§ Associação de culturas – diversas áreas com diferentes características, cultivadas simultaneamente.
Monocultura:
- A rentabilidade das grandes plantações assenta nos avanços tecnológicos
- Desde a preparação do solo para a plantação até à colheita, todo o trabalho é efectuado por máquinas: monda, irrigação, aplicação de fertilizantes e de pesticidas.
- Utilizam-se fertilizantes sintéticos, por vezes em quantidades excessivas, sem disso resultar um aumento significativo de rendimento.
- No combate às doenças são utilizados pesticidas que se espalham pelas águas, pelo solo e pelo ar
- Pesticidas e fertilizantes em excesso poluem o ambiente
Intensificação da agricultura causa degradação ambiental:
1) Degradação dos solos: erosão, perda de fertilidade, salinização, desertificação
2) Poluição da água: gasto excessivo de água, poluição de aquíferos e linhas de água superficiais
3) Poluição do ar: emissão de gases de estufa, poluentes e pesticidas
4) Riscos para saúde: contaminação da água e comida por pesticidas e agentes patogénicos
5) Perda de biodiversidade: perda de habitats, morte de peixes e predadores
Ecossistemas agrários ou agrossistemas: ecossistemas artificiais resultantes das condições ecológicas anormais impostas pela agricultura. Muito mais pobres em biodiversidade.
- As espécies vegetais seleccionadas mobilizam os minerais do solo, mas sem a intervenção do agricultor não há restituição desses mesmos minerais, ficando os solos rapidamente impróprios para novas plantações.
- A colheita retira o total das plantas e deixa o solo praticamente sem resíduos orgânicos. São então utilizados fertilizantes sintéticos, muitas vezes em quantidades excessivas, não sendo absorvidos pelas raízes e ocasionando a poluição do ambiente.
Têm vindo a desenvolver-se técnicas de agricultura com objectivo de melhorar a produtividade e diminuir o impacte nos ecossistemas naturais:
Cultivo de plantas em estufa, com ou sem solo: mantém um ambiente favorável às plantas em crescimento. Permitem ajustar a temperatura, a luz e a concentração de CO2 de acordo com as exigências das espécies cultivadas e obter colheitas precoces e com melhores rendimentos.
Agricultura biológica: sistema de produção baseado no funcionamento do ecossistema agrário. Utiliza práticas agrícolas que fomentam o equilíbrio do ecossistema, a manutenção e a melhoria da fertilidade do solo.
Muitas das técnicas são idênticas às da agricultura tradicional.
A agricultura biológica também usa “químicos” pois estes fazem parte da constituição de todos os materiais, mas, salvo rara excepções, não usa componentes químicos sintéticos. Substituem-se os agroquímicos por fertilizantes e pesticidas de origem vegetal, animal ou mineral.
à Vantagens:
- Produz alimentos saudáveis ricos em nutrientes
- Fertiliza os solos, reduzindo a desertificação
- Usa racionalmente a água e preserva os aquíferos
- Reduz o impacte sobre a biodiversidade
- Respeita a vida selvagem e os ambientes naturais
- Preserva a vida rural
- Protege a saúde dos agricultores
- Permite uma autêntica segurança alimentar
DEGRADAÇÃO DOS SOLOS: o solo é uma película muito fina e frágil à superfície dos continentes.
Erosão: processo que ocorre naturalmente, mas a acção humana é responsável pela aceleração deste processo, podendo mesmo conduzir à desertificação.
Desertificação: consequência da transformação dos solos em terrenos semiáridos ou mesmo áridos devido a mudanças climáticas ou à acção humana.
à Algumas soluções para a desertificação:
- Distribuição adequada das culturas de acordo com o terreno, como o cultivo em socalcos ou a plantação de sebes em volta da área agrícola.
- Após a colheita deixar sobre o terreno os resíduos das culturas ou a cobertura herbácea.
CRUZAMENTO DE PLANTAS E CRIAÇÃO DE ANIMAIS
Reprodução selectiva: selecção de plantas e animais que apresentam determinadas características com interesse, como por exemplo resistência a doenças e a pragas, com o objectivo de maior produtividade.
- CULTIVO DE PLANTAS
A selecção de sementes, de novas variedades por cruzamento entre plantas e isolamento progressivo, conduziu à obtenção de novas plantas, cujo programa genético associa caracteres que existiam separados nos progenitores. (ex. trigo, brócolos, couve-flor, couve de Bruxelas, repolho, etc)
- A selecção de plantas por reprodução sexuada é lenta e implica variabilidade genética dos descendentes devido às recombinações genéticas.
