Segundo a palestra dada no dia dezasseis de março de dois mil e dezassete aos alunos de biologia de 11º e 12º ano, este artigo tem como temática as diversas componentes que fazem parte do nosso sistema nervoso, bem como o seu funcionamento e a interação com os restantes órgãos que constituem o nosso organismo. Introdução Ao longo de toda a sua vida o Homem encontra-se em permanente relação com o ambiente que o rodeia, onde recebe constantemente inúmeros estímulos como variações de luz, temperatura, ruídos, vozes, etc. O Homem recebe estes sinais, analisa-os, coordena-os e reage, sendo que são os nervos, constituídos por neurónios, que lhe permitem a captação destes sinais e sem os quais o ser humano não sobreviveria. Posto isto, é necessário sabermos detalhada e pormenorizadamente a constituição, funcionamento e estrutura do sistema nervoso, que engloba o conjunto de todo o tipo de neurónios (e consequentemente) e nervos que existem no organismo. Organização do Sistema Nervoso O sistema nervoso permite a integração das informações provenientes tanto dos recetores sensoriais que captam estímulos do meio exterior, como dos diferentes órgãos do organismo, usando-as para controlar a fisiologia e o funcionamento do organismo. Este sistema compreende o Sistema Nervoso Central (SNC), constituído pelo encéfalo e medula espinhal, e o Sistema Nervoso Periférico (SNP), composto por nervos e gânglios nervosos, que interagem com os diferentes órgãos do organismo, funcionando como um meio de ligação entre estes e o SNC (Fig.1). Sistema Nervoso Central: Encéfalo O encéfalo encontra-se no interior da caixa craniana e entre os vários órgãos que o constituem pode-se destacar o cérebro, o cerebelo, e o bolbo raquidiano (Fig.2). Cérebro: Parte do encéfalo que intervém nas emoções e pensamento consciente que se encontra dividido por um sulco longitudinal em dois hemisférios cerebrais, cuja superfície apresenta numerosos sulcos que desenham circunvoluções, permitindo um aumento significativo da sua área. Os dois hemisférios estão ligados, inferiormente, por duas pontes de uma substância branca: o corpo caloso e o trígono cerebral, constituídos maioritariamente por axónios e células gliais (células não neuronais do sistema nervoso central que proporcionam suporte e nutrição aos neurónios), que iremos falar mais á frente. A camada exterior de cada hemisfério, conhecida por córtex cerebral, é constituída por substância cinzenta, formada por corpos celulares e uma grande quantidade de dendrites, sendo aí que o cérebro processa a informação. Cerebelo: Parte do encéfalo que coordena os movimentos subconscientes. O cerebelo assegura o equilíbrio do corpo e a coordenação dos movimentos. E constituído por milhões de neurónios agrupados em duas metades, ou hemisférios, e pesa cerca de 10 por cento do peso do encéfalo. O cerebelo recebe constantemente informações atualizadas acerca da posição e movimentos do corpo. Emitindo sinais para os músculos, controla a postura corporal e o equilíbrio dos movimentos. Bolbo Raquidiano: Parte inferior do tronco cerebral ligada à espinal medula. Controla as funções essenciais à vida, tais como a respiração, o ritmo dos batimentos cardíacos e a tensão arterial. Mantém as funções vitais e é o ponto em que se entrecruzam muitas fibras nervosas. Medula Espinhal A medula espinhal apresenta-se como uma continuidade do encéfalo fazendo parte do sistema nervoso central e encontra-se alojada no interior da coluna vertebral. Esta estrutura é crucial para o funcionamento adequado do organismo e indispensável à sua sobrevivência, estando protegida pelos ossos da coluna vertebral. Tal como o encéfalo, a medula espinal é formada por uma substância cinzenta e uma branca. O centro da medula tem forma de borboleta e constitui a massa cinzenta. As zonas anteriores contêm os corpos celulares dos neurónios motores, que transmitem informações do encéfalo ou da medula espinal para os músculos, estimulando o movimento. As zonas posteriores contêm neurónios sensitivos, que transmitem as informações sensoriais provenientes de outras partes do corpo através da medula espinal até ao encéfalo. A substância branca circundante contém fibras nervosas que transportam informações sensoriais do resto do corpo para o encéfalo (feixes ascendentes) e colunas que transportam impulsos do encéfalo para os músculos (feixes descendentes) (Fig.3). A medula espinhal tem como principal função a transmissão de sinais nervosos entre as diferentes partes do corpo e o cérebro mas, através dos circuitos nervosos que a compõem pode controlar de forma independente os mais diversos reflexos do corpo. De uma forma simples pode-se enumerar três principais funções da medula espinhal:
