Em formação

Qual é a diferença entre tolerância molecular e celular?


Embora eu tenha lido que existem três tipos de tolerância, celular molecular e comportamental, não consigo encontrar nenhum mecanismo celular além da dessensibilização dos receptores. Se alguém puder esclarecer isso, ou me informar que a tolerância celular não é uma coisa, ficaria muito grato <3


Pessoalmente, acho essas distinções um pouco tolas, mas também entendo que elas têm alguma utilidade.

As pessoas às vezes dividem a neurociência em níveis de compreensão molecular, celular e sistêmico. Molecular cobre todo o fenômeno "uma célula": expressão de determinados receptores ou proteínas relacionadas, por exemplo. Celular está um passo acima do molecular e considera a coleção de todas as entidades "moleculares" e também considera um nível de circuito, reconhecendo que existem neurônios entre outros neurônios. A neurociência de nível de sistemas às vezes ignora essas interações de baixo nível e às vezes as abraça, mas no geral está mais conectada ao comportamento e ao estado de todo o organismo, aproximando-se da psicologia.

A razão pela qual eu acho essa separação um pouco boba é porque, bem, nenhum desses níveis de compreensão é independente. Dito isso, é uma boa estrutura, especialmente para iniciantes, que coisas acontecem em diferentes níveis de explicação. Isso é verdade para o abuso de drogas, assim como para muitos outros conceitos da neurociência. Também permite que alguém que está escrevendo um livro didático se concentre nesses diferentes níveis de explicação em sequência, de uma forma que seja mais fácil de processar. É improvável que um profissional da área traça os mesmos limites, mas também tem experiência suficiente para consolidar o conhecimento em todos os níveis de interesse.

Incluí uma referência que faz as mesmas distinções que estou fazendo aqui, mas provavelmente será difícil encontrar uma referência canônica. Diferentes livros vão traçar diferentes limites à medida que explicam o que sabemos de suas próprias maneiras, e tudo bem. Espero que os alunos reconheçam que A) Existem diferentes níveis de explicação para o fenômeno neurobiológico e B) Esses níveis estão interligados. É importante reconhecer que é possível estudar o vício nesses diferentes níveis de abstração; não deve ser importante traçar limites entre eles, no entanto.


Pietrzykowski, A. Z., & Treistman, S. N. (2008). A base molecular da tolerância. Alcohol Research & Health, 31 (4), 298.


A base molecular da tolerância

ANDRZEJ Z. PIETRZYKOWSKI, MD, PH.D., é um assistente de pesquisa e professor em Psiquiatria e STEVEN N. TREISTMAN, PH.D., é professor em Psiquiatria e Neurobiologia, ambos na Escola de Medicina da Universidade de Massachusetts, Worcester, Massachusetts . Dr. Treistman recentemente se tornou o diretor do Instituto de Neurobiologia da Universidade de Porto Rico Medical Campus.

A tolerância é definida como a resposta diminuída ao álcool ou outras drogas durante a exposição repetida ou prolongada. Esse mecanismo permite que os processos fisiológicos atinjam estabilidade em um ambiente em constante mudança. O início da tolerância pode ocorrer dentro de minutos, durante uma única exposição ao álcool (ou seja, tolerância aguda), ou em intervalos de tempo mais longos e com exposição prolongada ao álcool (ou seja, tolerância rápida ou crônica). Mudanças na tolerância induzidas pelo álcool podem afetar vários processos em nível molecular, celular ou comportamental. Esses efeitos geralmente estão inter-relacionados e podem ser difíceis de separar. Este artigo descreve as mudanças no nível molecular que estão relacionadas ao início da tolerância aguda, rápida ou crônica. Ele se concentra nos canais ligados à membrana neuronal e nos fatores que afetam sua função e produção, como modificação da síntese e atividade de proteínas, interação com o microambiente lipídico da membrana, efeitos epigenéticos na regulação citoplasmática e transcrição gênica. Também é considerada a genética da tolerância. PALAVRAS-CHAVE: Exposição ao álcool, álcool e outras drogas (AOD) tolerância biológica AOD comportamental tolerância AOD tolerância molecular AOD tolerância aguda AOD tolerância rápida AOD tolerância crônica AOD canal de membrana canal BK epigenética

A tolerância a uma droga, incluindo o álcool, foi descrita pela primeira vez como uma forma de plasticidade comportamental e foi definida como uma resposta diminuída a exposições repetidas a drogas (Kalant 1998). A tolerância pode ser descrita em diferentes níveis de complexidade biológica & # 8212molecular, celular e comportamental & # 8212 ou por suas características temporais de quão rapidamente o álcool afeta o organismo.