- Recorre-se à reprodução assexuada em que os descendentes apresentam características idênticas às do progenitor, que terá grande interesse económico.
Processos de reprodução artificial: Estaca, Mergulhia, Alporquia, Enxertia (p.285)
- Na enxertia, em regra, associa-se uma planta com bom sistema reticular (porta-enxerto) com uma planta que produz bons frutos (enxerto)
- CRIAÇÃO DE ANIMAIS
- Efectua-se o cruzamento entre animais com certas características para se obter linhas puras
- A partir do séc.XX a inseminação artificial passou a ser utilizada. O sémen de animais com melhores características pode ser criopreservado e depois vendido aos criadores de gado.
Razões que levam à selecção de animais:
Ø Produção de melhor carne, leite e ovos
Ø Produção de pele de melhor qualidade
Ø Obtenção de maior descendência
Ø Obtenção de animais mais resistentes a doenças e parasitas
à Para melhorar a produção animal são utilizados métodos industriais procurando a rentabilidade máxima, mas com consequências nefastas para os seres humanos e o próprio meio:
- Antibióticos: inibem mecanismos da flora bacteriana intestinal dos animais. As bactérias consomem menos nutrientes e produzem menos produtos tóxicos. Há um ganho para os animais quer em nutrientes, quer na redução da toxicidade. Tudo isto trás vantagens para o agricultor, pois envolve menos custos. Porém, o uso de antibióticos pode causar danos para a saúde do consumidor, principalmente quando o uso é exagerado. Podem surgir alergias e resistência aos antibióticos.
- Hormonas sintéticas: servem para acelerar o crescimento dos animais. São usadas pelos veterinários para tratar a asma ou reduzir os abortos, mas têm como principal efeito secundário aumentar a proporção de massa muscular em relação às gorduras.
à Pode-se recorrer à agricultura biológica para a criação de animais, onde estes são considerados parte de um todo em equilíbrio que integra solo, plantas e animais.
TÉCNICAS MODERNAS DE REPRODUÇÃO SELECTIVA:
- CLONAGEM DE PLANTAS
Clonagem por micropropagação: Permite a propagação rápida com interesse económico no domínio da agricultura e floricultura. É possível obter novos indivíduos a partir de, praticamente, qualquer tipo de tecido ou mesmo de células isoladas.
Etapas do processo:
1) Colocar em cultura (1º dia): Uma folha é colocada em líquido desinfectante e depois lavada com água destilada. Remove-se uma pequena porção, o explante, que será colocado num meio com elementos nutritivos e hormonas vegetais (oxinas, giberelinas, citocininas, ácido abcísico, etileno)
2) Micropropagação (6 semanas mais tarde): forma-se o tecido caloso (calo), um maciço de células indiferenciadas provenientes da desdiferenciação* das células da planta em multiplicação in vitro. Fragmenta-se o calo em microrrebentos que são colocados em meios de cultura adequados.
3) Micropropagação ou enraizamento (4 semanas mais tarde): os microrrebentos transformam-se em calos que são transportados para um meio contendo somente elementos nutritivos. 6 semanas mais tarde obtém-se a plântula.
4) Aclimatização (15 dias mais tarde): após o desenvolvimento de pequenas plantas, elas são removidas para a estufa onde, colocadas em vasos com terra, continuam a desenvolver-se antes de passarem para o ar livre.
*desdiferenciação: em determinadas circunstâncias, as células diferenciadas podem perder a sua especialização, tornando-se indiferenciadas com capacidade para se dividir e originar por diferenciação outros tipos de células. Esta totipotência é crucial nos processos de clonagem.
Clonagem de plantas | |
Vantagens | Desvantagens |
Produção numerosa, rápida, homogénea e económica | Técnica altamente especializada |
Utilização de um só indivíduo, seleccionado pelas suas características – melhoramento genético | Pode conduzir a uma redução considerável da diversidade das espécies cultivadas |
As plantas apresentam maior vigor | |
As características seleccionadas encontram-se em todo o clone | A homogeneidade das culturas pode torná-las mais sensíveis a doenças |
Diminuição do espaço de trabalho | |
REGENERAÇÃO DE PLANTAS A PARTIR DE PROTOPLASTOS
As células vegetais encontram-se ligadas às células adjacentes por uma matriz de pectinas que, juntamente com a parede celular, pode ser degradada por processos mecânicos ou enzimáticos levando ao isolamento de células vegetais sem parede à protoplastos à podem regenerar plantas inteiras quando colocados em meio de cultura em condições assépticas.