Sistema Nervoso Periférico O Sistema Nervoso Periférico é um conjunto de estruturas nervosas constituído por nervos e gânglios. Os nervos têm forma de cordões cilíndricos mais ou menos espessos, de comprimento variável, de coloração branco-rosada e são formados essencialmente por prolongamentos (conjunto do axónio e da bainha de mielina) das células nervosas aos quais se chamam fibras nervosas. Os nervos são constituídos por conjuntos destas fibras organizadas em feixes que, por sua vez, estão revestidos por um tecido onde circulam vasos sanguíneos- o tecido conjuntivo. Asseguram a ligação entre os centros nervosos e as várias partes do corpo, sendo que as células nervosas, ou neurónios, representam a unidade estrutural do sistema nervoso. A sua característica mais relevante é a presença de uma ou mais expansões protoplasmáticas (prolongamentos) de tamanhos diferentes, que emergem do corpo celular propriamente dito, as dendrites e os axónios, essenciais para o bom desempenho das funções dos neurónios: a transmissão e receção de impulsos nervosos (Fig.4). O Neurónio: A unidade básica do sistema nervoso é o neurónio, célula nervosa onde se distinguem quatro zonas (Fig.5):
Transmissão do impulso nervoso ao longo dos neurónios Em 1786 descobriu-se, através da realização de experiências com músculos de rã, que os nervos podem ser estimulados por uma corrente elétrica, contudo mais tarde verificou-se que a velocidade do impulso nervoso é demasiado baixa para poder corresponder a uma corrente elétrica ao longo da fibra nervosa. Posto isto, em 1900 foi sugerido que o impulso nervoso seria um fenómeno eletroquímico, envolvendo o movimento de iões através da membrana do neurónio. Nos neurónios, tal como em outras células do nosso organismo, existe uma desigual distribuição de iões negativos e positivos de um e do outro lado da membrana plasmática. Essa diferença faz com que a face interna da membrana seja negativa e a face externa positiva- membrana polarizada. Esta diferença de potencial elétrico denomina-se de potencial de repouso (Fig.6). Quando o neurónio é estimulado, a permeabilidade da membrana a certos iões é alterada, tornando a sua face interna mais positiva do que a face externa- membrana despolarizada. Esta diferença de potencial elétrico denomina-se de potencial de ação (Fig.7). O potencial de repouso deve-se, principalmente, à diferença de concentração de iões positivos de sódio e potássio, dentro e fora da célula, que se mantêm através de bombas de sódio e potássio, com consumo de ATP. No entanto, na membrana celular, existem canais que permitem a passagem destes iões de forma passiva; quando o neurónio está em repouso, estes canais encontram-se fechados, abrindo-se quando a célula é estimulada. Atingindo o final do axónio, o impulso nervoso passa para outro neurónio ou para uma célula efetora (Fig.8). Sinapse As terminações dos axónios estabelecem ligações com as dendrites ou com o corpo celular dos neurónios seguintes, sendo que a passagem do impulso nervoso de um neurónio para outro faz-se através de sinapses. Esta é uma região de contacto muito próxima entre a extremidade de um neurónio e a superfície de outras células, havendo dois tipos de sinapses: as sinapses elétricas e as sinapses químicas. Sinapse elétrica Nesse tipo de sinapse, há comunicação direta entre as células envolvidas e, por isso, a propagação do impulso não é mediada por neurotransmissores (Fig.9). A transmissão, neste caso, ocorre devido à junção da membrana de duas células, formadas por proteínas denominadas conexinas. Esses canais permitem a passagem direta de iões inorgânicos e pequenas moléculas solúveis em água do citoplasma de uma célula para outra, o que liga as células eletricamente (e também metabolicamente). Isto permite que os potenciais de ação se espalhem rapidamente de uma célula para a outra, sem a "demora" que ocorre nas sinapses químicas. Este tipo de sinapse é vantajoso quando a velocidade e a precisão na transmissão do impulso são fundamentais. Pode ser verificada, nos vertebrados, em células do músculo cardíaco, uma vez que a ligação elétrica sincroniza as suas contrações, e dos músculos lisos, responsáveis, por exemplo, pelos movimentos peristálticos do intestino. Sinapse química Nas sinapses químicas, o axónio de um neurónio não contacta diretamente com as dendrites de outro neurónio ou com a célula efetora, criando, assim, um pequeno espaço entre estes designado fenda sinática. Quando o impulso nervoso chega à zona terminal do axónio, as vesículas contendo neurotransmissores, substâncias químicas produzidas pelos neurónios, fundem-se com a membrana da célula pré-sinática, lançando os neurotransmissores na fenda sinática. A membrana da célula