A tolerância comportamental é medida ao nível da atividade de um animal inteiro, resultante de interações mútuas em várias estruturas cerebrais e com outros sistemas. Por exemplo, um simples andar em uma viga de madeira reta é uma boa medida da coordenação e do senso de equilíbrio de um mouse. Várias regiões do cérebro (por exemplo, córtex visual, córtex occipital, cerebelo) & # 8220 conversam & # 8221 entre si, bem como com outros sistemas (por exemplo, muscular & # 8211 esquelético) para permitir que o mouse ande com sucesso de uma extremidade do feixe para o outro. A intoxicação por álcool prejudica esta coordenação complexa e um rato & # 8220 bêbado & # 8221 cai do feixe. Um camundongo tolerante ao álcool pode, pelo menos parcialmente, manter sua coordenação e andar na trave quase tão bem quanto um camundongo abstinente de álcool, apesar da ingestão de álcool (Grieve e Littleton 1979). Estudos anteriores de Hoffman e Tabakoff (1989) enfatizaram a diferença entre a tolerância & # 8220intrínseca & # 8221, que resulta de mudanças dentro dos neurônios que controlam um comportamento, e a tolerância & # 8220extrínseca & # 8221, que resulta em adaptação comportamental por meio de alterações na compensação neural circuitos (ou seja, não via tolerância molecular dentro do circuito neural primário).

Atualmente, a tolerância comportamental é dividida em três categorias: aguda, rápida e crônica (Crabbe et al. 1979 Kalant 1998 LeBlanc et al. 1975) (figura 1). A tolerância aguda se desenvolve dentro de uma única sessão de bebida, normalmente em minutos, enquanto a tolerância crônica ocorre depois de um tempo mais longo, geralmente após dias de exposição contínua ou intermitente ao álcool. A tolerância rápida compartilha muitas semelhanças com a tolerância crônica, mas se desenvolve mais rapidamente, normalmente dentro de 8 a 24 horas.

A tolerância celular normalmente é avaliada no nível de um tecido neuronal que consiste em uma rede de muitas células neuronais e de suporte, ou mesmo um único neurônio.

O conhecimento da tolerância molecular vem da dissecção de processos adaptativos desenvolvidos por moléculas individuais (por exemplo, canais iônicos) durante a exposição a uma droga. A noção atual é que mesmo traços comportamentais complexos podem ser atribuídos a moléculas individuais. Todos os efeitos complexos do álcool em um organismo começam no nível molecular, durante a interação de uma molécula de álcool com seu (s) alvo (s) molecular (s).

Embora essas interações no nível molecular sejam complexas, o nível de complexidade aumenta no nível celular e comportamental por causa de vias múltiplas, complexas e entrelaçadas que contribuem para o desenvolvimento da tolerância. Ainda não está claro como as interações com moléculas no cérebro podem levar ao comportamento alterado definido como dependência de álcool. No entanto, há uma grande quantidade de informações sobre o mecanismo de tolerância no nível molecular, portanto, esta revisão se concentrará principalmente nesse nível e discutirá as relações potenciais com outros níveis, como tolerância aguda, rápida e crônica no nível comportamental, quando possivel.

No nível molecular, nossa discussão irá primeiro abordar os mecanismos que envolvem a modificação de um canal iônico funcional maduro presente na membrana plasmática neuronal e, em seguida, mover-se progressivamente a montante do núcleo, local do & # 8220birth & # 8221 da proteína do canal (ver barra lateral ) A abordagem neste artigo será focar em um tipo de canal único, o canal BK & # 8212a canal de íon de potássio de alta condutância regulado por voltagem e cálcio & # 8212 que foi implicado no início da tolerância. Esta revisão enfoca o canal BK por várias razões: (1) Este canal é abundantemente expresso em muitas regiões do cérebro (MacDonald et al. 2006 Sausbier et al. 2006 Wanner et al. 1999) (2) ele desempenha um papel essencial em muitos aspectos da fisiologia neuronal, incluindo liberação de neurotransmissor, modelagem de potenciais de ação e integração dendrítica (Greffrath et al. 1998 Higgins et al. 2008 Knott et al. 2002 Martin et al. 2004 Meredith et al. 2006 Miranda et al. 2003) ( 3) sua atividade é regulada pelo álcool (Brodie et al. 2007 Dopico et al. 1998, 1999 Harris et al. 2008 Liu et al. 2004 Pietrzykowski et al. 2004) (4) é um dos elementos-chave da tolerância comportamental ao álcool (pelo menos em invertebrados) (Cowmeadow et al. 2005, 2006 Davies et al. 2003 Ghezzi et al. 2004) e (5) é o modelo com o qual os autores estão mais familiarizados. No entanto, embora o foco em uma proteína de canal único seja útil, isso significa que o trabalho significativo de muitos laboratórios examinando outros alvos do álcool, que podem ser igualmente importantes, não é amplamente coberto. Quando aplicável, outras moléculas relevantes para o desenvolvimento da tolerância ao álcool são anotadas.

Figura 1. A tolerância ao álcool foi dividida em três classes com base no tempo até o início da tolerância após a exposição ao álcool.


BIO101: Introdução à Biologia Molecular e Celular

A biologia molecular e celular é uma disciplina dinâmica. Existem milhares de oportunidades nas áreas médica, farmacêutica, agrícola e industrial. Além de prepará-lo para uma diversidade de planos de carreira, compreender a biologia molecular e celular o ajudará a tomar decisões acertadas que podem beneficiar sua dieta e saúde.

Primeiro, leia o programa do curso. Em seguida, inscreva-se no curso clicando em "Inscrever-me neste curso". Clique na Unidade 1 para ler sua introdução e resultados de aprendizagem. Em seguida, você verá os materiais de aprendizagem e as instruções sobre como usá-los.