ENGENHARIA GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS
Técnica do DNA recombinante: possibilitou a manipulação do genoma de plantas, introduzindo novos genes específicos, alterando as características genéticas e reduzindo o tempo necessário para a produção de novas variedades.
As plantas possuem características que facilitam o melhoramento genético:
- Ciclo de vida curto, o que permite uma selecção rápida de novas características
- Podem ser auto-fecundadas, permitindo a fixação de uma nova característica introduzida
- Numerosa descendência, o que permite o aparecimento de mutações raras, aumentando a biodiversidade
A engenharia genética possibilitou: resistência às doenças, adaptação a condições ambientais extremas, melhoramento de qualidades nutritivas, produção de compostos com interesse económico, resistência a condições ambientais extremas e outras características de melhoramento de plantas.
à Um dos factores preocupantes e difíceis de controlar é a transferência de genes geneticamente manipulados para correspondentes selvagens através da dispersão de pólen
Obter milho resistente à pirale:
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- CRIAÇÃO DE ANIMAIS
As técnicas de inseminação artificial, a fecundação in vitro e a transferência de embriões aceleraram o processo de melhoramento genético de algumas espécies.
Etapas da FIV e transferência de embriões:
1. Sujeita-se a vaca a uma hiperestimulação ovárica
2. Injecta-se na vaca a hormona FSH, a qual provoca uma ovulação múltipla
3. Os óvulos são aspirados e colocados num fluido semelhante ao que existe no oviduto da vaca
4. O esperma recolhido do touro é adicionado aos óvulos
5. A fecundação in vitro inicia-se e os embriões começam a desenvolver-se, sendo a cultura mantida sob condições controladas
6. Quando os embriões atingem o estado de 4 a 8 células, as células podem ser separadas e colocadas num meio de cultura. Cada célula é totipotente, formando novos embriões.
7. Os embriões podem ser separados por sexo e por genes necessários para produzir as características seleccionadas (produção elevada de leite). Cada embrião é implantado no útero de uma vaca, considerada mãe de aluguer, e injecções de progesterona asseguram que o útero esteja pronto para permitir o implante.
à A clonagem é um processo rápido que envolve poucos custos e produz um elevado número de organismos geneticamente idênticos, mas reduz a variabilidade genética das espécies, pois reduz o número de alelos do fundo genético, diminuindo a probabilidade de serem produzidas novas variedades, quer naturalmente quer artificialmente.
à Se ocorressem mudanças ambientais que tornassem o ambiente hostil as espécies clonadas poderiam desaparecer por falta de resistência às novas condições.
ENGENHARIA GENÉTICA NA CRIAÇÃO DE ANIMAIS
- Ratos transgénicos são utilizados como modelos para o estudo de doenças humanas.
- Ovelhas e porcos transgénicos são utilizados para produção de substâncias necessárias para medicamentos ou para transplante de órgãos para seres humanos.
- Estas técnicas podem ser a solução para a fome mundial
Aspectos controversos:
- Melhoramento genético de animais domésticos com interesses económicos em larga escala, decorrente de modificações na anatomia e na fisiologia dos animais (aumento de massa corpórea, da resistência a doenças, da produção de carne, etc.)
- Pode ter efeitos colaterais negativos a nível de eventuais afecções na saúde pública.
- Os animais transgénicos podem sair do espaço onde são criados, podendo cruzar-se com populações selvagens. Este perigo é muito elevado no meio aquático.
- Animais resultantes de FIV, como os transgénicos, requerem normalmente mais tempo de gestação e nascem com maior peso, originando partos problemáticos.
- Muitos animais têm malformações e problemas de saúde, não sobrevivendo muito tempo.
CONTROLO DE PRAGAS
Pragas: organismos devastadores que competem com o Homem pelo alimento, invadindo as culturas ou disseminando doenças nessas culturas.
COMO PROTEGER AS CULTURAS:
1) Luta química:
Pesticidas/ biocidas: produtos químicos que combatem as espécies nocivas:
- Inibem o crescimento das pragas
- Inibem a biossíntese de ácidos nucleicos, lípidos ou pigmentos.
