Mineral

Por definição, um mineral, Foto 1,  é uma substância sólida, natural e inorgânica, de estrutura cristalina e com composição química fixa ou variável dentro de limites bem definidos. Assim, uma substância para ser considerada um mineral terá de: 

  • ser um sólido, o que exclui os líquidos e os gases (à exceção de mercúrio); 
  • ocorrer naturalmente, isto é, formar-se sem a intervenção do Homem; 
  • ser inorgânico, o que implica que todas as substâncias produzidas por seres vivos são sejam consideradas minerais. É o caso das pérolas, que apesar de serem idênticas química, física e estruturalmente ao mineral aragonite, não são minerais; 
  • ter uma estrutura cristalina, isto é, as suas partículas constituintes definirem uma distribuição regular no espaço; 
  • ter uma composição química definida, fica ou variável dentro de limites definidos, que possa ser representada por uma fórmula química. O quartzo, por exemplo, tem uma composição química fixa, já a composição do mineral olivina, é variável. 

Labradorite A (Berlim)

Foto 1 – Labradorite (um dos membros cálcicos intermédios das plagioclases). Também chamada “Pedras de Lua”, apresentam em determinadas superfícies um brilho ou iridiscência atribuído ao intercrescimento lamelar micropertítico ou criptopertítico (intercrescimento heterogéneo de lâminas finas de feldspatos rico em sódio num cristal de feldspato potássico).

Na natureza, ainda substâncias sólidas naturais e inorgânicas que, contudo, não possuem estrutura cristalina, isto é, as suas partículas constituintes não definem uma distribuição regular no espaço. Estas substâncias designam-se mineralóides (apresentam estrutura amorfa), Foto 2 

Opala 12 (Berlim)

Foto 2OpalaEsta  substância  é amplamente  utilizada  pelo  homem  desde  a  Pré-História,  seja  como  utensílio  de  caça  e  defesa,  ou  como  objetos de  adorno.  A  sílica  hidratada  (SiO2.nH2O)  é  designada  como  opala  e  é  classificada  quanto  ao  seu  grau  de cristalinidade,  sendo  que  podem  variar  de  amorfas  a  mais  cristalinas. 

Nos sólidos amorfos, a distribuição das partículas elementares (átomos, iões ou moléculas) é aleatórias. No caso dos sólidos cristalinos, as partículas elementares definem uma distribuição regular no espaço. Os minerais são sólidos de estrutura cristalina. Os mineralóides são sólidos de estrutura amorfa/vítrea.    

Na identificação dos minerais recorre-se a um conjunto de propriedades químicas e físicas. O conhecimento destas propriedades, bem como da maneira prática de as investigar, é bastante útil  na sua identificação. 

Vídeo

Powerpoint:

Exercício:

Algumas pedras preciosas são variedades de corindo, um mineral raro, composto por átomos de alumínio e de oxigénio (Al2O3). Na estrutura cristalina do corindo, alguns dos átomos de alumínio podem ser substituídos por crómio, formando-se uma gema vermelha brilhante, designada rubi, ou por ferro e titânio, formando-se safiras azuis.

A característica que faz do corindo o termo 9 da escala de Mohs verifica-se, também, no rubi e na safira azul. Relacione essa característica com a utilização, em joalharia, das referidas variedades do corindo.

 

Glaciações

Um glaciar é uma acumulação extensa e perene de gelo, neve, rochas e sedimentos, que se acumula em áreas emersas e que se move sob influência da gravidade, mas também do seu próprio peso. Essa aglomeração acontece porque a neve que precipitou na estação fria não funde, acumulando-se durante a estação quente até à estação fria seguinte. Essa neve “antiga” (firn), nível de gelo entre a neve e o glaciar, vai sofrer compactação devido às novas precipitações, sendo recristalizada e ficando mais densa. 

Glaciar Perito Moreno (Argentina)O último período glaciar, “Würm” na antiga nomenclatura, é o período glaciar aconteceu na fase final do Pleistoceno.  