pós-sinática possui recetores específicos para os neurotransmissores, que, ligando-se a eles, permitem a alteração da permeabilidade da membrana e a continuidade do impulso nessa célula ou o estímulo de um órgão efetor (Fig.10 e Fig.11). Canais Iónicos Canais iónicos são proteínas da membrana celular que formam poros aquosos através da mesma, pelos quais passam os iões, do meio extracelular para o meio intracelular e vice-versa. Ajudam a estabelecer e controlar a diferença de potencial elétrico (gradiente de voltagem) através da membrana da célula, permitindo o fluxo de iões pelo seu gradiente eletroquímico. Existem dois tipos básico de canais iónicos de permeabilidade seletiva: dependentes da voltagem (Fig.12 - A) e dependentes do ligante (Fig.12 - B). Células Gliais As células gliais são células auxiliares que possuem a função de suporte e nutrição relativamente às células constituintes do sistema nervoso central (SNC). Elas diferem em forma e em funcionamento, sendo elas: oligodendrócitos, astrócitos, células de Schwann, células ependimárias e micróglias (Fig.13). Oligodendrócitos Estas células são responsáveis pela produção da bainha de mielina e possuem a função de isolante elétrico dos neurónios. Possuem prolongamentos que se enrolam ao redor dos axónios, produzindo a bainha de mielina. Astrócitos São células de formato estrelado com várias dendrites que se espalham à volta do corpo celular. Estas células ligam os neurónios aos capilares sanguíneos. Os astrócitos também participam no controle da composição iónica e molecular do ambiente extracelular dos neurónios. Algumas destas células apresentam prolongamentos que são denominados pés vasculares, que se expandem sobre os capilares sanguíneos, sendo provável que esta estrutura transfira substâncias como moléculas e iões do sangue para as células nervosas. Estas células participam ainda na regulação de diversas atividades neuronais, podendo influenciar a atividade e a sobrevivência dos neurónios, devido à sua capacidade de controlar constituintes do meio extracelular, absorver excessos localizados de neurotransmissores e sintetizar moléculas neuroativas. Células de Schwann Possuem a mesma função dos oligodendrócitos, no entanto, localizam-se ao redor dos axónios, no sistema nervoso periférico. Cada uma destas células forma uma bainha de mielina em torno de um segmento de um único axónio, contribuindo para a completa transmissão do impulso nervoso. Células Ependimárias São células epiteliais colunares que revestem os ventrículos do cérebro e o canal central da medula espinhal. Em algumas regiões estas células são ciliadas, facilitando a movimentação do líquido cefalorraquidiano. Micróglias Estas células são pequenas e alongadas, com prolongamentos curtos e irregulares. São fagocitárias e derivam de precursores que alcançam a medula óssea através da corrente sanguínea, representando o sistema mononuclear fagocitário do SNC. Segregam diversas citocinas que intervém na defesa das células nervosas e removem os restos celulares resultantes de lesões no SNC. Tipos de neurónios:
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Augusto Marques
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Introdução Desde o início da agricultura e da criação de animais que o ser humano se preocupou em selecionar e realizar cruzamentos seletivos de modo a escolher os indivíduos com as características pretendidas. Nos dias de hoje, os progressos tecnológicos da última década permitiram o desenvolvimento de novas técnicas para o estudo e manipulação de genes dando lugar à Engenharia Genética. Esta recorre a técnicas de biologia molecular para manipular os genes, alterando a sua estrutura e características, sendo as principais a técnica do DNA recombinante, a técnica do DNA complementar e as reações de polimerização em cadeia, que contribuíram, entre outros, para a resolução de problemas a nível mundial como o combate à fome e a cura de doenças genéticas e infecciosas. Localizar e Separar um Gene: As Enzimas de Restrição Um dos contributos mais importantes para a revolução biotecnológica atual foi a descoberta das enzimas ou endonucleases de restrição, que vieram a constituir a primeira ferramenta da engenharia genética. Estas enzimas cortam a hélice dupla do DNA em zonas específicas. Após estudos genéticos em bactérias e em bacteriófagos (vírus) que as invadem e se multiplicam no seu interior, descobriu-se que as bactérias produzem enzimas para se defenderem do DNA viral. Estas enzimas clivam o DNA em sequências nucleotídicas específicas, atuando em pontos específicos, as zonas de restrição, originando porções menores de DNA em cadeia dupla, porém com uma pequena parte em cada extremidade de DNA de cadeia simples. Estas porções terminais denominam-se extremidades coesivas. As extremidades coesivas do DNA deixadas livres como resultado da atuação das enzimas de restrição podem ligar-se por complementaridade a outro DNA. Neste processo intervêm outras enzimas chamadas ligases do DNA que asseguram a ligação de fragmentos de DNA. Técnica do DNA recombinante (rDNA) A descoberta das enzimas de restrição e das ligases do DNA permitiu a manipulação e transferência de genes de uma molécula de DNA para outra, isto é de um ser vivo para outro. Este processo é executado de acordo com as seguintes etapas:
Através deste processo, é possível obter inúmeras cópias de um determinado gene e, por sua vez, a produção de proteínas para uma tarefa específica na célula, tendo também, um elevado número de aplicações. Técnica do DNA complementar A obtenção do DNA complementar consiste no isolamento de uma molécula de RNA mensageiro matura e na formação de um DNA sintético a partir da ação da enzima “transcriptase reversa” na mesma. Nesta situação o RNA mensageiro funciona como molde para a síntese de uma cadeia de DNA, que é um processo inverso do que se passa habitualmente na transcrição. Deste modo, obtêm-se uma molécula de DNA de cadeia dupla com o gene necessário para a produção de uma certa proteína. Este processo rege-se pelas seguintes etapas:
Este processo foi usado principalmente na produção de substâncias como a insulina humana, sendo este executado no isolamento do gene que codifica a produção da insulina humana (entre outros). Após ter sido adquirido um DNA com o gene da insulina, pela técnica do DNA recombinante, esta foi produzida em maiores quantidades, permitindo o tratamento de doenças como a diabetes. Reação de polimerização em cadeia (PCR) Esta técnica consiste na amplificação, de forma rápida e eficiente, de uma determinada porção de DNA, através de replicações sucessivas da mesma, seguindo diferentes passos:
Conclusão Em suma, é viável afirmar que um gene é localizado e separado de uma molécula de DNA através das enzimas de restrição, tendo estas um papel crucial no procedimento de técnicas básicas ao nível da engenharia genética como o DNA recombinante, o DNA complementar e o PCR, usadas no isolamento, separação e expressão de um determinado gene, a controlo do cientista. Estas técnicas têm diversas aplicações, entre as quais se pode realçar o desenvolvimento de OGM’s, o aumento do rendimento de plantas; o desenvolvimento de processos de clonagem; o aperfeiçoamento e rentabilização dos processos de produção de vários alimentos (pão, vinho, queijo, iogurte, etc.) e finalmente a realização de testes/experiências relativamente ao diagnóstico e cura de doenças hereditárias. Bibliografia:
Augusto Marques Introdução
A ética é uma temática que desde sempre ocupou a mente dos filósofos; já no tempo de Sócrates se debatiam os assuntos éticos da Ciência. Mas se nos dias de hoje se reconhece que o desenvolvimento social passa cada vez mais pelo pilar da Ciência e Tecnologia, também é fácil reconhecer que nas realizações técnico-científicas se deve procurar como principal objetivo o bem comum a todos. Considerando as diferentes e importantes doenças e epidemias que assombram a Humanidade, a Biotecnologia vai alterando o panorama das doenças a nível mundial. O grande objetivo passa pela erradicação de muitas doenças infecciosas que estão na origem das elevadas taxas de imortalidade, aumentando a esperança média de vida. Da aniquilação da varíola até à SIDA, passando por outras como a tuberculose ou a hepatite, fazem com que a Engenharia Genética assuma um relevante papel nas áreas de diagnóstico e terapia. Todavia, os defensores desta ciência são considerados como possuidores de uma visão utilitária da natureza, favorecedores do ganho económico em detrimento do meio ambiente e indiferentes às consequências nos seres humanos. Os pontos centrais das críticas que lhes são dirigidas referem-se aos efeitos da Biotecnologia sobre as condições socioeconómicas, assim como os valores religiosos e morais, o que dá origem a vários problemas éticos. A Engenharia Genética: Aspeto sociais, éticos e de segurança A engenharia genética é o termo usado para descrever algumas técnicas modernas em biologia molecular que vem a renovar o que era outrora a biotecnologia. Pode também ser definida como o conjunto de técnicas capazes de permitir a identificação, manipulação e multiplicação de genes em organismos vivos, sendo uma ciência recente que tem possibilitado a realização de experiências na área da genética, da saúde e da agricultura, resultando em avanços notáveis nos últimos anos. O objetivo da engenharia genética, à semelhança do que foi dito anteriormente, é adicionar