- Inibem o desenvolvimento da plântula
- Inibem a fotossíntese
- Desorganizam a membrana plasmática
Vantagens:
- Aumenta a produtividade para uma população crescente
- Diminui o número de mortes causadas por insectos
Desvantagens:
- Causam doenças
- Perigo de envenenamento
- Poluição
- Dispêndio económico elevado
- Aceleram a resistência genética
- Afectam organismos não visados no tratamento
- Efeito cumulativo
Espectro de acção: avalia o número de espécies e estádios de vida que o biocida afecta.
à Insecticidas: eliminam os insectos e podem actuar por:
- Contacto: penetrando através da cutícula
- Ingestão: sendo absorvidos com o alimento
- Asfixia
> Insecticidas sistémicos: são mais eficazes, mais específicos e menos contaminantes para o ambiente. São transportados pela seiva das plantas e são absorvidos simultaneamente com a seiva pelos insectos consumidores.
à Herbicidas: totais (que eliminam todas as plantas) ou selectivos (que actuam apenas sobre determinadas espécies, inibindo a germinação das sementes, impedindo o desenvolvimento das plântulas ou bloqueando a fotossíntese).
à Fungicidas: combate os fungos. Inibem a germinação de esporos, inibem a respiração, a síntese proteica, a mitose e a biossíntese de esteróis.
Persistência de um pesticida: traduz o tempo em que um pesticida mantém a sua toxicidade no ambiente, após a aplicação.
Bioacumulação: algumas moléculas do pesticida são absorvidas e acumuladas em tecidos e órgãos específicos dos indivíduos, em níveis mais elevados do que os normais. Acumula-se durante a cadeia trófica.
Bioampliação: a concentração de alguns pesticidas aumenta quando eles passam sucessivamente para níveis tróficos mais elevados. Os organismos dos níveis tróficos superiores ingerem maior concentração de pesticida, podendo tornar-se perigosos quando são utilizados na alimentação.
2) Luta biológica: práticas alternativas
- Rotação de culturas
- Policultura em detrimento da monocultura
- Cultura em faixas
- Utilização de porta-enxertos resistentes à uma determinada praga
- Culturas em locais onde não existem as suas principais pragas
- Plantio de culturas marginais para atrair pragas para fora da cultura principal
- Plantio de sebes em redor das culturas de forma a fornecer habitats para predadores das pragas
Alguns microorganismos podem ser usados como biopesticidas (ex. bactéria Bacillus thuringiensis e as suas toxinas)
à Feromonas: substâncias químicas produzidas por seres vivos que desencadeiam uma reacção fisiológica ou um comportamento específico noutros animais da mesma espécie. Normalmente utilizam-se feromonas sexuais colocadas em armadilhas que capturam os insectos ou para atrair predadores
à Esterilização de machos: criação de grandes quantidades de machos de uma espécie que são esterilizados, em determinada fase do desenvolvimento, por métodos físicos (radiações ionizantes) ou químicos. Os machos estéreis são depois largados na área afectada, para competirem com os machos selvagens durante o acasalamento. Os machos esterilizados impedem a formação de ovos viáveis.
3) Luta integrada
- O programa de controlo de pragas associa várias técnicas, que incluem métodos de cultura, método de protecção biológica e métodos químicos, desenvolvidos em determinada sequência e tempo próprios.
- Não visa, em regra, erradicar as pragas, mas sim reduzir os prejuízos causados nas colheitas para níveis economicamente aceitáveis.
Para isso é necessário:
- Conhecer o ciclo de vida das plantas e das respectivas pragas
- Conhecer os habitats das pragas
- Conhecer o funcionamento do organismo desses seres
4) Controlo genético
- Cruzamentos selectivos: obtém-se variedades com as características que interessam
- Engenharia genética: transfere-se para a planta o gene que lhe permite resistir a uma agressor particular. Criam-se plantas transgénicas resistentes.
+
- Redução de custos no controlo de pestes
- Redução da quantidade de pesticidas e de fertilizantes
em regra altamente poluentes para o ambiente.
POLUIÇÃO E DEGRADAÇÃO DE RECURSOS
Impacte ambiental: alterações do meio ocasionadas por acções antrópicas.
CONTAMINANTES E EFEITOS FISIOLÓGICOS
Poluição: causada por substâncias presentes no ambiente que, devido à composição química ou concentração, provocam alterações ou impedem o regular funcionamento dos processos naturais. Este conceito é normalmente associado à acção antrópica. Afecta o ar (CO, NOx, SOx, Pb, etc), a água (concentração de O2 e Hg, Ph, temperatura, etc) e o solo (taxa de erosão,etc). O seu efeito pode ter carácter local, regional ou global.