Unidade 1: Introdução à Biologia

Biologia é o estudo da vida. Embora os biólogos tenham feito grandes avanços na descoberta de coisas na Terra, ainda há muitas coisas novas a aprender. As primeiras questões fundamentais são: O que é vida? O que significa ter vida? Essas indagações são essenciais para as descobertas que os biólogos encontram todos os dias. Com uma gama de informações tão vasta, os biólogos devem organizar essas descobertas que irão resistir ao teste do tempo. Nesta unidade, apresentamos os principais tópicos que os biólogos estudam e as teorias que eles usam e aplicam ao seu trabalho.

A conclusão desta unidade deve levar aproximadamente 4 horas.

Unidade 2: Química Básica

A natureza não se baseia em um campo de estudo. Ele incorpora biologia, física, química e outras disciplinas acadêmicas. A vida é multidisciplinar e orientada por processos químicos. Uma vez que tantos tópicos de biologia se sobrepõem aos princípios básicos da química, você precisa de uma compreensão e apreciação básicas da química para entender completamente a biologia. Por exemplo, na Unidade 1, discutimos que o átomo é a primeira parte da hierarquia biológica. Nesta unidade, fornecemos uma compreensão desse nível básico de organização.

A conclusão desta unidade deve levar aproximadamente 5 horas.

Unidade 3: Moléculas Biológicas

Moléculas biológicas são as moléculas essenciais necessárias para a vida. Essas moléculas podem ser orgânicas ou inorgânicas. A química orgânica é o estudo do carbono, que é um elemento que forma fortes ligações covalentes essenciais para as estruturas fundamentais de todos os seres vivos. Água, sais, ácidos e bases são principalmente moléculas inorgânicas essenciais que facilitam muitos processos biológicos.

Todos os organismos contêm moléculas biológicas orgânicas - carboidratos, proteínas, lipídios e ácido nucléico - que são essenciais à vida. Esta unidade o ajudará a entender as estruturas e funções dessas moléculas orgânicas e como nosso corpo precisa delas para funcionar corretamente.

A conclusão desta unidade deve levar aproximadamente 5 horas.

Unidade 4: células e membranas celulares

As células são as menores unidades de vida. Nesta unidade, exploramos as características, componentes e funções das células. Aprender sobre as estruturas das células nos permite ver as semelhanças e diferenças entre os organismos. Células de bactérias, plantas, animais e fungos são semelhantes em muitos aspectos e contêm muitas das mesmas pequenas estruturas conhecidas como organelas. No entanto, algumas características ajudam a distinguir se uma célula pertence a um animal, planta, fungo ou bactéria.

Por exemplo, todas as células vegetais contêm paredes celulares, enquanto as células animais não possuem essa estrutura extracelular específica. A água dentro de uma célula que pressiona contra a parede celular dá a uma planta sua rigidez e seu aipo sua crocância!

A conclusão desta unidade deve levar aproximadamente 10 horas.

Unidade 5: Metabolismo, Enzimas e Respiração Celular

O metabolismo se refere à soma total de todas as reações químicas em todos os organismos. As células usam enzimas e vias metabólicas para conduzir essas reações químicas. É essencial entender as reações que compõem o metabolismo para aprender como os organismos adquirem e usam energia para sobreviver. Como esse processo é bastante complicado, iremos explorá-lo de vários ângulos diferentes nesta unidade.

A conclusão desta unidade deve levar aproximadamente 9 horas.

Unidade 6: Fotossíntese

Você já se perguntou como uma planta cresce de uma pequena bolota em um carvalho gigante? De onde vem toda essa biomassa? Como isso faz com que a energia cresça? A fotossíntese é o processo fascinante que as plantas usam para converter a energia da luz em energia química. Como as plantas estão na base da pirâmide alimentar em quase todos os sistemas ecológicos, entender como elas crescem e se desenvolvem lhe dará uma compreensão maior do ambiente.

A conclusão desta unidade deve levar aproximadamente 4 horas.

Unidade 7: Reprodução Celular: Mitose

Os organismos exigem que suas células se dividam para fins de reprodução, crescimento, desenvolvimento ou reparo. A divisão celular é dividida em duas fases: mitose e citocinese. A mitose envolve a divisão dos cromossomos nucleares, enquanto a citocinese é a divisão dos componentes citoplasmáticos em novas células-filhas. Consequências graves, como câncer, podem ocorrer se este ciclo celular for interrompido de alguma forma.

A conclusão desta unidade deve levar aproximadamente 6 horas.

Unidade 8: Reprodução Celular: Meiose

A meiose é um tipo especializado de reprodução celular que ocorre apenas nos ovários e testículos e resulta em um óvulo ou esperma, respectivamente. A reprodução sexual é responsável pela incrível quantidade de diversidade dentro de uma espécie. Quando o espermatozóide fertiliza um óvulo, a prole resultante contém genes do pai e da mãe. Em essência, você contém genes de TODOS os seus ancestrais, pelo menos em uma pequena parte.

A conclusão desta unidade deve levar aproximadamente 4 horas.