Glaciação é um período de elevada duração no qual há uma diminuição da temperatura global na Terra ocorrendo, como consequência, a expansão do gelo continental, das calotes polares e dos glaciares. Este é um fenómeno cíclico e muito relevante no Quaternário, visto que já ocorreram, pelo menos, 52 glaciações. 

Vídeo 1

Vídeo 2

As glaciações ou períodos glaciários são fenómenos que ocorreram ao longo da história do nosso planeta, Figura 1. Durante um período glaciário, as temperaturas médias da Terra baixam, provocando, desta forma, o aumento e a expansão de grandes massas polares para latitudes abaixo da atual zona temperada.  

O período compreendido entre duas glaciações denomina-se interglaciário. Durante um período interglaciário, a temperatura média da Terra aumenta, podendo chegar a um valor que pode provocar a fusão dos gelos que se encontram nas regiões polares.  

Periodos Glaciários

Figura 1 – As glaciações que ocorreram no Período Quaternário foram as primeiras a ser identificadas nos Alpes Suiços e designam-se da mais antiga para a mais moderna, GunzMindelRiss e Würm. Estes mesmos períodos glaciários foram reconhecidos nos Estados Unidos. No entanto, outros períodos glaciários ocorreram ao ao longo da história da Terra.   

As glaciações que mais facilmente podemos identificar no relevo terrestre tiveram lugar durante o Período Quaternário, apesar de existirem períodos glaciários mais antigos.  

A existência de glaciações foi proposta pela primeira vez em 1837 pelo cientista Louis Agassiz. Este investigador explicou como se formavam os glaciares e descobriu que as glaciações que ocorreram nos Alpes se tinham expandido, noutros tempos, sobre terrenos longínquos de mais baixa latitude. Este facto levou-o a sugerir que, num tempo geológico não muito distante, o clima tinha sido mais rigoroso do que é atualmente.   

O Gelo Azul 

Glaciar Perito Moreno (Argentina) – Quando ocorre uma acumulação de neve, o peso que as camadas de neve exercem umas sobre as outras expulsa o ar, tornando a neve mais densa e compacta. Quando as camadas superiores aumentam a espessura, a pressão sobre as inferiores aumenta e o gelo, então formado, vai-se tornando cada vez mais denso e compacto até formar o gelo azul, com uma densidade aproximadamente de 0.9. A cor típica deste gelo deve-se à ausência quase completa de ar.

 

 

 

Fundamentos de Engenharia Genética

As experiências conduzidas por Gregor Mendel e Friedrich Miescher a meio do século XIX foram a base para a descoberta do DNA e o estudo da genética. A modernização de tecnologias e o contínuo interesse em estudar e descobrir novos genomas levam a que, no século XXI, sejam esperados extraordinários avanços em vários campos da atividade humana, em particular no que diz respeito ao conhecimento sobre a biologia dos organismos e à capacidade de a manipular.  

O DNA (ácido desoxirribonucleico) é o material genético de todos os seres vivos, à excepção de alguns vírus, constituídos por RNA (ácido ribonucleico). Como material hereditário, o DNA deve preencher três requisitos fundamentais: 1) ser reproduzido com alta precisão (replicação), de modo a haver conservação das espécies; 2) ser passível de sofrer alterações (recombinação e mutação), para a evolução das espécies; 3) conter informação para a formação de proteínas, que são o suporte estrutural e funcional de uma célula.  

O percurso que o DNA faz até à formação de proteínas envolve várias etapas, sendo a primeira, a etapa de transcrição. A transcrição assume-se como o mecanismo universal da expressão de genes, unidades de DNA que contêm a informação necessária à especificidade da síntese de todas as formas funcionais de RNA de cada célula.  A transcrição, nos eucariotas, ocorre no núcleo, onde se encontra o DNA genómico (com excepção da transcrição mitocondrial ou cloroplástica), enquanto a tradução tem lugar no citoplasma (Figura 3). Nestas circunstâncias todo o RNA, quer seja mRNA, tRNA ou rRNA tem que migrar do núcleo para o citoplasma, onde desempenham as respectivas funções no processo de síntese de proteínas. 