Contaminação: quando a concentração de um composto químico excede determinado valor limite.
Poluentes: substâncias produzidas pela actividade humana que apresentam um impacte ambiental não negligenciável.
Toxicidade: capacidade que as substâncias têm em causar efeitos adversos a um determinado organismo.
A toxicidade de determinada substância depende de:
- Dose: quantidade de substância potencialmente nociva que um determinado ser vivo pode ingerir, inalar ou absorver através da pele.
- Acção de uma determinada dose ao longo do tempo
- Modo como ocorreu a exposição do organismo
- Modo de funcionamento dos sistemas de eliminação da substância pelo organismo
- Património genético individual
DL50: dose que origina a morte de 50% dos indivíduos de uma população estudada.
à A exposição de um organismo a substâncias tóxicas provoca determinados danos que globalmente são designados como resposta do organismo ao agente.
à Algumas substâncias ao entrarem no organismo participam nas reacções metabólicas que conduzem à sua eliminação pela função excretora ou, pelo contrário, acumulam-se no organismo (ex. metais pesados)
Efeito agudo: reacção rápida resultante da exposição a uma determinada substância nociva.
Efeito crónico: consequência permanente devido à exposição prolongada a uma determinada substância perigosa (ex. mercúrio)
à Ao longo das cadeias alimentares, os níveis de alguns poluentes aumentam de nível para nível trófico – bioampliação. Os efeitos revelam-se mais tarde noutras espécies que ocupam os níveis tróficos mais elevados e que, por conseguinte, acumulam nos seus tecidos altas concentrações do poluente.
Sinergismo: ocorre quando o efeito combinado de dois agentes é superior à soma do efeito que cada agente apresenta quando actua isoladamente.
Algumas substâncias tóxicas podem ser consideradas:
Agentes mutagénicos: originam alterações permanentes no genoma de uma célula em relação a uma determinada sequência de DNA. As alterações podem ser transmitidas à descendência.
Agentes cangerígenos: provocam alterações ao nível do DNA celular, podendo resultar no desenvolvimento de um tumor maligno.
Agentes teratogénicos: factores que podem ser responsáveis pelo aparecimento de anomalias morfológicas e funcionais num embrião ou feto.
ALTERAÇÕES DA QUALIDADE DA ÁGUA
à Devido ao aumento da população humana e à utilização massiva de produtos como detergentes, fertilizantes ricos em azoto e fósforo, verificam-se efeitos negativos em ecossistemas de água doce.
Poluição da água: quando se verifica a alteração das suas características por acções antrópicas.
Eutrofização: enriquecimento excessivo em nutrientes, principalmente azoto e fósforo, que promovem o desenvolvimento de organismos fotoautotróficos (algas verdes e cianobactérias). Pode ter origem natural ou cultural (antrópica).
Eutrofização natural: processo muito lento associado à evolução natural dos ecossistemas, durante um fenómeno de sucessão ecológica (ex. transformação de um ecossistema lacustre num terrestre)
Eutrofização cultural ou acelerada: processo de enriquecimento em nutrientes, acelerado pelas actividades humanas, culminando na eutrofização.
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Aumento da produtividade primária – proliferação de cianobactérias, algas e outros seres fotossintéticos como resposta ao aumento de nutrientes. Lagos eutróficos apresentam grande produtividade primária, ao contrário dos oligotróficos.
à Num processo de eutrofização cultural, o influxo de fósforo, azoto e outros nutrientes, num determinado ecossistema pode provir de: esgotos domésticos, esgotos industriais, fertilizantes agrícolas, detergentes, etc.
QUALIDADE DAS ÁGUAS
Para caracterizar a qualidade da água é preciso avaliar as variáveis:
- Físicas: cor, turvação, sabor e odor
- Químicas: salinidade, dureza, alcalinidade, oxidabilidade, sólidos dissolvidos totais, substâncias tóxicas, etc
- Biológicas: densidade populacional, do organismo que se pretende identificar.
à A poluição pode ser causada por matéria orgânica biodegradável – resíduos que são passíveis de serem decompostos pela actividade de certos seres vivos, quer em anaerobiose como em aerobiose.
- Os organismos decompositores aeróbios consomem o O2 dissolvido na água, passando a competir com os demais organismo e proliferando mais rapidamente que estes. Assim, peixes e outros seres vivos morrem.