Unidade 9: Genética Mendeliana e Cromossomos

Você já se perguntou por que você se parece com seu irmão ou irmã ou de onde você tirou suas sardas? Você está preocupado em desenvolver uma doença contra a qual outro membro da família está lutando? Esses são os tipos de perguntas que podemos responder com uma compreensão da genética. Nesta unidade, aprendemos sobre os princípios básicos de herança e como é provável que certas características sejam transmitidas de uma geração para outra.

A conclusão desta unidade deve levar aproximadamente 5 horas.

Unidade 10: Expressão Gênica

Nesta unidade, aprendemos sobre os códigos genéticos universais do ácido desoxirribonucléico (DNA) e do ácido ribonucléico (RNA). Chamamos DNA e RNA de universais porque os encontramos em todos os organismos conhecidos. Como aprendemos na Unidade 7, o DNA e o RNA em cada organismo são compostos dos mesmos poucos ingredientes.

No entanto, diferenças extremamente pequenas costumam ser responsáveis ​​pelas diferenças entre as espécies. O que torna um cachorro diferente de um cogumelo? O que explica as diferenças dentro das espécies? O que o torna diferente do seu vizinho? Esta unidade lhe dará uma maior compreensão do código genético e seu impacto em sua vida.

A conclusão desta unidade deve levar aproximadamente 5 horas.

Guia de estudo

Este guia de estudo o ajudará a se preparar para o exame final. Ele discute os tópicos principais em cada unidade, percorre os resultados da aprendizagem e lista vocabulário importante. Não se destina a substituir os materiais do curso!


Biologia Molecular e Genética

A Biologia Molecular e a Genética buscam entender como as moléculas que compõem as células determinam o comportamento dos seres vivos. Os biólogos usam ferramentas moleculares e genéticas para estudar a função dessas moléculas no meio complexo da célula viva. Grupos em nosso departamento estão usando essas abordagens para estudar uma ampla variedade de questões, incluindo os processos fundamentais de transcrição e tradução, mecanismos de controle global de genes, incluindo vias de transdução de sinal, a função dos sistemas visual e olfativo e a natureza da diversidade genética em populações naturais e como isso afeta sua evolução, entre outros. Os sistemas em estudo cobrem a gama de organismos modelo (bactérias, fermento, fungos viscosos, vermes, moscas da fruta, peixe-zebra e ratos) embora os resultados desses estudos se relacionem direta ou indiretamente com a saúde humana.

Docente com interesse em Biologia Molecular e Genética:

Bieberich, Charles
Estamos desenvolvendo novos modelos de camundongos transgênicos de câncer de próstata humano.

Brewster, Rachel
Estamos investigando a regulação do desenvolvimento e do metabolismo do cérebro. Espera-se que esses estudos contribuam para a prevenção de defeitos congênitos do tubo neural e para o tratamento de acidente vascular cerebral.

Bustos, Mauricio
Nós investigamos o papel da degradação de proteínas mediada por ubiquitina / proteassoma na transcrição e na regulação da expressão gênica em eucariotos.

Cusick, Kathleen
Genes e vias envolvidas na tolerância ao cobre, formação de biofilme e síntese de nanopartículas nos megaplasmídeos da bactéria marinha Alteromonas na adaptação de nicho bacteriano.

Eisenmann, David
Nós estudamos o papel da via de sinalização Wnt no controle de decisões de destino celular durante o desenvolvimento de C. elegans. Também estudamos a regulação e função do gene Hox lin-39 em C. elegans.

Erill, Ivan
Cross-linking entre ensaios experimentais e dados in-silico para elementos regulatórios.

Farabaugh, Philip
Genética molecular de precisão translacional na levedura Saccharomyces cerevisiae e na bactéria Escherichia coli.

Gardner, Jeffrey
Estudo da fisiologia bacteriana usando sistemas e biologia sintética Determinar como os micróbios percebem o ambiente e obtêm energia examinando os mecanismos de degradação da parede celular das plantas nas bactérias.

Green, Erin
Compreender a epigenética e a regulação do genoma por meio da investigação das modificações pós-traducionais das histonas, dissecando o papel das modificações pós-traducionais das proteínas nas vias de sinalização nuclear.

Leips, Jeff
Mapeamento genético de características quantitativas, mapeamento de associação para identificar os efeitos do polimorfismo natural em genes candidatos na variação fenotípica.

Lu, Hua
Caracterizando a função de genes que regulam a imunidade inata de plantas e dissecando redes de sinalização de defesa.

Mendelson, Tamra
Reconstrução filogenética da sistemática filogenética molecular de famílias de genes.

Miller, Stephen
Identificação e caracterização de transposons para marcação de importantes locais de desenvolvimento em Volvox carteri.

Padmanabhan, Achuth
Estamos interessados ​​em compreender como as alterações nos oncogenes-chave e supressores de tumor afetam a progressão do câncer de ovário.

Robinson, Phyllis
Meu programa de pesquisa usa as técnicas de biologia molecular para explorar relações de função de estrutura de pigmentos visuais.

Schreier, Harold
Ecologia microbiana molecular, fisiologia e genética.

