Biotecnologia e modificação genética

Biotecnologia 生物技术 utiliza seres vivos (ou suas enzimas 酶) para criar produtos úteis. Bactérias 细菌 são especialmente úteis porque:

• se reproduzem muito rápido (alta taxa 速率 de reprodução).
• podem produzir moléculas 分子 complexas.
• (Suplemento) há poucas preocupações éticas 伦理 sobre cultivá-las, e elas contêm plasmídeos 质粒 (pequenos anéis de DNA fáceis de manipular).

Levedura: biocombustíveis e pão

Levedura 酵母 realiza respiração anaeróbica 无氧呼吸 (sem oxigênio), produzindo etanol 乙醇 e dióxido de carbono.

• o etanol pode ser usado como biocombustível 生物燃料.
• na fabricação de pão, o dióxido de carbono faz a massa leudar.

Enzimas na indústria

• pectinase 果胶酶 decompõe paredes celulares para liberar mais suco de frutas, resultando em mais suco e mais claro.
• detergentes biológicos 洗衣粉 contêm enzimas (como proteases e lipases) que digerem manchas, mesmo em temperaturas mais baixas.
• (Suplemento) lactase 乳糖酶 decompõe lactose 乳糖 para produzir leite sem lactose, para pessoas que não conseguem digerir lactose.

Fermentadores (Suplemento)

Um fermentador 发酵罐 é um tanque grande usado para cultivar bactérias ou fungos para produzir produtos úteis, como insulina 胰岛素, penicilina 青霉素 e micoproteína 真菌蛋白. As condições internas devem ser cuidadosamente controladas: temperatura 温度, pH, oxigênio 氧气, suprimento de nutrientes e remoção de resíduos.

Modificação genética 基因改造 significa alterar o material genético 遗传物质 de um organismo removendo, alterando ou inserindo genes individuais.

Produção de uma proteína humana em bactérias (Suplemento)

Por exemplo, para produzir uma proteína 蛋白质 humana (como a insulina) em bactérias:

1. cortar o gene humano do DNA humano usando enzimas de restrição 限制酶, que deixam extremidades coesivas 黏性末端.
2. abrir um plasmídeo bacteriano com as mesmas enzimas de restrição, resultando em extremidades coesivas compatíveis.
3. unir o gene humano ao plasmídeo usando ligase 连接酶 de DNA, formando um plasmídeo recombinante 重组质粒.
4. introduzir o plasmídeo recombinante em uma bactéria.
5. as bactérias se multiplicam e expressam 表达 o gene humano, produzindo a proteína humana.

Exemplo resolvido. Ordene os passos para producingir insulina humana em bactérias. As enzimas de restrição cortam o gene da insulina humana do DNA humano, deixando extremidades coesivas. A mesma enzima de restrição abre um plasmídeo bacteriano, de modo que suas extremidades coesivas correspondem às do gene. A ligase une o gene ao plasmídeo, formando um plasmídeo recombinante. O plasmídeo é introduzido em uma bactéria, e as bactérias se multiplicam em um fermentador, cada uma expressando o gene e produzindo insulina humana. Duas marcas dependem da precisão: a mesma enzima deve cortar tanto o gene quanto o plasmídeo, o que faz com que as extremidades coesivas se encaixem; e a ligase une - ela não corta.

Exemplos de modificação genética

A modificação genética é usada para:

• introduzir genes humanos em bactérias para produzir proteínas humanas (como a insulina).
• introduzir genes em plantas agrícolas 农作物 para conferir resistência 抗性 a herbicidas 除草剂.
• introduzir genes em culturas para conferir resistência a pragas inseticidas.
• introduzir genes em culturas para melhorar seu valor alimentar.

(Suplemento) Culturas GM como soja, milho e arroz podem proporcionar maiores rendimentos e melhor nutrição, mas algumas pessoas se preocupam com efeitos na saúde, em espécies silvestres e com o custo das sementes GM.

• Bactérias são usadas porque se reproduzem rapidamente, produzem moléculas complexas e contêm plasmídeos.
• Levedura (respiração anaeróbica) → etanol (biocombustível) e dióxido de carbono (pão). Enzimas: pectinase (suco de frutas), proteases e lipases (detergentes), lactase (leite deslactosado).
• Fermentadores produzem insulina, penicilina e micoproteína; controlam temperatura, pH, oxigênio, nutrientes e resíduos.
• Modificação genética: corte um gene com enzimas de restrição (extremidades coesivas) → união a um plasmídeo com ligase (um plasmídeo recombinante) → introdução em bactérias → expressão do gene para produzir a proteína.
• Culturas GM podem resistir a herbicidas ou pragas inseticidas, ou ter melhor nutrição.