- Mesmo quando o O2 é quase inexistente, os decompositores anaeróbios continuam a sua actividade libertando odores e conferindo aspecto e sabores indesejáveis à água.
CBO – carência bioquímica de oxigénio: quantidade de oxigénio dissolvido na água necessário para a decomposição da matéria orgânica para que ocorra a reciclagem dessa matéria.
Soluções para a poluição da água
1 – Prevenção
2 – Tratamento
1) - Reduzir a emissão de efluentes tóxicos
- Separar esgotos do sistema de águas residuais
- Impedir a exploração de petróleo em zonas sensíveis
- Banir petroleiros de casco simples
- Reciclar óleos usados
- Promover um ordenamento das zonas ribeirinhas e costeiras
- Reduzir a utilização de detergentes
2) - Fossas sépticas
- ETAR
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
O tratamento de esgotos é feito nas ETARes – estações de tratamento de águas residuais. Inclui 4 etapas:
1) Tratamento preliminar:
O efluente é sujeito a processos físicos (crivagem, tamisagem, desareação) com vista à remoção e desintegração dos sólidos de maiores dimensões.
2) Tratamento primário:
Há redução da velocidade e são eliminadas 50% a 60% das matérias em suspensão, decantadas sob forma de lamas (lamas primárias). As partículas orgânicas removidas arrastam consigo uma grande quantidade de bactérias, diminuindo o CBO. À saída, o efluente é constituído essencialmente por água, partículas coloidais ou suspensas e matéria orgânica.
3) Tratamento secundário:
Num biorreactor, que por aerobiose como por anaerobiose, as substâncias orgânicas são oxidadas pela acção de microorganismos. A biomassa que se encontra em suspensão é denominada por sistema de lamas activas. Depois ocorre nova decantação formando as lamas secundárias.
4) Tratamento terciário ou avançado:
Tratamento físico-químico que conduz à remoção de nutrientes e poluentes específicos, bactérias e sólidos suspensos. É um processo bastante dispendioso pelo que nem todas as estações o efectuam.
- O biogás, produzido durante o tratamento anaeróbio, pode ser valorizado como fonte de energia.
- Os biossólidos ou lodos tratados (lamas) podem ser utilizadas como fertilizantes e condicionadores de solo.
TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS
Com a Revolução Industrial o problema dos resíduos sólidos aumentou, uma vez que o desenvolvimento das sociedades urbanas e industriais ocorreu de forma desordenada e à custa de níveis crescentes de poluição e degradação ambiental.
RSU – resíduos sólidos urbanos: refere-se não só à mistura de matérias e de objectos de proveniência doméstica, como também engloba os resíduos com origem no sector dos serviços ou estabelecimentos comerciais, industriais ou de unidades prestadoras de cuidados de saúde com uma natureza ou composição idêntica da dos domésticos.
à As lixeiras ou vazadouros geravam problemas estéticos e de saúde pública.
Aterros sanitários: tratamento do lixo com posterior incineração ou compostagem. Tem como objectivo a deposição dos resíduos acima ou abaixo da superfície natural. A colocação dos resíduos é feita de uma forma controlada e existe uma monitorização permanente do local.
Resolvem o problema durante um certo período de tempo, por isso não são a melhor solução. Os aterros necessitam de grandes espaços, um enquadramento paisagístico adequado e um controlo rigoroso dos resíduos.
Incineração: tratamento por via da combustão, em os RSU são reduzidos a cinzas e gases. Segundo alguns especialista, a incineração é um convite à produção de maior quantidade de resíduos, em vez de se apostar numa política de valorização dos mesmos.
Podem-se formar subprodutos perigosos como dioxinas, furanos e outros compostos com metais pesados.
Compostagem: é como uma adaptação industrial de uma prática agrícola. Há decomposição de matéria orgânica, em condições de aerobiose, de uma forma controlada, ocorrendo a produção do composto. Este é um material estabilizado que não deve ficar sujeito à ocorrência de reacções de decomposição.
Diferenciam-se duas fases:
- Fase Termófila (2 a 4 semanas): aumento da temperatura até 70ºC, com posterior arrefecimento até 30ºC.
- Fase Mesófila (2 a 4 meses): estabilização do produto (composto) atingindo-se a temperatura ambiente.