Starz-Gaiano, Michelle
Usamos estratégias genéticas de perda de função e ganho de função em Drosófila para identificar novos genes envolvidos na migração celular e para entender melhor as vias moleculares necessárias para o movimento celular.

Sutton, Laurie
Nós estudamos o papel dos receptores acoplados à proteína G (GPCRs) na regulação dos estados normais e de doença, bem como os mecanismos regulatórios que modulam a responsividade do GPCR em nível molecular.

Vonhoff, Fernando
Estamos interessados ​​em como diferentes vias genéticas e níveis de atividade elétrica nos neurônios regulam o desenvolvimento, a estabilização e o envelhecimento da rede neuronal em Drosophila.

Walker, Nykia
Vamos estudar as alterações transcricionais facilitadas por tumores primários para promover a metástase do câncer. Investigaremos vários mecanismos de sinalização celular usados ​​por tumores para se comunicarem com outras células. Usaremos técnicas de bioinformática, proteômica e biologia molecular para elucidar a identificação e caracterização dos principais reguladores de metástases e dormência celular na medula óssea.


Química

  • Conceitos básicos do CHEM 101DL em química OU
  • CHEM 110DL homenageia a química: conceitos básicos no contexto OU
  • CHEM 21 Crédito Química Geral

NOTA: CHEM 210DL também é recomendado para estudantes de medicina, pré-veterinária, bioquímica e farmacêutica.

  • Cálculo de Laboratório MATH 111L I OU
  • MATEMÁTICA 121 Cálculo Introdutório I OU
  • MATEMÁTICA 21 Cálculo Introdutório I OU
  • AMBAS MATH 105L / 106L Cálculo de Laboratório e Funções I e II
  • Cálculo de Laboratório MATH 112L II OU
  • Cálculo Introdutório MATH 122L II OU
  • MATEMÁTICA 22 Cálculo Introdutório II OU
  • Bioestatística Introdutória STA 102 OU STA 101 ou superior OU
  • Análise de dados biológicos BIOLOGY 304 (não pode ser contado duas vezes como eletivo)

Física

  • FÍSICA 141L Física Geral I OU
  • FÍSICA 151L Mecânica Introdutória OU
  • FÍSICA 161L Física Experimental Introdutória I OU
  • FÍSICA 25 (crédito AP)

NOTA: PHYSICS 142L também é recomendado para estudantes pré-médicos, pré-veterinários, bioquímicos e farmacêuticos.


Marcador molecular: notas do estudo

Um marcador molecular é uma sequência de DNA no genoma que pode ser localizada e identificada. Como resultado de alterações genéticas (mutações, inserções, deleções), a composição de bases em um local específico do genoma pode ser diferente em plantas diferentes.

Essas diferenças, chamadas coletivamente de polimorfismos, podem ser mapeadas e identificadas. Os melhoristas de plantas sempre preferem detectar o gene como marcador molecular, embora isso nem sempre seja possível. A alternativa é ter marcadores intimamente associados aos genes e herdados juntos.

Os marcadores moleculares são altamente confiáveis ​​e vantajosos em programas de melhoramento de plantas:

eu. Os marcadores moleculares fornecem uma representação verdadeira da composição genética no nível do DNA.

ii. Eles são consistentes e não são afetados por fatores ambientais.

iii. Os marcadores moleculares podem ser detectados muito antes de ocorrer o desenvolvimento das plantas.

4. Um grande número de marcadores pode ser gerado de acordo com as necessidades.

Princípio básico de detecção de marcador molecular:

Suponhamos que existam duas plantas da mesma espécie - uma com sensibilidade a doenças e outra com resistência a doenças. Se houver um marcador de DNA que possa identificar esses dois alelos, o genoma pode ser extraído, digerido por enzimas de restrição e separado por eletroforese em gel. Os fragmentos de DNA podem ser detectados por sua separação. Por exemplo, a planta resistente a doenças pode ter um fragmento de DNA mais curto, enquanto a planta sensível a doenças pode ter um fragmento de DNA mais longo (Fig. 53.1).

Os marcadores moleculares são de dois tipos:

1. Com base na hibridização de ácido nucleico (DNA) (abordagens não baseadas em PCR).

2. Com base na amplificação por PCR (abordagens baseadas em PCR).

Marcadores com base na hibridização de DNA:

O pedaço de DNA pode ser clonado e pode hibridizar com o DNA genômico que pode ser detectado. A hibridização de DNA baseada em marcador é amplamente utilizada. A principal limitação desta abordagem é que ela requer grandes quantidades de DNA e o uso de radioatividade (sondas marcadas).

Polimorfismo de comprimento de fragmento de restrição (RFLP):

RFLP foi a primeira tecnologia empregada para a detecção de polimorfismo, com base nas diferenças de sequência de DNA. O RFLP baseia-se principalmente nos sítios de enzimas de restrição alterados, como resultado de mutações e recombinações do DNA genômico. Um esboço da análise de RFLP é dado na Fig. 53.2, e esquematicamente representado na Fig. 53.3. O procedimento envolve basicamente o isolamento do DNA genômico, sua digestão por enzimas de restrição, separação por eletroforese e, finalmente, hibridização por incubação com clonado e rotulado sondas (Fig. 53.2).