As células eucarióticas, ao contrário dos procariotas, apresentam uma maior complexidade na biossíntese de formas funcionalmente ativas dos diversos tipos de RNA. As dimensões e complexidade da estrutura molecular e supramolecular do genoma conduzem a maiores exigências, implicando a existência de fenómenos de seleção, reconhecimento e transcrição dos diversos genes ou grupos de genes, que estão na base da expressão de cada fenótipo celular. 

Nas células procarióticas, a transcrição e a tradução ocorrem no mesmo espaço celular e a transcrição da totalidade dos genes é catalisada por uma única RNA polimerase, independentemente da função e propriedades do RNA a que dá origem.  Nestes seres, as cadeias de RNA produzidas, nomeadamente os mRNA, são imediatamente traduzidos em cadeias polipeptídicas, que assim refletem de forma direta as consequências nucleotídicas do DNA genómico que lhe serviu de molde.  

A conversão de nucleótidos do mRNA em aminoácidos é mediada pelo código genético e consiste num processo complexo de múltiplas reacções em que intervêm, essencialmente, o mRNA, resultante da transcrição do gene codificante para a proteína, o tRNA e factores proteicos. Para que os 20 aminoácidos possam ser codificados por combinação de apenas quatro nucleótidos diferentes, a leitura do mRNA nos ribossomas é conseguida pela utilização de grupos de três, o que permite a formação de 64 tripletos (codões), que constituem o código genético. Apesar de haver preferência pelo uso de certos codões nos diversos organismos, o código genético é considerado universal, salvo algumas excepções. O código genético é também degenerado pois muitos dos aminoácidos podem ser codificados por mais que um codão.  

Estrutura Proteica  

As proteínas são polímeros essenciais para a função, estrutura, diferenciação e desenvolvimento de um organismo. Uma proteína é constituída por uma ou várias cadeias peptídicas formadas por sequências específicas de aminoácidos. Em cada proteína, os aminoácidos encontram-se ligados pelos seus grupos carboxílicos ao grupo amínico de aminoácido, adjacente por uma ligação peptídica. A nível de estrutura, as proteínas possuem estruturas complexas com quatro níveis de organização distintas. 

Clonagem e expressão de Proteínas Recombinantes 

A produção de proteínas constitui uma das mais importantes aplicações da engenharia genética. O aparecimento da biologia molecular, nos anos 70, tornou possível a produção de proteínas heterólogas em diferentes células hospedeiras representando uma alternativa à extração da proteína original. A extração clássica permite normalmente concentrações muito baixas tornando-a muito dispendiosa e, muitas vezes, impossível de implementar. Um outro problema associado é a pureza da proteína obtida que pode não ser suficiente para eliminar contaminações tóxicas, pirogénas ou infecciosas.   

No entanto, a expressão de proteínas recombinantes necessita de um planeamento correto que vise a produção destas na conformação correta permitindo o estado solúvel e ativo. Para isso são necessários elementos essenciais: Identificação e localização do gene de interesse, inserção do gene alvo num vector adequado, introdução do vector no hospedeiro designado, seleção de células transformantes e multiplicação/expressão do gene escolhido no hospedeiro. 

Escherichia coli continua a ser o hospedeiro preferido para a expressão de proteínas recombinantes e as razões do seu uso são bem conhecidas: facilidade de manipulação genética, culturas de baixo custo e uma expressão rápida, com as proteínas a serem normalmente produzidas num só dia. Aliada a estas características, a expressão por E. coli é um sistema robusto com a proteína expressa a compreender até 50% da totalidade das proteínas celulares.  

Uma vez determinada a proteína de interesse e a correspondente construção, deve ser subclonada num vector que contenha todos os elementos necessários à transcrição e tradução do gene alvo. Os plasmídeos, pela sua maneabilidade, são os vectores de expressão por excelência que permitem clonar genes ou fragmentos de DNA específicos. 

Técnicas utilizadas em Engenharia Genética 

De modo a obter a proteína recombinante são utilizadas várias metodologias de DNA recombinante, tais como, extração e purificação de DNA em gel de agarose, PCR, digestão de DNA com enzimas de restrição, ligação de DNA, transformação em células competentes, entre outros. 