ou retirar características de seres vivos para benefício do homem. Contudo, como para qualquer nova tecnologia, podem-se sempre levantar dúvidas quanto aos riscos potenciais da engenharia genética e das novas biotecnologias, sendo mais difícil tranquilizar a sociedade. De facto, é praticamente impossível provar que estas novas tecnologias são absolutamente seguras e as suas aplicações eticamente corretas. Para além disso, as questões científicas e técnicas subjacentes são complexas e nem sempre ao alcance da maioria da população. No entanto, é importante garantir que a sociedade tenha a oportunidade de compreender, com rigor, o potencial impacte de todos estes novos desenvolvimentos. Agora que se conhece um esboço da sequência do genoma humano[1], o nível das expetativas sobre as aplicações da biotecnologia aumenta significativamente. Estas fornecem inúmeras vantagens:
Contudo, é compreensível que a explosão de toda esta informação genética e a antecipação das suas múltiplas aplicações levante questões sociais, éticas, filosóficas e mesmo religiosas:
Não obstante, há também desvantagens nos dias de hoje com o uso destas novas biotecnologias passíveis de criarem um futuro indesejado pela sociedade, principalmente devido à intensa manipulação dos genes de espécies de plantas, tais como:
Conclusão Em suma, o domínio recentemente adquirido da manipulação dos genes e dos genomas deu origem a um progresso irreversível à biotecnologia, oferecendo à humanidade hipóteses sem precedente que verão a sua plena expansão ainda neste século. Apesar disto, é crucial fazer uma escolha nas técnicas de engenharia genética a serem utilizadas, pois estas não são inocentes e não podem ser praticadas de forma desejável e individualista enquanto a sociedade não estiver totalmente informada, uma vez que estas acarretam riscos irreversíveis para a Humanidade e para o Mundo. [1] “Projeto Genoma Humano”: Projeto internacional, iniciado a 1990 e concluído em 2003, com o objetivo de mapear o genoma humano e identificar todos os nucleótidos que o compõem. Bibliografia:
Augusto Marques Introdução O mecanismo para a transmissão de genes de uma geração para a seguinte já é conhecido há alguns anos e recentemente descobriram-se pormenores sobre o modo como os genes atuam sobre as células. Hoje, um problema em suspenso na genética é determinar como os genes são controlados, uma vez que praticamente todas as células num organismo contêm a mesma quantidade de informação genética; contudo, cada célula utiliza somente uma fração dos seus genes. Isto significa que alguns dos seus genes estão a ser utilizados, enquanto que outros estão inativos. Assim, a diferenciação celular que resulta no desenvolvimento de um organismo é, consequentemente, o resultado de atividade genética seletiva, no sentido de originar proteínas específicas e células funcionalmente diferentes. No entanto, não esclarece o motivo por que muitas destas proteínas são produzidas apenas em certas células dum organismo. A hemoglobina, por exemplo, é sintetizada em relativamente poucas células produtoras de sangue. As enzimas importantes para a digestão, como a pepsina e a tripsina, são formadas apenas em certas glândulas. Posto isto, quais são os fatores controlantes da ativação ou repressão dos genes? Controlo da Expressão Genética ao Nível da Transcrição Para além dos mecanismos de adaptação utilizados pelas células em resposta a modificações das condições ambientais, a diferenciação celular e o desenvolvimento implicam a expressão sequencial de genes ou de grupos de genes, isto é todos os processos desde a transcrição até à síntese proteíca. O resultado final de um gene ser ou não "expresso" é o de produzir ou não uma proteína, visto que esta é que vai levar a cabo a função especificada pelo gene. Posto isto, a regulação pode ocorrer em qualquer fase deste processo, sendo o principal modo de controlo da expressão genética, tanto em eucariontes como procariontes, a nível da transcrição. A expressão de um gene pode depender de um fator de transcrição estar ou não ativo num determinado tecido. Considere-se, por exemplo uma situação de dois genes diferentes ( A e B ), um controlado pelo regulador A e reconhecido pelo fator de transcrição A, e outro associado ao regulador B , que é reconhecido pelo fator de transcrição B. Numa célula muscular o fator de transcrição A pode estar ativo e o B não estar. Assim sendo, só o gene A será transcrito. Noutro tipo de célula, como a epiderme, pode estar ativo apenas o fator B. Pela mesma ordem de raciocínio, nesta célula só seria transcrito o gene B (Fig. 1) |
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March 2017
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