Com base na presença de locais de restrição, fragmentos de DNA de diferentes comprimentos podem ser gerados usando diferentes enzimas de restrição. Na Fig. 53.3, duas moléculas de DNA de duas plantas (A e B) são mostradas. Na planta A, ocorreu uma mutação levando à perda do sítio de restrição que pode ser digerido por EcoRI.

O resultado é que, quando as moléculas de DNA são digeridas pela enzima Hindlll, não há diferença nos fragmentos de DNA separados. No entanto, com a enzima EcoRI, as moléculas de DNA da planta A não são digeridas, enquanto a molécula de DNA da planta B é digerida. Isso resulta em um padrão polimórfico de separação.

Marcadores com base na amplificação de PCR:

A reação em cadeia da polimerase (PCR) é uma nova técnica para a amplificação de regiões selecionadas do DNA. A vantagem da PCR é que mesmo uma pequena quantidade de DNA pode ser amplificada. Assim, os marcadores moleculares baseados em PCR requerem apenas uma pequena quantidade de DNA para começar.

Os marcadores baseados em PCR podem ser divididos em dois tipos:

1. Marcadores não específicos de locus, por exemplo DNA polimórfico amplificado aleatoriamente (RAPD) polimorfismo de comprimento de fragmento amplificado (AFLP).

2. Marcadores específicos de locus, por exemplo polimorfismo de nucleotídeo único (SNP) de repetição de sequência simples (SSR).

Marcadores de DNA polimórfico amplificado aleatoriamente (RAPD):

RAPD é um marcador molecular baseado na amplificação por PCR. Um esboço do RAPD está representado na Fig. 53.4. O DNA isolado do genoma é desnaturado e as moléculas do molde são emparelhadas com primers e amplificadas por PCR.

Iniciadores de oligonucleotídeo curtos únicos (geralmente um iniciador de 10 bases) podem ser arbitrariamente selecionados e usados ​​para os segmentos de DNA de amplificação do genoma (que podem estar distribuídos por todo o genoma). Os produtos amplificados são separados por eletroforese e identificados.

Com base nas alterações de nucleotídeos no genoma, os polimorfismos das sequências de DNA amplificadas diferem, que podem ser identificados como curvas na eletroforese em gel. O DNA genômico de duas plantas diferentes frequentemente resulta em diferentes padrões de amplificação, ou seja, RAPDs. Isso se baseia no fato de que um determinado fragmento de DNA pode ser gerado de um indivíduo, e não de outros. Isso representa polimorfismo e pode ser usado como um marcador molecular de uma espécie particular.

Polimorfismo de comprimento de fragmento amplificado (AFLP):

AFLP é uma nova técnica envolvendo uma combinação de RFLP e RAPD. AFLP é baseado no princípio de geração de fragmentos de DNA usando enzimas de restrição e adaptadores de oligonucleotídeos (ou ligantes), e sua amplificação por PCR. Assim, esta técnica combina a utilidade da digestão de restrição e PCR.

O DNA do genoma é extraído. É submetido a restrição de digestão por duas enzimas (um cortador raro, por exemplo, Msel, um cortador frequente, por exemplo, EcoRI). As extremidades cortadas em ambos os lados são então ligadas a sequências conhecidas de oligonucleotídeos (Fig. 53.5).

A PCR é agora realizada para a pré-seleção de um fragmento de DNA que possui um único nucleotídeo específico. Por esta abordagem de amplificação pré-seletiva, o conjunto de fragmentos pode ser reduzido da mistura original. Na segunda rodada de amplificação por PCR, três sequências de nucleotídeos são amplificadas.

Isso reduz ainda mais o pool de fragmentos de DNA a um nível administrável (& lt 100). A autorradiografia pode ser realizada para a detecção de fragmentos de DNA. O uso de primers radiomarcados e fragmentos marcados com fluorescência acelera AFLP.

A análise AFLP é tediosa e requer o envolvimento de pessoal técnico qualificado. Portanto, algumas pessoas não são a favor desta técnica. Nos últimos anos, kits comerciais foram disponibilizados para análise de AFLP. AFLP é muito sensível e reproduzível. Não requer conhecimento prévio das informações da sequência. Por AFLP, um grande número de bandas polimórficas pode ser produzido e detectado.

Sites com sequência marcada (STS):

Os locais marcados com sequências representam segmentos de cópia simples e únicos de genomas, cujas sequências de DNA são conhecidas e que podem ser amplificados usando PCR. Os marcadores STS são baseados no polimorfismo de repetições de nucleotídeos simples, e. (GA)n, (GT)n, (CAA)n etc. no genoma. STS foi recentemente desenvolvido em plantas. Quando os loci STS contêm polimorfismos de comprimento de sequência simples (SSLPs), eles são altamente valiosos como marcadores moleculares. Os loci STS foram analisados ​​e estudados em várias espécies de plantas.

Os microssatélites são as múltiplas cópias repetidas em tandem de motivos mono-, di-, tri- e tetra-nucleotídeos. Em alguns casos, a sequência de flanqueamento das sequências de repetição pode ser única. Os iniciadores podem ser projetados para tais sequências de flanqueamento para detectar os microssatélites marcados com sequência (STMS). Isso pode ser feito por PCR.