Vídeo 1

 

 PCR – Reação em cadeia da polimerase

A reação em cadeia da polimerase é uma técnica de biologia molecular que permite replicação in vitro do DNA de forma extremamente rápida. Durante o PCR são usadas temperaturas elevadas de forma a separar as moléculas de DNA em duas cadeias simples. Isto possibilita a ligação de oligonucleótidos iniciadores (primers) que são complementares das sequências que flanqueiam o fragmento de DNA a amplificar, de modo a permitir a atuação da DNA polimerase durante a síntese da cadeia complementar e usando como molde cada uma das duas cadeias simples constituintes do DNA a amplificar. Este processo que tem lugar num termociclador.  

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Electroforese de DNA em gel 

A electroforese em gel de agarose é a forma mais eficaz de separar fragmentos de DNA. Deste modo, é amplamente usada em técnicas de biologia molecular para separar e estimar o tamanho de fragmentos de ácidos nucleicos. Através da ação de um campo eléctrico é possível fazer a comparação da distância percorrida pelos fragmentos de interesse com a percorrida por fragmentos de peso molecular conhecido (padrões de peso molecular), permitindo estimar  o peso molecular de cada fragmento da amostra a analisar. Assim, quando sujeitos a um campo eléctrico, os ácidos nucleicos migram em direção ao pólo positivo, uma vez que, a pH neutro apresentam carga negativa. Já a matriz de agarose funciona como uma rede cujos poros deixam passar mais facilmente as moléculas mais pequenas, que vão migrar mais do que as de maiores dimensões. 

Vídeo 3

Concluindo

Estamos bem longe de uma tecnologia “inocente” que não levanta questões de ética nem afronta a vida de um cidadão. Tenhamos ou não profissões ligadas à Biologia, todos somos chamados a acompanhar e a refletir sobre as notícias que lemos e a equacionar em cada momento as opções que fazemos e as decisões que tomamos. Precisamos, sobretudo, de exercer uma cidadania responsável, permanentemente atenta às vantagens da tecnociência mas alertada para os seus riscos, não permitindo que se ponha em causa a vida e a sua qualidade.

Referências:  

Videira, A. Engenharia Genética: Princípios e Aplicações. Lisboa: LIDEL, 2001. 

Lahar

A Colômbia é um país da América do Sul localizado num limite de convergência de placas. Possui vulcões ativos, entre os quais, o Nevado del Ruiz. No dia 13 de novembro de 1985, o vulcão entrou em erupção, tendo levado ao deslizamento de massas que provocaram a morte de 25 mil pessoas, transformando-se no pior desastre natural do país.

Este vulcão, com 5389 metros de altitude, cujo cume está coberto de neve desde os 4900 metros, libertou, para além dos fluxos piroclásticos, grande quantidade de calor responsável pelo degelo das massas de água que o cobriam. A água e os piroclastos originaram um fluxo de lamas, fenómeno conhecido por lahar, que escorreram a grande velocidade pelas linhas de água, provocando efeitos devastadores. Uma hora depois de ter entrado em erupção começaram a cair cinzas vulcânicas e lapili, na cidade de Armero, localizada a 45 km da cratera vulcânica. O dia escureceu bastante e choveu intensamente. A cidade de Ambalema, situada no vale do rio Lagunilla, a 80 km da cratera, sofreu esta catástrofe quatro horas após o início da erupção principal. A área do vale mais próxima do rio Lagunilla ficou coberta por um manto de lama cujo volume foi estimado em 300 milhões de metros cúbicos.

Resumo – Vulcanismo

Questão

A ocupação antrópica de locais próximos dos vulcões torna as populações vulneráveis e potencia a perda de vidas humanas. Relacione as medidas de prevenção que devem ser tomadas, para evitar novas tragédias, com as características geológicas da região do Nevado del Ruiz.

Referências: 

Prova Escrita de Biologia e Geologia (Prova 702/2.ª Fase) – 2008

 

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