Vantagens:
- Não são necessárias grandes áreas para o tratamento dos resíduos
- Permite valorizar os resíduos no composto
- O composto é um material rico em nutrientes
- Actua no solo como uma esponja retendo a humidade e nutrientes
- Melhora as características dos solos (nova estrutura)
- Os solos ficam menos afectados pela erosão
- Diminui a utilização de fertilizantes
- Reduz a quantidade de resíduos nos aterros
- Não requer conhecimentos técnicos ou equipamento especializados.
REDUZIR, RECICLAR E REUTILIZAR
Reciclagem primária: transforma os resíduos eliminados pelos consumidores em novos produtos do mesmo tipo. Permite reduzir entre 20% a 90% a utilização de matéria-prima no fabrico de um determinado produto.
Reciclagem secundária: converte os resíduos em outro tipo de produtos, geralmente de qualidade inferior. Permite reduzir 25% a utilização de matéria-prima.
Se o modelo de desenvolvimento actual não for modificado a curto prazo, a nossa sociedade entrará rapidamente em colapso. O novo modelo de desenvolvimento sustentável deve funcionar como um sistema fechado, onde se promova o uso racional da energia, a reciclagem e a reutilização dos materiais com a consequente redução dos resíduos produzidos, garantindo, ao mesmo tempo, um controlo das fontes de poluição.
IMPACTES HUMANOS A NIVEL GLOBAL
Efeito de estufa: (ver ficha de apoio)
Efeito produzido pela retenção de parte da radiação IV emitida pela superfície da Terra feita por diversos gases que se encontram na troposfera. Trata-se de um efeito natural responsável pela manutenção da temperatura terrestre.
No entanto, as actividades humanas têm intensificado este processo.
Gases com efeito de estufa:
- CO2: origem nos combustíveis fósseis, desflorestação, industrias…
- CH4: origem em plantações de arroz, aterros, minas de carvão, produção de petróleo e gás natural.
- N2O: origem nos combustíveis fósseis, adubos, lixeiras…
- CFC: origem no ar condicionado, frigoríficos, aerossóis…
à Parte da energia absorvida pela Terra é irradiada sob forma de radiação IV, que é absorvida pelo vapor de água, CO2 e CH4, entre outros gases presentes na atmosfera. Com o aumento dos gases, a atmosfera terá capacidade de absorver mais radiação IV, originando uma alteração no equilíbrio térmico do planeta.
Algumas consequências:
- Fusão das calotes polares
- Aumento do nível médio da água dos oceanos
- Menor qualidade da água
- Extinção de fauna e flora
- Problemas na agricultura e pesca
- Maior probabilidade de infecções alimentares
- Aumento do risco associado a doenças
- Aumento do risco de incêndios florestais
Chuvas ácidas
Os gases com azoto e enxofre produzidos nas mais diversas actividades humanas, ao reagir com o vapor de água existente na atmosfera, produzem ácidos como o ácido nítrico e ácido sulfúrico, que constituem a chuva e a neve ácida (pH < 5,6). Estas provocam perdas na produtividade agrícola, dado que se verifica a acidificação dos solos, e a corrosão/destruição de obras arquitectónicas.
Camada de ozono
Situa-se na estratosfera (15km a 50km), constituída por O3, e tem a função de “filtrar” as radiações solares, impedindo que a maior parte dos raios UV chegue à superfície terrestre.
A sua destruição deve-se aos CFCs:
- Na Antártida o caso é mais grave. As temperaturas muito baixas nesta região favorecem o aparecimento de nuvens polares estratosféricas, que levam à acumulação de compostos com cloro, acelerando a destruição química do O3
Devido à menor protecção da camada de ozono, a radiação UV pode provocar o aparecimento de cancro de pele e diminuir a produtividade agrícolas.
- O ozono troposférico é considerado um poluente secundário, resultante da oxidação fotoquímica de poluentes como N2O que são produzidos durante a combustão em indústrias e nos automóveis. O O3 troposférico acarreta variados problemas de saúde, principalmente a nível respiratório.
- O smog fotoquímico forma-se a partir da conjugação entre temperaturas elevadas, baixa humidade e gases poluentes.
CRESCIMENTO POPULACIONAL E SUSTENTABILIDADE
- Durante muitos milénios, o crescimento da população humana foi muito lento, uma vez que a taxa de mortalidade – número de óbitos ocorridos num certo período de tempo por mil habitantes – era muito elevada.
- Com a sedentarização e a domesticação de animais, a densidade populacional aumentou ligeiramente, mas a esperança média de vida continuava a ser muito baixa.
- A Revolução Industrial trouxe mais conforto e fez com que a taxa de mortalidade diminuísse.