Sequência de regiões amplificadas caracterizadas (SCARs):

SCARs são as formas modificadas de marcadores STS. Eles são desenvolvidos por primer de PCR que são feitos para as extremidades do fragmento RAPD. Os marcadores RAPD convertidos por STS às vezes são chamados de SCARs. SCARs são úteis para o rápido desenvolvimento de marcadores STS.

Seleção assistida por marcador molecular:

A seleção das características desejadas e o melhoramento das safras tem feito parte dos programas de melhoramento convencionais. Isso é predominantemente baseado na identificação de fenótipos. Agora é um fato aceito que os fenótipos não representam necessariamente os genótipos. Muitas vezes o ambiente pode marcar o genótipo. Assim, o potencial genético da planta não é verdadeiramente refletido na expressão fenotípica por várias razões.

A seleção assistida por marcador molecular é baseada na identificação de marcadores de DNA que ligam / representam as características da planta. Essas características incluem resistência a patógenos e insetos, tolerância a estresses abióticos e várias outras características qualitativas e quantitativas. A vantagem de um marcador molecular é que um criador de plantas pode selecionar um marcador adequado para a característica desejada, que pode ser detectada com bastante antecedência. Conseqüentemente, programas de melhoramento podem ser planejados.

A seguir estão os principais requisitos para a seleção de marcação molecular no melhoramento de plantas:

eu. O marcador deve estar intimamente ligado à característica desejada.

ii. Os métodos de triagem de marcadores devem ser eficientes, reproduzíveis e de fácil execução.

iii. A análise deve ser econômica.

Melhoramento molecular:

Com o rápido progresso da biologia molecular e da engenharia genética, existe agora a possibilidade de melhorar as plantações em relação ao rendimento e à qualidade. O termo melhoramento molecular é freqüentemente usado para representar os métodos de melhoramento que são acoplados às técnicas de engenharia genética.

A agricultura aprimorada para atender às demandas de alimentos do mundo é uma área de alta prioridade. Por vários anos, os programas convencionais de melhoramento de plantas (embora demorados) certamente ajudaram a melhorar o rendimento e a produção de grãos.

O desenvolvimento de variedades anãs e semianãs de arroz e trigo foram responsáveis ​​pela & # 8216 Revolução Verde & # 8217, que ajudou a alimentar milhões de pessoas atingidas pela pobreza em todo o mundo. Many developments on the agriculture front are expected in the coming years as a result of molecular breeding.

Linkage analysis basically deals with studies to correlate the link between the molecular marker and a desired trait. This is an important aspect of molecular breeding programmes. Linkage analysis has to be carried out among the populations of several generations to establish the appropriate linkage. In the earlier years, linkage analysis was carried out by use of isoenzymes and the associated polymorphisms. Molecular markers are now being used. The techniques employed for this purpose have already been described.

Quantitative Trait Loci:

These are many characteristics controlled by several genes in a complex manner. Some good examples are growth habit, yield, adaptability to environment, and disease resistance. These are referred to as quantitative traits. The locations on the chromosomes for these genes are regarded as quantitative trait loci (QTL).

The major problem, the plant breeder faces is how to improve the a complex character controlled by many genes. It is not an easy job to manipulate multiple genes in genetic engineering. Therefore, it is a very difficult and time consuming process. For instance, development of Golden Rice (with enriched pro-vitamin A) involving the insertion of just three genes took about seven years.

Arid and Semi-Arid Plant Biotechnology:

The terms arid zone is used to refer to harsh environmental conditions with extreme heat and cold. The fields have limited water and minerals. It is different task to grow plants and achieve good crop yield in arid zones. Semi-arid regions are characterized by unpredictable weather, inconsistent rainfall, long dry seasons, and poor nutrients in the soil.

Most parts of India and many other developing countries (Africa, Latin America, and Southeast Asia) have semi- arid regions. Crops like sorghum, millet, groundnut and cowpea are mostly grown in semi-arid tropics. Besides unpredictable weather, biotic and abiotic stresses contribute to crop loss in these areas.

The biotechnological approaches for the breeding programmes in the semi-arid regions should cover the following areas:

eu. Development of crops that are tolerant to drought and salinity.

ii. Improvements to withstand various biotic and abiotic stresses.

iii. Micro-propagation techniques to spread economically important plants which can withstand harsh environmental conditions.

Some success has been achieved in improving sorghum, millet and legume crops that are grown in semi-arid regions. Genetic transformation in sorghum was possible by using micro projectile method.

Greenhouse and Green-home Technology:

Greenhouse literally means a building made up of glass to grow plants. Green houses are required to grow regenerated plants for further propagation and for growing plants to maturity. Greenhouses are the intermediary stages involving the transitional step between the plant cultures and plant fields. The purpose of greenhouses is to acclimatize and test the plants before they are released into the natural environment.

The plants are grown in greenhouse to develop adequate root systems and leaves so as to withstand the field environment. The greenhouses are normally equipped with cooling systems to control temperature. Greenhouses have chambers fitted with artificial lights. It is possible to subject the plants to different lighting profiles. In recent years many improvements have been made in the development of more suitable greenhouses. These include the parameters such as soil, and humidity.

The major limitation of greenhouse technology is an increase in CO2 production that in turn increases temperature. Some approaches are available to control temperature. Green home technology is a recent development. In this case, temperature is controlled by using minimum energy.


P LANT C ELLULAR AND M OLECULAR R ESPONSES TO H IGH S ALINITY

ResumoPlant responses to salinity stress are reviewed with emphasis on molecular mechanisms of signal transduction and on the physiological consequences of altered gene expression that affect biochemical reactions downstream of stress sensing. We make extensive use of comparisons with model organisms, halophytic plants, and yeast, which provide a paradigm for many responses to salinity exhibited by stress-sensitive plants. Among biochemical responses, we emphasize osmolyte biosynthesis and function, water flux control, and membrane transport of ions for maintenance and re-establishment of homeostasis. The advances in understanding the effectiveness of stress responses, and distinctions between pathology and adaptive advantage, are increasingly based on transgenic plant and mutant analyses, in particular the analysis of Arabidopsis mutants defective in elements of stress signal transduction pathways. We summarize evidence for plant stress signaling systems, some of which have components analogous to those that regulate osmotic stress responses of yeast. There is evidence also of signaling cascades that are not known to exist in the unicellular eukaryote, some that presumably function in intercellular coordination or regulation of effector genes in a cell-/tissue-specific context required for tolerance of plants. A complex set of stress-responsive transcription factors is emerging. The imminent availability of genomic DNA sequences and global and cell-specific transcript expression data, combined with determinant identification based on gain- and loss-of-function molecular genetics, will provide the infrastructure for functional physiological dissection of salt tolerance determinants in an organismal context. Furthermore, protein interaction analysis and evaluation of allelism, additivity, and epistasis allow determination of ordered relationships between stress signaling components. Finally, genetic activation and suppression screens will lead inevitably to an understanding of the interrelationships of the multiple signaling systems that control stress-adaptive responses in plants.


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Cromatografia

Chromatography is the separation of sample components based on differential affinity for a mobile versus a stationary phase. The mobile phase is a liquid or a gas that flows over or through the stationary phase, which consists of spherical particles packed into a column. When a mixture of proteins is introduced into the mobile phase and allowed to migrate through the column, separation occurs because proteins that have a greater attraction for the solid phase migrate more slowly than do proteins that are more attracted to the mobile phase.

Several different types of interactions between the stationary phase and the substances being separated are possible. If the retarding force is ionic in character, the separation technique is called ion exchange. Proteins of different ionic charges can be separated in this way. If substances absorb onto the stationary phase, this technique is called absorption chromatography. In gel filtration or molecular sieve chromatography, molecules are separated because of their differences in size and shape. Affinity chromatography exploits a protein's unique biochemical properties rather than the small differences


The molecular biology of cancer

The process by which normal cells become progressively transformed to malignancy is now known to require the sequential acquisition of mutations which arise as a consequence of damage to the genome. This damage can be the result of endogenous processes such as errors in replication of DNA, the intrinsic chemical instability of certain DNA bases or from attack by free radicals generated during metabolism. DNA damage can also result from interactions with exogenous agents such as ionizing radiation, UV radiation and chemical carcinogens. Cells have evolved means to repair such damage, but for various reasons errors occur and permanent changes in the genome, mutations, are introduced. Some inactivating mutations occur in genes responsible for maintaining genomic integrity facilitating the acquisition of additional mutations. This review seeks first to identify sources of mutational damage so as to identify the basic causes of human cancer. Through an understanding of cause, prevention may be possible. The evolution of the normal cell to a malignant one involves processes by which genes involved in normal homeostatic mechanisms that control proliferation and cell death suffer mutational damage which results in the activation of genes stimulating proliferation or protection against cell death, the oncogenes, and the inactivation of genes which would normally inhibit proliferation, the tumor suppressor genes. Finally, having overcome normal controls on cell birth and cell death, an aspiring cancer cell faces two new challenges: it must overcome replicative senescence and become immortal and it must obtain adequate supplies of nutrients and oxygen to maintain this high rate of proliferation. This review examines the process of the sequential acquisition of mutations from the prospective of Darwinian evolution. Here, the fittest cell is one that survives to form a new population of genetically distinct cells, the tumor. This review does not attempt to be comprehensive but identifies key genes directly involved in carcinogenesis and demonstrates how mutations in these genes allow cells to circumvent cellular controls. This detailed understanding of the process of carcinogenesis at the molecular level has only been possible because of the advent of modern molecular biology. This new discipline, by precisely identifying the molecular basis of the differences between normal and malignant cells, has created novel opportunities and provided the means to specifically target these modified genes. Whenever possible this review highlights these opportunities and the attempts being made to generate novel, molecular based therapies against cancer. Successful use of these new therapies will rely upon a detailed knowledge of the genetic defects in individual tumors. The review concludes with a discussion of how the use of high throughput molecular arrays will allow the molecular pathologist/therapist to identify these defects and direct specific therapies to specific mutations.


Assista o vídeo: Clase de Biologá Molecular y Celular. Panamá (Novembro 2021).