- Durante o séc.XX ocorreram inovações tecnológicas que melhoraram muito as condições de vida da população, acelerando o seu crescimento (exponencial).
Demografia: estudo dos padrões de crescimento, do movimento e do desenvolvimento das populações humanas.
A pressão antrópica e a expansão dos centros urbanos aumentaram drasticamente a quantidade de resíduos e calor emitidos. A remoção da cobertura vegetal dos solos, a impermeabilização e a compactação do solo, diminuem drasticamente a biodiversidade.
Existem 3 factores fundamentais que estão na origem dos impactes ambientais:
- Número de pessoas que constituem a população
- O consumo médio de recursos por pessoas
- Impactes ambientais resultantes da utilização da tecnologia utilizada para produzir cada unidade de um determinado bem de consumo.
PEGADA ECOLÓGICA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
Pegada Ecológica: avalia a extensão com que uma dada população se apropria do espaço biologicamente produtivo. Permite calcular a área de terreno produtivo necessária para sustentar o nosso estilo de vida.
Para a calcular é necessário avaliar várias categorias de terrenos (agrícola, pastagens, oceanos, floresta, energia fóssil e construídos) e de consumo (alimentação, habitação, energia, bens de consumo, transportes, etc.).
- Somando as várias pegadas parcelares obtemos um valor global que representa uma área produtiva capaz de repor, pelo menos em teoria, o capital natural por nós consumido.
- Esta área pode ser comparada com a biocapacidade - capacidade de produção biológica num dado ano que pode ser utilizável por um determinado pais tendo em conta a sua área produtiva – através do passivo ecológico - diferença entre o valor da pegada ecológica e o da biocapacidade.
Para que a sociedade seja sustentável, a Pegada Ecológica terá de ser inferior à biocapacidade (ou capacidade de carga) do planeta ou região, dependendo da escala em causa.
Eliminar o passivo ecológico:
- Melhorar os sistemas produtivos (energias alternativas)
- Mudança nos padrões de consumo de energia, minerais, água… Redução da pegada ecológica
- Controlo demográfico
- Protecção, gestão equilibrada e recuperação dos ecossistemas à Manutenção da biodiversidade
à Para um modelo de desenvolvimento sustentável, os altos níveis de consumo de recursos e de energia não são necessários para sustentar uma boa qualidade de vida
à No sentido de minorar os impactes ambientais que possam vir a acontecer nos países em vias de desenvolvimento, sugere-se que os benefícios tecnológicos possam ser transferidos dos países desenvolvidos para os que estão à procura desse desenvolvimento, para tornar a pegada ecológica mundial mais leve.
à É urgente gerir de uma forma sustentável os recursos da Terra e apostar numa nova educação centrada na aquisição de competências que permitam promover políticas de sustentabilidade.
Como reduzir a pegada
Alimentos
- Preferência pelo consumo de produtos nacionais ou produzidos localmente, por alimentos da época e produzidos através da agricultura biológica;
- Incremento da produção local de alimentos, nos quintais e hortas existentes;
- Adopção de uma alimentação preferencialmente à base de cereais e vegetais, em detrimento da carne e peixe;
- Redução do consumo de “fast food”.
Bens de consumo
- Redução do nível de consumo, principalmente de bens supérfluos;
- Preferência de produtos “amigos do ambiente”, duradouros, reciclados ou recicláveis;
- Reutilização e reaproveitamento de bens, compra em segunda mão.
Energia e água - Poupança de energia e água através de simples práticas caseiras, como seja o isolamento térmico, utilização de lâmpadas e aparelhos eléctricos de menor consumo, diminuição do volume de água do autoclismo, etc.;
- Se for viável, investimento em painéis solares ou outras formas de energia renovável.
Transportes
- Utilização preferencial de transportes públicos, principalmente ferroviários;
- Sempre que possível andar a pé ou de bicicleta;
- Manutenção frequente da viatura particular; compra de carros de baixo consumo e abastecidos a gasolina sem chumbo.
Serviços públicos
- Adopção de formas de recreio e turismo com menores impactes ambientais (eco-turismo).
Resíduos
- Compostagem de resíduos orgânicos no jardim ou quintal de casa;
- Reciclagem de papel, vidro, plástico, embalagens, pilhas, latas (ecopontos);
- Reutilização e reaproveitamento de bens, utilização de sacos de compras reutilizáveis;
- Prioridade de compra de produtos que não venham envolvidos em embalagem excessiva.
